超声波辅助提取火龙果皮花青素工艺研究

◎ 赵巨堂，刘 冉，彭清秀，刘梦杰

（聊城大学农学院，山东 聊城 252000）

火龙果（Hylocereus undatus）属仙人掌科（Cactaceae）量天尺属（Hylocereus）和蛇鞭柱属（Selenicereus）植物，火龙果皮富含花青素类物质。研究表明，花青素不仅具有促进血液循环、预防心脑血管疾病、抗氧化、清除自由基、保护视力、抑制黑素瘤细胞生长等作用，而且可以作为一类天然的食用着色剂[1-2]。随着食品着色剂安全知识的普及，可食用天然食品着色剂的研究与开发受到人们的极大关注[3-4]。花青素作为食品着色剂和功能成分来利用往往受到其稳定性和其他化合物相互作用的限制[5-6]。目前的研究重点是寻找更好的来源，提高萃取效率和稳定性[7]。超声波具有空化现象、机械振动以及热效应等特性，使提取介质中的微小气泡压缩、爆裂，击碎被提取原料的细胞壁，加速天然成分的溶出。与一般常规溶剂提取方法相比，超声辅助提取技术具有加快提取过程、提高溶出速率、实现低温高效萃取的优点[8]。本研究运用超声辅助技术，研究了料液比、提取溶剂、超声温度、超声时间和提取温度对火龙果皮花青素提取的影响，利用正交法对提取工艺进行优化，为火龙果皮花青素的综合利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

火龙果：市售。

1.2 实验方法

1.2.1 原料预处理

将新鲜的火龙果果皮取出，去除附在上面绿色部分的果皮。将红色部分的果皮剪成3～4 cm的小块，于烘箱中40℃烘干，冷却到室温，粉碎成粉末贮于干燥带塞的容器里

1.2.2 花青素含量的测定

花青素含量测定方法参照参考文献[9]。取浸提液分别加入一定体积的pH1.0、pH4.5缓冲液稀释一定的倍数，混匀，静置20 min，以柠檬酸溶剂调零，在525 nm和700 nm处测定其吸光度值，并记录。

其中：A0=A525 nm pH1.0-A700 nm pH1.0；A1=A525 nm pH4.5-A700 nm pH4.5；V为提取液总体积(mL)；n为稀释倍数；M为相对分子质量(449.2)；ε为消光系数(26 900)；m为样品质量(g)。

1.2.3 单因素实验方法

（1）提取溶剂对火龙果皮花青素提取量的影响。精确称取1.0g火龙果皮粉于具塞三角瓶中，提取条件为提取溶剂选择30%、40%、50%、60%、70%和80%乙醇，料液比1∶40，超声时间30 min，超声功率100 W，提取温度30 ℃，抽滤得到澄清提取液。

（2）料液比对火龙果皮花青素提取量的影响。精确称取1.0g火龙果皮粉于具塞三角瓶中，提取条件为提取溶剂50%乙醇，料液比选择1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50和1∶60，超声时间30 min，超声功率100 W，提取温度30 ℃，抽滤得到澄清提取液。

（3）超声时间对火龙果皮花青素提取量的影响。精确称取1.0g火龙果皮粉于具塞三角瓶中，提取条件为提取溶剂50%乙醇，料液比1∶40，超声时间选择10、20、30、40、50 min和60 min，超声功率100 W，提取温度30 ℃，抽滤得到澄清提取液。

（4）超声功率对火龙果皮花青素提取量的影响。精确称取1.0 g火龙果皮粉于具塞三角瓶中，提取条件为提取溶剂50%乙醇，料液比1∶40，超声时间30 min，提取温度30 ℃，超声功率选择40、50、60、70、80 W和100 W，抽滤得到澄清提取液。

（5）提取温度对火龙果皮花青素提取量的影响。精确称取1.0 g火龙果皮粉于具塞三角瓶中，提取条件为提取溶剂50%乙醇，料液比1∶40，超声时间30 min，超声功率选择70 W，提取温度选择20、30、40、50、60 ℃和70 ℃，抽滤得到澄清提取液。

