超聲輔助提取紫薯中花青素的工藝優化研究

摘 要：目的：以紫薯為材料，優化紫薯花青素的提取工藝。方法：利用超聲波輔助提取法以提取時間、液料比、乙醇體積分數、超聲功率為考察因素，以花青素的提取量為評價指標，通過單因素實驗和正交實驗得到最佳提取工藝。結果：在液料比為1∶10（g∶mL）、乙醇體積分數為70%、超聲功率為150 W，提取時間為30 min時紫薯花青素的提取量最高，為60.8 mg/100 g。結論：工藝穩定，適用于紫薯花青素的提取。

關鍵詞：紫薯；花青素；單因素實驗；正交實驗

Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction of Anthocyanins from Purple Potato

MAO Huiling， ZHAO Huiqin， MU Qier， XIN Mingjie

（Zhengzhou Institute of Industrial Application Technology， Zhengzhou 450000， China）

Abstract： Objective： To optimize the extraction process of anthocyanins from purple potato. Method： Using ultrasonic assisted extraction method， the extraction time， liquid-solid ratio， ethanol volume fraction and ultrasonic power were investigated， and the extraction amount of anthocyanin was evaluated， the optimal extraction process was obtained by single factor experiment and orthogonal experiment. Result： When the ratio of liquid to solid was"1∶10 （g∶mL）， ethanol volume fraction was 70%， the ultrasonic power was 150 W and the extraction time was"30 min， the extraction amount of anthocyanins was the highest （60.8 mg/100 g）. Conclusion： The extraction process was stable， and it was suitable for the extraction of anthocyanins from purple potato.

Keywords： purple potato; anthocyanins; single factor test; orthogonal test

紫薯是旋花科番薯屬一年生草本植物，薯形長紡錘，薯肉呈紫色至深紫色，性平，味甘，歸脾、胃、肺經。紫薯富含蛋白質、淀粉、膳食纖維、多種維生素和礦物質[1]，特別是硒元素和花青素這兩種具有生物活性的物質，具有預防疾病、抗氧化、平穩血壓、促進消化等健康功效[2]。

紫薯中的花青素含量較高，具有較強的抗氧化作用，能夠有效地清除自由基，其抗氧化效果與市場上的某些合成抗氧化劑相當[3]。紫薯花青素是一種天然的抗氧化劑，相比人工合成的抗氧化劑，其具有更高的安全性[4-5]。紫薯花青素能夠調節糖脂代謝，這對于預防和治療與代謝相關的疾病具有重要意義。目前，紫薯花青素存在提取工藝復雜、成本較高等問題，需要研究更加經濟有效的提取方法，以便在商業化生產中降低成本。本研究旨在開發工藝簡單、成本低廉的紫薯花青素提取方法，以提高紫薯花青素在醫藥和化妝品行業的應用價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯，采購于鄭州市農貿市場；乙醇，分析純，天津市富宇精細化工有限公司；檸檬酸，分析純，上海凱茵化工有限公司；矢車菊素-3-O-葡萄糖苷，分析純，天津市德恩化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SPX-350恒溫水浴鍋，常州恒隆儀器有限公司；XA-1粉碎機，深圳市萊博儀器有限公司；HR-150A分析天平（0.000 1 g），亞速旺（上海）商貿有限公司；752N型紫外可見光分光光度計，上海精密儀器儀表有限公司；Starter2100型pH計，奧豪斯儀器（上海）有限公司；TGL-16M低速臺式大容量離心機，常州金壇良友儀器有限公司；GZX-9070 MBE電熱恒溫鼓風干燥箱，惠州榮晟儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

將采購的新鮮紫薯洗凈，置于50 ℃烘箱中烘干8 h。將烘干后的紫薯取出晾曬1 h，在研缽中研磨成紫薯粉。將紫薯粉過60目篩，取過篩后的紫薯粉作為待用的紫薯樣品。

1.3.2 標準曲線建立

精密稱定標準品矢車菊素-3-O-葡萄糖苷62.5 mg，加入20 mL 70%乙醇溶液溶解后定容至250 mL，配制成250 μg·mL-1標準原液；分別取1.00 mL、5.00 mL、10.00 mL、20.00 mL、30.00 mL、40.00 mL標準原液于50 mL容量瓶中，用70%乙醇溶液定容至刻度線，配制成5 μg·mL-1、25 μg·mL-1、50 μg·mL-1、100 μg·mL-1、150 μg·mL-1、200 μg·mL-1的系列梯度標準溶液，依次測定各標準溶液的吸光度，根據溶液濃度和吸光度繪制標準曲線。

1.3.3 花青素的提取及含量計算

準確稱取2.00 g紫薯樣品，加入一定量酸性乙醇溶劑（用5%的檸檬酸調節pH=3），在常溫下超聲一段時間提取紫薯中的花青素，經離心后取出上清液，測定吸光度值。根據回歸方程計算樣品花青素濃度，按照公式（1）計算花青素提取量。

（1）

式中：Q為紫薯中花青素的提取量，mg/100 g；C是根據標準曲線計算得到的花青素濃度，μg·mL-1；D為紫薯樣品稀釋的體積，mL；m為原料的質量，g。

1.3.4 最大吸收波長的確定

取1 mL紫薯花青素提取液稀釋5倍，掃描400～600 nm波長范圍的紫外-可見吸收光譜，并對比矢車菊素-3-O-葡萄糖苷標準品的最大吸收波長，確定實驗采用的最大吸收波長。

