正交试验优化超声波辅助乙醇法提取米团花黄色素工艺

张广文，李爱梅，葛 婧，欧仕益

(暨南大学食品科学与工程系，广东 广州 510632)

色素是一种重要的添加剂，被广泛应用于食品、化工产品、化妆品等领域[1-4]。色泽是衡量食品品质的重要感官指标，健康的色泽能够有效地提高食品的感官品质，增进食欲。为了改善食品色泽，一般会在食品中添加食用色素。食用色素广义上分为人工合成色素和天然色素。随着人们对食品安全性要求的提高，不断发现合成色素的毒性和不良影响，合成色素的使用种类和范围日趋缩小[5]。天然色素主要来自于动植物和微生物，对人体无毒无害，具有一定的生物活性和营养，安全性高[6-8]。近年来，天然色素的开发研究迅速发展[9]，可见天然食用色素逐渐替代合成色素，得到消费者更多的认可。

米团花为唇形科米团花属，又名渍糖花、羊巴巴，属于蜜源植物[10]，具有舒筋、接骨、止血、消炎等药用价值，可用于治疗发热、胃痛、外伤出血、闭合性骨折、黄水疮等[11]，基诺族人民很早之前就用米团花来治疗胃炎[12]。前期研究表明：米团花黄色素属于水溶性色素，耐光、耐热、耐酸，稳定性好，适宜在酸性和中性介质中使用[13]。以米团花黄色素为原料，利用小鼠进行急性毒性(LD50)、微核试验、精子畸变和Ames试验等毒理学研究发现其LD50＞21.5g/kg BW(属无毒级物质)，微核试验、精子畸变试验和Ames试验结果均为阴性[14]。将米团花黄色素添加到油炸方便面中，米团花黄色素显示出较高的热稳定性，且感官效果很好[15]。

超声提取法是一种物理破碎过程，常用于提取植物有效成分。超声波能产生次级效应，如热效应、乳化、扩散、击碎、化学效应、生物效应、凝聚效应等，可以加速植物有效成分在溶剂中的扩散与释放，提高提取率[16-18]。超声提取法在天然色素提取方面具有省时、节能、提取率高等优点[19]。本实验研究并优化了超声波辅助提取米团花黄色素的工艺条件，为米团花的工业化生产提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

米团花干花产自云南省宝山市；无水乙醇(分析纯) 天津市化学试剂一厂。

粉碎机 广东省连南微型电机厂；SB 25-12 DTDN型数控超声波清洗器 宁波新芝生物科技股份有限公司；EL-104电子分析天平 梅特勒-托利多上海仪器有限公司；722S型可见分光光度计 上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样品预处理

米团花经除杂、干燥、粉碎，存于干燥避光处备用。

1.2.2 乙醇浸提法提取米团花黄色素[20]

准确称取处理后的米团花0.5000g，置于50mL具塞三角瓶中，加入一定量60%乙醇溶液。在特定温度下，浸提一定时间后，过滤得米团花色素提取液。将提取液定容至500mL，吸取5mL用60%乙醇溶液稀释1倍，在431nm波长处测其吸光度。

1.2.3 超声波辅助乙醇法提取米团花黄色素

准确称取处理后的米团花0.5000g，置于50mL具塞三角瓶中，加入一定量的60%乙醇溶液。在特定温度下，超声波辅助浸提一定时间后，过滤得米团花色素提取液。其余操作同1.2.2节。

1.2.4 提取率的计算

准确称取处理后的米团花0.5000g，加入50mL 60%乙醇溶液，浸提4h后过滤，重复提取4次后合并滤液，定容500mL。取5mL用60%乙醇溶液稀释1倍，在431nm波长处测定米团花黄色素溶液的吸光度，把此测定值作为完全提取时的吸光度，经测定为0.648，与被测样品吸光度A相比，得该条件下的提取率公式：提取率/% = A/0.648×100。

1.2.5 超声波辅助法与乙醇浸提法提取米团花黄色素的单因素试验比较

固定提取温度4 0 ℃、超声波功率1 0 0 W、提取时间20min、提取溶液乙醇体积分数60%、液固比100：1。固定其他条件，分别考察温度(20～60℃)、提取时间(10～90min)、液固比(40：1～130：1)、超声功率(80～160W)对提取率的影响。每组试验重复两次，取其平均值，观察温度对提取率的影响。

