紫薯色素两种提取方法的比对研究

胡梦琳，杨甲甲，代 涛，李 晖*

(四川大学化学工程学院，四川 成都 610065)

紫薯色素两种提取方法的比对研究

胡梦琳，杨甲甲，代 涛，李 晖*

(四川大学化学工程学院，四川 成都 610065)

以紫薯为原料，采用微波和超声波对紫薯色素提取方法进行对比研究，正交法探讨两种方法的最佳提取条件和参数。结果表明：微波提取最佳条件为溶剂50%酸化乙醇、料液比1:10(g/mL)、辐射时间12min、温度75℃；超声波提取最佳条件为溶剂60%酸化乙醇、料液比1:30(g/mL)、超声时间30min、超声温度60℃；在两种方法的最佳条件下清除羟自由基，微波清除效率高。综合比较，微波方法更优。

紫薯色素；微波提取；超声波提取；正交试验；羟自由基

紫薯(purple sweet potato)，又叫黑薯，薯肉呈紫色至深紫色，自引进后在中国广为种植，有良好的经济效益，在国内外市场上十分走俏，发展前景广阔。紫薯色素是从紫薯中提取的具有良好生物活性的水溶性天然红色素，属花青素类色素(anthocyanidin)，存在于紫薯的块根、茎、叶和薯皮中，花青素类色素具有优异的抗氧化、抗突变和抗癌，抗辐射活性，调节血压[1-3]，是一类极具前途的功能型食品添加剂和保健食品基料。在自然状态下，花青素在植物体内常与各种单糖结合形成糖苷，称为花色苷(anthocyanin)。目前对紫薯色素有微波及超声提取方法的报道停留在方法本身的优化，进行方法间的比对甚少[4-6]。本实验采用微波和超声波两种方法，通过正交试验对比研究相关因素对紫薯色素提取率的影响，以及羟自由基清除率，对超声及微波提取紫薯色素做对比，旨在为开发利用我国丰富的紫薯资源以及为微波和超声波提取紫薯色素技术提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫薯 四川新威信公司。无水乙醇等(均为AR) 成都科龙试剂公司；实验用水为3次蒸馏水。

1.2 仪器与设备

TU-1901紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；MARSXpres微波消解仪 美国CEM公司；KQ-250DE型超声波清洗器(40kHz) 昆山市超声仪器有限公司。

1.3 样品制备方法

将新鲜紫薯洗净，切成约0.3cm厚薯片，于60℃条件下通风烘干，粉碎过60目筛，得到紫薯粉末，置于密闭容器中备用。

1.4 紫薯色素含量的测定

紫薯色素总含量测定参照文献[6]的方法，通过测得吸光度大小判断色素的含量(取3次平均值)。

1.5 实验设计

以微波温度、料液比、微波时间、质量分数0.1%的HCl与乙醇的体积比进行为影响因素，吸光度为指标进行单因素试验。根据单因素试验结果，选取适宜的因素水平进行正交试验。

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2 结果与分析

2.1 最大吸收波长的确定

图1 紫薯色素紫外图谱Fig.1 Ultraviolet spectrum of purple sweet potato pigment

对紫薯色素采用酸性乙醇溶剂法直接提取，结果见图1。因为花青素类特征吸收峰为320nm和525nm附近，与本实验结果基本吻合。而王吰等[7]对不同紫薯品种进行紫外光谱扫描得出，紫薯水溶性色素特征吸收在323nm和528nm。因此本实验测定紫薯花色苷的吸收波长为324nm。

2.2 紫薯色素提取方法研究

2.2.1 微波提取

精确称取不同量紫薯粉装入微波消解罐中，加入不同比例溶剂(保持消解罐内液体体积相同)，浸泡搅拌30min后放入微波消解仪中提取，5min程序升温到不同温度下辐射指定时间(辐射过程中保持高速搅拌)，冷却到室温后，通过4000r/min离心10min，取上清液稀释，测定吸光度。

