火棘果渣黃色素微波提取工藝研究

蔣利華，熊海蓉，周夏禹，王　錦，熊遠福，王宇婷（.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙000；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)分析測試中心，湖南長沙028；.常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南常德5000；.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，湖南長沙028）

火棘果渣黃色素微波提取工藝研究

蔣利華1，熊海蓉2，*，周夏禹3，王錦4，熊遠福4，王宇婷4
（1.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410004；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)分析測試中心，湖南長沙410128；3.常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南常德415000；4.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，湖南長沙410128）

為獲得微波提取火棘果渣黃色素的最佳提取工藝條件，以野生火棘果渣為原料，乙醇溶液為溶劑，探討了微波功率、料液比、提取時間、提取次數(shù)等因素對微波法提取火棘黃色素的影響。通過L9（34）正交實驗獲得了火棘黃色素提取的最佳工藝條件，即：微波功率600W，料液比1∶10g/mL，提取時間50s，提取4次；黃色素的提取率91.2%，產(chǎn)率1.8%，色價24.1。并與常規(guī)溶劑法進行了比較，結(jié)果顯示，微波法具有提取時間短、提取次數(shù)少、純度高等優(yōu)點，總體效率優(yōu)于常規(guī)溶劑法。

火棘，黃色素，提取工藝，微波法，常規(guī)溶劑法

火棘（pyracantha fortuneana）俗名火把果、赤陽子、救兵糧等，是薔薇科蘋果亞科（maloideane）火棘屬（Pyracantha Roem）常綠野生灌木果樹植物，主要分布于我國東南、西南和西北部［1］。我國火棘資源豐富，且分布集中、便于采集利用［2］，湖北鄂西南及神農(nóng)架年均產(chǎn)鮮果約5萬t［3］，湖南僅湘西自治州年產(chǎn)火棘鮮果達1.1萬t以上［4］?；鸺粌H具有較高的食用價值［2，5］和藥用保?。?］價值，而且是重要的天然紅色素［3-4］、黃色素［7］和果膠［8-9］資源，能廣泛應(yīng)用于食品［2-3，8］、醫(yī)藥［10］、化妝品［11-12］等領(lǐng)域，前景廣闊。目前，提取火棘黃色素的方法有常規(guī)溶劑法［2，7］和超聲波法［13］，尚未見微波法提取火棘黃色素的研究報道。利用微波技術(shù)提取植物功能成分，具有選擇性好、省時節(jié)能、效率高等特點［14］。本文以提盡紅色素的野生火棘果渣為原料，用乙醇作提取劑，通過單因素實驗和正交實驗，首次探索了微波輔助法提取火棘果中黃色素的方法與工藝條件，并與常規(guī)溶劑法進行了比較，以期為我國野生火棘資源的高值利用提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

野生火棘果采自湖南省湘西自治州永順縣高坪鄉(xiāng)，低溫避光晾干、粉碎、過篩，用本課題組已獲得的火棘紅色素提取方法將火棘果中紅色素提盡［15］，果渣用作黃色素提取原料；95%乙醇食用級；鹽酸分析純。

U-3310紫外/可見分光光度計日本日立公司；LWMC-205型可調(diào)功率微波化學(xué)反應(yīng)器（帶冷凝器）

南京陵江科技開發(fā)有限責(zé)任公司；pHS-3C精密pH計上海雷磁儀器廠；AL204電子天平梅特勒-托利多儀器上海有限公司；Heidolph旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀德國Heidolph公司；DZF-6020真空干燥箱上海精宏實驗設(shè)備有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1工藝流程①火棘果渣（已提盡紅色素）→②乙醇浸提→③過濾→④收集濾液→⑤連續(xù)提取（重復(fù)步驟①-④）→⑥合并濾液（濾渣用于提取果膠）→⑦減壓蒸餾乙醇→⑧濃縮→⑨真空干燥→⑩粉粹→粉狀黃色素。

