超聲輔助提取陜南產酸棗皮色素工藝及其性能*

張嚴磊，薛妍，宋忠興，唐志書，王梅

(1.陜西中醫(yī)藥大學/陜西省中藥資源產業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西省中藥基礎與新藥研究重點實驗室，陜西　咸陽712083;

2.陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，陜西　咸陽712083)

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超聲輔助提取陜南產酸棗皮色素工藝及其性能*

張嚴磊1，薛妍1，宋忠興1，唐志書1，王梅2

(1.陜西中醫(yī)藥大學/陜西省中藥資源產業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西省中藥基礎與新藥研究重點實驗室，陜西咸陽712083;

2.陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，陜西咸陽712083)

摘要：以陜南產酸棗果皮為原料，研究超聲輔助法對果皮色素提取率的影響。在單因素試驗基礎上采用正交試驗法,研究提取A(溫度)、B(料液比)、C(超聲功率)、D(超聲時間)對酸棗皮色素得率的影響，并進一步優(yōu)化超聲提取的工藝。結果表明，酸棗皮色素的最佳提取工藝為溫度70℃，料液比1︰25，超聲功率90 W，超聲時間50 min。在該條件下酸棗皮色素的提取率可達49.90 %，產品為淡褐色無定型粉末。在此基礎上陜南產酸棗色素對酸堿度的穩(wěn)定性較弱，但是對熱、光照及氧化劑相對穩(wěn)定。因此，與傳統(tǒng)的水熱堿法提取相比，超聲輔助堿法提取酸棗皮色素具有時間短、得率高的特點，陜南產酸棗色素穩(wěn)定性較好，有開發(fā)價值。

關鍵詞：單因素試驗；正交試驗法;超聲輔助；水熱堿法;酸棗皮色素；提取工藝

酸棗(Ziziphusjujubeavar.spinosa)廣泛分布于中國各地，尤其在北方是防風固沙和農民創(chuàng)收的重要樹種之一。酸棗主要以采收酸棗種仁藥用為主，另外還用于嫁接大棗(Z.jujuba)及水土保持上[1]。酸棗果肉等非傳統(tǒng)藥用部位目前很少被開發(fā)，而這些部位也被證明富含多種資源性成分[2]，如酸棗多糖被證明具有增強免疫功能[3]，且對小鼠急性CCl4性肝損傷具有明顯的治療作用[4]等。酸棗皮色素的提取研究已經(jīng)有不少報道[5～8]，相關報道大多采用溶劑熱提法，而近年研究發(fā)現(xiàn)，超聲輔助提取法與傳統(tǒng)的水提法相比，具有提取時間短、得率高等特點，因此在天然產物提取中被廣泛使用，是提取領域的新方法與新趨勢之一[9～10]。本研究項目以陜南產酸棗皮為原料，采用超聲輔助堿法，提取酸棗皮色素，比較不同酸堿度、熱、光、氧化劑對酸棗色素穩(wěn)定性的影響，以期為陜南酸棗資源的綜合開發(fā)利用提供科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1　試驗材料與儀器設備

新鮮酸棗采自陜西省澄城縣，去核，大量流動自來水沖洗去果肉，果皮干燥后粉碎過200目篩備用；氫氧化鈉、純凈水等均為分析純。KQ-250DA超聲波清洗儀(上海昆山超聲儀表廠)；SHB-III循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長城科工貿有限公司)。

1.2　試驗方法

1.2.1提取工藝

稱取酸棗果皮粉5 g，加入0.1 mol/L氫氧化鈉溶液[8]，在一定的溫度下，超聲提取相應時間，抽濾，濾液用鹽酸調節(jié)pH為7左右，石油醚萃取除雜，減壓濃縮、干燥、粉碎得酸棗色素，其產物為褐色無定形粉末。酸棗色素得率(%)=干燥后酸棗色素質量(g)/干燥的酸棗皮樣品質量(g)×100 %。

1.2.2單因素試驗

時間對酸棗皮色素得率的影響每份酸棗皮粉分別超聲輔助提取10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min，料液比1︰25，溫度50℃，超聲功率50 W。

