紫山藥色素提取工藝研究

曾哲靈，傅 婧，彭 超

(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047)

紫山藥色素提取工藝研究

曾哲靈，傅 婧，彭 超

(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330047)

加工過程中削落的紫山藥皮富含紫色素，是提取天然色素的理想原料。以紫山藥皮為原料，采用單因素和正交實(shí)驗(yàn)法，研究了提取劑濃度、浸提溫度、浸提時(shí)間、料液比對紫山藥色素提取效果的影響。用AB-8大孔吸附樹脂對紫山藥色素粗品進(jìn)行吸附純化得到紫山藥色素純品。結(jié)果表明:通過對比不同溶劑提取效果，確定乙醇為提取劑。色素提取過程中，浸提溫度和料液比對提取效果的影響最大，其次是提取劑濃度，最小是浸提時(shí)間。最佳提取條件為: 40%乙醇作浸提劑，溫度70℃，浸提時(shí)間2h，料液比1∶10。提取液經(jīng)吸附純化后，干燥制得紫黑色粉末，色價(jià)為51.2。研究表明，紫山藥皮可以作為提取紫山藥色素的來源。

紫山藥，色素，提取，純化，大孔吸附樹脂

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

紫山藥皮 江西萬載輝明有機(jī)農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司提供，其經(jīng)清洗、滅酶、烘干、粉碎備用;大孔吸附樹脂AB-8 安徽三星樹脂有限公司;乙醇、檸檬酸、硫酸、鹽酸等 均為分析純;蒸餾水。

756PC型紫外可見分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司;PHS-25型pH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司;藥用粉碎機(jī)、HHS-21型電熱恒溫水浴鍋、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、PL-203型電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;真空干燥箱 上海光都儀器有限公司。

1.2 色素的提取與純化工藝流程

紫山藥皮→40%乙醇浸提→離心過濾→粗提液→減壓濃縮→AB-8大孔吸附樹脂吸附→清水淋洗→乙醇洗脫→濃縮→真空干燥→紫山藥色素

1.3 色素的提取

1.3.1 提取劑的選擇 實(shí)驗(yàn)選取蒸餾水、0.5%檸檬酸乙醇溶液、1.0%檸檬酸乙醇溶液、40%乙醇、75%乙醇、0.5%H2SO4為提取劑。稱取5g原料于具塞的三角燒瓶中，加入50mL上述各提取溶劑，密封，于70℃水浴中提取2h后，4500r/min離心10min，抽濾得濾液，即為提取液。測定各提取液最大吸收峰值，并依據(jù)吸光值的高低來篩選最適提取劑。

1.3.2 紫山藥色素光譜特性 稱取5g原料于具塞的三角燒瓶中，加入50mL提取劑，于70℃水浴中提取2h后，4500r/min離心10min，過濾定容，即為色素粗提液。紫外分光光度計(jì)每隔5nm掃描色素粗提液，測定吸收光譜特性。

1.3.3 紫山藥色素提取條件的單因素實(shí)驗(yàn) 本實(shí)驗(yàn)以吸光度值作為色素提取率的評價(jià)指標(biāo)，研究提取劑濃度、浸提溫度、浸提時(shí)間、料液比對紫山藥色素提取的影響。

1.3.3.1 提取劑濃度的選擇實(shí)驗(yàn) 各稱取5g原料于5個(gè)具塞的三角燒瓶中，分別加入50mL 30%、40%、50%、75%、95%乙醇溶液，密封，于70℃水浴中提取2h后，4500r/min離心10min，抽濾得濾液，定容即為提取液。測定各提取液最大吸收峰處吸光度值。

1.3.3.2 浸提溫度的選擇實(shí)驗(yàn) 各稱取5g原料于7個(gè)具塞的三角燒瓶中，分別加入50mL 40%乙醇溶液，密封，分別于25、30、40、50、60、70、80℃水浴中提取2h后，4500r/min離心10min，抽濾得提取液，定容。測定各提取液最大吸收峰處吸光度值。

