超聲波輔助提取鹽地堿蓬紅色素的工藝條件優(yōu)化*

吳濤，姚志剛，許杰，王秀鵬

1(濱州學院生命科學系，山東 濱州，256600)2(濱州市食品安全重點實驗室，山東濱州，256600)3(濱州職業(yè)學院生物工程系，山東濱州，256603)

超聲波輔助提取鹽地堿蓬紅色素的工藝條件優(yōu)化*

吳濤1，2，姚志剛1，2，許杰3，王秀鵬1

1(濱州學院生命科學系，山東 濱州，256600)2(濱州市食品安全重點實驗室，山東濱州，256600)3(濱州職業(yè)學院生物工程系，山東濱州，256603)

以鹽地堿蓬為原料，利用超聲波輔助提取鹽地堿蓬紅色素。通過單因素和正交試驗研究了超聲波功率、液固比、提取溫度及提取時間等因素對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響，確定了超聲波輔助提取鹽地堿蓬紅色素的工藝條件。結果表明:各因素對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響程度依次為液固比＞提取溫度＞超聲波功率＞提取時間;適宜提取工藝條件為，提取時間50 min，提取溫度50℃，液固比(mg∶L)15∶1，超聲波功率800 W。

超聲波，鹽地堿蓬，紅色素，提取

鹽地堿蓬(Suaeda salsa)屬黎科，1年生草本植物，一般生于海濱、荒漠等處的鹽堿荒地上，是一種典型的鹽堿地指示植物。有研究表明，堿蓬提取物的甲酯化產(chǎn)物對急性炎癥有明顯的抑制作用，其幼苗的分離提取物也對機體具有增強非特異性免疫功能的作用［1－2］。紅色素在食品工業(yè)中，屬于價值較高的色素添加劑，鹽地堿蓬在紅葉期，可加工制作堿蓬紅色素。王長泉等以鹽地堿蓬為試材，對其葉片中紅色素的理化性質(zhì)進行了研究，表明鹽地堿蓬紅色素為甜菜紅素［3］。目前國內(nèi)對甜菜紅素提取主要采用傳統(tǒng)的溶劑萃取法［4］。國外采取了一些新的技術。Zvitov等［5］將甜菜切片置于場強為40V/cm的電場中進行色素的提取;Mustafa等［6］用脈沖電場進行輔助提取試驗并建立提取的數(shù)學模型。采用外加電場輔助提取是在常溫下進行，對甜菜紅素這樣的熱敏性色素來說比較有利，但是外加電場提取對脈沖發(fā)生器的電壓、脈沖波的技術參數(shù)以及提取室的要求都比較高，設備投入以及維護成本也較高。超聲波作為一種彈性波，能產(chǎn)生強烈振動、高加速度、強烈空化效應和攪拌作用等，可加速有效成分的溶出。本研究采用超聲波技術對鹽地堿蓬紅色素的提取進行試驗研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

鹽地堿蓬，采自黃河三角洲濱海鹽堿地。

1.2 主要儀器

756PC紫外-可見光分光光度計，上海光譜儀器廠;KQ-1000DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司;HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司;PH-S-3精密數(shù)顯酸度計，浙江象山縣石鋪海天電子儀器廠;ALl04電子天平，梅特-托利多儀器上海有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 鹽地堿蓬紅色素的超聲波輔助提取

將鹽地堿蓬植株用蒸餾水洗凈，取其地上部，晾干、磨碎。精確稱取鹽地堿蓬粉末若干份，每份0.50 g，分別加入10mL蒸餾水作為提取溶劑［3］，按照設計方案進行超聲波輔助提取，提取液過濾，定容至100mL。甜菜紅素的測定一般用可見光538 nm吸收峰來表示［7－8］。試驗均以538 nm作為色素的檢測波長，以比較不同因素對堿蓬紅色素提取效果的影響。

1.3.2 單因素實驗

1.3.2.1 不同提取時間的選擇

在超聲功率為800 W，提取溫度30℃，液固比(mg∶L)20∶1，研究提取時間分別為 10、20、30、40、50、60 min時對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響。

1.3.2.2 提取溫度的確定

在超聲功率為800 W，提取時間為40 min，液固比 20∶1，研究提取溫度分別為 20、30、40、50、60℃時對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響。

1.3.2.3 液固比對的選擇

在超聲功率為800 W，提取時間為40 min，提取溫度 30℃，研究液固比分別為 10、20、30、40、60、80、100 20∶1時對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響。

1.3.2.4 超聲功率的選擇

在提取時間為40 min，提取溫度30℃，液固比為20∶1，研究超聲功率分別為 400、600、800、1 000 W 時對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響。

1.3.3 正交實驗

在單因素試驗結果的基礎上，利用四因素三水平正交試驗分析提取時間、提取溫度、液固比和超聲功率對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響，確定提取條件。因素水平安排如表1。

表1 正交試驗因素水平表

2 結果與討論

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 時間對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響

圖1 時間對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響

由圖1可知，在超聲波作用下，色素溶液的吸光度在提取時間為10～50 min內(nèi)逐漸增加，在30～40 min間增加較顯著，提取50 min后吸光度降低。這可能是隨著時間的延長色素逐漸分解。在超聲波作用下，提取時間以30～50 min為宜。

2.1.2 溫度對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響

由圖2可知，在超聲波作用下，提取溫度在20～60℃范圍內(nèi)，鹽地堿蓬紅色素吸光值呈先逐漸上升，隨后下降的趨勢。提取溫度為50℃時，鹽地堿蓬紅色素溶出最多。由于鹽地堿蓬紅色素的熱穩(wěn)定性較差，隨著溫度的升高，色素的降解也隨之加快，溫度超過50℃色素溶液吸光度開始下降。因此，在超聲波輔助作用下，提取溫度以40～60℃為宜。

