超聲輔助百香果皮花青素的提取工藝優化及其性質研究

中圖分類號：TS201.1 文獻標志碼：A 文章編號：1000-9973（2025）05-0223-06

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2025.05.033

Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction Process of Anthocyanin from Passion Fruit Peel and Study on Its Properties

LIU Peng1，RAN Lu-xia1，SUN Hao’，CHENG Chen1，ZHU Bo ^1，2 * YANG Jian-jun3，LU Zhan-jun1，2 （1.College of Life Sciences，Gannan Normal University， Ganzhou 3410oo， China； 2. National Navel Orange Engineering Technology Research Center，Ganzhou 34lOoo，China；3.Jiangxi Bojun Ecological AgricultureDevelopment Co.，Ltd.，Fuzhou ，China）

Abstract： In order to further utilize the anthocyanin resources of passion fruit peel， purple passion fruit pel is used as the raw material to extract anthocyanins using ultrasonic-assisted extraction method. The extraction process of anthocyanins from passion fruit peel is optimized through single factor experiment and orthogonal experiment. The antioxidant activity of diferent concentrations of extractedanthocyanins under the optimal conditions is evaluated by measuring the hydroxyl radical scavenging ability，DPPH radical scavenging ability and iron ion reducing power. At the same time，the stability of anthocyanins under different pH and organic acid conditions is studied. The results show that the optimal extraction process is ultrasonic power of 300W ，ultrasonic time of 30min ，ethanol concentration of 40% ，and liquidsolid ratio of 40：1 . Under these conditions，the extraction yield can reach 6.13mg/g pH has a greater effct on the stability of anthocyanins，and anthocyanins are more stable in acidic environment and the most stableat pH1 .Citric acid and oxalic acid are most beneficial for the preservation of anthocyanins at the concentration of 80g/L ， and the addition of citric acid is more conducive to the stability of anthocyanins than oxalic acid. Anthocyanins have the ability to scavenge DPPH and hydroxyl radicals，and have a certain iron ion reducing power，indicating that anthocyanins of passion fruit peel have certain antioxidant effects.

Key words： passion fruit peel;anthocyanin； ultrasonic wave； orthogonal experiment； stability；antioxidation

百香果（PassifloraedulisSims）學名西番蓮，含有豐富的氨基酸、維生素、微量元素等營養成分，經濟價值極高[1]。百香果的果皮富含營養物質，包括酚類化合物、類胡蘿卜素、黃酮類化合物、維生素C、膳食纖維等[2-4]，而在加工和日常食用過程中，百香果果皮通常作為廢渣被丟棄，約占果實重量的一半?；ㄇ嗨兀╝nthocyanin）又稱花色素，屬于酚類化合物中的類黃酮類，具有抗氧化、抗腫瘤、抗疲勞等多種生理作用[5]。在食品中可作為營養物質添加，是食品防腐劑和天然染色劑[6-7]。

花青素的提取方法主要包括有機溶劑提取法、酶解法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法等[8]。其中，溶劑提取法提取的花青素得率不高，且提取時間較長[9]。使用酶解法提取花青素的成本過高，而且會產生一些副產物[10]。微波輔助提取法可能會導致過熱現象，影響提取效果，使花青素的結構發生變化或降解[11]。相較于其他提取方法，超聲波輔助提取法操作相對簡單，對花青素的破壞性較小[12]。

本文以紫色百香果果皮作為實驗對象，通過單因素實驗和正交實驗優化超聲輔助乙醇提取花青素的工藝，以獲得最佳提取工藝；并以最佳提取條件下提取的花青素溶液為原料，對不同pH、有機酸對百香果果皮花青素穩定性的影響和抗氧化活性進行研究。

1材料與方法

1.1實驗材料與儀器

紫色百香果果皮：于實驗室烘干留存。

乙醇、檸檬酸、草酸、苯甲酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉、硫酸亞鐵、L-抗壞血酸、水楊酸、無水乙醇、過氧化氫、醋酸鈉、氯化三苯四氮唑、氯化鐵：均為國產分析純；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）標準品。