1.2.2黃色素提取單因素實驗根據(jù)前期研究結(jié)果［7］，本實驗用95%乙醇作為黃色素的提取劑。按

1.2.1所述工藝流程①至⑥，稱取1.1中的果渣原料5份、每份相當(dāng)于火棘干果5.0g，按一定的料液比（g∶mL）加入提取劑，置于微波化學(xué)反應(yīng)器中，在設(shè)定功率下連續(xù)提取，過濾，合并濾液，定容至相同體積，在最大吸收波長450nm［7］下測定黃色素的吸光度，以吸光度值作為提取液中黃色素含量的衡量標(biāo)準(zhǔn)；分別探討微波功率、料液比、提取時間和提取次數(shù)等單因素對火棘黃色素提取的影響。a.固定料液比1∶10（g∶mL），提取時間30s，提取次數(shù)3次，考察微波功率（300、400、500、600、700W）對火棘黃色素提取的影響。b.固定微波功率300W，提取時間30s，提取次數(shù)3次，考察料液比（g∶mL）（1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14）對火棘黃色素提取的影響。c.固定微波功率300W，料液比1∶10（g∶mL），提取次數(shù)3次，考察提取時間（10、20、30、40、50s）對火棘黃色素提取的影響。d.固定微波功率300W，料液比1∶10（g∶mL），提取時間30s，考察提取次數(shù)（1、2、3、4、5次）對火棘黃色素提取的影響。

1.2.3黃色素提取正交實驗根據(jù)1.2.2單因素實驗結(jié)果，選擇微波功率、料液比、提取時間、提取次數(shù)共4個因素，每因素取3水平，進行L（934）正交實驗（見表1），優(yōu)化黃色素提取工藝條件；用正交設(shè)計助手ⅡV3.01進行統(tǒng)計分析。

表1　正交實驗因素與水平Table 1　Factors and levels of orthogonal test

1.2.4提取率、產(chǎn)率及色價測定準(zhǔn)確稱取一定量的原料2份，每份相當(dāng)于火棘干果質(zhì)量W1（g），一份用最佳提取條件反復(fù)多次提取，直至用分光光度法檢測已沒有黃色素，收集提取液后定容為V1（mL），測量其吸光度A1。另一份完全在最佳工藝條件下提取，收集提取液后定容為V2（mL），測量其吸光度A2。將完全在最佳工藝條件下獲得的提取液，按1.2.1所述工藝流程處理，得到粉末狀黃色素，質(zhì)量為W2（g）。稱取該粉末狀黃色素W（g），用95%乙醇溶解、稀釋至100mL，測量其吸光度A。黃色素的提取率、產(chǎn)率、色價［16］按下式計算：

2　結(jié)果與分析

2.1單因素對黃色素提取的影響

2.1.1微波功率對黃色素提取的影響固定其他條件，微波功率對黃色素提取的影響如圖1所示。從圖1可知，在300～500W范圍內(nèi)，隨著微波功率增大，提取液中黃色素的吸光度值增幅較大；500～600W范圍內(nèi)黃色素的吸光度值增幅變??；當(dāng)功率大于600W之后，物料出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象，被處理的物料變性、對萃取介質(zhì)的滲入造成較大的阻礙，同時黃色素會出現(xiàn)分解［13］，導(dǎo)致提取出來的黃色素減少。因此當(dāng)增大到700W時，黃色素吸光度值反而降低?？梢姡⒉üβ蔬x600W左右較適宜。

圖1　微波功率對黃色素提取的影響Fig.1　Effect of microwave watt on extraction of yellow pigment

圖2　料液比對黃色素提取的影響Fig.2　Effect of ratio（sample：solvent）on extraction of yellow pigment

