超声波辅助提取山竹壳色素的工艺优化

赖宣，章斌，侯小桢，郭丽莎，钟晓然，靳行，康贤华

（1.广东济公保健食品有限公司，广东潮安 515638；2.韩山师范学院生物系，广东潮州 521041）

超声波辅助提取山竹壳色素的工艺优化

赖宣1，章斌2，侯小桢2，郭丽莎2，钟晓然2，靳行2，康贤华2

（1.广东济公保健食品有限公司，广东潮安 515638；2.韩山师范学院生物系，广东潮州 521041）

采用超声波法提取山竹果壳色素，并通过L9（34）正交试验优化提取工艺条件。结果表明：色素在可见光区的最大吸收波长为478 nm，最佳提取工艺条件为：以70%乙醇为浸提剂，超声波功率350 W，提取时间40 min，料液比1∶30（g/mL），提取温度70℃，此条件下的色素提取液吸光度值A478为2.26。超声波辅助提取山竹果壳色素的效率明显高于常规提取法。

关键词：山竹；色素；超声波；优化

食用色素作为食品添加剂的重要组成部分，具有调色、补色等改善食品色泽及提高食品商品价值的作用，在饮料、糖果、糕点、罐头等食品加工中广泛使用。近年来，随着检测技术的发展和以苏丹红事件为代表的食品安全问题屡屡发生，食用色素的使用安全性也越来越受到消费者、科研人员和政府部门的关注。

山竹系藤黄科（Guttiferae）常绿乔木，其果实性偏寒凉，营养丰富，有解热清凉、化解脂肪、润肤降火、健脾生津的功效[1]；在医学上广泛用于腹痛、腹泻、痢疾、感染性创伤、化脓、慢性溃疡等疾病的治疗[2]。目前，作为山竹果鲜销和加工所产生的富含色素成分的果壳尚未得到有效利用，大多作为废弃物处理，既浪费资源，也不利于环境保护。国内外的研究发现，包括现代医学也证明，天然色素尤其是来自可食性植物的天然色素，不仅安全，有的还具有一定的营养和药理作用[3-6]。本研究通过单因素试验和正交试验探索了超声波辅助提取山竹果皮色素的最佳提取工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

山竹壳：洗净、烘干，粉碎后过筛备用。

无水乙醇、石油醚、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷：购自西陇化工有限公司且均为分析纯。

UV-2800型紫外可见分光光度计：上海尤尼柯仪器有限公司；AUW120型电子天平：上海精密科学仪器有限公司；DJ-10A倾倒式粉碎机：上海淀久中药机械制造有限公司；pHS-3C型精密酸度计：上海虹益仪器仪表有限公司；RE-52B型旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；HH-2型电子恒温水浴锅：常州华普达教学仪器有限公司；CS101-A型电热鼓风干燥箱：重庆试验设备厂；KQ-5200DB型超声波清洗器：昆山超声仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 色素提取工艺流程

山竹壳→低温干燥→粉碎过筛→加入提取剂→超声波提取→抽滤→色素液

1.2.2 最适提取溶剂的选择

准确称取山竹壳粉5.000 0 g，分别加入蒸馏水、无水乙醇、乙酸乙酯、石油醚、三氯甲烷、丙酮各100 mL，60℃下恒温浸提4 h，抽滤，取1 mL滤液稀释至25 mL，在190 nm～690 nm波长段扫描，测定其吸收光谱，选择最佳提取剂。

1.2.3 色素的超声波提取及工艺条件优化

分别考察超声波功率、提取时间、提取温度和料液比四因素对山竹壳色素提取效果的影响，并在此基础上开展L9（34）正交试验，优化提取工艺条件。

2 结果与讨论

2.1 提取溶剂与最大吸收波长的确定

2.1.1 提取溶剂对色素提取的影响

测定山竹壳色素在不同提取剂中的吸收光谱，结果见图1。

图1 山竹壳色素在不同溶剂中的吸收光谱Fig.1 Spectrograms of mangosteen pigment with different extraction solvents

