甘薯類胡蘿卜素提取工藝的優(yōu)化

李帑洛，蔣進勇，何偉國

（1.南華大學藥學與生物科學學院藥學實驗中心，湖南 衡陽 421001；

2.南華大學醫(yī)學院組織學與胚胎學教研室，湖南 衡陽 421001；

3.湖南省分子靶標新藥研究協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 衡陽 421001）

甘薯類胡蘿卜素提取工藝的優(yōu)化

李帑洛1，3，蔣進勇1，何偉國2

（1.南華大學藥學與生物科學學院藥學實驗中心，湖南 衡陽 421001；

2.南華大學醫(yī)學院組織學與胚胎學教研室，湖南 衡陽 421001；

3.湖南省分子靶標新藥研究協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 衡陽 421001）

以衡陽市售甘薯為原材料，利用超聲輔助法從甘薯中提取類胡蘿卜素，通過正交試驗，進一步優(yōu)化了提取工藝。結果表明：在超聲輔助下，最佳提取工藝以丙酮為提取溶劑，料液比1︰30，超聲溫度60℃，提取時間60 min。在此優(yōu)化工藝條件下，甘薯中類胡蘿卜素的平均提取率為374.28 mg/kg。

甘薯；類胡蘿卜素；超聲輔助；工藝優(yōu)化

天然色素與合成色素相比具有顯著的優(yōu)勢特征，例如安全無害、著色自然等；而在保健食品應用中，這一類植物色素可發(fā)揮增強人體免疫機能、抗氧化、降低血脂等輔助作用；在普通食品中有的還可發(fā)揮營養(yǎng)強化的輔助作用及抗氧化作用，備受消費者青睞［1-2］，其提取純化與應用已成為當下研究者關注的熱點問題［3］。

類胡蘿卜素（carotenoids）是自然界中廣泛存在的一類天然色素，也是人類膳食中分布廣泛的一種成分，起源于葉綠體以及植物、藻類和光合微生物中的有色體［4］。類胡蘿卜素是傳統(tǒng)的食品著色劑和動物飼料添加劑，近年來常被用作為營養(yǎng)制品和藥品。然而，動物不能自身合成類胡蘿卜素，只能從外界攝取，蔬菜與水果是其主要的食物來源。另外，類胡蘿卜素除了是重要的維生素A來源［5-6］外，還有抗氧化［7］、抗癌［8-9］、保護眼睛和皮膚［10-11］、預防心血管疾?。?2］、促進骨健康等多種生物活性。

甘薯［Iponioea batatas （L.）Lam］又名紅薯、甜薯、地瓜等，屬根莖類旋花科一年蔓生草本植物，營養(yǎng)價值豐富，是重要的糧食作物，關于其加工和營養(yǎng)價值的研究十分活躍。中國的甘薯栽種面積及產(chǎn)量均占世界首位，而其中大約一半被用作牲畜飼料。如何高效充分地利用甘薯資源，擴大其產(chǎn)品用法途徑，提高產(chǎn)能效應，對我國可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，發(fā)展既環(huán)保又高效的甘薯類胡蘿卜素提取分離方法具有重要意義。較高提取率和高提取效率是超聲波輔助提取的突出特點，試驗以甘薯為原材料，通過超聲波輔助提取技術設計正交試驗對甘薯中類胡蘿卜素的提取工藝進行優(yōu)化改良，為實現(xiàn)甘薯資源的充分利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗材料

市售紅心甘薯（橘紅肉），購于湖南衡陽，將甘薯干燥24 h粉碎后裝于棕色瓶中備用。主要試劑：95%乙醇、丙酮、乙酸乙酯，均為分析純。主要儀器：中草藥粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）；電熱鼓風干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；UV-2102C型紫外可見分光光度計［尤尼柯（上海）儀器有限公司］；KQ-250DE型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；電子分析天平（FA224，購于上海舜宇恒平科學儀器有限公司）。

1.2試驗方法

1.2.1樣品處理購得紅心甘薯→洗凈去皮→切片→45℃干燥24 h→24 000 r/min粉碎5 min制成干粉留存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2樣品提取 準確稱量甘薯干粉2 500 g，根據(jù)正交設計中的料液比和提取溶劑加入定量的提取溶劑，于預定溫度下超聲波（額定功率）提取，提取液定容至初始體積后過濾，即類胡蘿卜素的超聲提取原液。根據(jù)預試驗結果，適當稀釋提取液至一定濃度，使其吸光度值在在紫外分光度計的線性范圍之內（0.200＜A＜0.800）。

1.2.3類胡蘿卜素含量的計算方法取提取溶劑做空白校準調零，450 nm波長下測定吸光度值，根據(jù)下面的公式［13］計算類胡蘿卜素的含量：

式中：X，樣品中類胡蘿卜素含量（mg/kg）；A，提取液在450 nm波長下的吸光度值；V，甘薯樣品提取液的體積（mL）；F，測定吸光度時類胡蘿卜素萃取液的稀釋倍數(shù)；m，所稱取的甘薯干粉樣品的質量（g）；在450 nm波長下1% β-胡蘿卜素溶液的吸光系數(shù)的平均值。

1.2.4正交試驗設計在前期研究中，已通過單因素試驗初步探究了甘薯中類胡蘿卜素提取的最佳條件：乙酸乙酯為提取溶劑，料液比為1︰25（g/mL），提取時間為50 min，提取溫度50℃，在此條件下甘薯中類胡蘿卜素的提取率為135.5 mg/kg［14］。在此基礎上，以提取量為指標，設計L9（34）正交試驗。

