超聲-微波輔助提取藍靛果果渣花色苷工藝優化

劉雪可，孟龍月，辛欣

（1.延邊大學工學院，吉林 延吉 133002；2.延邊大學地理與海洋科學學院，吉林 延吉 133002）

我國東北地區是藍靛果的主要產地之一，而加工后的藍靛果果渣大多被直接丟棄或者用作堆肥，這不但會造成資源浪費，還會帶來生態環境污染問題[1-3]。然而研究發現，藍靛果果渣中含有的花色苷含量遠高于果汁中的含量[4-5]。花色苷作為自然界中分布最為廣泛的水溶性天然色素之一，是由花青素與糖以糖苷鍵連接而成的類黃酮物質[6-8]，花色苷作為植物中的類黃酮物質，對植物的生長起著至關重要的作用，目前隨著研究水平的提高，人們逐漸發現合成色素對人體健康存在危害，因而花色苷作為天然食品著色劑引起了人們的廣泛關注[9-12]。

在花色苷的提取過程中，提取方法的優劣對花色苷提取率高低及花色苷質量好壞具有很大影響，高效的提取工藝不僅對環境友好，還可以極大地改善提取效率[13]。如今常見的花色苷提取方法一般是傳統的溶劑提取、超聲輔助提取、微波輔助提取、酶法提取等[14-15]。與傳統的溶劑浸提法相比，超聲波、微波的空化效應及電離輻射使藍靛果果渣組織產生摩擦與撕裂，使其組織細胞生熱破裂從而加速花色苷在溶劑中的溶解，可以提高花色苷的提取率同時也可極大地縮短提取時間[16-18]。本文以期通過優化藍靛果果渣花色苷提取工藝，為工廠化批量生產花色苷降低難度，同時實現果渣的高價值利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藍靛果果渣：吉林省汪清縣東北紅豆杉生物科技有限公司；乙酸（分析純）：天津市鼎盛鑫化工有限公司；無水乙醇、鹽酸（均為分析純）：天津市科密歐化學試劑有限公司；乙酸鈉、氯化鉀（均為分析純）：上海阿拉丁生物科技股份有限公司。

SHB-ⅢA型真空泵：上海豫康科教儀器設備有限公司；JE1002型電子分析天平：上海蒲春計量儀器有限公司；HJ-2A型磁力攪拌器：金壇區西城新瑞儀器廠；JP-020型超聲清洗機：深圳市潔盟清洗設備有限公司；EG7KCGW3-NA型微波爐：九陽股份有限公司；UV-2550型紫外可見分光光度計：日本島津公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 原料預處理

取冷凍儲存的藍靛果果渣于燒杯中解凍，研磨后通過真空泵抽濾，除去水分，于密封袋中貯存、備用。

1.2.2 單因素試驗

稱取藍靛果果渣0.5g，在提取溫度50℃的條件下，研究乙醇（含有 0.1%HCl）體積分數（20%、30%、40%、50%、60%）、固液比[1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80（g/mL）]、提取時間（1、2、3、4、5 min）、微波功率（70、210、350、560、700W）這4個因素對藍靛果果渣花色苷提取量的影響。

1.2.3 正交試驗設計

選取單因素固液比、乙醇體積分數、提取時間，以藍靛果果渣花色苷提取量為指標，采用正交試驗優化超聲-微波輔助提取藍靛果果渣中花色苷的工藝條件，正交試驗因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平Table 1 Factor and level of orthogonal test

1.2.4 花色苷含量的測定和提取量的計算

花色苷的含量采用pH值示差法進行測定[19-22]，同時用乙酸鈉和KCl分別配制pH4.5和pH1.0的緩沖液。

根據耿然等[21]的方法再結合比爾定律計算花色苷的提取量。

C/（mg/g）=（An-A1）× V × n × M/（ε × m）

式中：C 為花色苷的提取量，mg/g；An、A1分別為pH1.0、pH4.5時花色苷吸光度；V為提取液總體積，mL；n稀釋倍數；M為矢車菊-3-葡萄糖苷相對分子質量，449；ε為矢車菊-3-葡萄糖苷消光系數，29 600；m為樣品初始質量，g。

1.3 數據處理

本研究采用Origin制圖軟件繪制各影響因素下花色苷提取量的變化曲線。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 固液比對藍靛果果渣中花色苷提取量的影響

