紫薯中花青素的提取研究冯亮; 彭周羽; 谭曾勇; 杨艳【期刊名称】《《广州化工》》【年(卷),期】2019(047)013【总页数】4页(P97-100)【关键词】花青素; 紫薯; 提取; 正交实验【作者】冯亮; 彭周羽; 谭曾勇; 杨艳【作者单位】湖北民族大学化学与环境工程学院湖北恩施 445000【正文语种】中文【中图分类】TQ914.1中国是薯类生产大国，约占世界薯类生产总量的65.0%[1]。
紫薯不仅具有普通甘薯的营养成分，如：淀粉、可溶性糖、蛋白质、氨基酸、膳食纤维、脂肪、多种维生素(VA、VB1、VB2、VC、VE等)、胡萝卜素。
同时它还富含Fe、Zn等多种微量元素，且营养成分含量普遍高出普通甘薯[2]。
由于紫薯富含高花青素类成分，且根内部呈深紫色，也被俗称“黑红薯”[3]。
花青素是一类广泛存在于自然植物中水溶性天然色素[4-6]。
由于其食用安全、色泽鲜亮自然、无特殊气味，且兼具抗氧化、抗突变、降血脂等保健功能，而受到人们的青睐。
近些年来，紫薯中花青素的含量及提取成为了人们研究的热点。
花青素主要的提取方法有微生物发酵提取法[7-10]、超声波微波提取法、超临界CO2提取法、溶剂浸提法等。
本论文主要是将常见的食品添加剂类柠檬酸作为提取溶剂，考察各提取因素对紫薯中花青素提取量的影响，以探讨花青素的提取工艺条件，以确定较优的提取工艺参数。
1 实验1.1 材料与仪器1.1.1 材料与试剂紫薯，购于恩施农贸市场。
柠檬酸、草酸、醋酸、甲醇等试剂，均为分析纯，均购于国药集团化学试剂有限公司；香草醛、原花青素，均购于合肥博美生物科技有限责任公司；水为二次蒸馏水。
1.1.2 仪器与设备KQ2200B型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；FA1004B电子天平，上海佑科仪器有限公司；800型离心机，上海云楼医用仪器厂；HH-2S型恒温水浴锅，上海天平仪器厂；SHZ-D(Ⅲ)型循环水式真空泵，上海华英仪器有限公司；UV-2550型紫外-可见分光光度仪，日本岛津；XZ-1B型旋片真空泵，浙江温岭市真空泵厂；高速多功能粉碎机，永康市铂欧五金制品有限公司。
1.2 实验方法1.2.1 原料的前处理将紫薯洗净，切成薄片，放置于干燥箱中，于60 ℃恒温风干至恒重，得到紫薯干。
然后用粉碎机磨碎，并用60目标准筛过筛，得到紫薯粉，于干燥皿中避光保存备用。
1.2.2 原花青素最大吸收波长的确定参考文献[11-14]对紫薯中花青素的含量进行测量。
准确称取20.00 mg原花青素标准品，溶解于20.0 mL甲醇，得到1.00 mg·mL-1的原花青素标准溶液，作为母液备用。
准确配制8.0%盐酸甲醇溶液和2.0%香草醛甲醇溶液，并以1:1混合，得到显色剂，现配现用。
取1.0 mL母液于10 mL容量瓶，加入5.0 mL显色剂，于30 ℃水浴避光反应30 min，然后在400～600 nm范围内测定吸收波长。
1.2.3 原花青素标准曲线的绘制分别取0、0.1、0.3、0.6、0.9、1.2 mL，浓度为1.0 mg·mL-1的原花青素标准溶液于10 mL容量瓶，加入2.5 mL，8.0%盐酸-甲醇溶液和2.5 mL，2.0%香草醛甲醇溶液，于30 ℃水浴避光反应30 min，用甲醇定容，然后在500 nm测定吸光度，并以原花青素质量浓度对吸光度进行线性回归分析。
1.2.4 最佳提取溶剂的选择选用浓度为3.0%和5.0%的醋酸、草酸、柠檬酸分别进行试验，以选择合适的提取溶剂。
1.2.5 单因素实验在此主要考察了时间、温度、次数、料液比以及提取剂浓度五个因素的影响，通过预实验结果，设计单因素实验时间为5～30 min，温度为20～70 ℃，次数为1～4次，料液比为(1:10)～(1:100)，提取剂浓度为3.0%～20.0%。
1.2.6 正交实验设计为寻找花青素最优的提取条件，实现最大提取率，在单因素的实验基础上，利用正交实验设计方法优化提取工艺。
利用正交实验设计表L16(45)设计实验，设计表如表1所示。
表1 因素指标Table 1 The factors and levels水平因素提取温度/℃溶剂浓度/%(m/V)料液比/(g mL)提取时间/min提取次数/次12531 10051240101 25152350151 17203460201 103042 结果与讨论2.1 原花青素最大吸收波长的确定及标准曲线图1 原花青素紫外-可见吸收光谱图Fig.1 UV-visible absorption spectra of extracting solution from procyanidins图2 原花青素标准曲线Fig.2 Standard curve of procyanidins由图1可知，原花青素在500 nm处有最大吸收。
线性回归方程为：Y=5.9437×X-8.4518×10-4，R2=0.9995，如图2所示。
吸光度在质量浓度0.01～0.12 mg·mL-1范围内线性关系较好。
2.2 提取溶剂的选择不同溶剂对花青素提取量的影响如图3所示。