2.1.2料液比對黃色素提取的影響適當(dāng)?shù)牧弦罕饶苊黠@提高黃色素的溶出率，但料液比過小、溶劑量過少，會造成萃取體系滲透壓過高，會阻礙黃色素的進一步溶出；料液比過大、溶劑耗量大、回收困難。由圖2可知，隨著料液比逐漸增加，提取液中黃色素的吸光度值開始增加較快，但料液比達到1∶10之后，吸光度值的增加幅度已很小。因此，料液比選1∶10（g∶mL）左右較合適。

2.1.3提取時間對黃色素提取的影響從圖3可知，隨提取時間增加，提取液中黃色素的吸光度值增加較快；提取時間超過40s之后，吸光度值增加已不明顯，表明此時原料中的黃色素已基本提取出來。提取時間選40s左右為宜。

圖3　提取時間對黃色素提取的影響Fig.3　Effect of time on extraction of yellow pigment

2.1.4提取次數(shù)對黃色素提取的影響由圖4可知，隨著提取次數(shù)增加，黃色素吸光度值逐漸增大，提取達3次之后其增加程度已很小。提取次數(shù)較多，則提取劑用量較大、回收所需時間長，從經(jīng)濟方面考慮，提取次數(shù)以3次左右為宜。

圖4　提取次數(shù)對黃色素提取的影響Fig.4　Effect of times on extraction of yellow pigment

2.2黃色素提取正交實驗

根據(jù)上述單因素實驗結(jié)果，進行L9（34）正交實驗（見表1），正交實驗結(jié)果見表2，方差分析見表3。從表2各因素的極差R大小和表3方差分析可知，影響微波提取火棘黃色素的因素從主到次依次為：A（功率）＞B（料液比）＞D（次數(shù)）＞C（時間）；其中微波功率的影響最大，達顯著水平（a=0.10）。從表2每個因素3個水平的均值k大小可知，最佳提取工藝條件組合為A2B3C3D3，即微波提取火棘黃色素的最佳工藝條件為：微波功率600W、料液比1∶10、提取時間50s、提取4次。

在最佳工藝條件下進行5輪重復(fù)提取驗證實驗，測得火棘黃色素提取率平均值為91.2%、粉末狀黃色素產(chǎn)率平均值為1.8%、色價平均值為24.1。

表2　L9（34）正交實驗結(jié)果Table 2　Results of orthogonal experiment L9（34）

表3　L9（34）正交實驗方差分析Table 3　Variance analysis of orthogonal experiment L9（34）

2.3微波法與常規(guī)溶劑法的比較

從表4可知，與常規(guī)溶劑法［2，7］相比，雖然微波法的提取率、產(chǎn)率稍低一些，但微波法的提取時間很短、提取次數(shù)少，而且產(chǎn)品的純度（即色價）高于常規(guī)溶劑法，微波法的總體效率優(yōu)于常規(guī)溶劑法。

表4　微波法與常規(guī)溶劑法的比較Table 4　Contrast of microwave method and solvent method

3　結(jié)論

用95%乙醇作提取劑，微波法提取火棘黃色素的最佳工藝條件為：微波功率600W、料液比1∶10、提取時間50s、提取4次。在該工藝條件下火棘黃色素的提取率91.2%，粉末狀黃色素產(chǎn)率1.8%，色價24.1。

微波法提取野生火棘黃色素，雖然提取率、產(chǎn)率稍低于常規(guī)溶劑法，但提取時間很短、提取次數(shù)少，而且產(chǎn)品的純度高于常規(guī)溶劑法，微波法的總體效率優(yōu)于常規(guī)溶劑法。

［1］王三根，鄧如福.野生植物火棘的開發(fā)利用及生理生態(tài)［J］.中國野生植物，1988（3）：13-15.

［2］鄧如福，王三根，李關(guān)榮.野生植物—火棘果實的營養(yǎng)成分［J］.營養(yǎng)學(xué)報，1990，12（1）：79-84.

［3］余紅英.天然火棘色素提取方法的研究［J］.湖北民族學(xué)院學(xué)報，1998，16（6）：37-39.