目前提取色素的溶剂普遍为酸性醇溶液，常用的酸为盐酸和柠檬酸[8-13]，考虑到提取成本，本实验采用盐酸。以微波温度(A)、料液比(B)、微波时间(C)、质量分数0.1%的HCl与乙醇的体积比(D)进行单因素试验，微波提取单因素试验结果(数据略)显示，温度80℃，料液比1:10，微波时间14min，酸醇比4:6时有最大吸光度。基于紫薯色素理化性质[14]考虑，进行L9(34)正交试验，因素及水平见表1，求出最佳微波提取方法及参数。

表1 微波提取正交试验因素水平Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing microwave extraction process

表2 微波提取正交试验设计及结果Table 2 Scheme and results of o orthogonal array design for optimizing microwave extraction process

由表2可知，微波提取时各因素对提取率的影响主次为料液比＞酸醇比＞时间＞温度，在最佳提取温度附近，时间、温度影响甚微。

2.2.2 超声波提取

提取容器换为带塞锥形瓶，处理过程及单因素试验同微波提取。超声波提取单因素试验结果显示，温度70℃、料液1:40、超声时间30min、酸醇比4:6时有最大吸光度。参考单因素试验结果，设计超声提取正交试验，因素水平见表3。

表3 超声提取正交试验因素水平Table 3 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing ultrasonic extraction process

超声提取正交试验结果如表4所示。

由表4可知，超声波提取时各因素对提取率的影响主次为料液比＞酸醇比＞温度＞时间，在最佳温度附近，提取时间和温度对色素提取影响相当。

表4 超声提取正交试验设计及结果Table 4 Scheme and results of o orthogonal array design for optimizing ultrasonic extraction process

2.2.3 验证实验

按正交试验确定的最佳条件，分别用微波和超声波提取进行3组平行实验以验证实验结果，如表5、6所示。从表5、6可以看出，提取率有较高的重复性，验证了提取方法的合理性。

表5 微波提取验证实验结果Table 5 Results of validation experiments for optimized microwave extraction process

表6 超声提取验证实验结果Table 6 Results of validation experiments for optimized ultrasonicextraction process

2.2.4 羟自由基清除实验

参照Fenton反应的方法设计反应体系[15]，利用H2O2与Fe2+混合生·OH，但由于·OH具有很高的反应活性，存活时间短，若在反应体系中加入水杨酸，就能有效地捕捉·OH，并产生有色产物。该产物在波长510nm处有强吸收，若在此反应体系中加入具有清除·OH功能的被测物，便会与水杨酸竞争·OH，从而使有色产物生成量减少，采用固定反应时间法，在相同体积的反应体系加入提取液，并以蒸馏水为参比，与试剂空白液比较，在波长510nm处吸光度，测定被测物对·OH的清除作用，其清除率计算公式：

清除率/% =(A0－Ax)×100÷Ax(A0为空白对照，Ax为加入被测物后吸光度)。在10mL的容量瓶中依次加入6mmol/L FeSO41mL，提取液0.5mL和6mmol/L H2O21mL，pH3.5柠檬酸缓冲液1mL摇匀静置10min，再加入6mmol/L的水杨酸1mL，蒸馏水定容，静置30min测其吸光度。

表7 微波和超声提取物对羟自由基清除率Table 7 Scavenging rates of microwave extraction and ultrasonic extraction derived purple sweet potato pigments on hydroxyl free radicals

由表7可以看出，相同体积提取液清除羟自由基，微波提取的清除效率更高。

3 结 论

超声波提取方法的最佳条件为60℃条件下，紫薯与酸化乙醇(40% HCl-60% C2H5OH)比为1:30(g/mL)超声30min；微波提取方法的最佳条件为75℃条件下，紫薯与酸化乙醇(50% HCl-50% C2H5OH)比为1:10(g/mL)辐射12min；相较于超声波而言，微波提取溶剂仅为超声的1/3，时间减少一半以上，且提取率高；比对清除羟自由基效率，微波提取的清除效率较超声高。综合考虑紫薯色素提取方法，微波提取效果更佳。

[1] ZHU Hongmei, ZHAO Meng. Study on chemical constituents and antioxidan activty of anthocyanins fromIpomoea batatasL (purple sweet potato)[J]. Chemistry and Industry of Forest Products, 2009, 29(1): 39-45.