(1)料液比對酸棗皮色素得率的影響每份酸棗皮粉分別加入料液比為1︰10、1︰15、 1︰20、1︰25、1︰30的氫氧化鈉溶液，超聲功率50 W，溫度50℃。

(2)溫度對酸棗皮色素得率的影響每份酸棗皮粉溫度分別設置為50℃、60℃、70℃、80℃、90℃，料液比1︰25，超聲功率50 W。

(3)超聲頻率對酸棗皮色素得率的影響每份酸棗皮粉分別為超聲功率50 W、60 W、70 W、80 W、90 W、100 W，料液比1︰25，溫度50℃。

(4)在此基礎上設計正交試驗，比較不同溫度、料液比、超聲功率、超聲時間對色素得率的影響，以確定超聲輔助提取酸棗皮色素的最佳提取工藝。

1.2.3正交試驗設計

根據(jù)單因素試驗結果設計正交試驗，正交試驗因素及水平見表1。

表1　正交試驗結果

注:溫度(℃);超聲功率(W);超聲時間(min)。

2結果與分析

2.1　色素提取工藝

2.1.1超聲時間對色素得率的影響

不同提取時間酸棗皮的色素得率結果見圖1。

由圖1可知，在料液比1︰25，溫度50℃，超聲功率50 W的條件下，當時間超過40 min 后，得率趨于穩(wěn)定，從而選擇40 min為試驗時間。

2.1.2料液比對色素得率的影響

不同料液比酸棗皮的色素得率結果見圖2。

圖1　超聲時間對色素得率的影響

由圖2可知，在溫度為50℃，超聲功率為50 W的條件下，料液比對酸棗皮色素的得率影響較大，當料液比大于1︰25時，得率趨于穩(wěn)定，因此選擇1︰25為試驗的最佳料液比。

圖2　料液比對色素得率的影響

2.1.3溫度對色素得率的影響

不同提取溫度下酸棗皮的色素得率結果見圖3。

圖3　溫度對色素得率的影響

由圖3可知，在料液比為1︰25，超聲功率為50 W的條件下，溫度超過60℃后，色素得率變化趨于穩(wěn)定，從而選擇60℃為最佳試驗溫度。

2.1.4超聲功率對色素得率的影響

不同超聲功率酸棗皮的色素得率結果見圖4。

圖4　超聲頻率對色素得率的影響

由圖4可知，在料液比為1︰25，溫度50℃的條件下，酸棗皮色素的得率隨著超聲功率的增加而增加，當超聲功率達到80 W時,得率趨于穩(wěn)定，從而選擇超聲功率80 W為最佳試驗功率。

2.1.5正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以提取溫度、料液比、超聲功率為因素設計正交試驗，試驗結果見表1。

對影響酸棗皮的色素得率的溫度、料液比、超聲功率和超聲時間等5個因素3個水平的正交試驗結果進行統(tǒng)計分析，由表1中R值可以看出，對酸棗皮色素得率的影響由大到小依次為C(超聲功率)>D(提取時間)>A(提取溫度)>B(料液比)；從K值來看，溫度70℃，料液比1︰25，超聲功率90 W，提取時間50 min時的酸棗皮色素得率最好。根據(jù)正交試驗結果，初步確立酸棗皮色素最佳條件為A3B2C3D3，即溫度70℃，料液比為1︰25，超聲功率90 W的條件下提取50 min，酸棗皮色素的提取得率最高，可達49.96 %。

2.1.6正交試驗最佳條件驗證及與水熱法比較試

驗結果

按最佳條件A3B2C3D3進行酸棗皮色素超聲輔助提取的重復驗證試驗，結果表明，最佳條件下色素的提取率結果穩(wěn)定；對比試驗則表明，超聲輔助提取法的提取效率大大高于傳統(tǒng)的水熱提取法(表2)。

