超聲波輔助提取鮮枸杞色素

孫建霞，呂昭偉，文羅娜，白衛(wèi)濱，*，宋燁，和法濤，趙巖，朱風(fēng)濤

（1.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院，廣東廣州510090；2.暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東廣州510632；3.中華供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南250014）

超聲波輔助提取鮮枸杞色素

孫建霞1，呂昭偉1，文羅娜2，白衛(wèi)濱2，*，宋燁3，和法濤3，趙巖3，朱風(fēng)濤3

（1.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院，廣東廣州510090；2.暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東廣州510632；3.中華供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南250014）

以中寧鮮枸杞為原料，β-胡蘿卜素提取液吸光度為衡量指標(biāo)，研究超聲波輔助提取枸杞色素的工藝，通過單因素-正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝參數(shù)。通過單因素試驗(yàn)研究了提取溶劑、溫度、料液比、時(shí)間、功率和提取次數(shù)對(duì)色素提取率的影響，并確定了提取劑為正己烷，提取次數(shù)為1次。通過正交試驗(yàn)得出超聲波輔助提取枸杞色素的最佳工藝為：超聲波功率為200 W，提取時(shí)間40 min，提取溫度50℃，料液比為1∶30（g/mL）。在最優(yōu)工藝條件下，β-胡蘿卜素得率為8.45%，色素粗提物得率為9.93%，色素粗提物純度為85.00%。

枸杞；超聲波；類胡蘿卜素；正交試驗(yàn)

枸杞（Lycium Barbarum）是茄科枸杞屬植物，分布廣泛，以寧夏枸杞品質(zhì)最好。類胡蘿卜素是枸杞的主要色素，其中β-胡蘿卜素最為突出。類胡蘿卜在遇酸、遇氧、強(qiáng)光照及高溫條件下不穩(wěn)定，易降解或異構(gòu)化，在堿性條件下一般較為穩(wěn)定［1-2］。富含類胡蘿卜素的食品具有防治維生素A缺乏癥［3］、防自由基損害［4］、防癌抗癌［5-6］、提高免疫力［7］、預(yù)防心血管疾病［8］等功效［9］。

近年來，天然類胡蘿卜素制品的需求量不斷增加，類胡蘿卜素的開發(fā)利用具有良好的市場(chǎng)前景［10］。枸杞是自然界中β-胡蘿卜素含量最高的品種之一，對(duì)枸杞中β-胡蘿卜素提取，進(jìn)行產(chǎn)品綜合利用開發(fā)具有重要意義。目前，類胡蘿卜素的提取多以干枸杞為原料使用溶液加熱浸提法，但浸提過程中的高溫會(huì)使枸杞種活性成分的穩(wěn)定性變差，在加工過程中易發(fā)生變性，形成大量絮狀物和沉淀物，造成有效成分的大量損失，并且使其活性也有所降低，同時(shí)，溶劑浸提方法還存在著溶劑使用量大、溶劑殘留、浸提時(shí)間過長(zhǎng)等缺點(diǎn)［11］。而采用超聲場(chǎng)強(qiáng)化有效成分的提取，具有降低提取溫度、縮短時(shí)間和提高提取率等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的重視［12］。因此，有必要發(fā)展高效、節(jié)約資源的超聲波輔助提取枸杞色素的方法。

本文應(yīng)用超聲波輔助提取技術(shù)提取鮮枸杞類胡蘿卜素，以分光光度法測(cè)定其含量，并通過單因素-正交實(shí)驗(yàn)對(duì)影響提取率的多個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化選擇，取得最佳提取參數(shù)，為枸杞的綜合開發(fā)利用和植物體天然類胡蘿卜素的提取提供了一定的理論參考。

1材料與方法

1.1 材料與試劑

中寧鮮枸杞：產(chǎn)于夏寧中寧縣；正己烷（分析純）：天津大茂化學(xué)試劑廠；石油醚（分析純）、三氯甲烷（分析純）：天津永大化學(xué)試劑有限公司；β-胡蘿卜素（標(biāo)準(zhǔn)品，純度≥95%）：馬拉丁化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)JY92-IIN：寧波新芝生物科技股份有限公司；電子天平DENVER INSTRUMENT：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；722型可見分光光度計(jì)：上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵：上海比朗儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE-52AA：上海振捷實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；密封型搖擺式高速粉碎機(jī)：CLF-10C浙江省溫嶺市創(chuàng)力藥材器械廠；干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

