黑米色素提取工藝的優(yōu)化

吳 娟, 陳建民

(1. 安慶師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院， 安徽 安慶 246011； 2. 揚(yáng)州大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009)

黑米是世界著名有色稻品種，且富含花色甘類抗氧化色素[1, 2]，被認(rèn)為是滋補(bǔ)佳品。張名位[3, 4]等研究發(fā)現(xiàn)，黑米皮提取物具有較強(qiáng)的體外清除活性氧自由基、羥自由基和DPPH自由基的能力，可以降低動脈粥樣硬化發(fā)生的危險性。因此，黑米色素作為天然抗氧化劑具有廣闊的發(fā)展前景[5]。張福娣[6]等在提取黑米色素時發(fā)現(xiàn)：浸提溫度80 ℃，浸提時間30 min，料液比1∶ 10，浸提劑為50%乙醇時，提取效果最好；而鄧開野[7]等研究表明，采用含有0.5%蘋果酸的70%～80%乙醇，加熱70 ℃時，可以得到大量的色素分離液；曾盔[8]等以黑米為原料提取黑米色素時，結(jié)果則是以70%乙醇溶液(pH值2)，70 ℃提取90 min 提取率最高。

雖然黑米色素提取工藝研究的報道屢見不鮮，但是不同黑米品種、不同研究方法，黑米色素提取率存在差異[9-11]。本文以安慶地方黑米品種為原料，以無水乙醇作為萃取劑，探索制備黑米色素的最佳工藝，為黑米色素的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用提供重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：黑米，安慶市農(nóng)科所提供。黑米脫殼，糙米經(jīng)過碾碎，過40目篩得黑米粉，待用。

試劑：丙酮、水、甲醇、乙醇、檸檬酸、碳酸氫鈉，均為分析純。

儀器：恒溫水浴鍋、電子天平、DU-7 500紫外可見分光光度計、離心機(jī)。

1.2 黑米色素提取工藝

精確稱取10 g米粉，按一定比例分別加入到ddH2O、甲醇、乙醇、丙酮提取劑中，于室溫提取，離心，取上清。濾渣按上述條件重復(fù)提取2次，減壓濃縮，即為黑米色素粗品。通過單因素分析萃取溶劑、料液比、萃取時間和溫度對黑米色素提取效果的影響，確定最佳提取工藝。

2 結(jié)果

2.1 不同提取溶劑的提取效果

精確稱取10 g黑米粉4份，按一定比例分別加入到ddH2O、甲醇、無水乙醇、丙酮提取劑中，于室溫提取，離心，取上清。觀察顏色并記錄，結(jié)果見表1。

表1 不同提取溶劑的提取效果

由表1可以看出，不同提取溶劑對黑米色素的提取效果不同，黑米色素溶于水、甲醇、乙醇等溶劑，不溶于丙酮。鑒于乙醇容易揮發(fā)，便于濃縮，因此，筆者選用無水乙醇作為黑米色素的最佳萃取劑。

2.2 料液比對黑米色素提取率的影響

準(zhǔn)確稱取黑米粉10 g置于試管中，分別按料液比1∶ 2、1∶ 4、1∶ 6、1∶ 7、1∶ 8、1∶ 10加入提取劑無水乙醇中，室溫提取60 min，3 000 r/min條件下離心30 min，取上清液，乙醇定容至100 mL，520 nm波段測吸光度。結(jié)果如圖1。

圖1 不同料液比對黑米色素提取效果的影響

由圖1可以看出，以無水乙醇作為萃取劑，黑米粉與無水乙醇的比例按1∶ 8時，吸光值最高，提取效果最佳。當(dāng)料液比小于1∶ 8時，隨著萃取劑比例的增加，黑米色素吸光值也隨之增加，可能是因為較低劑量的萃取劑不能完全將黑米粉內(nèi)所有黑米色素萃取出來，而料液比大于1∶ 8時，吸光值反而下降，主要因為萃取劑過量時，將黑米色素濃度稀釋所致。

2.3 萃取時間對黑米色素提取率的影響

準(zhǔn)確稱取黑米粉各10 g置于試管中，加入無水乙醇80 mL于室溫提取5、10、30、60、90、180 min，后提取液3 000 r/min條件下離心30 min，取上清液，乙醇定容至100 mL，520 nm波段測吸光度。結(jié)果如圖2。

圖2 不同提取時間對黑米色素提取效果的影響

由圖2可以看出，萃取時間對黑米色素提取效果影響較大，其中以60 min萃取時間最佳。萃取時間在5～60 min之間，隨著萃取時間的延長，黑米色素的濃度隨之增加，當(dāng)時間延長至60 min，吸光值達(dá)到最大。此時，再延長萃取時間，黑米色素吸光值變化不大，甚至下降。因此，筆者認(rèn)為以無水乙醇作為萃取劑，料液比1∶ 8時，萃取時間以60 min，提取效果最佳。

2.4 溫度對黑米色素提取率的影響

準(zhǔn)確稱取黑米粉10 g置于試管中，加入無水乙醇80 mL置于不同溫度水浴鍋中，溫度設(shè)置為20 ℃、40 ℃、60 ℃、80 ℃、100 ℃(油浴)、120 ℃(油浴)，水浴60 min后，將提取液在3 000 r/min條件下離心30 min，取上清液，乙醇定容至100 mL，520 nm波段測吸光度。結(jié)果如圖3。

圖3 溫度對黑米色素提取效果的影響

由圖3可以看出，溫度在20～80℃區(qū)段，隨著水浴溫度升高，溶液吸光值提取率逐漸增加，當(dāng)水浴溫度達(dá)80 ℃時，吸光值達(dá)到最大，即黑米色素得率最高；如果再繼續(xù)升高溫度至120 ℃，黑米色素的提取率反而下降。這可能因為黑米色素不耐100 ℃以上的高溫，結(jié)構(gòu)被破壞所致。

3 討論

黑米，又稱貢米，是中國重要的珍稀稻種，因其富含蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素以及鈣、鐵、鋅、硒等礦物元素[12， 13]，備受消費(fèi)者青睞。大量研究表明，黑米色素為花青苷類色素，屬植物多酚類化合物，具有降低冠心病發(fā)病率、抗氧化和自由基清除效果[14]，因而研究和開發(fā)利用黑米色素有著良好的發(fā)展前景。目前，國內(nèi)關(guān)于黑米色素的遺傳基礎(chǔ)已有報道[15， 16]，但是由于黑米色素結(jié)構(gòu)及組成的復(fù)雜性，及材料處理、萃取劑篩選、含量表示等方面的不同處理方法，所以前人研究的結(jié)果也不盡相同。本試驗以黑米為原料，采用單因素試驗，研究并確定了色素的最佳提取條件，為黑米色素的開發(fā)和綜合利用提供一定的理論依據(jù)。研究結(jié)果表明：黑米色素溶于水、乙醇、甲醇等溶劑，不溶于丙酮，以無水乙醇為萃取劑，料液比按照1∶ 8，萃取時間60 min，萃取溫度80 ℃，提取效果最佳。

由于時間倉促，本文沒有對試驗提取的黑米色素基因的遺傳基礎(chǔ)、色素的組成成分及抗氧化能力進(jìn)行探索，今后作者將根據(jù)優(yōu)化工藝流程，研究黑米色素的遺傳結(jié)構(gòu)及其對動物疾病干預(yù)的量效關(guān)系，為黑米的開發(fā)和綜合利用提供些許幫助。

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