表2　驗證試驗及對比試驗結果

注：~表示沒有使用超聲。

2.2　色素性質研究

2.2.1酸棗皮色素紫外光譜特性

不同波長下酸棗皮色素的吸光值結果見圖5。

圖5　色素紫外全波長掃描結果

由圖5可知，最大吸收值出現(xiàn)在225 nm波長處，從而確定225 nm為酸棗皮色素的最佳紫外吸收波長。

2.2.2酸棗皮色素耐酸堿度試驗

準確稱取等量的色素溶液，分別在酸度計上準確調節(jié)pH值為1～12，并在225 nm處測定其吸光度，吸光值的變化結果見圖6。

圖6　色素耐酸堿試驗結果

由圖6可知，酸棗皮色素對酸和堿不穩(wěn)定，酸對色素有減色作用，堿對色素有增色作用。

2.3　酸棗皮色素的穩(wěn)定性

2.3.1溫度對酸棗皮色素穩(wěn)定性影響

不同溫度的酸棗皮色素的吸光值結果見圖7。

圖7　色素耐熱試驗結果

由圖7可知，適度的升溫對色素有增色作用。不過色素的吸光度值隨溫度的變化總體變化不明顯，這說明酸棗皮色素對熱比較穩(wěn)定。

2.3.2光照時間對酸棗皮色素穩(wěn)定性影響

取適量色素，配成色素溶液，在室溫下自然光照射0 h、24 h、48 h、72 h后，測定其在225 nm處的吸光度，結果見圖8。

圖8　色素耐光試驗結果

由圖8可知，隨著光照時間增長，色素溶液的吸光度有變化，但只是略有變化，這說明酸棗皮色素對光比較穩(wěn)定。

2.3.3氧化劑對酸棗皮色素穩(wěn)定性影響

取一定量的色素溶液，加入不同濃度H2O2的色素溶液，在室內放置不同時間，其吸光度結果見表3。

表3　氧化劑對酸棗皮色素穩(wěn)定性試驗結果

由表3可知，氧化劑的加入對色素有增色作用，隨著氧化劑濃度增加吸光值越大，相同濃度的氧化劑，酸棗皮色素的吸光值隨時間變化只有略微的改變，說明酸棗皮色素對氧化劑相對穩(wěn)定。

3結論

超聲輔助堿法提取酸棗皮色素的最佳條件為,溫度70℃，料液比1︰25，超聲功率90 W，提取時間50 min，酸棗皮色素的提取得率最高可達49.90 %，結果穩(wěn)定。

與傳統(tǒng)的水熱提取法相比，超聲輔助提取法能在大大縮短提取時間的同時，提高提取效率，是酸棗皮色素提取的一條高效途徑。

野酸棗皮色素對酸堿的穩(wěn)定性較差，酸性條件對色素有減色作用，堿性條件對色素有增色作用；野酸棗皮色素對光和熱較穩(wěn)定；氧化劑的加入對色素有增色作用，但是色素對同一氧化強度的氧化劑相對穩(wěn)定。

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Ultrasonic-assisted Extraction Process and Properties of

Jujube Peel Pigment Produced in South Shaanxi

ZHANG Yan-lei1，XUE Yan1,SONG Zhong-xing1, TANG Zhi-shu1, WANG Mei2

(1.Shaanxi University of Chinese Medicine/Shaanxi Collaborative Innovation Center of Industrialization of Traditional Chinese Medicine Resources;

Shaanxi Key Laboratory of New Drugs and Bioactive Constituents of Traditional Chinese Medicine, Xianyang Shaanxi 712083，P.R.China;

2.The Affiliated Hospital of Shaanxi University of Chinese Medicine，Xianyang Shaanxi 712083，P.R.China)

Abstract:Taking the jujube peel from south of Shaanxi as raw material，to study effect of ultrasonic method on Pigment extraction.On the basis of single factor experiment，using orthogonal experimental method to study the effect of A (extraction temperature)，B (solid-liquid ratio)，C (ultrasonic power)，and D(ultrasonic time)on yield of jujube skin pigment and to further optimize the ultrasonic extraction process.The results showed that the best extraction technology of jujube peel pigment is a temperature with 70℃，liquid ratio with 1︰25，ultrasonic power with 90 W，and ultrasonic time with 50min.Under this condition， the yield of jujube skin pigment extraction rate could reach to 49.90 %，and the product is light brown powder.At this condition，the stability of jujube pigment to acidity was weak，but that to thermal，light and oxidant was relatively stable.Therefore，compared with the traditional hydrothermal alkali extraction，the ultrasonic assisted alkali method has the characteristics of high yield rate of peel jujube pigment with short time， and the pigment extracted from jujube in south of Shaanxi has good performance on stability with high market value.

Key words:single factor experiment;orthogonal experimental method;ultrasonic-assisted extraction;hydrothermal alkali extraction;jujube skin pigment;extraction technology

通訊作者簡介：王梅(1971-)，女，主任藥師，主要從事中藥加工與利用研究。E-mail:wangm1379@163.com

作者簡介：第一張嚴磊(1984-)，男，博士，講師，主要從事中藥資源產業(yè)化開發(fā)與利用研究。E-mail:nwuzyl@163.com

基金項目：陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目(2011KTCL03-05)，陜西省教育廳產業(yè)化中試項目(2010JC05)。

*收稿日期：2015-05-20

中圖分類號：S 665.1

文獻標識碼：A

文章編號：1672-8246(2016)01-0057-05