鮮枸杞→研磨成漿→加提取劑→超聲波處理→離心→過濾→旋轉(zhuǎn)增發(fā)濃縮→干燥（40℃）→色素粗提物

鮮枸杞洗凈，瀝干，放入粉碎機(jī)研磨均勻成漿。取一定量的枸杞漿，加入適量提取劑，置于超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)中進(jìn)行超聲波輔助提取一定時(shí)間，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀真空濃縮后，置于干燥箱充分干燥，得到色素粗提物，稱其干重。加正己烷溶解色素粗提物并按一定倍數(shù)稀釋，以正己烷為對(duì)照，在最大吸收波長(zhǎng)下測(cè)其吸光度，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線和回歸方程可計(jì)算出樣品的類胡蘿卜素含量。

1.3.2 提取溶劑的選擇

根據(jù)超聲波輔助提取特性及提取劑毒性及成本，分別研究石油醚，三氯甲烷，正己烷和石油醚-三氯甲烷（1∶1，v/v）不同提取溶劑對(duì)β-胡蘿卜素提取效果的影響。選擇提取效果最好的正己烷作為溶劑。

1.3.3 最大吸收波長(zhǎng)的確定

β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品于40℃干燥至恒重，精密稱取10.0 mg，以正己烷溶解并定容至25 mL，制成0.4 mg/mL的β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)溶液。精密吸取5 mL的標(biāo)準(zhǔn)品溶液以正己烷定容至10 mL容量瓶中，配制0.2 mg/mL的β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)溶液，以正己烷為空白對(duì)照，在200 nm～600 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，得到最大吸收波長(zhǎng)為450 nm。

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別取0.4 mg/mL的β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)溶液1、2、3、4、5、6 mL于25 mL容量瓶中，以正己烷定容，得到0.016、0.032、0.048、0.060、0.072、0.084、0.096 mg/mL一系列濃度的β-胡蘿卜素的標(biāo)準(zhǔn)溶液。在450 nm處測(cè)其吸光度，以EXCEL繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程為：y=3.673 2-0.021 2，R2=0.995 3。

1.3.5 粗提物β-胡蘿卜素得率計(jì)算

通過標(biāo)準(zhǔn)曲線得到提取液中胡蘿卜素濃度，計(jì)算得到枸杞樣品中的粗提物β-胡蘿卜素得率：

式中：X為鮮枸杞樣品中的粗提物類胡蘿卜素得率；c為標(biāo)準(zhǔn)曲線上對(duì)應(yīng)濃度，（mg/mL）；B為稀釋倍數(shù)；V為提取液體積，mL；m為樣品原料鮮重，mg。

1.3.6 色素粗提物提取率計(jì)算

色素粗提物提取率（%）=色素粗提物質(zhì)量/鮮枸杞質(zhì)量×100%

1.3.7 色素粗提物純度計(jì)算

1.3.8 超聲波提取條件優(yōu)化

1.3.8.1 單因素試驗(yàn)

根據(jù)超聲波輔助提取特性和相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道［13］，選取液料比、超聲波溫度、功率、提取時(shí)間及提取次數(shù)進(jìn)行單因素試驗(yàn)。其中，液料比選取1∶10，1∶20，1∶30和1∶40（g/mL）共4個(gè)水平，超聲波溫度選取35、40、45、50℃共4個(gè)水平，超聲波功率選取200、220、240、260 W共四個(gè)水平，提取時(shí)間選取10、20、30、40、50 min共5個(gè)水平，提取次數(shù)選取1、2、3、4次共4個(gè)水平。

1.3.8.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取溫度、時(shí)間、功率和料液比4個(gè)主要影響因素，采用正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)組合L9（34）正交試驗(yàn)，對(duì)多因子綜合影響因素進(jìn)行研究［17］。再由極差分析與方差分析進(jìn)一步優(yōu)化提取工藝參數(shù)，得到綜合參數(shù)。

2結(jié)果與分析

2.1 提取溶劑的選擇

精確稱取粉碎的4份枸杞樣品5.00 g于250 mL燒杯，按料液比1∶30分別加入有機(jī)溶劑石油醚，三氯甲烷，正己烷和石油醚-三氯甲烷（1∶1，體積比），在200 W的超聲波功率下，40℃超聲提取20 min，在最大吸收波長(zhǎng)下，測(cè)定提取液的吸光度，結(jié)果見表1。

表1 不同提取劑對(duì)β-胡蘿卜素提取率的影響Table 1Effect of extractant on extraction yield of β-carotene

