紫色番茄花青素提取条件筛选及稳定性分析

张艳晖， 刘 娜， 朱为民， 郭世荣

（1.南京农业大学 园艺学院，江苏 南京 210095；2.上海市农业科学院 园艺研究所/上海市设施园艺技术重点实验室，上海 201106）

花青素（Cmthocyanin）是源于苯丙烷代谢生化途径的多酚类化合物，属于植物次生代谢产物黄酮类[1-2]，与脂溶性的胡萝卜素共同决定花朵和果实的颜色。花青素极具营养和药理价值，能清除自由基、且清除能力大于VC和芦丁。因此，植物中花青素受到人们越来越多的关注[3-6]。

紫色番茄是番茄的一个特色品种，果肉呈紫红色，具有独特的外观和较高的营养价值。紫色番茄不仅含有普通番茄所具有的营养物质，而且富含具有强抗氧化能力的花青素和醛类、醇类、酮类、酯类等多种挥发性物质[7-9]。花青素已成为紫色番茄一个重要的品质指标。

作者采用传统的有机溶剂提取法对紫色番茄果实中花青素进行提取，并通过单因素和正交试验确定其最佳提取条件，以便找到更为简便、精确的提取方式，通过稳定性实验测定了紫番茄花青素对光、温度、酸碱度和一些金属离子的反应情况，以期为紫色番茄果实中花青素提取保存以及开发利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料由上海市农业科学院番茄课题组提供的综合性状较好的紫色番茄，品种编号为D15-156-15。

1.2 方法

1.2.1 花青素的提取与测定 参照Mehrtens等的方法进行，略有改动[10-11]。在避光条件下称取番茄果实鲜样0.5 g，加入7 mL不同体积分数的盐酸甲醇溶液（A），于研钵快速研磨，并完全转移至15 mL离心管中，于不同温度（B）、不同时间条件下浸提（C），然后置于振荡培养箱中，180 r/min振荡，8 000离心10 min，取0.4 mL上清，加入盐酸甲醇0.6 mL，混匀，用分光光度计分别测量提取液在波长525 nm和657 nm处的吸收值。

1.2.2 甲醇体积分数的筛选 样品分别用体积分数 0、20%、40%、60%、80%、100%相同酸度的酸化甲醇于20℃条件下浸提2 h后，测定花青素的质量分数，筛选最佳甲醇体积分数。

1.2.3 浸提温度的筛选 利用得到的最佳甲醇体积分数， 样品分别在 20、30、40、50、60 ℃温度条件下于盐酸甲醇溶液中浸提2 h后测定花青素的相对含量，筛选最佳浸提温度。

1.2.4 浸提时间的筛选 利用得到的最佳甲醇体积分数和浸提温度，样品分别震荡浸提1、2、4、6、8 h后测定花青素的质量分数，筛选最佳浸提时间。

1.2.5 设计正交试验 选择主要影响因素甲醇体积分数（A）、提取温度（B）和提取时间（C）为研究对象，以花青素质量分数为指标，采用三因素三水平正交试验优化紫色番茄果实花青素提取条件。

1.2.6 紫番茄花青素的光稳定性 取等量紫番茄花青素浸提液分为4个组，第1组放置于光照培养箱中黑暗处理、第2组置于光照培养箱中光照强度为50%（约10 000 Lx）、第3组置于光照培养箱中光照强度为 100%（约 20 000 Lx）， 测定 0、12、24、36、48 h的吸光度。第4组实验室自然光下进行，夜晚不进行补光处理。

1.2.7 紫番茄花青素的热稳定性 取等量紫番茄花青素浸提液，置于恒温水浴锅中，分别在0、10、20、30、40、50、60、70、80 ℃条件下保存 1 h （遮光处理），冷却至室温后，在最大吸收波长处测定吸光度。1.2.8 紫番茄花青素的酸碱度稳定性 用0.1 mol/L HCl溶液和0.1 mol/L NaOH溶液分别调节浸提液 pH 1、3、5、7、9、11、13，静置 30 min 后测吸光值。1.2.9 紫番茄花青素的金属离子稳定性 取等量紫番茄花青素浸提液，分别加入质量浓度为0.5 g/L的 NaCl、CaCl2、MgCl2、ZnSO4、AlCl3、CuSO4、MnSO4溶液，放置48 h后测定吸光度。

1.3 数据处理与统计分析 采用Excel软件对数据进行处理和制图，用SPSS统计软件进行正交试验的设计和后续数据的处理。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 甲醇体积分数的筛选 将无水甲醇与蒸馏水以不同比例混匀，得到体积分数为0、20%、40%、60%、80%、100%的甲醇溶液，用酸化的这些甲醇溶液浸提紫番茄中的花青素，结果如图2，花青素质量分数整体呈现出先上升后下降的趋势，说明加入甲醇溶剂，可明显提高浸提效率。当甲醇体积分数在60%～100%之间，花青素质量分数下降，这说明水在花青素提取过程中也起着不可或缺的作用。综合分析发现60%的甲醇浸提液效果最好，花青素质量分数达到0.365 FW/g。

