葵花籽油微乳液對萬壽菊中葉黃素提取工藝優化

吳紅艷，安琪，李秀鑫，郎秀杰，呂美艷

(齊齊哈爾大學 食品與生物工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

萬壽菊中含有大量的天然色素，隨著人們對食品營養的關注度日益提升，人工合成色素被天然色素取代逐漸成為一種趨勢[1]，且萬壽菊具有祛風降火、化痰止咳、平肝清熱的功效[2]，其主要酚類包括原兒茶素、綠原酸、沒食子酸和阿魏酸[3]。萬壽菊花具有藥用價值，且可加工提取色素等，具有較好的經濟價值，其葉黃素含量非常高，類胡蘿卜色素的含量非常低，是提取葉黃素的理想材料[4]。萬壽菊富含的天然葉黃素是生物中的天然色素，它能延緩老年人因黃斑退化而引起的視力退化和失明癥與由于身體老化導致的心血管硬化、冠狀動脈硬化、腫瘤疾病[5-6]。

微乳液通常是由表面活性劑，表面活性劑、水和油組成的光學各向同性的熱力學穩定系統[7]。微乳的粒子直徑在1～100 nm[8]，其粒子較小、比表面積大，具有十分高的界面積/體積比，表面活性劑使微乳粒子形成界面膜，具有較大接觸面積[9]，對脂溶性的有機物和水溶性的極性物質有較好的溶解性能，具有同時增強對水難溶物和油難溶物的能力[10]。微乳對物質的提取，不僅有迅速、效率高的特點，而且能解決和排除乳狀液的不穩定、易溶脹、破乳難等缺點[11]。Rao等[12]采用O/W型微乳從胡蘿卜果渣中提取β-胡蘿卜素，提取效率高、毒性小，為微乳液在食品運載功能因子的研究奠定了基礎。

Reineccius G[13]將香精、增香劑與乳化劑相結合來制備微乳液，以提高香精的穩定性。微乳液也可以作為提取花椒、大料中風味物質的載體[14]。田一農[15]利用微乳液來抑制茶飲料沉淀效果突出，能較好地保留茶飲料中的風味物質和營養成分，可以說明微乳液在風味物質儲藏和釋放過程中發揮著重要作用。目前工業上普遍采用有機溶劑提取萬壽菊中葉黃素[16]，但有機溶劑存在毒性大、污染嚴重和價格昂貴等問題[17]。從微乳中提取，不僅可以提取脂溶性色素，還可以提取水溶性色素，發揮成分間的協同作用，提取更完美，提取效率更高[18]，同時可以克服有機溶劑提取的危害和能量消耗，降低費用，提高葉黃素的生物利用率[19]。

1 材料與方法

1.1 材料

多力葵花籽油：上海佳格食品有限公司；萬壽菊顆粒：廣州立達爾生物科技股份有限公司；葉黃素標準品：上海源葉生物科技有限公司。

1.2 試劑

吐溫80、司班80：天津市光復精細化工研究所；萬壽菊顆粒：廣州立達爾生物科技股份有限公司；超純水。

1.3 主要儀器與設備

EMS-8B恒溫磁力攪拌器 天津歐諾儀器有限公司；SHZ-C水浴恒溫振蕩器 上海躍進醫療器械廠；DL-360E智能超聲波清洗器 上海之信儀器有限公司；海爾微波爐 青島海爾微波爐有限公司；SHD-D循環水式真空泵 鞏義市英裕予華設備廠；722S型可見光譜光度計 上海精密科學儀器有限公司。

1.4 方法

1.4.1 葵花籽油微乳液的制備

將司班80和吐溫80按質量比為1∶10的比例置于磁力攪拌器(25 ℃)進行混合，再將其與葵花籽油按照質量比為7∶1均勻混合，然后向其中逐滴加入超純水，從而可得到水包油型葵花籽油微乳液。