1.3.3.3 浸提時(shí)間的選擇實(shí)驗(yàn) 各稱取5g原料于6個(gè)具塞的三角燒瓶中，分別加入50mL 40%乙醇溶液，密封，于70℃水浴中，分別提取1、1.5、2、2.5、3、4h后，4500r/min離心10min，抽濾得提取液，定容。測定各提取液最大吸收峰處吸光度值。

1.3.3.4 料液比的選擇實(shí)驗(yàn) 各稱取5g原料于5個(gè)具塞的三角燒瓶中，分別加入料液比為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25的40%乙醇溶液，密封，于70℃水浴中提取2h后，4500r/min離心10min，抽濾得提取液，定容。測定各提取液最大吸收峰處吸光度值。

1.3.4 紫山藥色素提取條件的正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，取4因素3水平做L9(34)正交實(shí)驗(yàn)。以吸光度值作為評價(jià)指標(biāo)，確定從紫山藥皮中提取色素的最佳條件，實(shí)驗(yàn)因素水平表見表1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表1 因素水平表

1.4 色素純化

1.4.1 樹脂的預(yù)處理 將樹脂用蒸餾水充分淋洗，除去破碎和粒度極小的樹脂;用體積分?jǐn)?shù)80%乙醇溶液浸泡過夜，去掉殘留在樹脂中的溶劑。再分別用4%NaOH溶液和體積分?jǐn)?shù)4%鹽酸溶液沖洗，以去除樹脂中雜質(zhì)。最后用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性，采用濕法裝柱，以避免帶入氣泡［7］。

1.4.2 樹脂對色素的吸附及洗脫 將色素粗提液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去乙醇，然后以30mL/min的流速通過樹脂柱。動(dòng)態(tài)檢測流出液的吸光度值，待流出液的吸光度與粗提液基本接近時(shí)，認(rèn)為達(dá)到飽和狀態(tài)。用蒸餾水沖洗樹脂柱至流出液透明，再用40%乙醇洗脫，至洗脫液接近無色為止。將洗脫液在60℃濃縮至粘稠狀，然后真空干燥，得到紫黑色粉末，稱重，測定色價(jià)。

1.4.3 色價(jià)的測定［8］準(zhǔn)確稱取0.1g試樣，精確至0.0002g，用緩沖溶液(酸性乙醇溶液)稀釋于100mL容量瓶內(nèi)，再精確吸取稀溶液10mL，稀釋至100mL，用分光光度計(jì)于最大吸收峰處，用緩沖溶液作參比液，于1cm比色皿中測定其吸光度，然后按下式計(jì)算色價(jià):

2 結(jié)果與討論

2.1 提取劑的選擇

不同提取劑對紫山藥色素提取液吸光度的影響見表2。

由表2可知，從提取效果看，0.5%H2SO4的提取效果最好，40%乙醇的提取效果次之，但H2SO4的安全性低。綜合考慮提取效果和安全性，選定乙醇溶液為提取劑。

表2 提取劑的影響

2.2 紫山藥色素光譜特性

由圖1可知，紫山藥色素粗提液在540nm左右處出現(xiàn)特征吸收峰。根據(jù)花色素光譜特性［9］(可見光區(qū)的最大吸收波長在500～540nm)，說明紫山藥色素屬于花青素類物質(zhì)。

圖1 紫山藥色素的紫外可見光譜圖

2.3 提取工藝參數(shù)對紫山藥色素提取效果的影響

2.3.1 提取劑濃度對色素提取效果的影響 由圖2可知，在一定范圍內(nèi)，隨著乙醇濃度的增加，吸光度越高，當(dāng)乙醇濃度達(dá)到40%時(shí)，吸光度達(dá)到2.097，此后當(dāng)乙醇濃度繼續(xù)增加，吸光度則隨之降低。因此，選用40%乙醇溶液作為提取劑。

