高壓脈沖電場輔助乙醇連續(xù)化提取梔子黃色素工藝條件的研究

韋漢昌，韋群蘭，何建華，韋善清

（1．廣西師范大學(xué)，廣西 桂林541004；2．南寧地區(qū)教育學(xué)院，廣西 南寧530001；3．廣西大學(xué)，廣西 南寧530001）

高壓脈沖電場輔助乙醇連續(xù)化提取梔子黃色素工藝條件的研究

韋漢昌1，2，韋群蘭2，何建華2，韋善清3

（1．廣西師范大學(xué)，廣西 桂林541004；2．南寧地區(qū)教育學(xué)院，廣西 南寧530001；3．廣西大學(xué)，廣西 南寧530001）

探討高壓脈沖電場（PEF）輔助乙醇連續(xù)提取梔子黃色素的工藝條件。首先考察脈沖電場強(qiáng)度、脈沖頻率、脈沖時(shí)間、溫度及溶提時(shí)間對梔子黃色素溶出率的影響，在此基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)法優(yōu)化提取條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較佳提取條件為脈沖電場強(qiáng)度25kV·cm－1，脈沖頻率6 Hz，脈沖時(shí)間4 s，提取溫度40℃，提取時(shí)間15 min。在此條件下梔子黃色素一次提取率可達(dá)90．4%。

高壓脈沖電場（PEF）；梔子黃色素；連續(xù)提取；工藝條件

色素在食品、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。色素分為天然色素和人工合成色素兩大類。由于合成色素多為芳香烴衍生物，有較強(qiáng)的慢性毒副作用，會(huì)對人體造成不同程度的危害，天然色素代替人工合成色素已經(jīng)成為食品、醫(yī)藥、化妝品行業(yè)的發(fā)展趨勢。

梔子黃色素是從植物梔子果實(shí)提取的一種安全性高、著色力強(qiáng)的天然色素，其主要成分是藏花素和藏花酸，提取的方法有乙醇浸提法［1］、水浸提法［2］、超聲波法［3］、微波提取法［4］等。 目前實(shí)際應(yīng)用的主要是乙醇浸提法，提取率較高，產(chǎn)品的色價(jià)，品質(zhì)好，但其也有不足，一是為間歇式提取，二是提取溫度較高，提取時(shí)間較長，不利于提高色價(jià)。

高壓脈沖電場在食品加工的應(yīng)用源于乳品的非熱滅菌。其機(jī)理是高壓脈沖電場可在瞬間使被處理細(xì)胞的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜電位混亂，改變其通透性，甚至可擊穿細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，使其發(fā)生不可逆破壞，造成細(xì)胞新陳代謝紊亂、細(xì)胞中生長的必須組分流出，從而達(dá)到非熱滅菌的作用。研究表明，高壓脈沖電場也有助于天然物質(zhì)的提取，近幾年的應(yīng)用研究也取得了一定的進(jìn)展［5］。本文探討高壓脈沖電場輔助乙醇從山梔子中提取梔子黃色素，實(shí)現(xiàn)提取連續(xù)化，提高提取效果，降低提取成本。

1 材料和方法

1．1 試驗(yàn)驗(yàn)材料和試劑

山梔子干果（市售）；乙醇（95%，AR）。

1．2 主要儀器設(shè)備

IHV－30高壓電場脈沖發(fā)生器，自制動(dòng)態(tài)處理池，電極間距可調(diào)；UV－1700型紫外分光光度計(jì)，KQ－2200DB超聲波清洗器，101－1A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，800型號(hào)離心機(jī)，DWF－100型電動(dòng)粉碎機(jī) （帶0.25mm篩），KY－100E／TH15蠕動(dòng)泵，BS124S電子分析天平，D60－2F電動(dòng)攪拌機(jī)，DZKW－6電子恒溫水浴鍋，減壓過濾裝置。

1．3 方法

1．3．1 提取工藝條件的研究方法

高壓脈沖電場輔助乙醇提取梔子黃色素的溶出率主要受原料粒度、乙醇濃度、料液比、脈沖電場強(qiáng)度、脈沖頻率、脈沖處理時(shí)間（處理腔管內(nèi)體積與流速之比）、溫度、提取時(shí)間等因素的影響。根據(jù)文獻(xiàn)研究結(jié)果，乙醇提取梔子黃色素時(shí)醇濃度條件為50%～60%，料液比為1∶10（g／mL），本研究在此條件的基礎(chǔ)上，首先考察電場強(qiáng)度、脈沖頻率、脈沖處理時(shí)間、提取溫度及提取時(shí)間等單因素對梔子黃色素溶出率的影響，初步確定這些因素的控制范圍，然后在此基礎(chǔ)上通過正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝條件，確定高壓脈沖電場輔助乙醇連續(xù)化提取梔子黃色素的工藝條件。