1.4.2 萬壽菊顆粒中葉黃素含量的測定

1.4.2.1 微乳液-葉黃素的標準曲線

準確稱取10.00 mg葉黃素，將其配制成0.10 mg/mL的葉黃素-微乳液標準溶液，對照組為等濃度梯度溶液的葵花籽油微乳液，進行比較，標準曲線方程為y=112.85x+0.1735，R2=0.9985。

1.4.2.2 萬壽菊顆粒中葉黃素的提取

稱取1.00 g萬壽菊顆粒，按照一定比例將其與微乳進行均勻混合，利用水浴法提取一定時間，然后進行抽濾處理，隨即進行吸光度值的測定。根據標準曲線方程計算出萬壽菊中葉黃素的含量并根據公式計算出提取率：

式中：E為葉黃素的提取率，%；ρ為葉黃素的含量，mg/mL；V為提取劑的體積，mL；m為萬壽菊顆粒的質量，g；n為稀釋倍數。

1.4.3 提取葉黃素的單因素試驗

1.4.3.1 固液比對葉黃素提取的影響

將5份萬壽菊顆粒各1.00 g且不同固液比的樣品置于40 ℃水浴振蕩器中，水浴加熱90 min進行抽濾，定容后在447 nm處測吸光度值，計算葉黃素提取率。

1.4.3.2 溫度對葉黃素提取的影響

將固液比為1∶90(g/mL)的樣品分別在不同溫度下水浴振蕩，隨后將其水浴加熱90 min后進行抽濾定容，在447 nm處測吸光度值，計算葉黃素提取率。

1.4.3.3 時間對葉黃素提取的影響

將固液比為1∶90的樣品置于40 ℃水浴振蕩器中，分別在不同時間下加熱后進行抽濾定容，在447 nm處測量其吸光度值，計算葉黃素提取率。

1.4.4 微乳提取葉黃素的響應面分析試驗

通過單因素試驗計算萬壽菊顆粒中葉黃素的提取率，并進行響應面優化分析法設計的試驗方案，見表1。

表1 響應面試驗因素及水平表Table 1 The factors and levels of response surface test

1.4.5 數據分析

每個試驗重復3次，顯著性用IBM SPSS Statistics 19.0軟件進行分析，數據用Origin 8.0軟件進行處理，并繪制圖形。

2 結果與分析

2.1 固液比對萬壽菊中葉黃素提取率的影響

由圖1可知，當固液比為1∶60 (g/mL)時，葉黃素的提取率最大。微乳液的量越多可使萬壽菊與微乳液的接觸面積越大，反應得更加充分，因此越有利于葉黃素的提取。但是當溶劑用量過多時，不但葉黃素的提取率會減少，而且增加反應成本[20]，在固液比為1∶60 (g/mL)后，葉黃素提取率下降，可能是由于固液比增大，非有效成分提取量大[21]，從而導致葉黃素提取率下降，所以本試驗通過綜合考慮選擇提取葉黃素的最佳固液比為1∶60 (g/mL)。

圖1 不同固液比萬壽菊中葉黃素提取率Fig.1 The extraction rates of lutein in marigold with different solid-liquid ratios

2.2 溫度對萬壽菊中葉黃素提取率的影響

由圖2可知，在30～40 ℃之間時，隨著加熱溫度的增加，葉黃素的提取率也增加，說明溫度越高其分子越活躍，葉黃素的溶解越好，體系的溫度會影響葉黃素微粒在微乳中的運動特性以及分子的擴散速度[22]，但是當溫度超過40 ℃時，提取率出現下降，可能是由于溫度越高，葉黃素分子間的結構遭到破壞，葉黃素不能更好地反應，因此提取率開始下降，當溫度達到50 ℃時，提取率又開始升高，是因為微乳液開始破乳，溶液變渾濁，影響葉黃素的提取率，同時過高的溫度也會對生產過程增加復雜性和過多的能量消耗[23]。因此，選取提取葉黃素的最佳溫度為40 ℃。

圖2 不同溫度萬壽菊中葉黃素提取率Fig.2 The extraction rates of lutein from marigold at different temperatures