正己烷對(duì)枸杞色素的溶解度最高，提取效果最好，三氯甲烷、石油醚-三氯甲烷次之，最后是石油醚，故本實(shí)驗(yàn)選擇正己烷為提取劑。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 料液比對(duì)類胡蘿卜素提取效果的影響

準(zhǔn)確稱取4份10.00 g鮮枸杞漿，分別按料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40（g/mL）加入正己烷，在溫度40℃，超聲波功率200 W條件下，提取30 min，1次。450 nm測(cè)定色素粗提物的正己烷溶液的吸光度，結(jié)果如圖1。

圖1 料液比對(duì)β-胡蘿卜素提取率的影響Fig.1Effect of the solvent：sample ratio on extraction yield of βcarotene

隨著料液比增大，提取液吸光度先增大再減小，在1∶30時(shí)達(dá)到最大。料液比低于1∶30時(shí)，色素溶解度隨液料比增大而增大，當(dāng)料液比超過1∶30時(shí)，由于色素已全部溶出，而提取液的體積過大，導(dǎo)致色素溶液濃度降低，吸光度下降。

2.2.2 提取溫度對(duì)類胡蘿卜素提取效果的影響

準(zhǔn)確稱取4份5.00 g鮮枸杞漿，加入150 mL正己烷，超聲波功率為200 W，分別在溫度為35、40、45、50℃下提取30 min，1次。450 nm測(cè)定色素粗提物的正己烷溶液的吸光度，結(jié)果如圖2。

圖2 提取溫度對(duì)β-胡蘿卜素提取率的影響Fig.2Effect of sonication temperature on extraction yield of βcarotene

隨著溫度升高，提取液吸光度先增大再減小，在45℃時(shí)達(dá)到最大。適宜的高溫有利于增加色素溶解度，但過高的溫度可能會(huì)引起枸杞色素的熱降解，色素得率會(huì)受到影響［14］。

2.2.3 超聲波功率對(duì)類胡蘿卜素提取效果的影響

準(zhǔn)確稱取4份5.00 g鮮枸杞漿，加入150 mL正己烷，在40℃下，分別于超聲波功率為200、220、240、260 W提取30 min，1次。450 nm測(cè)定色素粗提物的正己烷溶液的吸光度，結(jié)果如圖3。

圖3 超聲波功率對(duì)β-胡蘿卜素提取效率的影響Fig.3Effect of ultrasonic power waves on extraction yield of βcarotene

在超聲波場(chǎng)中，聲波產(chǎn)生的空穴效應(yīng)可造成細(xì)胞壁和細(xì)胞膜破碎，促進(jìn)色素溶出［10］。隨著超聲波功率增大，提取液吸光度線增大再減小，在220 W時(shí)達(dá)到最大。超聲波功率較低時(shí)，可提高色素提取率，但在220 W～260 W之間提取率隨功率增加而減少，可能是超聲波作用過于強(qiáng)烈或超聲波處理導(dǎo)致的溫度升高造成了β-胡蘿卜素氧化降解，類胡蘿卜素提取效率降低。2.2.4提取時(shí)間對(duì)類胡蘿卜素提取效果的影響

準(zhǔn)確稱取5份5.00 g鮮枸杞漿，加入150 mL正己烷，在40℃下，超聲波功率為200 W，分別在時(shí)間為10、20、30、40、50 min下提取1次。450 nm測(cè)定色素粗提物的正己烷溶液的吸光度，結(jié)果如圖4。

圖4 提取時(shí)間對(duì)β-胡蘿卜素提取效率的影響Fig.4Effect of extraction time on extraction yield of β-carotene

隨著提取時(shí)間增加，提取液吸光度先增大再減小，在20 min時(shí)達(dá)到最大。在少于20 min時(shí)，隨著時(shí)間的增加，細(xì)胞破裂程度、加熱程度也均隨之增加，能使色素容易地被提取出來，所測(cè)類胡蘿卜素的吸光度增大，即提取效率增加。但在20 min以后，吸光度有下降趨勢(shì)，這可能是由于類胡蘿卜素較長(zhǎng)時(shí)間在較高溫度下不穩(wěn)定，而導(dǎo)致類胡蘿卜素提取率略有下降趨勢(shì)［15］。故20 min左右的提取時(shí)間對(duì)枸杞色素提取更有效。