Spark10M多功能酶標儀南昌君輝科技有限公司；KQ-500DB數控超聲波清洗器昆山市超聲儀器有限公司；FE20/EL20實驗室pH計梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；100T高速多功能粉碎機永康市鉑歐五金制品有限公司;MC-12Pro離心機群安科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 百香果果皮粉末的制備

將百香果果皮置于 75^°C 烘箱中烘至恒重后粉碎過20目標準篩，于密封袋中密封避光備用。

1.2.2百香果果皮花青素的提取與測定

取 1.00g 百香果果皮粉末樣品與一定濃度的乙醇溶液混合后進行超聲提取，離心 2min（8 000r/min） ，上清液即為花青素提取液。取一定上清液測定其吸光度值，參考胡敏等[13]的方法計算花青素含量和提取率。

1.2.3 單因素實驗

在超聲功率 300W 、超聲時間 30min 、乙醇濃度60% 、液料比 20：1 的基礎上進行單因素實驗，分別考察超聲功率（200，250，300，350，400，450W）、超聲時間（10，20，30，40，50，60min） 、乙醇濃度 （40%.50%. 60% 、70%.80%.90% ）、液料比 （10：1，20：1，30：1，40：1 50：1.60：1） 對百香果果皮花青素提取率的影響。

1.2.4正交實驗優化百香果果皮中花青素提取工藝

在單因素實驗的基礎上，對超聲功率、超聲時間、乙醇濃度、液料比進行四因素三水平正交實驗，確定最佳工藝，因素與水平見表1。

表1正交實驗因素與水平

1.2.5百香果果皮花青素穩定性實驗設計

以最佳提取條件提取百香果果皮花青素，獲得百香果果皮花青素溶液，穩定性實驗均以 5mL 此花青素溶液進行。保留率的計算公式如下：

保留率 （%）=A_e/A×100% 0

式中： A₀ 為初始吸光度值； A_e 為處理后的吸光度值。

1.2.5.1pH對百香果果皮花青素穩定性的影響

用一定濃度的HCl和NaOH將花青素溶液的pH分別調節至1，3，5，7，9，避光放置 60min 后，測定其吸光度值。

1.2.5.2有機酸對百香果果皮花青素穩定性的影響

分別取 20，40，60，80，100g/L 的檸檬酸和草酸溶液，以體積比為1：4加入花青素溶液，于 50^°C 水浴 5h 后測定吸光度值。

1.2.6百香果果皮花青素抗氧化活性研究

以最佳提取條件提取百香果果皮花青素，獲得百香果果皮花青素溶液，抗氧化活性實驗均以此花青素溶液進行。

1.2.6.1百香果果皮花青素DPPH自由基清除率的測定

參考冉露霞等[14]和丁一東[15]的方法并稍加修改，配制濃度為 0.1mmoL/L 的DPPH溶液，用棕色瓶裝好，避光保存。以相同濃度的L-抗壞血酸溶液作為對照。

向 96孔板中加入 100μL 乙醇與 100μL DPPH溶液、 100μL 百香果果皮花青素溶液與 100μL 乙醇、100μL 百香果果皮花青素溶液與 100μL DPPH 溶液，以乙醇作為對照，在避光環境下反應 30min ，測定各溶液在 517nm 處的吸光度值。將與樣品濃度相同的維生素C做與樣液相同的處理。

DPPH自由基清除率 （%）=（1-A₂-A₁）/A₀×100%

式中： ??A₀ 表示乙醇與DPPH溶液混合后在 517nm 處的吸光度值； A₁ 表示百香果果皮花青素溶液與DPPH溶液混合后在 517nm 處的吸光度值； A₂ 表示百香果果皮花青素溶液與乙醇混合后在 517nm 處的吸光度值。