1.2.4 正交试验

选取乙醇浓度的、料液比、超声时间3个因素，火龙果皮花青素提取量为指标，进行L9（34）正交试验设计，见表1。

表1 正交试验因素水平表

2 结果与分析

2.1 浓度乙醇对火龙果皮花青素提取率的影响

根据相似相溶原理，不同浓度的乙醇对极性不同的物质的提取量不同[10]。乙醇浓度对火龙果皮花青素提取得率的影响如图1所示。

图1 不同浓度乙醇对火龙果皮花青素提取量的影响图

由图1可知，随着乙醇浓度的增加，火龙果皮花青素的提取量逐渐升高，当乙醇浓度达到50%时，提取率最高。随后花青素提取量缓慢下降。因此乙醇浓度为50%左右为宜。

2.2 料液比对火龙果皮花青素提取量的影响

料液比对火龙果皮花青素提取量的影响见图2。

图2 不同料液比对火龙果皮花青素提取量的影响图

在提取过程中，火龙果花青素从原料中不断的溶出，直到建立溶解平衡。当料液比为1∶10时，溶剂量较小，在花青素全部溶出之前，溶剂已经饱和，溶解达到平衡，花青素无法继续溶出，因此得率较低；随着料液比的增大，在溶剂饱和时，花青素的溶解比例也随之增多，故提取量也不断提高；当料液比达到1∶40时，花青素得率最高，因此，料液比选择1∶40左右为宜。

2.3 超声时间对火龙果皮花青素提取量影响

超声波的空化作用可以破坏细胞组织，产生局部破碎，加快分子的扩散，增大固液接触面积，从而提高提取量[11]。不同超声时间对火龙果皮花青素提取量影响如图3所示。

图3 不同超声时间对火龙果皮花青素提取量的影响图

从图3中可以看出，随着超声时间的延长，火龙果皮花青素的提取量先增后降，变化幅度较大，在超声时间为30 min时，细胞壁破坏完全，此时火龙果皮花青素的提取量最佳，而超声时间进一步的增加，造成花青素的降解，从而使火龙果皮花青素提取量下降，因此，超声时间以30 min为宜。

2.4 超声功率对火龙果皮花青素提取量的影响

不同超声功率对火龙果皮花青素提取量的影响如图4所示。

图4 不同超声功率对火龙果皮花青素提取量的影响图

由图4可知，超声功率在40～70 W时，花青素提取量逐渐增加，当超声功率超过70 W时，花青素提取量呈下降趋势，这是因为超声波破坏花青素的结构。综合以上条件，超声功率为70 W时火龙果花青素提取量最大。

2.5 提取温度对火龙果皮花青素提取量的影响

随着温度的升高，溶剂的粘度减小，分子运动速度加快，提取液的扩散系数增加，促使提取速度加快[12]。不同超声温度对火龙果皮花青素提取量的影响见图5。

图5 不同超声温度对火龙果皮花青素提取量的影响图

由图5结果可以看出，在25～50 ℃范围内，火龙果皮花青素的提取量随温度的升高不断增加，当超声温度大于50 ℃时，火龙果皮花青素的提取量降低。在溶剂提取过程中，在适宜的范围内，升高提取温度，不仅可以提高火龙果皮花青素溶出，而且可以缩短提取时间，提高效率；当温度过高时，花青素经历了脱硫、亲核的水、卵裂和聚合反应，导致其结构被破坏[8]。统计分析结果表明，超声温度为30～50 ℃时，火龙果皮花青素的提取量相差无几，但因为越低的温度对花青素稳定性越有利。因此，超声温度在30 ℃最佳。

2.6 正交试验结果

单因素实验主要从乙醇浓度、料液比、超声时间、超声功率、超声温度五个因素进行实验，初步揭示这些因素对火龙果皮花青素提取量的影响。由于影响因素较多，需要引入正交试验设计，进一步揭示各因素变化与提取量之间的关系，确定火龙果皮花青素的提取的最佳工艺条件。单因素实验结果表明，火龙果皮花青素提取量随乙醇浓度、料液比和超声时间变化的趋势较为明显，因此对乙醇浓度、料液比、超声时间3个因素进行L9(34)正交试验。正交试验结果见表2。

表2 正交实验结果表

从表2极差方差分析结果可以看出，各因素对提取量的影响顺序为料液比＞乙醇浓度＞超声时间。火龙果皮花青素最佳提取工艺为A2B2C2，即乙醇浓度50%，料液比1∶40，超声时间30 min。而在正交实验方案中，没有组合A2B2C2，因此需要做验证实验。验证实验结果表明，在A2B2C2，即乙醇浓度50%，料液比1∶40，超声时间30 min条件下，火龙果花青素提取量为98.45 mg/100 g，显著高于正交试验结果。

3 结论

试验结果表明：影响火龙果皮花青素提取效果主要因素依次为料液比＞乙醇浓度＞超声时间，火龙果皮花青素提取最佳提取工艺条件为乙醇浓度50%、料液比1∶40、超声时间30 min，在此工艺条件下，火龙果花青素的提取量为98.45 mg/100 g。超声波法提取火龙果皮花青素，提取时间短，提取溶剂用量少，是一种高效、快速提取火龙果皮花青素的方法。