2.2.5 提取次數(shù)對(duì)類胡蘿卜素提取效果的影響

準(zhǔn)確稱取4份5.00 g鮮枸杞漿，加入150 mL正己烷，在40℃下，超聲波功率為200 W，超聲時(shí)間為30 min，分別提取1、2、3、4次。450 nm測(cè)定色素粗提物的正己烷溶液的吸光度，結(jié)果如圖5。

圖5 時(shí)間對(duì)β-胡蘿卜素提取效率的影響Fig.5Effect of time on extraction yield of β-carotene

提取次數(shù)對(duì)枸杞色素影響不大，在提取1～4次中，枸杞色素得率沒有明顯變化規(guī)律，相差不大，考慮到效率問題以及成本問題，在以下正交試驗(yàn)中，一致選用提取1次方案。

2.3 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選取溫度、時(shí)間、功率和料液比4個(gè)主要影響因素進(jìn)行正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)組合L9（34）正交試驗(yàn)，其因素水平表見表2，正交試驗(yàn)結(jié)果見表3，方差分析見表4。

通過本次超聲波輔助提取鮮枸杞色素的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用單因素-正交試驗(yàn)方法，由表3的R值可以看出各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的大小順序?yàn)椋篈＞C＞B＞D（溫度＞料液比＞時(shí)間＞功率）。由表3與表4的方差分析可見，溫度與料液比對(duì)枸杞色素得率有顯著影響，提取時(shí)間次之，即顯著性分析為：A＞C＞B（溫度＞料液比＞時(shí)間），對(duì)于A、B、C因素，選擇最優(yōu)，即A3、B3、C3，超聲溫度50℃，超聲時(shí)間40 min，料液比1∶30（g/mL），從經(jīng)濟(jì)與效率角度考慮，選擇D1，超聲功率200 W，提取一次。所以，綜上所述，本次超聲波輔助提取枸杞色素最佳工作條件為A3B3C3D1，即超聲溫度50℃，超聲時(shí)間40 min，料液比1∶30（g/mL），超聲功率200 W，提取次數(shù)1次。在最優(yōu)工藝條件下，β-胡蘿卜素得率為8.45%，色素粗提物得率為9.93%，色素粗提物純度為85.0 0%。

表2 因素水平表Table 2Levels and factors of orthogonal test

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3Design and results of the experiment

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 4Variance analysis

3結(jié)論

通過單因素-正交試驗(yàn)得出，采用超聲波輔助提取鮮枸杞色素的最佳工藝條件為超聲溫度50℃，超聲時(shí)間40 min，料液比1∶30（g/mL），超聲功率200 W，提取次數(shù)1次，提取溶劑正己烷。此工藝條件下，β-胡蘿卜素得率為8.45%，色素粗提物得率為9.93%，色素粗提物純度為85.0%。

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Ultrasonic-assisted Extraction of Pigment from Lycium Barbarum

SUN Jian-xia1，Lü Zhao-wei1，WEN Luo-na2，BAI Wei-bin2，*，SONG Ye3，HE Fa-tao3，ZHAO Yan3，ZHU Feng-tao3
（1.Faculty of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510090，Guangdong，China；2.Department of Food Science and Engineering，Jinan University，Guangzhou 510632，Guangdong，China；3.Jinan Fruit Research Institute All China Federation of Supply&Marketing Co-operatives，Jinan 250014，Shandong，China）

With lycium barbarum as the research object，and absorbance of extracts of β-carotene as a measure indicator，five extraction parameters during extraction of pigment from lycium barbarum assisted by ultrasonic including extractant，extraction times，ultrasonic power，extracting time，ratio of material and solvent were optimized through single factor experiments followed with orthogonal experiments.according to single factor experiments，N-hexane was chosen to be extractant and extraction times was choosen to be once.Other optimum parameters determined using orthogonal experiments were as follow：ultrasonic power 200 W，extracting time 40 min，extraction temperature 50℃and ratio of material and solvent 1∶30（g/mL）.Under these conditions the yield of β-carotene，the yield of pigment，and the purity of β-carotene in pigment turned out to be 8.45%，9.93%and 85.00%，respectively.

lycium barbarum；ultrasonic-assisted extraction；carotenoids；orthogonal experiments

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.09.011

2013-12-02

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD36B04）；國家自然科學(xué)基金（31201402）；山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金（BS2011NY016）

孫建霞（1978—），女（漢），講師，博士，研究方向：果蔬加工。

*通信作者：白衛(wèi)濱（1978—），男（漢），副教授，博士，研究方向：食品營養(yǎng)。