由图1可知，山竹果壳色素在蒸馏水、三氯甲烷、石油醚和乙酸乙酯中的溶解度较小，较易溶于无水乙醇，在丙酮中的溶解度最大。虽然丙酮的最大吸收峰比无水乙醇的最大吸收峰大，吸收效果比无水乙醇好；但相比丙酮，乙醇毒性小且廉价，故本实验选用乙醇为提取剂，且主要考察在可见光波长范围内的吸收情况。

2.1.2 提取剂浓度及最大吸收波长的确定

选取60%、70%、80%、90%、100%浓度的乙醇，在360 nm～630 nm波长范围内对色素液扫描所得吸收光谱如图2所示。

图2表明，不同浓度乙醇液对山竹壳色素提取效果的影响变化不大，以70%乙醇的提取效果更佳，且波长在478 nm处有最大吸收峰，是山竹壳色素的最大特征吸收谱带。因此，确定70%乙醇液为最佳浸提剂。

图2 不同浓度乙醇的吸光度Fig.2 Absorbencies of mangosteen pigment with different content ethanol

2.2 超声波提取色素试验与条件优化

2.2.1 山竹壳粉粒度对提取效果的影响

分别称取过 20、40、60、70、80、100 目和 120 目分样筛的山竹壳粉各 1.000 0 g，料液比 1∶40（g/mL），提取温度30℃，于300 W超声功率下提取40 min，抽滤，定容，测定吸光度；结果如图3所示。

图3 粒度对色素提取效果的影响Fig.3 Effects of particle size on extraction

一般来说，固液接触面的比表面积越大，越利于固相中的有效成分溶至液相中。从图3可看出，随山竹壳粉粒径的减小，色素分子与乙醇溶液的接触比表面积增大，在超声波空化作用下，乙醇渗透至山竹壳粉内部的速度加快，使得色素分子的扩散阻力减小，单位时间内有更多的色素成分溶出。本实验中70目以后的吸光度值基本趋于平缓，因此选择最适粉径粒度为70目。

2.2.2 超声波功率对提取效果的影响

称取过70目筛的山竹壳粉1.000 0 g，料液比1∶40（g/mL），提取温度 30 ℃，分别在 200、250、300、350、400、450、500 W 条件下超声提取 40 min，抽滤，定容，测定吸光度，结果如图4所示。

色素提取液的吸光度随超声功率的增大而逐渐增大，于400 W时达至最大；之后随功率的继续增大而降低。这是由于超声波功率过大时，其所产生的机械效应和热效应对色素结构产生一定破坏，反而降低色素提取率。因此，超声波功率选择400 W较合适。

图4 超声波功率对色素提取效果的影响Fig.4 Effects of ultrasonic power on extraction

2.2.3 提取时间对提取效果的影响

料液比 1∶40（g/mL），提取温度30℃，于400 W超声功率下分别提取 30、40、50、60、70、80 min，抽滤，定容，测定吸光度，结果如图5所示。

图5 提取时间对色素提取效果的影响Fig.5 Effects of extraction time on extraction

图5表明，随浸提时间的延长，所得色素提取液的吸光度值随之增大，即色素的提取量增大，40 min时达至最大，表明色素已基本提取完全；若继续延长提取时间，可能会造成色素分子的破坏，故选取40 min为最佳浸提时间。

2.2.4 提取温度对提取效果的影响

料液比 1∶40（g/mL），超声功率 400 W，分别在 30、40、50、60、70、80 ℃条件下提取 40 min，抽滤，定容，测定吸光度，结果如图6所示。

图6 提取温度对色素提取效果的影响Fig.6 Effects of temperature on pigment extraction

色素提取液的吸光度随提取温度的升高而增大，60℃后的吸光度变化曲线表现平稳，为节省能耗，本实验选择60℃为最佳提取温度。

2.2.5 料液比对提取效果的影响

超声功率400W，提取温度60℃，分别在 1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70（g/mL）条件下提取 40 min，抽滤，定容，测定吸光度，结果见图7。

图7 料液比对色素提取效果的影响Fig.7 Effects of material-liquid ratio on pigment extraction

由图7可知，随料液比的增大，吸光度呈先增大后降低的趋势，料液比1∶30（g/mL）时的色素液已趋于饱和，吸光度达至最大。从节约溶剂的角度考虑，本实验确定料液比为 1∶30（g/mL）。