圖2 乙醇濃度對色素提取效果的影響

2.3.2 浸提溫度對色素提取效果的影響 由圖3可知，在一定范圍內(nèi)，隨著浸提溫度的增加，吸光度不斷增大，當(dāng)浸提溫度達(dá)到70℃時(shí)，吸光度提高到2.114，此后繼續(xù)增加浸提溫度，吸光度反而逐漸下降。這是因?yàn)樽仙剿幧叵祷ㄇ嗨仡?，熱穩(wěn)定性較差，溫度的升高有利于色素的提取，但同時(shí)加速色素的分解，故色素提取效果有下降趨勢。綜合考慮，浸提溫度選擇70℃較為合適。

2.3.3 浸提時(shí)間對色素提取效果的影響 由圖4可知，在一定范圍內(nèi)，隨著浸提時(shí)間的增加，吸光度不斷增大，當(dāng)浸提時(shí)間達(dá)到3h時(shí)，吸光度提高到1.873，此后繼續(xù)增加浸提時(shí)間，吸光度并沒有明顯的提高。這是因?yàn)樽仙剿幧卦?h之前基本都溶出，隨著時(shí)間的增加，色素開始降解。但是浸提3h僅僅比2h的吸光度增加2.7%，考慮成本因素，選用2h的浸提溫度即可。

圖3 浸提溫度對色素提取效果的影響

圖4 浸提時(shí)間對色素提取效果的影響

2.3.4 料液比對色素提取效果的影響 化學(xué)位差(濃度差)是該過程的推動(dòng)力［10］。而溶劑的用量是決定體系中尤其是提取劑中紫山藥色素濃度的重要因素，因此溶劑的用量能夠影響黑莓色素的提取效果。

由圖5可知，在一定范圍內(nèi)，隨著料液比的增加，吸光度越高，當(dāng)料液比達(dá)到1∶10時(shí)，吸光度達(dá)到1.916，此后當(dāng)料液比繼續(xù)增加時(shí)，吸光度則隨著降低，色素的提取率逐漸降低。因此，料液比為1∶10時(shí)，既有利于紫山藥色素的提取，也有利于實(shí)際生產(chǎn)中節(jié)能減耗。

圖5 料液比對色素提取效果的影響

2.4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)表及結(jié)果

統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析表明，實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的四因素對紫山藥色素的提取均具有不同的影響。浸提溫度和料液比對提取效果影響較大，浸提時(shí)間影響最小。各因素影響大小依次為:B＞D＞A＞C。因此，綜合各因素的K值和直觀分析，A2B3C3D1為最佳提取條件。

正交實(shí)驗(yàn)的方差分析結(jié)果表明，浸提溫度、料液比兩個(gè)因素?zé)o顯著性差異(P＞0.05)，這說明作為主要影響因素的浸提溫度及料液比在正交設(shè)計(jì)的三水平內(nèi)對色素提取效果無顯著性影響，各水平可以任意選擇。因此，從經(jīng)濟(jì)、可行性出發(fā)，選擇浸提溫度70℃及料液比1∶10比較合適。因此，最后確定紫山藥色素提取的最佳工藝條件為:40%乙醇，70℃，2h，料液比1∶10。

2.5 色價(jià)的測定

經(jīng)AB-8大孔吸附樹脂純化后的紫山藥色素為紫黑色粉末，穩(wěn)定性好，不易吸潮，其色價(jià)為51.2。

3 結(jié)論

紫山藥皮中的天然色素為花色苷類化合物，在0.5%硫酸溶液、甲醇、乙醇中溶解性較好，難溶于乙醚。實(shí)驗(yàn)從經(jīng)濟(jì)、方便、安全以及提取效率高考慮，選用40%乙醇溶液做浸提劑。紫山藥色素提取的最佳工藝方法是:以40%乙醇溶液作為浸提劑，在70℃的溫度條件下加熱2h，料液比為1∶10。在此條件下制得的色素提取液經(jīng)純化后色價(jià)達(dá)到51.2。因此，紫山藥皮可以作為提取紫山藥色素的來源。本實(shí)驗(yàn)初步研究了紫山藥皮中花青素的提取工藝，可以用于生產(chǎn)實(shí)踐中開發(fā)和利用，可提高紫山藥的附加值。

