响应面法优化‘双红’山葡萄花青素提取工艺

2022-12-07杜月娇秦宇婷

食品安全导刊 2022年32期

杜月娇，秦宇婷

（1.长春工程学院，吉林长春 130000；2.吉林省产品质量监督检验院，吉林长春 130000）

花青素（Anthocyanins）属多羟基酚类化合物，是植物根、茎、叶及果实的主要呈色物质[1]。山葡萄（Vitis amurensisRupr.）属葡萄科葡萄属，是我国东北地区酿造葡萄酒的主要原料[2]。山葡萄富含花青素、有机酸、维生素等营养成分[3]。赵权[4]在‘双红’山葡萄中检测到13种花色苷。山葡萄花青素安全无毒、资源丰富，能降低癌症、冠心病、糖尿病等疾病的发病率，市场应用前景广阔[5]。但目前关于‘双红’山葡萄花青素提取工艺的优化研究鲜有报道，且现有报道中的优化方法较为单一[6-7]。本试验以‘双红’山葡萄为原料，通过响应面试验优化花青素提取工艺参数，为‘双红’山葡萄色素的进一步纯化及开发利用提供基础理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘双红’山葡萄由吉林省通化市葡萄酒研究所提供，冻果，备用。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷（美国Chromadex公司）；氢氧化钠（天津市光复科技发展有限公司）；无水乙醇、浓盐酸，均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

SPX-250B-D振荡培养箱（上海博迅实业有限公司医疗设备厂）；LXJ-IIB低速大容量多管离心机（上海安亭科学仪器厂）；T6新世纪紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；RE 5298A旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂）；FD-B-50冷冻干燥机（北京博医康实验仪器有限公司）；HD-21-2紫外检测仪（上海青浦泸西仪器厂）。

1.3 试验方法

1.3.1 浸提法提取‘双红’花青素

文献[8]报道酸化乙醇可提高花青素的溶出率，故本试验选择经1%盐酸酸化的乙醇溶液为提取剂。将‘双红’山葡萄解冻，去梗，除杂，用打浆机打成浆状，称取一定量双红浆液，以一定的液料比加入酸化乙醇提取剂，于一定温度下，100 r·min-1提取30 min，以 4 000 r·min-1离心 10 min，取上清液在535 nm波长处测定吸光度。

1.3.2 单因素试验设计

分别设定液料比为3∶1、4∶1、5∶1、6∶1和7∶1（mL∶g），浸提温度为45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃和65 ℃，提取剂为1%盐酸-50%乙醇、1%盐酸-55%乙醇、1%盐酸-60%乙醇、1%盐酸-65%乙醇和1%盐酸-70%乙醇，以花青素提取液吸光度为评价指标，研究不同液料比、浸提温度、酸化乙醇体积分数对‘双红’花青素提取效果的影响。

1.3.3 响应面优化试验设计

在单因素试验的基础上进行响应面试验设计，因素水平见表1，利用Design-Expert 7.1.3.1软件对数据进行分析，得出浸提‘双红’花青素的最佳工艺条件。

表1 响应面试验因素及水平表

1.3.4 花青素含量测定

参考文献[9]，精确称取矢车菊素-3-O-葡萄糖苷标准品5 mg，用1%盐酸-80%乙醇（15∶85，V/V）混合液溶解并定容至5 mL，配制成1 mg·mL-1的标准溶液，测定该标准溶液在535 nm波长处的吸光度A标。

式中：X为‘双红’花青素含量，g/100 g；A样为样品溶液吸光值；V样为样品溶液总体积，mL；C标为标准溶液浓度，mg·mL-1；A标为标准溶液吸光值；M样为样品质量，g。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

2.1.1 液料比对‘双红’花青素提取效果的影响

由图1可知，液料比在3∶1～5∶1（mL∶g）时，花青素提取液吸光度呈上升趋势；液料比为5∶1（mL∶g）时，吸光度达到最大值0.714±0.009，此时物料与溶剂充分接触，花青素溶解量达到最大。因此，选择液料比为4∶1、5∶1、6∶1（mL∶g）进行响应面试验。

图1 液料比对花青素提取效果的影响图

2.1.2 浸提温度对‘双红’花青素提取效果的影响

由图2可知，当温度升至55 ℃时，花青素提取液吸光度达到最大，温度继续升高，吸光度反而呈下降趋势，可能是温度过高会引起花青素的降解，导致提取效果下降[10]。因此，选择浸提温度为50 ℃、55 ℃、60 ℃进行响应面试验。

图2 浸提温度对花青素提取效果的影响图

2.1.3 酸化乙醇体积分数对‘双红’花青素提取效果的影响

由图3可知，当酸化乙醇体积分数为60%时提取液吸光度达到最大，继续增加酸化乙醇体积分数吸光度呈现下降趋势，可能是乙醇体积分数升至一定水平后会导致其他醇溶性杂质溶出，阻碍花青素的浸出，导致提取效果下降[11]。因此，选择1%盐酸-55%乙醇、1%盐酸-60%乙醇、1%盐酸-65%乙醇为提取剂进行响应面试验。

图3 酸化乙醇体积分数对花青素提取效果的影响图

2.2 响应面优化试验结果与分析

2.2.1 响应面试验结果及方差分析

对液料比（A）、浸提温度（B）及酸化乙醇体积分数（C）采用3水平的Box-Behnken试验设计及分析方法进行提取条件的优化，试验设计方案及结果见表2。利用Design-Expert 7.1.3软件对表2试验数据进行线性拟合，获得花青素提取液吸光度（Y）对液料比（A）、浸提温度（B）、酸化乙醇体积分数（C）的二次回归模型方程为Y=0.71+0.040A+0.024B+0.004C+0.0015AB+0.0025AC-0.011BC-0.054A2-0.063B2+0.0045C2。

表2 Box-Behnken试验设计及结果表

回归方程的方差分析结果见表3。回归模型极显著（P＜0.01），失拟项不显著（0.208 6＞0.05），表明回归方程拟合程度良好，未知因素对试验模型影响较小；决定系数R2=0.991 3，调整决定系数R2Adj=0.980 0，均说明该模型可信度较高；R2Pred=0.905 4，说明该模型预测性良好。从F值可知，以上3因素对花青素提取效果影响的顺序为A液料比＞B浸提温度＞C酸化乙醇体积分数。

表3 回归模型方差分析表

2.2.2 响应曲面分析结果

利用Design-Expert 7.1.3.1软件得到不同因素交互作用响应曲面及等高线图，响应曲面图的陡峭程度可反映交互作用强弱[12]。由图4（c）可知，浸提温度与酸化乙醇体积分数的响应曲面较陡峭，呈马鞍状，表明以上两因素的交互作用对花青素提取效果影响显著。由图4（a）、图4（b）可知，液料比与浸提温度、液料比与酸化乙醇体积分数响应曲面图坡度较平缓，表明两因素交互作用对花青素提取效果影响不显著。

图4 各交互因素对花青素提取效果影响的响应面及等高线图

2.2.3 最佳工艺条件及验证

经Design-Expert 7.1.3.1分析得到的花青素的最佳提取工艺条件为液料比5.5∶1.0（mL∶g）、浸提温度55 ℃、用1%盐酸-65%乙醇溶液浸提30 min，预测花青素提取液吸光度为0.724，预测花青素含量为0.243 g/100 g。进行3次平行试验，花青素提取液吸光值为0.72±0.003，含量为（0.240±0.005） g/100 g，与预测值接近，说明此模型有效且优化结果可靠。