1.2.6.2百香果果皮花青素對羥基自由基 （?OH） 的清除能力

參考Milosevic等[16]的方法并稍加修改，在96孔板中加入 50μL 百香果果皮花青素溶液，再向其中加入50μL FeSO₄ （ 9mmol/L） 和 50μL 水楊酸-乙醇溶液1 （9mmol/L） ，隨后加入 50μL （20 H₂O₂ 溶液 （8.8mmol/L） ，在 37^°C 烘箱中反應 30min 后，測定樣品在 510nm 處的吸光度值。以相同濃度的L-抗壞血酸作陽性對照。羥基自由基清除能力的計算公式如下：

羥基自由基清除率 （%）=（A₂-A₁+A₃）/A₂×100% 0

式中： A₁ 表示樣品組在 517nm 處的吸光度值；A₂ 表示蒸餾水組在 517nm 處的吸光度值； A₃ 表示百香果果皮樣液的本底吸光度值。

1.2.6.3百香果果皮花青素對鐵離子的還原能力

參考Mukumbo等[17]的方法，分別取 4μL 百香果果皮花青素溶液和相同濃度的L-抗壞血酸加入96孔板中，隨后加入 120μL FRAP工作液和 80μL 純水，混合均勻后在避光條件下反應 30min ，測定反應后溶液在 593nm 處的吸光度值。將濃度梯度的 FeSO₄ 進行相同的操作，通過測定得到標準曲線方程為 y=0.254 4x+0.119 6 相關系數 R=0.998 4 。將測得的樣品的吸光度值代入標準曲線中得到百香果果皮花青素和L-抗壞血酸對鐵離子的還原能力。

2 結果與分析

2.1單因素對百香果果皮花青素提取效果的影響

2.1.1 超聲功率對百香果果皮花青素提取效果的影響

由圖1可知，超聲功率對百香果果皮花青素提取率有顯著影響。當超聲功率在 200～300 W之間時，花青素提取率明顯提升，這是因為隨著超聲功率的增加，超聲波于溶液中產生的空化效應和對物料的機械作用力加大，加快了細胞組織破壞的過程，從而增加了花青素的溶出效率[18]；當超聲功率為300W時，花青素提取率達到最大值，為 （5，28±0.07 ） mg/g 。當超聲功率在 300～450 W之間時，花青素提取率大幅降低，這可能是因為隨著超聲功率的增加，溶液溫度急劇升高，花青素出現熱分解，或是超聲波直接對提取物的結構進行了破壞，從而導致花青素提取率降低[19]。因此，超聲功率選擇300W為宜。

由圖2可知，隨著超聲時間的增加，花青素提取率整體呈先上升后下降的趨勢。當超聲時間為 40min 時，花青素提取率達到最大值 （5.12±0.08）mg/g 當超聲時間在 10～40min 范圍內，花青素提取率逐漸上升，這是因為花青素溶于乙醇溶液以及超聲波的作用過程需要一定的時間，超聲時間過短，花青素的溶解率下降，提取率較低[20]。當超聲時間達到 40min 時，超聲波對細胞組織已經進行了一定的破壞，乙醇溶液滲入細胞內部，促進了花青素的溶出。隨著超聲時間的繼續增加，花青素提取率下降，可能是因為超聲時間過長導致體系內溫度升高，從而加速了花青素的分解，使得花青素提取率下降[21]。因此，超聲時間選擇 40min 為宜。

2.1.3 乙醇濃度對百香果果皮花青素提取效果的影響

由圖3可知，當乙醇濃度為 50% 時，花青素提取率達到最大值 （5.63±0.05）mg/g 。當乙醇濃度在 50%～ 90% 范圍內，花青素提取率降低，原因可能是百香果果皮中的醇溶性雜質、色素以及親脂性強的物質隨著乙醇濃度的增加溶出量增加，溶質的含量增加導致溶解總量下降，從而使花青素提取率降低，影響提取效果[22]。因此，乙醇濃度選擇 50% 為宜。

