内部沸腾法提取葡萄皮花色苷研究

黄茜，李建凤，廖立敏

（内江师范学院 化学化工学院，四川 内江641100）

内部沸腾法提取葡萄皮花色苷研究

黄茜，李建凤，廖立敏*

（内江师范学院 化学化工学院，四川 内江641100）

采用单因素试验和正交试验对内部沸腾法提取葡萄皮花色苷工艺进行研究，探讨乙醇体积分数、提取温度、提取时间和水料比对葡萄皮花色苷提取的影响。确定最佳提取工艺参数为：乙醇体积分数90%、提取温度85℃、提取时间5 min、提取水料比30 mL/g。按此优化条件，提取效果最佳，试验重现性好。

葡萄皮；花色苷；内部沸腾法；提取

食用色素广泛应用于食品行业，随着人们对自身健康的关注，越来越多的人对人工合成色素的安全性感到担忧，因此开发天然的食用色素成为引人注目的研究课题[1]。花色苷广泛存在于各种植物液、茎和果中，是一种天然食用色素。普遍认为植物色素安全、无毒，在食品、化妆品和医药领域有着巨大的应用潜力[2]。花色苷不但可以改善食品的外观，并且还具有较强的抗氧化活性[3]，具有消除自由基[4]、改善肝脏代谢、降低血脂[5]、延缓衰老、抗癌等多种生理活性功能[6]。我国葡萄资源丰富，年产几百万吨，并且还在逐年递增，其中80%用于酿酒，故而产生大量的葡萄皮渣[7]，葡萄皮中含有丰富的花色苷[8]。利用葡萄皮渣提取花色苷不仅可以充分利用废弃资源，而且成本低廉，效益较高[9]。葡萄皮花色苷的提取研究已有一些报道，如尹礼国等[10]采用溶剂回流法、黄瑜等[11]采用双水相法、李双石等[12]采用超声波法、李媛等[13]采用微波法提取了葡萄皮渣中的花色苷。溶剂回流法耗时、耗能；双水相提取对化合物活性保护较好，但为分相加入的盐后续处理麻烦；超声波法提取过程中产生刺耳的声音，对实验操作者有一定的影响；微波法提取时间短，但反应剧烈对热不稳定性物质破坏严重。内部沸腾法应用于植物有效成分的提取，具有提取时间短、提取率高、无需特殊试剂和特殊设备等优点[14]，并且目前未见该法用于葡萄皮花色苷提取的报道。本文采用内部沸腾法，通过单因素试验和正交试验研究各因子对提取的影响，进而确定最佳提取工艺，为开发利用葡萄皮花色苷提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

巨峰葡萄：内江卓尔超市，产自重庆璧山大兴镇；无水乙醇：成都金山化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

DFT-100 100 g手提式高速粉碎机：温岭市林大机械有限公司；JA2003A电子天平：上海精天电子仪器有限公司；DL-1万用电炉：北京中兴伟业仪器有限公司；HH-6水浴锅：科密仪器仪表（镇江）有限公司；YY91046-1999台式低速离心机：中国江苏金坛市医疗仪器厂；UVmini-1240紫外可见分光光度计：日本岛津公司；UPR-I-5/10/15T台上式纯水机：西安优普仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料处理

将新购得的葡萄取皮，用蒸馏水将皮洗净，并放在烘箱中以60℃恒温烘干至恒重，将烘干后的葡萄皮粉碎，得到葡萄皮粉，并将其置于干燥器中保存备用。

1.3.2 花色苷的提取

称取2 g干燥的葡萄皮粉末于锥形瓶中，加入用10 mL一定体积分数的乙醇溶液浸泡30 min，使乙醇溶液充分渗透物料；按水料比迅速加入一定量的某温度热水使植物组织内部乙醇产生沸腾，保温一段时间后，以4 000 r/min速度离心10 min得到上清液。

1.3.3 花色苷的测定

将离心后得到的上清液定容至100 mL，通过扫描紫外吸收光谱，确定在539 nm测定吸光度，以吸光度大小表示提取液中花色苷含量相对高低。

1.4 试验设计

以乙醇体积分数（A）、提取温度（B）、提取时间（C）、水料比（D）为考察因素。单因素试验：以乙醇体积分数为60%、提取温度为80℃，提取时间为6 min，水料比为30（mL/g）为基础，在其中3个因素固定的条件下，分别考察乙醇体积分数、提取温度、提取时间及水料比对葡萄皮花色苷提取的影响。正交试验：在单因素试验初步确定的最佳结果附近进一步细化选点，采用正交试验进一步优化提取工艺，每个因素设置4个水平，因素编码及水平见表1。