1．3．2 提取流程

去除霉?fàn)€的梔子果實(shí)，經(jīng)粉碎、過0.25mm篩，60℃烘干至恒重后備用。準(zhǔn)確稱取50 g（wi）梔子粉置于原料罐，加500 mL乙醇溶液，恒溫，攪拌；通過蠕動(dòng)機(jī)控制一定流速，經(jīng)一定的高壓電場脈沖處理后流入提取罐，恒溫提取一定時(shí)間；分離提取液，取1mL并適當(dāng)稀釋，體積為Vi，在440nm處測定色素溶液的吸光值A(chǔ)i［6］，計(jì)算溶出率。殘?jiān)厥者M(jìn)行二次提取。提取流程見圖1。

圖1 提取工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of extracting gardenia yellow

1．3．3 梔子黃色素溶出率的計(jì)算方法

稱取經(jīng)0.25mm篩后的梔子果實(shí)粉末w0＝1．0000 g， 按文獻(xiàn)加10 mL 60%乙醇溶液，45℃恒溫超聲波提取20 min，離心分離提取液；繼續(xù)用同樣方法浸提殘?jiān)敝撂崛∫涸?40 nm處的吸光度為零（以60%乙醇溶液作參比液），此時(shí)可認(rèn)為梔子黃色素全部溶出。將提取液合并，總體積為V0，測定其吸光度A0。梔子黃色素總量為：

2 結(jié)果與討論

2．1 單因素影響試驗(yàn)

2．1．1 脈沖電場強(qiáng)度對溶出率的影響

圖2為脈沖頻率4 Hz、脈沖時(shí)間5 s、提取溫度40℃及溶提時(shí)間15 min時(shí)電場強(qiáng)度對梔子黃色素一次溶出率影響的試驗(yàn)結(jié)果。圖中顯示電場強(qiáng)度超過20kV·cm-1后，提取率趨穩(wěn)，說明細(xì)胞膜、細(xì)胞壁已經(jīng)被不可逆擊穿，滲出物質(zhì)的量較為恒定。因此電場強(qiáng)度選定20kV·cm-1左右較為適宜。

圖2 電場強(qiáng)度對一次溶出率的影響Fig.2 The effect of electric field intensity on dissolution ratio

2．1．2 脈沖頻率對溶出率的影響

圖3為脈沖電場強(qiáng)度20kV·cm-1、脈沖頻率4Hz、脈沖時(shí)間5s、提取溫度40℃、溶提時(shí)間15min時(shí)脈沖頻率對一次提取率影響的試驗(yàn)結(jié)果。圖中顯示黃色素一次溶出率隨脈沖數(shù)增大而提高，脈沖頻率超過3Hz后增幅趨緩，因此脈沖頻率可控制在3Hz左右。

圖3 脈沖頻率對一次溶出率的影響Fig.3 The effect of impulse frequency on dissolution ratio

2．1．3 脈沖時(shí)間對溶出率的影響

圖4為脈沖電場強(qiáng)度20 kV·cm-1、脈沖頻率4 Hz、提取溫度40℃、溶提時(shí)間15 min時(shí)脈沖時(shí)間對黃色素一次溶出率影響的試驗(yàn)結(jié)果。圖中顯示脈沖時(shí)間超過4 s后黃色素一次溶出率增幅趨緩，而且有下降趨勢，這可能是脈沖次數(shù)過大導(dǎo)致色素分解。因此脈沖時(shí)間應(yīng)控制在4 s左右。

圖4 脈沖時(shí)間對一次溶出率的影響Fig.4 The effect of pulse time on dissolution ratio

2．1．4 提取溫度對溶出率的影響

圖5為脈沖電場強(qiáng)度20 kV·cm-1、脈沖頻率5 Hz、脈沖時(shí)間5 s、溶提時(shí)間15 min時(shí)提取溫度對一次提取黃色素溶出率影響的試驗(yàn)結(jié)果。圖中顯示提取溫度提高有利于梔子黃色素溶出，但超過50℃溶出率趨穩(wěn)，因此提取溫度可控制在50℃左右。