2.1.4液料比對百香果果皮花青素提取效果的影響

由圖4可知，當液料比在 10：1～30：1 范圍內，隨著液料比的增大，花青素提取率升高，當液料比為30：1 時提取率最高。隨著乙醇濃度上升，溶劑可以更快地滲透到植物細胞中，從而提高了提取率。當液料比達到 30：1 時，溶質析出呈最高水平，提取率為（5.65±0.09 ）mg/g。當溶劑含量繼續增加時，百香果果皮花青素溢出率達到上限，溶液飽和后花青素提取率呈下降趨勢[23]。因此，液料比選擇 30：1 為宜。

2.2正交實驗優化提取工藝

2.2.1百香果果皮花青素提取的正交實驗

百香果果皮花青素提取的正交實驗結果見表2，方差分析結果見表3。

表2正交實驗設計及極差分析結果

由表2中 R 值可知各因素對提取率的影響主次順序為 Agt;Cgt;Dgt;B 。由表2中數據可知，最佳工藝條件為 A₂B₁C₁D₃ 。

2.2.2 最優提取工藝條件的驗證

以理論最優工藝為條件進行花青素提取率的驗證。由表3可知，驗證實驗的結果具有代表性，重現性好，百香果果皮花青素提取率為 6.13mg/g ，高于正交實驗表中的最優結果，表明最優工藝條件具有準確性。

2.3百香果果皮花青素穩定性的研究

2.3.1pH對花青素穩定性的影響

由圖5可知，隨著 pH 的增大，花青素溶液的穩定性降低，花青素溶液在酸性環境中呈現亮紅色，隨著pH 的增大逐漸有藍色摻人，這是因為花青素分子中的苯環和吡咯環可以與氫離子結合，導致分子結構發生變化，從而改變了花青素的吸收光譜。當pH升高時，花青素分子中的氫離子與堿基結合，花青素由紅色的黃烊鹽陽離子形式轉化為藍色的醌型堿形式，導致花青素分子呈現藍色[24]。

由圖6可知，加入濃度為 80g/mL 的檸檬酸和草酸時最有利于花青素的保存，且加人檸檬酸時的保留率顯著高于草酸。究其原因主要是檸檬酸水溶液的 pH 為1而草酸水溶液的 pH 為2，加人到花青素溶液中會使溶液的 pH 降低，故花青素的穩定性增強。加入同濃度的檸檬酸和草酸時，檸檬酸使溶液 pH 下降的幅度大于草酸，從而導致加人檸檬酸時的花青素保留率顯著高于草酸[25]。

2.4百香果果皮花青素抗氧化活性研究

2.4.1對DPPH自由基的清除能力

由圖7可知，以L-抗壞血酸為對照，百香果果皮花青素對DPPH自由基的清除率隨著花青素濃度的上升而增加，當花青素濃度達到 1.5mg/L 時，DPPH自由基清除率可達 90% 以上，清除能力均高于L-抗壞血酸。

2.4.2對羥基自由基（·OH）的清除能力

由圖8可知，羥基自由基清除率隨著百香果果皮花青素和L-抗壞血酸溶液濃度的增加而升高。在 0.125～ 3.0mg/L 濃度范圍內，百香果果皮花青素對羥基自由基的清除率從12. 48% 增加到 96.07% ，L-抗壞血酸溶液對羥基自由基的清除率從 5.45% 增加到 17.78% 。百香果果皮花青素的·OH清除能力高于L-抗壞血酸。

2.4.3 鐵離子還原能力

由圖9可知，百香果果皮花青素在 0.125～3mg/L 范圍內，隨著濃度的升高，其鐵離子還原能力增強，不同濃度的百香果果皮花青素的鐵離子還原能力均高于L抗壞血酸。

3結論

本實驗以百香果果皮作為實驗原料，采用正交實驗優化超聲輔助乙醇提取百香果果皮中花青素的提取工藝，最佳提取條件為超聲功率 300W 超聲時間 30min 、乙醇濃度 40% 、液料比 40：1 ，在此條件下，百香果果皮花青素提取率為 6.13mg/g 。

