丹桂中花青素提取工藝的優(yōu)化*

史玉敏，陳洪國，嚴(yán) 恒

(1.咸寧學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)院，湖北 咸寧 437000;2.湖北省商品質(zhì)量監(jiān)督管理站，湖北 武漢 430032)

丹桂中花青素提取工藝的優(yōu)化*

史玉敏1，陳洪國1，嚴(yán) 恒2

(1.咸寧學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)院，湖北 咸寧 437000;2.湖北省商品質(zhì)量監(jiān)督管理站，湖北 武漢 430032)

實(shí)驗(yàn)以丹桂為試材，對其提取條件進(jìn)行了研究，考察了溫度、液料比、乙醇濃度、提取時間對丹桂花中原花青素提取率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在50℃水浴中，以35%乙醇和35%丙酮的混合液作為提取液，用7:1的液料比提取45.2min為桂花花青素的最佳提取工藝。

丹桂;花青素;提取工藝

花青素(anthocyanidin)是一類廣泛存在于植物中的水溶性色素，屬于類黃酮化合物。自然條件下游離的花青素極少見，而常與一個或多個葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等通過糖苷鍵形成花色苷(anthocyanin)?；ㄉ帐且活惥哂斜＝」δ艿幕钚猿煞郑罅垦芯勘砻?花色苷具有很強(qiáng)的抗氧化作用，可以清除體內(nèi)的自由基，降低氧化酶的活性;降低高血脂大鼠的甘油脂水平，改善高甘油脂脂蛋白的分解代謝;抑制膽固醇吸收，降低低密度脂蛋白膽固醇含量;抗變異、抗腫瘤、抗過敏、保護(hù)胃粘膜等多種功能［1－4］。

花青素在植物中廣泛存在，最突出的作用就是使植物呈現(xiàn)五彩繽紛的顏色。在葡萄籽、山楂皮、蘋果、茄子皮、紫薯、玫瑰花、黑(紅)米、牽?；ǖ榷己写罅康幕ㄇ嗨兀?－11］。另外桂花也是花青素的一種資源，桂花花青素的含量從初期到盛花期不斷升高，到盛花期達(dá)到最大值，盛花期后逐漸下降，這種變化趨勢與桂花開花和衰老過程中花瓣的色澤變化一致，表明桂花在開花進(jìn)程中花瓣色澤深淺的變化是由花瓣色素含量變化所引起的［12］。桂花(Osmanthus fragrans Lour)屬木犀科植物，是中國特有的常綠闊葉灌木或小喬木經(jīng)濟(jì)樹種。隨著我國中部崛起戰(zhàn)略的實(shí)施，咸寧的桂花資源以其重要的生態(tài)價值和經(jīng)濟(jì)價值得到了越來越多的關(guān)注。咸寧盛產(chǎn)桂花，名揚(yáng)華夏，而桂花品種眾多、質(zhì)地優(yōu)良、產(chǎn)量豐富、香濃橫溢，有“中華桂花之鄉(xiāng)”的美譽(yù)［13］。據(jù)資料記載桂花中花含芳香物質(zhì)，如γ－癸酸內(nèi)酯、α－紫羅蘭酮、β－紫羅蘭酮、反－芳樟醇氧化物、順－芳樟醇氧化物、芳樟醇、壬醛以及β－水芹烯、橙花醇、二氫－β－紫羅蘭酮等常見化學(xué)成分，而且含有花青素［12］、類胡蘿卜素、香豆素、揮發(fā)油等活性成分。，花青素來源于自然界，種類眾多，作用廣泛，毒副作用低，已成為現(xiàn)在抗氧化劑研究及開發(fā)的一大熱點(diǎn)，并將在預(yù)防和治療心血管疾病中發(fā)揮越來越大的作用，如果能夠合理地開發(fā)利用，極有經(jīng)濟(jì)價值，是具有廣闊發(fā)展前景的植物藥。

本文利用紫光光度計法對丹桂中總原花青素的含量進(jìn)行了定量。考察了溫度、液料比、乙醇濃度、提取時間對丹桂花中原花青素提取率的影響，為丹桂花青素最佳提取條件確定提供參考。

一、材料與方法

1.實(shí)驗(yàn)材料、試劑、儀器

材料:選取咸寧學(xué)院桂花園內(nèi)盛花期丹桂鮮花;于下午4－5時采摘，帶回實(shí)驗(yàn)室，剝除花梗，去雜質(zhì)，留花瓣進(jìn)行試驗(yàn)。