1.3.5 紫薯花青素提取的單因素實驗

（1）提取時間。料液比1∶10（g∶mL），乙醇體積分數70%，超聲功率150 W，考察提取時間10 min、20 min、30 min、40 min及50 min對紫薯花青素提取的影響。

（2）料液比。乙醇體積分數70%，超聲功率

150 W，提取時間30 min，考察料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40及1∶50（g∶mL）對紫薯花青素提取的影響。

（3）乙醇體積分數。料液比1∶10（g∶mL），超聲功率150 W，提取時間30 min，考察乙醇體積分數40%、50%、60%、70%及80%對紫薯花青素提取的影響。

（4）超聲功率。料液比1∶10（g∶mL），乙醇體積分數70%，提取時間30 min，考察不同超聲功率100 W、150 W、200 W、250 W及300 W對紫薯花青素提取的影響。

2 結果與分析

2.1 最大吸收波長與標準曲線的確定

掃描400～600 nm波長范圍的紫薯提取液吸收光譜，并對比矢車菊素-3-O-葡萄糖苷標準品的最大吸收波長，吸光度值最大處所對應的波長為517 nm，后續均在517 nm處測定溶液吸光度。以吸光度值（A）為縱坐標，以矢車菊素-3-O-葡萄糖苷的濃度（c）為橫坐標，得到標準曲線A=0.005 6c-0.015 3，相關系數R2=0.999 9，線性關系良好。

2.2 單因素實驗

2.2.1 提取時間對花青素提取效果的影響

如圖1所示，提取時間為30 min時，溶液吸光度最大，即此時樣品溶液中花青素含量最高，提取量最大。紫薯花青素的提取量隨著時間的延長表現為先逐步上升，達到一個峰值之后開始逐漸降低。其可能是花青素不穩定，會隨著提取時間的延長而分解。因此，以20 min、30 min、40 min為工藝優化的選擇時間。

2.2.2 料液比對花青素提取效果的影響

如圖2所示，在料液比為1∶20（g∶mL）時，樣品的吸光度最大，吸光度的整體變化趨勢為先升高后降低。隨著對花青素溶出有幫助的乙醇用量逐漸增多，花青素溶出量增加，然而在溶出量趨于飽和的條件下，乙醇用量的不斷增加反而導致花青素浸出率略有降低，造成了溶液中花青素的稀釋。因此，選擇1∶10、1∶20、1∶30（g∶mL）3個水平進行正交實驗。

2.2.3 提取溶劑組成對花青素提取效果的影響

如圖3所示，隨著乙醇體積分數的增加，樣品吸光度呈現先升后降的變化趨勢，吸光度最大時乙醇體積分數為60%。因為花青素屬于黃酮類物質，具有水溶性，當乙醇濃度超過60%后，水的占比減少，不利于花青素從紫薯中溶出。所以，選擇乙醇體積分數60%、70%和80% 3個水平進行正交實驗。

2.2.4 超聲功率對花青素提取效果的影響

如圖4所示，隨著超聲波功率的逐漸增大，樣品的吸光度先增大后減小，當超聲波功率達到200 W時紫薯中花青素提取量最高，超過200 W后提取量逐漸減小。這是因為功率過大會破壞花青素原來的化學結構，導致花青素含量減少。因此，選擇150 W、200 W、250 W作為正交實驗的水平設置。

2.3 正交實驗結果

正交實驗設計見表1，通過SPSSAU處理正交數據，結果見表2。從表2中極差數據可以看出，料液比對花青素的提取量影響最大，乙醇體積分數影響最小，最佳組合為A2B1C3D1，即料液比1∶10（g∶mL）、超聲功率150 W、提取時間30 min、乙醇體積分數70%。在該工藝條件下平行實驗3次，紫薯花青素提取量分別為61.3 mg/100 g、60.8 mg/100 g、60.4 mg/100 g，平均為60.8 mg/100 g。

3 結論

本研究選擇超聲波輔助提取工藝，以提取時間、料液比、溶劑組成、超聲功率為考察因素，以花青素的提取量為評價指標，得到最佳提取工藝為料液比1∶10（g∶mL）、超聲功率150 W、乙醇體積分數70%，提取時間30 min。對該參數進行驗證，得出紫薯花青素的最大提取量為60.8 mg/100 g。

參考文獻

[1]金梁燕.紫薯花色苷的制備及降血脂和調節腸道菌群活性研究[D].廈門：集美大學，2024.

[2]韓海華，梁名志，王麗，等.花青素的研究進展及其應用[J]. 茶葉，2011，37（4）：217-220.

[3]馬孟佳，趙娟，陳鵬飛，等.4種不同來源花青素的穩定性及抗氧化性比較[J].食品研究與開發，2024，45（4）：31-39.

[4]張在花，常大勇，孫明明，等.紫薯花青素的提取及在柑橘保鮮中的應用研究[J].中國果菜，2023，43（5）：11-16.

[5]李辰，韓宏昌，王海峰，等.紫薯花青素提取及其在pH響應顯色WPU涂層的應用[J].塑料工業，2022，50（8）：164-169.

作者簡介：毛會玲（1993—），女，河南周口人，碩士，助教，研究方向：食品藥品分析。