1.2.6 超声法提取米团花黄色素最佳工艺条件的确定

在单因素试验基础上，以提取温度、提取时间、液固比、超声功率为因素，选取L9(34)正交试验，每个试验组重复两次，取平均值，通过其结果对超声波辅助乙醇提取米团花黄色素工艺参数进行优化，并进行结果分析。

1.2.7 验证实验

根据正交试验的分析结果， 按照最佳提取工艺进行提取实验，对米团花样品平行提取5次，计算精密度。

2 结果与分析

2.1 超声波辅助法与乙醇浸提法提取米团花黄色素的单因素试验

2.1.1 温度的影响

图 1 提取温度对米团花黄色素提取效果的影响Fig.1 Effect of ultrasonic temperature on extraction of yellow pigments from LC

图1表明，无论是超声波辅助法还是乙醇浸提法，米团花黄色素的提取率在一定温度范围内都是随着温度的升高而提高，但在相同的温度下，超声波辅助法比传统乙醇浸提法提取率高。当温度达到45℃后，两种方法的提取率基本上都会保持不变。

2.1.2 提取时间的影响

图 2 提取时间对米团花黄色素提取效果的影响Fig.2 Effect of ultrasonic time on extraction of yellow pigments from LC

图2表明，米团花黄色素的提取率随时间延长呈上升趋势。相同条件下，超声波辅助法更容易达到平衡，其提取率也比乙醇浸提法的提取率高。从超声波辅助法这条曲线可以看出，当时间超出40min后，提取率变化缓慢，可能是因为米团花组织结构质地疏松，溶剂易渗入，40min后原料细胞内外浓度已接近平衡，再增加浸提时间，黄色素的提取率增加不明显。

2.1.3 液固比的影响

图 3 液固比对米团花黄色素提取效果的影响Fig.3 Effect of ultrasonic liquid-solid ratio on extraction of yellow pigments from LC

从图3可以看出，随着液固比增大，米团花黄色素的提取率不断增大，超声波辅助乙醇提取法从液固比为110：1后，变化趋势缓慢，基本达到平衡。而单独乙醇提取法，液固比110：1后仍有提高，说明，相同条件下，超声波辅助法更容易达到提取平衡，且在相同液固比条件下，超声波辅助法比乙醇浸提法的提取率高。

2.1.4 超声功率的影响

图 4 超声功率对米团花黄色素提取效果的影响Fig.4 Effect of ultrasonic power on extraction of yellow pigments from LC

图4表明，随着超声功率的增大，米团花黄色素的提取率总体趋势是先升高后降低，当超声功率为130W时，米团花黄色素的提取率最高。但当超声功率超过130W后，米团花黄色素的提取率渐渐降低，提取效果变差，其原因可能是超声功率超出130W后会对色素结构产生破坏，使提取率降低。

2.2 超声波辅助法提取米团花黄色素工艺优化

根据超声波辅助法提取米团花黄色素的单因素试验结果，设计L9(34)正交试验，研究因素水平及结果见表1。由表1可知，用体积分数为60%乙醇作溶剂，利用超声波辅助乙醇提取米团花黄色素，各因素对提取率的影响顺序为D＞B＞A＞C，其中为超声波功率和超声时间为主要因素，温度与液固比为次要因素，最佳组合是A3B3C3D3，即提取温度50℃、提取时间50min、液固比110：1、超声波功率130W。

表1 超声波辅助法提取米团花黄色素正交试验结果Table 1 Results of orthogonal test on ultrasound-assisited ethanol extraction of yellow pigments from LC

2.3 验证实验

结果表明，在最佳提取工艺条件下，超声波辅助法提取米团花黄色素的精密度好，结果见表2。

表2 重复性实验结果Table 2 Repeatability on ultrasound-assisited ethanol extraction of yellow pigments from LC

2.4 米团花黄色素两种提取方法的比较

表3 米团花黄色素两种提取方法的比较Table 3 Comparison of two extraction methods of yellow pigments from LC

3 结 论

利用L9(34)正交试验优化超声辅助法提取米团花黄色素试验方案结果表明，影响超声波辅助法提取米团花黄色素的主要因素是超声波功率和时间，其次是超声温度。超声波辅助法提取米团花黄色素的最佳工艺条件为超声温度50℃、超声时间50min、液固比110：1、超声功率130W，在此条件下进行了5份样品的验证实验，所得米团花黄色素提取率平均为96.36%，相对标准偏差为0.32%(n = 5)。说明超声波辅助乙醇法提取米团花黄色素精密度比较好，且比传统乙醇法相比提取率高，提取时间短。

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