試劑:無水乙醇、丙酮、石油醚(以上試劑均為分析純);

儀器:TU－1810型紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任有限公司);

2.實(shí)驗(yàn)方法

花青素提取工藝優(yōu)選實(shí)驗(yàn):選取提取溫度、提取液及其濃度、液料比、提取時間四項(xiàng)不同的因素，單因子逐步優(yōu)化進(jìn)行提取。通過測定從桂花中提取花青素的提取率，確定桂花花青素的最佳提取工藝［14－16］。

花青素測定方法:采用紫外可見分光光度法［17－18］在波長為530nm處測得吸光值(Abs)，按下式計算花青素的含量:花青素含量(%)=(Absx100x7.2)/(Wx0.366)x100% 其中:100為提取液體積(mL)，W為桂花粉末質(zhì)量(mg)。

二、結(jié)果與討論

1.不同提取溫度對丹桂花青素提取率的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:由圖1可知，隨著溫度的升高，在280nm處的OD值漸漸升高，50℃時達(dá)到最高，然后隨著溫度的升高而下降。一般來說，冷提的雜質(zhì)少，熱提的效率高。溫度升高，分子運(yùn)動速度加快，滲透，擴(kuò)散溶解速度加快。同時，高溫可以引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的變化，使花青素由丹桂外層細(xì)胞轉(zhuǎn)移到溶劑中。因此，隨著提取溫度的升高，原花青素的提取效率也升高。但溫度過高會是原花青素的結(jié)構(gòu)被氧化破壞，從而導(dǎo)致其提取效率也降低。y=ax2+bx+c x(℃)在圖上任意取三點(diǎn) ，把這三個點(diǎn)代入方程中計算出:a=1/3000;b=2/1500;c=0.3根據(jù)公式( －b/2a，4ac－b2/4a)即(50，0.47)當(dāng)x=50時，y值最大即提取率最大 。

圖1 不同溫度對原花青素提取率的影響

2.不同提取液及濃度對丹桂花青素提取率的影響

如表1所示:當(dāng)提取液為35%乙醇和35%丙酮的混合液時，桂花花青素的提取率最高。此外當(dāng)提取液中含有丙酮溶液時提取率較高，這是因?yàn)榛ㄇ嗨胤肿雍卸鄠€苯環(huán)和醚鍵，油溶性較強(qiáng)，同時又有大量的羥基連接在分子骨架上，在水中具有很好的溶解性，擁有油水雙溶性的丙酮與之相互匹配，花青素的溶解度增加，提取率提高，但丙酮的沸點(diǎn)為56℃，而最佳提取溫度為55℃，此時大部分丙酮已經(jīng)揮發(fā)，所以用乙醇和丙酮的混合液為提取液效果較好。

表1 不同提取液及濃度對桂花花青素提取率的影響

當(dāng)乙醇和丙酮的混合液濃度達(dá)到一定濃度時，花青素溶解度最大，提取率最高。而后，再增加其濃度，花青素的提取率反而減小。這是由于一些醇溶性雜質(zhì)，親脂性強(qiáng)的成分溶出量增加，這些成分與花青素競爭和乙醇－水分子結(jié)合而引起的。

3.不同液料比對丹桂花青素提取率的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果:y=ax2+bx+c在圖上任意取三點(diǎn)，把這三個點(diǎn)代入方程中計算出:a=17/8;b=－33/2;c=0.72頂點(diǎn)公式( －b/2a，4ac－b2/4a)即(7.12，0.68)當(dāng) x=7.12 時，y值最大即提取率最大。當(dāng)x取整數(shù)值x=7時，y值最大。

由圖2可知，隨著液料比的增大，在280nm處的OD值逐漸升高，在液料比為7:1時，OD值達(dá)到最大，然后隨著液料比的增加而略有下降。料液比實(shí)際上是溶劑用量的大小。一般來說，溶劑用量越大，提取率就越大，但是料液比過大會造成溶劑和資源的浪費(fèi)，并給后續(xù)的濃縮帶來困難。