图3 不同溶剂对花青素提取量的影响Fig.3 The effect of solvent on the yield of procyanidins2.3 单因素实验结果2.3.1 温度影响图4 温度对花青素提取量的影响Fig.4 The effect of temperature on the yield of anthocyanins由图3可知，相同浓度下，柠檬酸和草酸的提取效果差别不大。
但根据花青素类化合物的性质，其在酸性溶液中更易溶解而被提取，且相同浓度的草酸和柠檬酸，柠檬酸溶液的酸度较大，因此在单因素实验中，均选用柠檬酸作为提取剂。
温度对花青素提取量的影响如图4所示。
在各因素条件下，花青素的提取率在20～50 ℃随着温度的升高而升高，但在在50～70 ℃时其提取率逐渐下降。
这主要是因为花青素是一种含有较多酚羟基的类黄酮物质，容易氧化，且高温会促使对花青素有保护作用的3-糖苷结构水解，从而使花青素降解。
另一方面，紫薯中含有大量的淀粉，升高温度会使淀粉溶胀，导致提取液变得浓稠，给实验操作带来困难，因此在以下的单因素实验中均以30 ℃为提取温度。
2.3.2 时间的影响时间对提取率的影响如图5所示。
图5 时间对花青素提取量的影响Fig.5 The effect of time on the yield ofanthocyanins观察图5可知，在5～30 min的提取范围内，花青素的提取量在时间达到15 min 趋于稳定。
这主要是由于当提取时间达到一定值时，花青素在提取剂中达到了动态溶解平衡，且由于花青素中酚羟基较为活泼，提取时间不宜太长。
2.3.3 溶剂浓度的影响图6 浓度对花青素提取量的影响Fig.6 The effect of solvent strength on the yield of anthocyanins溶剂浓度对提取率的影响如图6所示。
提取率在溶剂浓度为15.0%左右达到最大值。
这主要是由于花青素在酸性环境下溶解度较好，随着溶剂浓度增加，酸度逐渐加大，花青素含量也随之升高。
但当溶剂浓度太大时原料中的其它成分也会被析出，影响花青素含量的检测。
另一方面，根据有机溶剂相似相溶原理[15]，花青素的溶出与提取剂的极性和其本身的极性有关，当二者极性相似时，溶解度达到最大值。
2.3.4 料液比的影响料液比对提取率的影响如图7所示。
控制其他条件不变，在一定范围内，溶剂比例越大，提取率越大。
当溶剂比例达到1:25时，其对花青素的提取影响不再有较大贡献。
这主要是由于花青素是水溶性物质，当提取剂比例增大时，其提取量会增大，但当溶剂量到一定程度，花青素提取量的增加会趋于平缓。
图7 料液比对花青素提取量的影响Fig.7 The effect of solid to liquid ratio on the yield of anthocyanins2.3.5 提取次数的影响图8 提取次数对花青素提取的影响Fig.8 The effect of extraction times on the yield of anthocyanins提取次数对提取量的影响如图8所示。
不同提取次数对应的提取量差别显著，浸提两次的效果较好。
这主要是因为一次浸提原料中花青素不能完全被提取，随着提取次数继续增加，花青素含量趋于稳定，考虑到节约药品，缩短实验时间，以两次提取效果较佳。
2.4 正交实验结果通过分析单因素实验结果，在5个因素下，分别设定4个水平因子进行L16(45)正交实验，实验结见表2。
表2 正交设计实验结果Table 2 The results of orthogonal experimental design因素(A)温度/℃(B)浓度(m/V)/%(C)料液比/(g/mL)(D)时间/min(E)次数/次含量/(mg·g-1)实验1111117.997实验21222211.311实验31333311.071实验41444411.408实验5212349.930实验62214310.816实验72341211.848实验82432110.593续表22实验9313429.892实验103243110.912实验113312412.120实验123421312.595实验134142311.177实验14423149.284实验154324112.575实验164413213.326均值110.4479.74911.13310.34110.519-均值210.79710.58111.51211.36811.594-均值311.35711.97110.21011.31011.324-均值411.59011.89011.33611.17310.753-极差1.1432.2221.3021.0271.075-对正交实验结果进行方差分析，见表3。
表3 正交实验方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiment因素偏差平方和自由度F比F临界值显著性温度3.25930.6062.490浓度13.87332.5812.490∗料液比4.03530.7512.490时间2.74830.5112.490次数2.96530.5522.490误差26.8815注：*P <0.10，影响显著。
根据实验结果的处理结果及因素指标分析可知，浓度(B)的极差最大，对原料中花青素的提取影响最为显著。
各因素对实验的影响程度大小为：B>C>A>E>D，即：浓度>料液比>温度>次数>时间。