實(shí)驗(yàn)只能確定紫山藥色素的色價(jià)，不能確定其色素的組分及其含量構(gòu)成，要鑒定該色素各組分及其含量，還需借助TLC、HPLC等儀器進(jìn)一步分析。

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Extraction and purification of pigment from the peels of common yam rhizome

ZENG Zhe-ling，F(xiàn)U Jing，PENG Chao
(State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China)

The peels of common yam rhizome which was got during processing，was rich in purple pigments.It is suitable material for the extraction of natural pigment.The effects of different parameters such as extracting reagent concentration，temperature，time and the ratio of sample to reagent were studied for the optimal pigment extraction from the peels of common yam rhizome by single factor experiment and orthogonal test.Then the AB-8 macroporous absorption resin was used to purify the pigment.The result indicated that among the four factors，the temperature and the ratio of sample to regent had the highest effect on extraction the pigments，while extraction time had the lowest effect.The optimum conditions were obtained as follows:extracting reagent 40%ethanol，70℃，rate of sample to the reagent 1∶10，and 2h.After purified by AB-8 macroporous absorption resin，the product was purplish dark powder，and the color value was 51.2.The result showed that the peels of the common yam rhizome was one of the materials from which pigments could be extracted.

common yam rhizome;pigment;extraction;purification;macroporous absorption resin

TS255.1

B

1002-0306(2011)03-0229-04

紫山藥(Dioscorea alata Lirm.sp)又名參薯，屬薯蕷屬(Dioscorea)［1］，是一年生無公害的名貴蔬菜品種，塊莖呈不規(guī)則的扁塊形，狀似腳板，故俗稱腳板薯。適宜生長在山區(qū)，目前只在廣西、江西等少數(shù)地區(qū)種植，具有明顯的地域性。它質(zhì)脆而有黏性，富含蛋白質(zhì)、淀粉、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)物質(zhì)［2］。紫山藥具有補(bǔ)脾胃、益肺腎之功效，治氣虛衰弱、慢性泄瀉、遺精帶下、消渴尿頻、虛癆咳嗽等癥，對虛弱、慢性腸炎、糖尿病等有輔助療效［3］，長期食用可強(qiáng)身、抗病、具有藥、食兩用價(jià)值［4］。紫山藥的肉質(zhì)呈紫紅色，而皮呈紫黑色，富含紫山藥色素，是生產(chǎn)天然食用色素的理想原料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類健康及自我保護(hù)意識增強(qiáng)，對食品添加劑的要求越來越高。色素是食品中重要的添加劑，合成食用色素一般都存在不同程度的毒性，長期食用必然損害人體健康，因此合成色素作為食品添加劑的用量越來越少［5］。天然色素使用安全，且具有一定的營養(yǎng)和藥理保健作用而備受人們的青睞?；ㄇ嗨刈鳛橐环N天然水溶性食用色素，具有巨大的應(yīng)用潛力［6］。本文首次探討以紫山藥皮為原料，在單因素、正交實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提取紫山藥色素的最佳工藝條件，并采用AB-8大孔吸附樹脂對色素粗提液進(jìn)行純化。鑒于紫山藥色素原料易得，價(jià)格低廉，研究紫山藥色素的提取及純化工藝，對紫山藥的綜合加工利用具有重要意義，為產(chǎn)品的高附加值開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)，為進(jìn)一步開發(fā)利用紫山藥色素提供依據(jù)，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

2010-03-09

曾哲靈(1965-)，男，教授，博士，研究方向:食物資源(含生物質(zhì))的開發(fā)與利用。