表1　正交試驗設計

1.2.5最佳工藝驗證試驗在正交試驗確定的最佳提取工藝條件下，重復提取，以驗證最佳工藝條件的可重復性和穩(wěn)定性。

2 結果與分析

2.1正交試驗結果

根據(jù)L9（34）正交試驗的結果分析，提取甘薯中類胡蘿卜素的影響因素排序為B＞A＞C＞D，即對甘薯類胡蘿卜素的提取量影響大小依次是提取時間＞溶劑＞料液比＞溫度。經(jīng)過分析得到理論上從甘薯提取類胡蘿卜素的最優(yōu)條件A2B3C3D3，即丙酮作為提取溶劑，料液比1︰30，超聲溫度60℃，提取時間為60 min。

表2　甘薯類胡蘿卜素超聲波提取正交試驗結果

2.2驗證試驗結果

驗證試驗結果表明，在最佳工藝條件下，甘薯中類胡蘿卜素的提取量分別為379.23、370.83和372.79 mg/kg，平均為374.28 mg/kg，重復性和穩(wěn)定性均達預期要求。

3 結 論

在前期單因素試驗的基礎上，通過正交試驗和驗證試驗的綜合分析，進一步優(yōu)化了甘薯中類胡蘿卜素的提取工藝。結果表明：聯(lián)合超聲輔助法提取的最佳條件為：提取溫度為60℃，提取試劑為丙酮，提取時間為60 min，料液比為1︰30。在此條件下，類胡蘿卜素的平均提取量為374.28 mg/kg，且超聲輔助法對甘薯類胡蘿卜素的提取工藝具有明顯的優(yōu)化改良作用。

［1］ 黎海利，劉鍇棟，袁長春，等. 紅肉火龍果果皮色素提取工藝優(yōu)化及其抗氧化活性［J］. 食品與發(fā)酵工藝，2014，40（12）：203-209.

［2］ Tenore G C，Novellino E，Basile A. Nutraceutical potential and antioxidant benefits of red pitaya（ Hylocereus polyrhizus）extracts［J］. J Funct Foods，2012，4（1）：129-136.

［3］ Emiko Y，Kaori N，Yuji O K，et al. Isolation of a new xanthyliumrelated pigment from adzuki beans vigna angularis［J］. Biosic BiotechemolBiochem，2012，76（8）：1571-1572.

［4］ 李浩霞，尹 躍，安 巍，等. 枸杞果實發(fā)育階段類胡蘿卜素的變化［J］. 西北林學院學報，2015，（6）：139-142.

［5］ 葛可佑，翟風英，閩懷成，等. 90 年代中國人群的膳食與營養(yǎng)狀況［J］. 營養(yǎng)學報，1995，17（2）：123-134.

［6］ Olson J. Recommended dietary intakes（RDI）of vitamin A in humans［J］. American Journal of Clinical Nutrition，1987，45：704-716.

［7］ Oshima S，Ojima F，Sakamoto H，et al. Supplementation with carotenoids inhibits singlet oxygen-mediated oxidation of human plasma low-density lipoprotein［J］. Journal of Agricultural and Food Chemistry，1996，44：2306-2309.

［8］ Bertram J S，Vine A L. Cancer prevention by retinoids and carotenoids：Independent action on a common target［J］. Biophysica Acta，2005，1740：170-178.

［9］ Peto R，Dool R，Buckley J D. Can dietary beta-carotene materially reduce human cancer［J］. Nature，1981，290：201.

［10］ Sperling H G，Johnson C，Harwerth R S. Differential spectral photic damage to primate cones ［J］. Vision Research，1980，20：1117-1125.

［11］ Heinrich U，Neukam K，Tronnier H，et al. Long-term ingestion of high flavanol cocoa provides photoprotection against UV-induced erythema and improves skin condition in women ［J］. Journal of Nutrition，2006，136（6）：1565-1569.

［12］ Sesso H D，Buring J E，Norkus E P，et al. Plasma lycopene，other carotenoids，and retinol and the risk of cardiovascular disease in women［J］. American Journal of Clinical Nutrition，2004，79（1）：47-53.

［13］ 秦宏偉，楊紅花，史春余，等. 甘薯中β-胡蘿卜素提取工藝研究［J］.食品科學，2007，（1）：123-126.

［14］ 李帑洛，丁 嵐，單衛(wèi)威，等. 甘薯中類胡蘿卜素提取工藝［J］. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2016，（1）：115-117.

（責任編輯：成 平）

Optimization of Extraction Technology of Carotenoids from Sweet Potato

LI Tang-luo1，3，JIANG Jin-yong1，HE Wei-guo2
（1. Pharmacy Experimental center， School of Pharmaceutical and Biological Science， University of South China， Hengyang 421001， PRC；2. Department of Histology and Embryology， Medical College， University of South China， Hengyang 421001， PRC； 3. Hunan Province Cooperative Innovation Center for Molecular Target New Drug Study， Hengyang 421001， PRC）

Using Hengyang sweet potato as material， extracted carotenoids from sweet potato by ultrasonic assisted method， and the extraction process was optimized by orthogonal test. The results showed that the optimum extraction process was acetone as extraction solvent， material liquid ratio 1： 30， ultrasonic temperature 60℃， extraction time 60 minutes. Under the optimum conditions， the average extraction rate of carotenoids in sweet potato was 374.28 mg/kg.

sweet potato； carotenoid； ultrasonic assisted； process optimization

TS202.3

A

1006-060X（2016）08-0093-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.08.027

2016-06-16

南華大學博士啟動基金項目（2014XQD15）；湖南省分子靶標新藥研究協(xié)同創(chuàng)新中心建設項目（湘教通［2014］405號）

李帑洛（1985-），女，湖南長沙市人，助理實驗師，主要從事藥學、分子生物學研究。

何偉國