響應(yīng)面法優(yōu)化毛酸漿黃色素的提取

李 良，何 畔，傅禮瑋，汪海棠，金洪偉，劉 欣

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省疾病控制中心，哈爾濱 150030；3.哈爾濱學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150086）

響應(yīng)面法優(yōu)化毛酸漿黃色素的提取

李 良1，何 畔1，傅禮瑋1，汪海棠1，金洪偉2，劉 欣3

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030；2.黑龍江省疾病控制中心，哈爾濱 150030；3.哈爾濱學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150086）

文章使用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化毛酸漿黃色素提取工藝條件，單因素試驗(yàn)得到最佳條件：料液比為1∶7.5，提取時(shí)間為1 h，乙醇體積分?jǐn)?shù)為85%。通過(guò)響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型得到最佳工藝參數(shù)為：料液比為1∶7.14，提取時(shí)間為0.96 h，乙醇體積分?jǐn)?shù)為84.75%，實(shí)際測(cè)定值與預(yù)測(cè)值接近，說(shuō)明模型能較好預(yù)測(cè)實(shí)際情況。結(jié)果表明，料液比、提取時(shí)間和乙醇體積分?jǐn)?shù)等因素對(duì)毛酸漿黃色素提取工藝有重要影響。

響應(yīng)面法；毛酸漿；黃色素；提取

毛酸漿（Physalis pubescensL.）是茄科酸漿屬一年生草本植物，別名洋菇娘、黃菇娘等[1]，在我國(guó)主要種植在內(nèi)蒙古呼倫貝爾盟和黑龍江省大興安嶺地區(qū)[2]。毛酸漿果實(shí)成熟后可直接食用，口味酸甜，色澤鮮艷，呈橙黃色?？勺鳛槭称芳庸ち己迷蟍3]，目前主要加工產(chǎn)品有飲料[4]、果脯[5]、罐頭[6]、果酒[7]等。毛酸漿漿果富含氨基酸、維生素、微量元素和有機(jī)酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[8]，毛酸漿其帶萼果實(shí)或全草稱燈籠草，性味酸平，入肺經(jīng)，具清熱解毒、利尿止血功效。主治咽喉腫痛、腮腺炎、泌尿道炎癥、小便不利、尿血等[9]。毛酸漿具有重要食用和藥用價(jià)值，是重要漿果資源。毛酸漿漿果成熟時(shí)為黃色，含豐富黃色素，以毛酸漿漿果作為黃色素提取資源可降低天然黃色素成本，是很有開(kāi)發(fā)價(jià)值的天然色素資源[10]。

目前毛酸漿黃色素提取工藝研究處于起步階段，本試驗(yàn)通過(guò)乙醇溶液萃取毛酸漿黃色素，優(yōu)化黃色素提取工藝參數(shù)，為進(jìn)一步提高毛酸漿黃色素提取率，試驗(yàn)使用超聲波、微波輔助乙醇溶液萃取方法對(duì)毛酸漿黃色素提取工藝進(jìn)行研究，為毛酸漿黃色素研究開(kāi)發(fā)及工業(yè)化生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

新鮮毛酸漿，市售；無(wú)水乙醇、乙酸乙酯、石油醚、丙酮為分析純。

Midea榨汁機(jī)，廣東美的生活電器制造有限公司；TU-1800紫外光可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.2 方法

1.2.1 色素提取工藝

鮮果→去雜→榨汁→過(guò)濾→溶劑浸提→定容→比色

1.2.2 毛酸漿黃色素最大吸收波長(zhǎng)的確定

過(guò)濾除去濾渣后，用蒸餾水定容至50 mL，200～700 nm條件下進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描，確定毛酸漿黃色素最大吸收波長(zhǎng)。取浸提液1 mL稀釋至100 mL，測(cè)其吸光值，確定最適提取溶劑。

1.2.3 毛酸漿黃色素提取單因素試驗(yàn)