［4］蔣利華，熊遠福，李霞，等.野生火棘果有效成分研究進展［J］.中國野生植物資源，2007，26（2）：8-10.

［5］Dolezal M，Velisek J.Biologically-active phytochemicals in food［M］.Prague：Royal chemistry society press，2001：241-244.

［6］四川中藥志編寫組.四川中藥志［M］.成都：四川人民出版社，1982：31.

［7］蔣利華，黃忠良，熊遠福，等.野生火棘果中黃色素的提取研究［J］.中國食品添加劑，2010（2）：138-142.

［8］王冬妮，陳熠，熊海蓉，等.野生火棘果中果膠的提取及脫色研究［J］.中國食品學(xué)報，2010，10（3）：175-179.

［9］梁先長，李加興，黃壽恩，等.火棘色素與果膠綜合提取工藝優(yōu)化［J］.食品科學(xué)，2011，32（2）：88-92.

［10］薛慧，李玉山，候建軍.火棘對正常大鼠血脂和載脂蛋白的影響［J］.湖北民族學(xué)院學(xué)報，2001，18（3）：7-8.

［11］Hikima T.Skin-lightening cosmetics containing Pyracantha fortuneana fruit extracts and other substances：Japan，08127525［P］.1996-05-21.

［12］Togiya H.Skin cosmetics containing carnitines，antioxidant plant products and skin-lightening agents：Japan，2004339141［P］.2004-12-02.

［13］蔣利華，熊海蓉，文祝友，等.超聲波法提取火棘果中黃色素的研究［J］.糧油食品科技，2013，21（3）：68-71.

［14］黃忠良，蔣利華，熊遠福，等.植物功能成分提取技術(shù)研究新進展［J］.河南化工，2009，26（12）：17-20.

［15］蔣利華，熊遠福，李霞，等.野生火棘果中紅色素的提取研究［J］.中國食品添加劑，2007（1）：58-61.

［16］藺定運.食用色素的識別與應(yīng)用［M］.北京：中國食品出版社，1987：105.

Study on microwave extraction of yellow pigment in Pyracantha Fortuneana fruit

JIANG Li-hua1，XIONG Hai-rong2，*，ZHOU Xia-yu3，WANG Jin4，XIONG Yuan-fu4，WANG Yu-ting4
（1.Changsha Environmental Protection College，Changsha 410004，China；2.Center of Analysis and Testing，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China；3.Changde Vocational Technical College，Changde 415000，China；4.College of Science，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China）

To obtain optimal technology conditions of microwave extraction of yellow pigment in wild Pyracantha fortuneana fruit residue，effects on the extraction of the microwave watt，solid-liquid ratio，extraction time and extraction times were experimented with ethanol as solvent，and the optimal conditions of the extraction were obtained by orthogonal experiment L9（34）.The effects of the microwave extraction were compared with those of conventional solvent extraction.The results showed that the optimal conditions of microwave extraction were as follows：microwave watt 600W，the ratio of sample to solvent 1∶10g/mL，extraction time 50s，and extraction 4 times. The extraction ratio was 91.2%，the yield was 1.8%and the color value was 24.1.Compared with the conventional solvent method，the microwave method had advantages of less extraction time，less extraction times and higher purity.The general efficiency of microwave method was better than that of conventional solvent method.

Pyracantha fortuneana；yellow pigment；extraction technology；microwave method；conventional solvent method

TS202.3

B

1002-0306（2015）02-0296-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.02.055

2014－04－09

蔣利華（1983-），女，碩士研究生，講師，工程師，主要從事天然產(chǎn)物功能成分方面的研究。

熊海蓉（1979-），女，碩士研究生，副教授，主要從事植物功能成分提取與應(yīng)用方面的研究。

湖南省科技廳計劃項目（2012NK3075，2013FJ4220）；湖南省教育廳重點項目（07A030）。