2.3 提取時間對萬壽菊中葉黃素提取率的影響

由圖3可知，當提取時間為90 min時，葉黃素的提取率達到最大值。提取時間為30～90 min時，葉黃素與微乳之間有著相對較大的色素濃度差值。在固液比恒定的條件下，色素要擴散到微乳液中所需時間較短，不能使色素充分地擴散到微乳中[24]，因此提取率較低。時間超過90 min后葉黃素的提取率開始下降，因為時間過長可能會破壞葉黃素的穩定性。因此，選取90 min為最佳的提取時間。

圖3 不同提取時間萬壽菊中葉黃素提取率Fig.3 The extraction rates of lutein in marigold at different time

2.4 響應面優化試驗結果分析

根據表1的設計方案利用Design-Expert軟件進行響應面分析試驗，設計了17組試驗數據來確定微乳提取萬壽菊中葉黃素的最佳工藝條件，試驗結果見表2。

表2 響應面試驗設計及結果Table 2 Response surface test design and results

2.4.1 模型建立及分析評價

將表2的試驗數據進行多元回歸擬合，二次多項回歸模型為：

R1=0.086-0.0004375A+0.002088B+0.0008500C-0.002500AB+0.001625AC-0.0006750BC-0.005580A2-0.005230B2-0.006405C2。

回歸模型系數的檢驗結果見表3。

表3 回歸模型方差分析Table 3 The variance analysis of regression model

續 表

由表3可知，模型大于F值的概率為0.0005，說明測試中采用的模型對響應值Y有顯著影響，在該模型中B對響應值Y的影響顯著，AB對模型相互作用的響應值Y的影響顯著。在模型的二階項中，A2、B2、C2對響應值Y的影響非常顯著;模型的失擬項P為0.1337，不顯著，說明此模型與實際有著良好的擬合性，線性關系顯著。該方法可用于分析和預測葵花籽油微乳液從萬壽菊顆粒中提取葉黃素的工藝。

2.4.2 響應曲面圖譜分析

為了進一步研究相關因素的交互作用，并確定最優點，對回歸模型進行響應曲面圖譜分析，見圖4～圖6。

由圖4～圖6可知，4個響應因素在相對應的試驗范圍內都有響應極值，且3組因素的交互作用結果與方差分析結果一致。

圖4 因素A和B交互作用的響應面及等高線圖Fig.4 Response surface and contour map of interaction between factor A and factor B

圖5 因素A和C交互作用的響應面及等高線圖Fig.5 Response surface and contour map of interaction between factor A and factor C

圖6 因素B和C交互作用的響應面及等高線圖Fig.6 Response surface and contour map of interaction between factor B and factor C

2.4.3 響應面驗證試驗

根據Design-Expert軟件優化出的最佳萬壽菊顆粒中葉黃素的提取條件是：溫度39.60 ℃、時間96.46 min、固液比1∶60.67(g/mL)。在此條件下，葉黃素的提取率理論值為0.86%。通過3次平行驗證試驗，在最佳提取條件下的實際提取率為0.0860%，接近預測的理論值。此模型可以更好地反映出各種因素對葉黃素提取率的影響。

3 結論

本研究利用葵花籽油微乳提取萬壽菊中的葉黃素。固液比、溫度、時間3個因素對葵花籽油微乳提取萬壽菊顆粒中葉黃素均有影響，其主次順序是時間>固液比>溫度。時間對萬壽菊顆粒中葉黃素提取率的影響顯著，溫度對萬壽菊顆粒中葉黃素提取率的影響不顯著，該模型與實際相符，具有顯著的線性關系。最佳萬壽菊顆粒中葉黃素的提取條件為固液比1∶61(g/mL)、溫度40.00 ℃、時間96 min，此時葉黃素的實際提取率為0.86%。用葵花籽油微乳萃取技術提取萬壽菊中葉黃素可以避免有機溶劑污染大、有毒性等缺點，該試驗可以為提取葉黃素的研究提供可靠的科學基礎。使用微乳液對風味物質進行包埋，開發新的可控釋技術，對于開發新產品、延長產品貨架期、改善感官品質都有重要意義。