图1 甲醇体积分数对花青素提取的影响Fig.1 Methanol extracts of different concentrations of anthocyanin content

2.1.2 浸提温度筛选结果 在筛选得到的体积分数为60%的甲醇溶液中，2 h的浸提处理，由图3可以看出花青素质量分数随温度变化非常显著，呈现出先上升再下降的趋势，在30℃时达到峰值，在20℃时，花青素质量分数最低，且在20～30℃之间花青素质量分数上升幅度很大。

图2 温度对花青素提取的影响Fig.2 At different temperatures anthocyanin extraction conditions

2.1.3 浸提时间筛选结果 在筛选得到的体积分数为60%的甲醇溶液和最佳浸提温度30℃条件下，分别采用 1、2、4、6、8 h 浸提紫色番茄匀浆，由图4可见，花青素质量分数呈现出先上升后下降的趋势。

图3 时间对花青素提取的影响Fig.3 Under different circumstances time anthocyanin extraction

2.2 正交试验筛选结果

分析表4可以看出，在紫番茄花青素提取过程中，3个因素均达到了显著水平，且因素影响顺序为A＞B＞C，即甲醇体积分数对提取效果影响最大，提取时间影响最小，提取温度影响居中。

通过分析表3，以甲醇为溶剂紫色番茄花青素提取过程中，由3个因素的均值分析得到最佳组合为 A2B2C1，即甲醇体积分数为80%，浸提温度为30℃，时间为2 h，花青素达到最高值。综合考虑提取成本等各方面因素，最终选用 A2B2C1为最优化的提取方式。

表1 红熟期正交试验结果Table 1 Results of the orthogonal test in red ripe stage

表2 红熟期方差分析Table 2 Analysis of variance in red ripe stage

2.3 花青素的稳定性

2.3.1 光照对紫番茄花青素的影响 光处理实验结果如图4，避光条件下，花青素质量分数几乎不下降，只由开始的0.402 FW/g，48 h后最终降为0.387 FW/g，降解率只有3.7%。在100%（约为20 000 Lx）强光照射下，花青素含量降低最多，最终降为0.321 FW/g。50%的弱光照射和实验室自然光处理两条折线几乎重合，但是自然光处理比50%的弱光处理结果变化波动性更大一些。

图4 紫番茄花青素的光稳定性Fig.4 Light stability of anthocyanin in purple tomato

图5 紫番茄花青素的热稳定性Fig.5 Temperatures stability of anthocyanin in purple tomato

图6 紫番茄花青素的pH稳定性Fig.6 pH value stability of anthocyanin in purple tomato

2.3.4 金属离子对紫番茄花青素的影响 如图7所示，各类金属离子也能够影响浸提液中花青素的含量。与对照相比，Mg2+对浸提液的增色作用非常明显，最高可达到 0.489 FW/g。 Ca2+、Al3+、Na+、Mn2+对浸提液也具有一定的增色护色作用，而Zn2+、Cu2+能够降低花青素的质量分数，尤其是Cu2+，可使花青素质量分数低至0.113 FW/g。

2.3.2 温度对紫番茄花青素的影响 温度对花青素的影响也很显著，除0到10℃之间花青素质量分数不降低以外，总体看来花青素质量分数与水浴温度呈现负相关，即随水浴温度的增高呈现出下降趋势，且温度越高，花青素质量分数降低幅度越大，温度高于60℃以后，下降幅度尤为明显。但是在60℃以下，尤其是低于40℃时，花青素质量分数变化幅度很小，只从初始的0.402 FW/g降低为0.380 FW/g。

2.3.3 酸碱度对紫番茄花青素的影响 酸碱度度对花青素浸提液的影响也很大，在pH=3时，花青素质量分数最高为0.397 FW/g，在pH=5时略微降低至 0.388 FW/g，其次是pH=1时0.381 FW/g。在pH=13时，花青素质量分数低至0.122 FW/g（如图6）。

3 结 语

综合考虑各因素对提取花青素影响的大小，以及各因素之间的交互作用等方面，选择正交试验结果作为紫番茄花青素最优提取条件，即30℃下，用80%的酸化盐酸甲醇溶液处理2 h。

作者通过稳定性实验，发现光、温度、pH值、某些金属离子均能对花青素浸提液产生显著影响。其中花青素随着光强的增强，呈现出明显的下降趋势。这可能是因为强光能够破坏花青素的稳定机构，所以在花青素的提取过程中尽量避光保存。温度对花青素的影响也很显著，在40℃以下，花青素质量分数变化不大，在60℃以上，花青素质量分数下降幅度剧增。因此，花青素的提取和存放温度最好是在40℃以下。碱度与花青素含量呈现区间性，即在pH＜3，对花青素的提取有促进作用。Mg2+、Ca2+、Al3+、Na+、Mn2+这些金属离子对花青素的提取起到促进作用。

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