選擇料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間3個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以吸光度為指標(biāo)，對(duì)這3個(gè)因素對(duì)毛酸漿黃色素提取效果影響進(jìn)行研究。選取料液比為1∶5、1∶7.5、1∶10、1∶12.5條件下進(jìn)行色素提取，測(cè)定吸光度值，對(duì)浸提料液比進(jìn)行優(yōu)化。選取提取時(shí)間0.67、1、2、4 h條件下進(jìn)行色素提取，測(cè)定吸光度值，對(duì)提取時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。選取乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、75%、80%、85%條件下進(jìn)行色素提取，測(cè)定吸光度值，對(duì)乙醇濃度進(jìn)行優(yōu)化。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取時(shí)間為因變量，毛酸漿黃色素吸光度為響應(yīng)值，通過(guò)Design Expert7軟件設(shè)計(jì)，對(duì)毛酸漿黃色素提取最佳工藝進(jìn)行響應(yīng)面分析，因素與水平表見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface analysis

2 結(jié)果與分析

2.1 最大吸收波長(zhǎng)的確定

毛酸漿黃色素全波長(zhǎng)掃描結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 毛酸漿黃色素浸提液全光譜掃描Fig.1 Full spectrum scanning of Physalis pubescens L. yellow pigment extract

由圖1可知，毛酸漿黃色素溶液的吸收光譜在λ＝294 nm處有明顯吸收峰。因此，可選取294 nm作為測(cè)定毛酸漿黃色素吸光度的波長(zhǎng)。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 料液比對(duì)提取效果的影響

不同料液比對(duì)毛酸漿黃色素提取效果的影響見(jiàn)圖2。

圖2 不同料液比對(duì)吸光度的影響Fig.2 Effects of different material liquid ratio on absorbance

由圖2可知，隨浸提液量的增加，色素吸光度增大，當(dāng)料液比達(dá)1∶7.5時(shí)，吸光度值達(dá)最大，繼續(xù)增大浸提液添加量，吸光度變小。說(shuō)明料液比為1∶7.5時(shí)色素已基本提取充分。

2.2.2 提取時(shí)間對(duì)提取效果的影響

不同提取時(shí)間對(duì)毛酸漿黃色素提取效果的影響見(jiàn)圖3。

圖3 不同提取時(shí)間對(duì)吸光度的影響Fig.3 Effects of different extraction time on absorbance

由圖3可知，在浸提1 h之前，隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，吸光度值增加。浸提1 h后吸光度呈下降趨勢(shì)，提取時(shí)間以1 h為宜。

2.2.3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)提取效果的影響

不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)毛酸漿黃色素提取效果的影響見(jiàn)圖4。

由圖4可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)由70%增加到80%過(guò)程中，色素的吸光度增加，在單因素范圍內(nèi)，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為80%時(shí)達(dá)到最大值，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)由80%增加到85%過(guò)程中，吸光度呈下降趨勢(shì)。

圖4 不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)吸光度的影響Fig.4 Effects of different ethanol concentration on absorbance

2.3 響應(yīng)面法優(yōu)化黃色素提取工藝參數(shù)

根據(jù)單因素試驗(yàn)，設(shè)定料液比（X1）在1∶6～1∶8、提取時(shí)間（X2）在0.5～1.5 h，乙醇體積分?jǐn)?shù)（X3）在80%～90%、選擇采用Box-Behnken響應(yīng)面設(shè)計(jì)法進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果如表2所示。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果Table 2 Results of response surface experimental design

2.3.1 試驗(yàn)結(jié)果及模型建立

利用Design Expert 7軟件對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到毛酸漿黃色素吸光度與自變量X1、X2和X3的二次回歸方程：

回歸方程方差分析見(jiàn)表3，可見(jiàn)模型極顯著（P＜0.0001），失擬項(xiàng)不顯著（P＞0.05），回歸模型的決定系數(shù)為R2=0.9841，說(shuō)明該模型能夠很好描述試驗(yàn)結(jié)果。

由表3可知，X1、X1X2、X12、X22、X32為顯著影響因素。

表3 回歸方程方差分析Table 3 Analysis of variance for the regression equation

2.3.2 響應(yīng)面結(jié)果分析

利用Design Expert 7.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，所得二次回歸方程的響應(yīng)面如圖5～7所示。