固液比對藍靛果果渣中花色苷提取量的影響見圖1。

圖1 固液比對藍靛果果渣中花色苷提取量的影響Fig.1 Effect of solid-to-liquid on yield of anthocyanin in Lonicera caerulea residue

由圖1可知，花色苷提取量隨溶劑體積的增大呈先升高后降低的趨勢。當固液比在1∶60（g/mL）時花色苷的提取量達到最大，之后藍靛果果渣與溶劑間的傳質逐漸趨于平衡，繼續增大溶劑體積不僅不能提高花色苷在溶劑中的提取量，反而會因引入新的雜質導致花色苷提取量降低，故而選擇1∶60（g/mL）為最佳固液比。

2.1.2 乙醇體積分數對藍靛果果渣中花色苷提取量的影響

乙醇體積分數對藍靛果果渣中花色苷提取量的影響見圖2。

圖2 乙醇體積分數對藍靛果果渣中花色苷提取量的影響Fig.2 Effect of ethanol volume fraction on yield of anthocyanin in Lonicera caerulea residue

由圖2可知，花色苷在溶劑中的提取量隨著乙醇體積分數的增加整體呈先上升后降低的趨勢，在乙醇體積分數為50%時花色苷提取量最大。可能是由于乙醇體積分數為50%時表現出來的極性與藍靛果果渣中花色苷的極性較為接近，更利于花色苷溶出。

2.1.3 微波功率對藍靛果果渣中花色苷提取量的影響

微波功率對藍靛果果渣中花色苷提取量的影響見圖3。

圖3 微波功率對藍靛果果渣花色苷提取量的影響Fig.3 Effect of microwave power on yield of anthocyanin in Lonicera caerulea residue

由圖3可知，當功率小于350 W時，花色苷提取量隨微波功率增大而提高，在350 W之后隨微波功率增大反而降低。這是因為低功率時，超聲波與微波的空化效應、機械效應及電離輻射作用等有利于藍靛果細胞的破裂，加速了花色苷在溶劑中的溶解。在功率高于350 W后超聲波與微波的熱效應等加速了花色苷結構的破壞，導致花色苷提取量下降。因此，微波功率為350 W時對花色苷的提取較為有利。

2.1.4 提取時間對藍靛果果渣中花色苷提取量的影響

提取時間對藍靛果果渣中花色苷提取量的影響見圖4。

圖4 提取時間對藍靛果果渣花色苷提取量的影響Fig.4 Effect of extraction time on yield of anthocyanin in Lonicera caerulea residue

由圖4可知，與一些傳統方法相比，超聲-微波輔助提取工藝大大縮短了花色苷的提取時間，在5 min的提取時間內，花色苷提取量隨著提取時間延長整體呈先上升后降低的趨勢，在2 min時達到最大值。這是因為超聲波與微波的作用加速了花色苷的溶解，但隨著提取時間的延長花色苷的結構可能被破壞，導致提取量下降，故而最佳提取時間為2 min。

2.2 正交試驗優化藍靛果果渣中花色苷的提取工藝結果

超聲-微波輔助提取藍靛果果渣中花色苷工藝的正交試驗結果如表2所示。

表2 優化超聲-微波輔助提取花色苷正交試驗結果及極差分析Table 2 Optimization results of orthogonal test and range analysis of ultrasonic-microwave assisted extraction

由極差結果分析可知，各因素對花色苷提取量影響的大小順序為提取時間>固液比>乙醇體積分數，提取時間影響最顯著，根據k值可得最佳組合為A3B1C2，即超聲-微波輔助提取花色苷的最佳工藝參數為提取時間 2 min、固液比 1∶70（g/mL）、乙醇體積分數 30%。在最優工藝參數條件下進行驗證試驗，可得花色苷提取量為9.37 mg/g，優于正交試驗各組合。

3 結論

本文利用超聲-微波輔助提取藍靛果果渣的花色苷，并通過單因素試驗和正交試驗分析得出最佳提取工藝參數為提取時間2 min、乙醇體積分數30%、固液比 1∶70（g/mL）、微波功率 350 W，此條件下花色苷提取量為9.37 mg/g。本研究為從果渣中提取花色苷工藝的探究提供一定的理論參考。