超声波提取红牡丹色素的工艺研究

2014-12-16高燕杨品珍马银海

食品研究与开发 2014年5期

高燕，杨品珍，马银海

（昆明学院化学科学与技术系，云南昆明650214）

牡丹（Paeonia suffruticosa）为毛莨科、芍药属落叶性野生小灌木，广泛分布于河南洛阳、山东菏泽、安徽铜陵、陕西汉中、河北柏山四川、甘肃和浙江等地，且种类很多。研究发现，牡丹具有广泛的应用价值，一是应用于观赏，二是药用，还可食用，牡丹花中的原花色素是目前世界上已知的抗氧化活性最强的物质，对人体具有很强的保健作用[1-4]。红牡丹花中含有色泽亮丽的天然红色素，是食用天然色素开发的优质资源。本文利用超声波技术提取红牡丹花中的天然红色素，通过单因素和正交实验，研究了红牡丹色素最佳提取工艺条件，为开发和利用红牡丹色素提供基础研究资料。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

红牡丹花：购自昆明王府井百货。

1.1.2 试剂

盐酸、氢氧化钠均为分析纯。

1.1.3 仪器

UV-2450紫外可见分光光度计：日本岛津公司；酸度计：上海雷磁仪器厂；722N可见分光光度计：北京瑞利分析仪器公司；CAV264C电光天平：奥豪斯仪器有限公司；JK-100DVB三频数控超声波清洗器：安徽合肥金尼克有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 红牡丹色素吸收光谱的测定

用UV-2450紫外可见分光光度计在波长400nm～600nm之间对红牡丹色素提取液进行扫描，以pH=1的盐酸溶液作参比，测定色素的吸光度，确定最大吸收波长。

1.2.2 红色素提取的单因素实验

根据作者前期研究结果，本实验以酸水（pH 1.0）作为提取剂提取红牡丹红色素。准确称取1.00 g红牡丹花原料，按料液比为1∶200（g/mL）加入提取剂，置于超声波循环萃取仪中，在一定的超声波功率和温度下提取一定时间，过滤，合并所得滤液，定容至相同体积，用分光光度法在最大吸收波长525 nm下测定红色素的吸光度。

1.2.3 红色素提取的正交实验

根据单因素实验结果，选取超声波功率、提取温度、提取总时间3个因素，每个因素取3个水平，做L9（33）正交实验，以确定超声波法提取牡丹红色素的最佳工艺条件。运用正交设计方法进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 红牡丹色素特征吸收光谱

红牡丹色素提取液在可见光区扫描，结果见图1。

图1 红牡丹色素可见吸收光谱图Fig.1 Visible absorption spectrum of pigment from Red peony

由图1可知，红牡丹色素在可见光区525 nm处有最大吸收，有典型的花青素光谱吸收特征[4]。确定红牡丹色素最大吸收波长为525 nm。

2.2 单因素实验

2.2.1 超声波功率对色素提取率的影响

称取1.00 g已被粉碎的红牡丹花瓣5份，分别加入200 mLpH=1的酸水浸泡5 min后，置入超声波仪中，在温度为30℃恒温条件下，以不同超声波功率辐射15 min，在525 nm下测其上层清液的吸光度，结果如图2。

图2 超声波功率对色素提取影响Fig.2 Effect of ultrasonic power on the extraction efficiency of pigment

由图2可知，色素提取液的吸光度开始随超声波功率增大而增大，超声波功率越大细胞组织结构破坏越严重，色素渗出率就越高。当功率达60 W时，吸光度出现最大值，再增加超声波功率时，吸光度开始下降，因为功率过大，超声波的强烈震荡对色素分子结构有一定影响[5]，因此，超声波功率选择60 W为好。

2.2.2 超声波提取温度对色素提取功率的影响

称取1.00 g红牡丹花瓣4份，分别加入200 mL pH=1的酸水浸泡5 min后，置入超声波仪中，超声波功率60 W，在不同温度进行下超声辐射15 min，在525 nm下测其上层清液的吸光度，结果如图3。

图3 超声温度对色素提取率的影响Fig.3 Effect of ultrasonic temperature on the extraction efficiency of pigment

由图3可知，随温度升高，色素提取液吸光度增大，到45℃具有最佳提取效果，色素能较好溶出。高于45℃，吸光度开始下降，60℃后吸光度又开始增大增大，因此，温度选择45℃较好。

2.2.3 超声波提取时间对色素提取率的影响

称取1.00 g红牡丹花瓣5份，分别加入200 mL pH=1的酸水浸泡5 min后，置入超声波仪中，超声波功率60 W，恒温45℃，以不同超声波辐射时间进行实验，在525 nm下测其上层清液的吸光度，结果如图4。

图4 超声时间对色素提取率的影响Fig.4 Effect of ultrasonic time on the extraction efficiency of pigment

由图4可知，色素提取液的吸光度随时间的延长先增加后减小，在20 min时吸光度达最大值，说明色素渗出最多，因此，超声时间选择20 min适宜。

2.3 正交实验的优化组合

依据单因素实验的基础，利用正交实验对红牡丹色素提取工艺条件进行优化组合，以超声功率、超声温度和超声时间为考察因素，采用L9（33）进行正交实验，因素与水平的选择见表1，正交实验方案和结果见表2，并进行重复性实验3次。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels of test

表2 L9（33）正交实验方案和结果Table 2L9（33）orthogonal design experiment and results

表3 方差分析Table 3 Analysis of variance

从表2各因素的极差（R）大小和表3方差分析可知，影响牡丹红色素提取效果的因素从主到次依次为：C＞B＞A；其中超声时间的影响最大，超声温度的影响次之，显著水平均（a＜0.10）。从表2每个因素3个水平的值大小及表3方差分析可知，最佳提取条件组合为A1B2C2，即超声波提取火棘红色素的最佳工艺条件是：超声功率50 W、超声温度45℃、超声时间20 min。