2.2.6 超声波提取山竹壳色素的工艺条件优化

在单因素试验基础上，选取超声波功率、提取时间、料液比和提取温度4个因素，开展L9（34）正交试验以优化提取工艺条件，正交试验方案及结果见表1。

表1 L9（34）正交试验设计与结果Table 1Results and analysis of L9（34）orthogonal test

表1的直观分析结果表明，2号试验组即A1B2C2D2提取效果最好；极差分析表明：影响山竹壳色素提取效果的因素主次顺序为B（提取时间）＞C（料液比）＞A（超声波功率）＞D（提取温度）；超声波提取山竹壳色素的优化工艺条件组合为A1B2C2D3。因此，需进行验证试验，以确定最优提取工艺条件。经验证试验，确定超声波提取山竹壳色素的最优条件为A1B2C2D3，即超声波功率350 W，提取时间40 min，料液比1∶30，提取温度70℃，此条件下的色素提取液吸光度值A478为2.26。

2.2.7 超声波优化提取与同条件常规提取效果比较

在相同条件下（料液比1∶30 g/mL，山竹壳粉粒径大小 70目），分别在 30、40、50、60、70℃温热水和超声波提取器（350 W、30℃）中萃取不同时间，抽滤，定容后，于478 nm下测定吸光度，结果见图8。

图8 两种提取方法对色素提取效果的影响Fig.8 Effects of different extracting way on pigment extraction

由图8可知，在相同提取温度下，在超声波的超声破碎、局部高温、空化及机械振动作用下，超声波辅助法在单位时间内较常规水浸提法能促使更多的色素成分溶出；同时，随水浸提温度的升高，色素液吸光度值有所增大，但升高幅度较小，对山竹壳色素的提取效果仍远不及超声波法。

3 结论

1）研究结果表明，70%乙醇是山竹壳色素的最佳提取剂。在可见光波长范围内的最适吸收波长为478 nm。

2）正交试验结果表明，超声波法提取山竹壳色素的最佳工艺条件为超声波功率350 W，提取时间40 min，料夜比 1∶30（g/mL），提取温度 70 ℃，此条件下的色素提取液吸光度值A478为2.26。且通过对比常规水浸提法，试验结果表明在相同条件下，超声波辅助提取可较大幅度提高山竹壳果皮色素的提取效率。

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[1]王宗训.中国资源植物利用手册[M].北京:中国科学技术出版社,1989:68-70

[2]彭文书,陈毅坚,钟文武,等.山竹果壳色素的稳定性及抑菌活性研究[J].食品研究与开发,2011,32(12):55-60

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[4]王薇.食用天然色素的营养保健作用[J].中国食物与营养,2005,(1):45-47

[5]赵吉寿,颜莉.天然食用玉米黄色素提取与性质研究[J].云南民族学院学报:自科版,1995,4(1):41-45

[6]章斌,侯小桢,郭丽莎.山竹壳色素的稳定性研究[J].食品与机械,2011,27(3):35-37

Optimization of Pigment Extraction from Mangosteen Shell by Ultrasonic

LAI Xuan1，ZHANG Bin2，HOU Xiao-zhen2，GUO Li-sha2，ZHONG Xiao-ran2，JIN Xing2，KANG Xian-hua2
（1.Guang Dong Ji Gong Health Food Co.，Ltd.，Chao'an 515638，Guangdong，China；2.Department of Biology，Hanshan Normal College，Chaozhou 521041，Guangdong，China）

Abstract：Extraction experiments of mangosteen pigment by ultrasonic was explored，and process conditions through L9（34） orthogonal test was optimized in this paper.Results showed that the maximum absorption wave length of pigment was 478 nm；the optimal extraction conditions were as follows，ultrasonic power 350 W，temperature70℃，extractiontime40min，ratioofliquidtosolid1∶30 （g/mL）with70%ethanol（volumeratio）as extraction solution；the A478nmabsorbance value was 2.26 under this condition.Meanwhile，extraction efficiency of mangosteenshellpigmentassistedwithultrasonicwasobviouslysuperiortoconventionalextractionmethod.

Key words：mangosteen；pigment；ultrasonic；optimization

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.13.009

赖宣（1964—），男（汉），助理工程师，学士，从事食品研发与生产管理工作。

2013-04-06