表1 因素及水平Table 1 Factors and levels

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 乙醇体积分数的影响

乙醇体积分数的影响见图1。

图1 乙醇体积分数的影响Fig.1 The effect of ethanol concentration

由图1可知，随着乙醇体积分数的升高，吸光度值升高，体积分数为80%时，效果最佳。乙醇体积分数较低时，内部不能形成有效的沸腾，不利于花色苷的提取。乙醇体积分数太高，可能对某些水溶性的色素提取效果不佳，因而初步确定最佳乙醇体积分数为80%左右。

2.1.2 提取温度的影响

提取温度对吸光度的影响见图2。

图2 提取温度对吸光度的影响Fig.2 The effect of extraction temperature

由图2可知，温度达到80℃之前，吸光度随着提取温度的提高而逐渐升高，在80℃左右达到最大值，之后略有下降。温度高于乙醇溶液共沸点，渗入原料之中的乙醇会立即沸腾，其提取主要是对流扩散发生主要作用。温度过低，不会沸腾或沸腾不剧烈，在短时间内无法提取完全。但高温又可能会破坏花色苷。因此，初步确定最佳提取温度处于80℃左右。

2.1.3 提取时间的影响

提取时间对吸光度的影响见图3。

图3 提取时间对吸光度的影响Fig.3 The effect of extraction time

由图3可知，在提取时间达到6 min之前，吸光度随着提取时间的延长而升高。花色苷由植物细胞内扩散到细胞外需要一定的时间，时间过短扩散未达到平衡，部分花色苷残留于细胞内部，表现为提取率低。当达到6 min时，吸光度值趋于稳定，没有必要继续延长时间。因而初步确定最佳提取时间为6 min。

2.1.4 水料比的影响

水料比对吸光度的影响见图4。

图4 水料比对吸光度的影响Fig.4 The effect of water-solid ratio

由图4可知，水料比很小时吸光度随水料比的增大而升高。花色苷由植物细胞内扩散到细胞外，当花色苷在细胞内外的浓度相等时达到平衡。水料比越大，达到平衡时花色苷在细胞内外的浓度越小，残留在细胞内部的花色苷量越少，提取越完全，因而吸光度越大，水料比达到30 mL/g时提取率接近最大值。因而初步确定最佳水料比为30 mL/g左右。

2.2 正交试验

正交试验安排、试验结果（每个试验号重复3次取平均值）及方差分析见表2。

表2表明各因素最优组合为A4B3C2D3，即乙醇体积分数（A）为 90%、提取温度（B）为85℃、提取时间（C）为5 min、液料比（D）为30 mL/g。在此条件下进行3次平行试验，测得的吸光度分别为0.423、0.440、0.436，平均值为0.433，此条件下葡萄皮花色苷提取最完全，试验重现性好，因而正交试验得到的最优提取条件是正确的。

表2 正交试验及结果Table 2 The orthogonal tests and results

3 结论

采用内部沸腾研究研究了葡萄皮花色苷的提取工艺，运用正交设计对影响花色苷提取因素进行了优化，结果表明乙醇体积分数为90%、提取温度为85℃、提取时间为5 min、液料比为30 mL/g时，花色苷提取较完全、试验重现性好。内部沸腾法以乙醇、水为提取溶剂，成本低廉，而且在提取过程中未加入任何有害物质，因而安全性高。本文所得葡萄皮花色苷提取工艺对于开发利用葡萄皮等植物花色苷具有一定的参考价值。

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Study on Extraction of Anthocyanin from Grape Skin by Internal Boiling Method

HUANG Xi，LI Jian-feng，LIAO Li-min*
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641100，Sichuan，China）

The single factor test and orthogonal test were used to study the extraction process of anthocyanin from grape skin by internal boiling method.The effects of ethanol volume fraction，extraction temperature，extraction time and ratio of water to material on the extraction were discussed.Optimum extraction parameters as follows：the ethanol volume fraction was 90%，the extraction temperature was 85℃，the extraction time was 5 min，and the ratio of water to material was 30 mL/g.Under these conditions，the extraction efficiency reached the best and the test reproducibility was good.

grape skin；anthocyanin；internal boiling method；extract

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.22.010

内江师范学院科研项目（16JC06）；四川省教育厅青年基金项目（13ZB0003）

黄茜（1991—），女（汉），助教，本科，主要从事天然产物分离分析等研究。

*通信作者：廖立敏（1981—），男（汉），副教授，硕士研究生，主要从事果类废弃物资源化研究工作。

2017-04-09