圖5 料液比與提取時(shí)間對(duì)吸光度值影響的響應(yīng)面Fig.5 Response surface of material liquid ratio and extraction time on absorbance value

比較圖5～7可知，料液比與提取時(shí)間對(duì)吸光度值影響顯著；料液比與乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)吸光度值影響不顯著；提取時(shí)間與乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)吸光度值影響不顯著。

圖6 料液比與乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)吸光度值影響的響應(yīng)面Fig.6 Response surface of material liquid ratio and ethanol concentration on absorbance value

圖7 提取時(shí)間與乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)吸光度值影響的響應(yīng)面Fig.7 Response surface of extraction time and ethanol concentration on absorbance value

通過(guò)該回歸方程求解優(yōu)化后的最佳工藝參數(shù)為：料液比為1∶7.14，提取時(shí)間為0.96 h，乙醇體積分?jǐn)?shù)為84.75%，吸光度預(yù)測(cè)值為0.811。對(duì)最佳條件進(jìn)行驗(yàn)證，選料液比為1∶7.14，提取時(shí)間為0.96 h，乙醇體積分?jǐn)?shù)為84.75%的條件下對(duì)毛酸漿黃色素進(jìn)行提取，吸光度測(cè)定值為0.791，與預(yù)測(cè)值接近，說(shuō)明模型能夠較好預(yù)測(cè)實(shí)際情況。

3 討論與結(jié)論

溶劑萃取法是天然色素常用提取方法，根據(jù)色素溶解性不同，在提取過(guò)程中常用溶劑有乙醇、乙醚、丙酮、石油醚等。乙醇作為主要提取溶劑已在藍(lán)靛果[11]、藍(lán)莓[12]、紅樹(shù)莓[13]等漿果色素的提取工藝中廣泛使用，在這些色素提取過(guò)程中，主要考慮乙醇提積分?jǐn)?shù)、料液比、提取溫度和提取時(shí)間等主要因素的影響。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)單因素試驗(yàn)，分別得到料液比為1∶7.5，提取時(shí)間為1 h，乙醇體積分?jǐn)?shù)為85%。通過(guò)響應(yīng)面數(shù)學(xué)模型得到最佳工藝參數(shù)為：料液比為1∶7.14，提取時(shí)間為0.96 h，乙醇體積分?jǐn)?shù)為84.75%，實(shí)際測(cè)定值與預(yù)測(cè)值接近。

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Optimization of yellow pigment extracting conditions fromPhysalis pubescensL.by response surface methodology

LI Liang1,HE Pan1,FU Liwei1, WANG Haitang1,JIN Hongwei2,LIU Xin3(1.School of Food Science,Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China;2.Heilongjiang Provincial Center for Disease Control and Prevention,Harbin 150030,China;3.Life Sciences and Chemistry Institute,Harbin University,Harbin 150086,China)

The extraction conditions of yellow pigment ofPhysalis pubescenswere investigated in this paper,the optimum conditions of single factor experiment were obtained,which contained material liquid ratio 1:7.5,extraction time 1 h,ethanol concentration 85%;and optimal parameters for the response surface methodology were as follows,material liquid ratio 1:7.14,extraction time 0.96 h,ethanol concentration 84.75%,and the actual measured value was closed to the predicted value,which showed that the model could better predict the actual situation.The results showed that the material liquid ratio,extraction time and ethanol concentration had the important influence on extraction of the yellow pigment.

response surface methodology;Physalis pubescensL.;yellow pigment;extract

TS275.5

A

1005-9369（2014）07-0112-05

時(shí)間2014-7-7 8:58:49 [URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140707.0858.025.html

李良,何畔,傅禮瑋,等.響應(yīng)面法優(yōu)化毛酸漿黃色素的提取[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,45(7):112-116.

Li Liang,He Pan,Fu Liwei,et al.Optimization of yellow pigment extracting conditions fromPhysalis pubescensL.by response surface methodology[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(7):112-116.(in Chinese with English abstract)

2013-12-27

黑龍江省教育廳面上項(xiàng)目（12531022）

李良（1981-），男，講師，博士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品精深加工。E-mail：liliangneau@163.com