以最佳提取條件下所得百香果果皮花青素溶液為原料，對不同 ΔpH 和有機酸對百香果果皮花青素的穩定性和抗氧化活性進行研究。結果表明， pH 越低，花青素的穩定性越好。當有機酸濃度為 80mg/L 時，花青素的穩定性最好，檸檬酸對花青素的穩定效果高于草酸對花青素的穩定效果。花青素對羥基自由基和DPPH自由基的清除能力高于L-抗壞血酸，花青素的鐵離子還原能力強于L-抗壞血酸，表明百香果果皮花青素具有一定的抗氧化作用。因此，百香果果皮在食品添加劑和藥物研發方面具有應用潛力。

參考文獻：

[1]王翔宇，安昌，秦源，等.百香果遺傳育種及栽培生產研究進展[J].亞熱帶植物科學，2022，51（6）：505-514.

[2]張小梅，王聰，靳曉琳，等.百香果皮總黃酮的復合酶輔助超聲波提取工藝優化及其抗氧化活性分析[J].食品工業科技，2022，43（12）：215-222.

[3]李靚，朱涵彬，李長濱，等.百香果營養成分及保健功效的研究[J].糧食與油脂，2022，35（9）：35-37.

[4]PANZH，NINGDS，FUYX，etal.Preparativeisolationofpiceatannol derivatives frompassion fruit（Passiflora edulis）seedsby high-speed countercurrent chromatography combinedwithhigh-performanceliquidchromatographyand screeningforα -glucosidaseinhibitoryactivities[Jl.Journal of Agricultural andFoodChemistry，2020，68（6）：1555-1562.

[5]SPECIALE A，CIMINO F，SAIJA A，etal. Bioavailabilityandmolecularactivities of anthocyanins as modulators of endothelialfunction[J].Genesamp;. Nutrition，2014，9（4） ：404.

[6]OANCEA S. A review of the currentknowledge of thermalstability of anthocyaninsand approachestotheir stabilization toheat[J].Antioxidants，2021，10（9）：1337.

[7]王芳，陳夢穎，李曉怡，等.原花青素的食用安全性研究進展[J].沈陽藥科大學學報，2023，40（10）：1394-1400.

[8]夏瑤瑤.紫蘇籽油及原花青素的提取工藝研究[D].太原：中北大學，2017.

[9]李艷秋，陳丹丹，賈娟.藍莓中花青素的提取工藝研究[J].中國果菜，2023，43（11）：20-24.

[10]張星和，侯洪波，鄒章玉，等.高黎貢山紫果西番蓮果皮中原花青素的提取工藝及其穩定性［J].食品研究與開發，2022，43（20）：147-155.

[11]欒琳琳，盧紅梅，陳莉.桑葚花青素提取純化研究進展[J].中國調味品，2019，44（3）：156-160，164.

[12]LI A，XIAO R，HE S，et al. Research advances of purplesweet potato anthocyanins：extraction，identification，stability，bioactivity，application，and biotransformation[J].Molecules，2019，24（21）：3816.

[13]胡敏，歐陽軍，胡蓉，等.紫果百香果外果皮中花青素的提取工藝及穩定性研究[J].江西農業大學學報，2018，40（4）：825-834.

[14]冉露霞，王俊杰，成臣，等.超高壓和巴氏殺菌對百香果汁貯藏期品質的影響[J].食品工業科技，2023，44（3）：56-66.

[15]丁一東.樹莓果醋最適發酵條件及抗氧化性的研究[D].延吉：延邊大學，2021.

[16]MILOSEVICM，VULICJ，KUKRIC Z，et al.Polyphenoliccomposition，antioxidantandantiproliferativeactivityofedibleand inedible parts of cultivated and wild pomegranate （Punicagranatum L.）[J].Food Technology and Biotechnology，2023，61（4）：485-493.