[2] 魏蕾, 吕佳飞, 李志洲. 花青素的提取纯化抗氧化能力及功用方面的研究进展[J]. 氨基酸和生物资源, 2009, 31(4): 83-86.

[3] 方忠祥, 倪元颖. 花青素生理功能研究进展[J]. 广州食品工业科技,2001, 17(3): 60-62.

[4] 顾红梅. 紫薯中花色甙色素提取及纯化方法的研究[D]. 成都: 四川大学, 2004: 1-34.

[5] 许正虹, 高彦祥, 石素兰. 微波辅助萃取紫甘薯色素的研究[J]. 食品科学, 2005, 26(9): 234-235.

[6] 杨华, 赖青青, 陈林松, 等. 采用微波辅助提取紫甘薯色素的工艺研究[J]. 食品工业科技, 2009, 30(4): 282-289.

[7] 王吰, 连喜军, 陈良笛, 等. 不同品种甘薯色素紫外可见光谱性质研究[J]. 食品研究与开发, 2009, 30(1): 25-28; 100.

[8] 赵宇瑛, 张汉锋. 花青素的研究现状及发展趋势[J]. 安徽农业科学,2005, 33(5): 904-905; 907.

[9] 焦淑清, 徐晶莹. 微波萃取红花羊蹄甲花红色素的研究[J]. 食品研究与开发, 2009, 30(4): 190-192.

[10] 王怀宗, 金玲玲, 王武, 等. 微波萃取苋菜红色素及其稳定性研究[J].中国食物与营养, 2008(3): 45-47.

[11] 盛玮, 薛建平, 谢笔钧. 超级黑糯玉米色素提取及稳定性研究[J]. 食品科学, 2009, 30(4): 103-106.

[12] 孙希云, 赵秀红, 刘宁, 等. 红树莓色素提取工艺及稳定性研究[J].食品工业, 2008(4): 1-3.

[13] 赵建芬, 董姬韦, 寿莲. 落葵色素的提取工艺及性质[J]. 食品科学,2009, 30(16): 65-68.

[14] 杨颖, 夏其乐, 陈剑兵, 等. 紫薯花色苷的理化性质研究[J]. 食品工业科技, 2009, 30(11): 251-253; 256.

[15] 李贵荣, 杨胜圆. 党参多糖的提取及其对活性氧自由基的清除作用[J]. 化学世界, 2001, 42(8): 42l-422.

Comparative Study on Two Extraction Methods for Purple Sweet Potato Pigment

HU Meng-lin，YANG Jia-jia，DAI Tao，LI Hui*
(College of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

Purple potato was used as the raw material to extract pigment by microwave and ultrasonic methods. Both methods were compared and optimal extraction parameters of both methods were also explored. The results showed that the optimal microwave extraction conditions were using a 10-fold volume of a mixture of HCl and C2H5OH at a ratio of 50:50 as the extraction solvent to extract the raw material for 12 min at 75 ℃ in a microwave field. The optimal solvent composition for ultrasonic extraction consisted of HCl and C2H5OH at a ratio of 40:60, and material/liquid ratio of 1:30 (g/mL), ultrasonic treatment time of 30 min and extraction temperature of 60 ℃. Microwave extraction derived purple sweet potato pigment had higher hydroxyl free radical scavenging capacity than purple sweet potato pigment obtained by ultrasonic extraction. Overall, microwave extraction is superior to ultrasonic extraction.

purple sweet potato pigment；microwave extraction；ultrasonic extraction；orthogonal array design；hydroxyl free radical

TS207.3

A

1002-6630(2011)06-0247-03

2010-05-18

胡梦琳(1986—)，女，硕士研究生，研究方向为生物分析。E-mail：violet860614@yahoo.com.cn

*通信作者：李晖(1954—)，男，教授，博士，研究方向为药物工艺学。E-mail：lihuilab@sina.com