圖2 不同液料比對原花青素提取率的影響

4.不同提取時間對丹桂花青素提取率的影響

時間對花青素提取率的影響由圖3所示:y=ax2+bx+c x(min)在圖上任意取三點(diǎn)，把這三個點(diǎn)代入方程中計算出:a=2/375;b=1/6;c=0.445 頂點(diǎn)公式( －b/2a，4acb2/4a)即(45.2，0.61)當(dāng) x=45.2 時，y值最大即提取率最大。

在提取時間未達(dá)到45.2min時，桂花中花青素的提取率隨提取時間的延長而增大，當(dāng)提取時間為45min時從桂花中提取花青素的提取率最高。280nm處的OD值達(dá)到最大，隨著時間的增加，OD值沒有明顯的增加反而下降。原花青素的提取率隨時間的不同而不同，當(dāng)達(dá)到一定的提取時間時，由于丹桂內(nèi)外有效成分濃度達(dá)到平衡，使得提取率最高。這是由于當(dāng)達(dá)到一定的提取時間時，桂花內(nèi)外有效成分濃度達(dá)到平衡，使得提取率最高。但如果提取時間過短，花青素來不及從桂花細(xì)胞中溶出，也會影響提取率。而隨著提取時間的進(jìn)一步延長，其提取率有所下降，這是由于花青素在溶劑中長時間受熱，可能是部分酚結(jié)構(gòu)被破壞。

通過對提取溫度、提取液濃度、液料比、提取時間單因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定最佳提取工藝為:在50℃水浴中，以35%乙醇和35%丙酮的混合液為提取液，在液料比為7:1的條件下對桂花提取45.2min，此時花青素平均提取率為62%。

圖3 不同提取時間對原花青素提取率的影響

三、結(jié)論

影響花青素提取率的因素很多，如提取溫度、提取液濃度、液料比、提取時間及不同的提取液、pH 等等［12－13］。本實(shí)驗(yàn)表明:以35%乙醇和35%丙酮的混合液作為提取液，在50℃水浴中，以液料比為7:1的條件對桂花提取45.2min效果最佳，此時花青素平均提取率為62%。

其主要原因分析如下:用丙酮作為提取液比乙醇作為提取液提取率較高，但由于丙酮的沸點(diǎn)為56℃，而最佳提取溫度為50℃，此時大部分丙酮已經(jīng)揮發(fā)，所以用乙醇和丙酮的混合液為提取液效果較好。而用35%乙醇和35%丙酮的混合液作溶劑，是因?yàn)橛袡C(jī)溶劑的溶解能力好，穿透細(xì)胞能力強(qiáng)。隨著其濃度的增加，提取率增大。當(dāng)有機(jī)溶劑濃度達(dá)到一定濃度時，花青素溶解度最大，提取率最高。而后，再增加其濃度，花青素的提取率減小。這是由于一些親脂性強(qiáng)的成分溶出量增加，這些成分與花青素竟?fàn)幎鸬?花青素的提取率隨時間的不同而變化，當(dāng)達(dá)到一定的提取時間時，由于桂花內(nèi)外有效成分濃度達(dá)到平衡，使得提取率最高。由于花青素在溶劑中長時間受熱，可能是部分酚結(jié)構(gòu)被破壞，隨著提取時間的進(jìn)一步延長，其提取率有所下降，若提取時間過短，花青素來不及從桂花細(xì)胞中溶出，也會影響提取率;一般來說，提取劑用量越大，提取率就越大，但提取劑用量達(dá)到一定程度，桂花中花青素已基本全部溶出，再增加提取劑用量，不僅會造成提取劑和資源的浪費(fèi)，還給后序的濃縮帶來困難;總的說來，冷提的雜質(zhì)少，熱提的效率高，溫度升高，分子運(yùn)動速度加快，滲透、擴(kuò)散溶解速度加快。而且，高溫可以引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的變化，使花青素由桂花外層細(xì)胞轉(zhuǎn)移到溶劑中。因此，隨著提取溫度的升高，花青素的提取率也升高。但是溫度過高會使花青素的結(jié)構(gòu)被氧化破壞，從而導(dǎo)致其提取率的降低。

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Q81

A

1006－5342(2011)04－0026－03

2011－02－21

咸寧市科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目:桂花黃酮提取工藝優(yōu)化及抗氧化活性的研究(2010018);咸寧學(xué)院2010年校級科研項(xiàng)目:桂花中黃酮類物質(zhì)提取與純化的研究(KY10050)