2.1.3 液固比對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響

圖2 溫度對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響

由圖3可知，隨著液固比的增加，鹽地堿蓬紅色素溶液吸光度逐漸降低，但降低幅度逐漸減小。從傳質(zhì)速率的角度講，液固比大，提取過程中液相濃度增加慢，兩相間的濃度差減少變慢，從而使傳質(zhì)推動力衰減變慢［9］，而導致其降低幅度逐漸減小。雖然液固比越小，鹽地堿蓬紅色素浸提液吸光度越高，但在實際操作過程中，液固比為10∶1時，由于鹽地堿蓬粉末對水的吸收，浸提液析出量很少，影響提取效果，故液固比選20∶1左右為宜。

圖3 液固比對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響

2.1.4 超聲功率對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響

由圖4可知，隨著超聲功率增加，鹽地堿蓬紅色素吸光值先略有升高，后又下降。超聲波功率小，鹽地堿蓬紅色素提取不完全，功率太大可能造成紅色素降解，含量下降。超聲功率可選600～800 W。

圖4 超聲功率對鹽地堿蓬紅色素提取效果的影響

2.2 正交實驗結果

為了研究各因素水平對提取的綜合影響效果并將提取條件優(yōu)化，在單因素試驗的基礎上，對4個主要參數(shù):提取時間、提取溫度、液固比、超聲功率，進行L9(34)正交試驗。結果如表2所示。

實驗結果表明，超聲波輔助提取鹽地堿蓬紅色素液固比對色素提取效率的影響最大，其次是提取溫度和超聲波功率，提取時間影響最小;最佳工藝組合為A3B2C1D3，即超聲波輔助提取鹽地堿蓬紅色素的最佳工藝為:提取時間為50 min，提取溫度為50℃，液固比(mg∶L)為15∶1，超聲功率為800 W。

表2 超聲波輔助提取堿蓬紅色素正交實驗及其結果

3 結論

鹽地堿蓬富含色素，又具有一定的醫(yī)療保健功能，是一種較為理想的天然食用色素資源，具有廣闊的生產(chǎn)前景和應用價值。將單因素和正交實驗相結合對超聲波輔助提取鹽地堿蓬紅色素工藝條件進行優(yōu)化，根據(jù)實際生產(chǎn)情況，獲得最佳提取工藝為:超聲功率800 W，液固比(mg∶L)為 15∶1，提取溫度為50℃，提取時間為50 min。超聲波對鹽地堿蓬紅色素提取有一定的強化作用，至于更深入的浸提動力學機理研究以及超聲波對鹽地堿蓬紅色素結構的影響等問題有待進一步研究。

［1］孫宇梅，趙進，周威，等.我國鹽生植物堿蓬開發(fā)的現(xiàn)狀與前景［J］.北京工商大學學報:自然科學版，2005，25(1):1－4.

［2］張學杰，樊守金，李法曾.中國堿蓬資源的開發(fā)利用研究狀況［J］.中國野生植物資源，2003，22(2):13.

［3］Wang C Q，Zhao J Q，Chen M，et al.Identification of betacyanin and effects of environmental factors on its accumulation in halophyte Suaeda salsa［J］.Journal of Plant Physiology and Molecular Biology，2006，32(2):195－201.

［4］王成.甜菜紅色素的提取工藝及其理化性質(zhì)研究［D］.南京:南京工業(yè)大學，2003:18.

［5］Zvitov R，Schwartz A，Nussinovith A.Comparison of betalain extraction from beet(Beta vulgaris)by low DC electrical field versus cryogenic freezing［J］.Journal of Texture Studies，2003，34(1):83－94.

［6］Mustafa F，F(xiàn)rancesca D，Petre D.Pulsed electric field treatment for solid-liquid extraction of red beetroot pigment［J］.Journal of Food Engineering，2004，(64):381－388.

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［9］李大婧，宋江峰，劉春泉，等.超聲波輔助提取黑豆皮色素工藝優(yōu)化［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2009，25(2):273－279.

Optimization of Ultrasonic-assisted Extraction of Red Pigment from Suaeda salsa

Wu Tao1，2，Yao Zhi-gang1，2，Xu Jie3，Wang Xiu-peng1
1(Department of Life Sciences，Binzhou University，Binzhou 256600，China)2(Key Laboratory for Food Safety of Binzhou，Binzhou 256600，China)3(Department of Bioengineering，Binzhou Vocational College，Binzhou 256603，China)

Suaeda salsa were taken as raw materials and the ultrasonic-assisted extraction technology was used to extract red pigment from Suaeda salsa.The single factor and orthogonal experiments were adopted to study the effects of such factors as ultrasonic power，liquid-solid ratio，time and temperature on extraction of red pigment.The optimal technological condition of red pigment extraction from suaeda salsa by ultrasonic was determined.The order of factors that influence the extraction of red pigments was as follows:liquid-solid ratio＞extraction temperature＞ultrasonic power＞extraction time.The optimal extraction parameters were as follows:extraction time 50min，extraction temperature 50℃，liquid-solid ratio 15mL/g，ultrasonic power 800W.In addition，ultrasonic improved the pigment extraction in this experiment.

ultrasonic，Suaeda salsa，red pigment，extraction technology

碩士，講師(姚志剛教授為通訊作者)。

*山東省高等學?？萍加媱濏椖抠Y助(J09LC57);濱州學院科研基金項目(BZXYLG200702)

2009－06－13，改回日期:2010－08－13