圖5 溫度對一次溶出率的影響Fig.5 The effect of temperature on dissolution ratio

2．1．5 提取時(shí)間對溶出率的影響

圖6為脈沖電場強(qiáng)度20 kV·cm-1、脈沖頻率4 Hz、脈沖時(shí)間5 s、提取溫度40℃時(shí)脈沖時(shí)間對黃色素一次溶出率影響的試驗(yàn)結(jié)果。圖中顯示溶提時(shí)間過短或過長都不利于梔子黃色素的提取，溶提時(shí)間應(yīng)控制在15 min左右。

圖6 提取時(shí)間對一次溶出率的影響Fig.6 The effect of extraction time on dissolution ratio

2．2 提取工藝條件的優(yōu)化

根據(jù)單因素考察結(jié)果，選定電場強(qiáng)度、脈沖頻率、脈沖時(shí)間、溫度及溶提時(shí)間作為5個(gè)考察因素，各取4個(gè)水平（水平值見表1），以黃色素溶出率為考察指標(biāo)，按L16（45）正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化提取條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其極差分析、方差分析見表1、表2。

極差分析結(jié)果與方差分析結(jié)果無明顯差異，5因素對黃色素溶出率影響顯著性為A＞C＞B＞E＞D，最佳提取工藝條件為A4B4C3D2E3，即電場強(qiáng)度25 kV·cm-1，脈沖頻率6 Hz，脈沖時(shí)間4 s，提取溫度40℃，提取時(shí)間15 min。筆者按上述最佳提取條件進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，梔子黃色素一次溶出率的平均值達(dá)90．4%。

3 結(jié)論

對傳統(tǒng)醇提法與高壓電場連續(xù)提取法的提取效果進(jìn)行對比，結(jié)果見表3。從表3的對比可看出，高壓脈沖電場法連續(xù)提取法與傳統(tǒng)提取方法相比，提取效率更高，具有省時(shí)、高效、低能耗等特點(diǎn)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化提取。

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析Table 1 The results of orthogonal experiment and range analysis

表2 方差分析結(jié)果Table 2 The result of variance analysis

表3 提取效果比較Table 3 Comparison of extraction efficiency

［1］ 高中松，彭密軍，李深正．梔子黃色素醇提工藝條件的研究［J］．農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2006，（4）：145-146．

［2］ 邵敬偉，陳劍鋒，郭養(yǎng)浩，等．梔子黃色素的水提制備及其穩(wěn)定性的研究［J］．沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，37（6）：857-861．

［3］ 陸偉，錢驊，張衛(wèi)明，等．梔予黃色素的提取及精制研究［J］．中國調(diào)味品，2009，34（11）：84-87．

［4］ 王穎臻，閆有祿，蘇永慶．微波輔助水浴法與直接水浴法浸提梔子黃色素的比較研究 ［J］．中國調(diào)味品，2010，35（10）：56-59．

［5］ 吳小輝，龔雪梅，賀蘇嵐，等．高壓脈沖電場在食品加工及天然產(chǎn)物提取中的研究現(xiàn)狀和前景展望［J］．安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，14（24）：24-26．

［6］ 姚中銘，呂曉玲，褚樹成．梔子黃色素提取工藝的研究——微波提取法與傳統(tǒng)浸提法的比較［J］．天津輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，39（4）：20-23．

Research on Continually Extraction Conditions of Gardenia Yellow by Ethanol Coupled with PEF

WEI Han-chang1，2，WEI Qun-lan2，HE Jian-hua2，WEI Shan-qing3
（1．Guangxi Normal University，Guilin 541004，China；2．Nanning Prefecture Education College，Nanning 530001，China；3．Guangxi University，Nanning 530001，China）

The technology of continual extracting gardenia yellow by ethanol coupled with PEF was researched in this paper．The influence factors on dissolution ratio such as electric intensity，impulse frequency，pulse time，extracting temperature and extracting time were studied，and based on it，the extracting conditions were defined by orthogonal test．The result of experiment showed that the optimum extracting condition were electric field intensity 25kV·cm-1，impulse frequency 6Hz，pulse time 4s，temperature 40℃and extracting time 15min．Under such conditions，the dissolution ratio of gardenia yellow could be reached to 90．4%．

PEF；gardenia yellow；continual extraction；technological condition

TS 202.3

A

1671-9905（2011）05-0001-03

廣西自然科學(xué)基金自助項(xiàng)目（0991092）

韋漢昌（1963-），男，副教授，研究方向：應(yīng)用化學(xué)、天然物質(zhì)提取，通訊地址：廣西南寧市北湖北路57號(hào)南寧地區(qū)教育學(xué)院，郵編：530001，電話13207710880，E-mail：hanchangwei＠126．com

2011-02-17