超聲波輔助提取金刺梨黃色素的工藝研究

彭 艷,姬云麗,張雨雨,張永賢,陳 鵬,柯 楊

(安順學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州安順 561000)

超聲波輔助提取金刺梨黃色素的工藝研究

彭 艷,姬云麗,張雨雨,張永賢,陳 鵬,柯 楊*

(安順學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，貴州安順 561000)

[目的]優(yōu)化金刺梨黃色素的提取工藝。[方法]通過單因素試驗優(yōu)化金刺梨黃色素的提取條件，再用正交試驗對超聲波提取金刺梨黃色素的工藝條件進(jìn)行研究，分別考察了提取時間、提取溫度、輻射時間以及料液比對金刺梨黃色素提取率的影響。[結(jié)果]金刺梨黃色素超聲提取的最佳工藝條件為輻射時間60 min、料液比(g∶mL)1∶7、提取時間2.5 h、提取溫度60 ℃。[結(jié)論]該研究可為金刺梨黃色素的提取提供參考。

金刺梨；黃色素；超聲波；正交試驗

刺梨為薔薇科(Rosaceae)薔薇屬(Rosa)多年常綠叢生小灌木[1]，其生長地土質(zhì)多偏酸性。刺梨有很多品種，如貴農(nóng)1號、貴農(nóng)5號、金刺梨等。金刺梨是貴州省安順市林業(yè)科學(xué)研究所新研究的一種新型變種刺梨，因雄蕊敗育，幾乎無花粉，別名為無籽刺梨，日本名為 “十六夜薔薇”[2]。其果實成分富含大量維生素、纖維素、多種人體必需的氨基酸以及鈣、鐵、鋅、硒等微量元素，而其維生素B2、蛋白質(zhì)和可溶性糖的含量則高于普通刺梨。金刺梨不僅具有很好的生態(tài)效益，更具有良好的經(jīng)濟效益[3]。目前，食品、醫(yī)藥等行業(yè)的迅速發(fā)展需要大量的食用色素。其中，色素又分為合成色素與天然色素兩大類。合成色素成本低，著色力強，穩(wěn)定性高，但副作用較大，對人體有害；天然色素不僅沒有毒性，資源豐富，甚至還有藥理作用。目前，天然色素的提取方法主要有超臨界流體萃取法、溶劑法、微波提取法和超聲波提取法等[4-7]。筆者選擇金刺梨為研究對象，利用正交試驗優(yōu)選黃色素提取的最佳工藝，旨在為金刺梨黃色素的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料 安順周邊采摘及市場購買新鮮的金刺梨，去蒂及籽，用粉碎機粉碎后備用。主要試劑：不同體積分?jǐn)?shù)乙醇(55%、65%、75%、85%、95%)，乙酸乙酯，二氯甲烷，丙酮，蒸餾水。主要儀器：UV-8000S紫外-分光光度計，1 cm石英比色皿，100 mL容量瓶，超聲波清洗器，50 mL容量瓶，250 mL圓底燒瓶，水泵，直行冷凝管，量筒。

1.2 方法 提取金刺梨黃色素的工藝流程：金刺梨→粉碎→有機溶劑浸提→超聲萃取→回流→抽濾→色素液→檢測。采用單因素優(yōu)選與正交試驗設(shè)計及超聲輔助提取金刺梨黃色素，選擇合適的提取溶劑，考察提取溫度、提取時間、輻射時間、料液比對金刺梨黃色素提取的影響，選擇最佳工藝。

2 結(jié)果與分析

2.1 最大波長的確定 精密稱取10 g樣品1份，利用75%乙醇溶液進(jìn)行粗提取，取5 mL濾液至50 mL容量瓶中，稀釋，以75%乙醇作空白，用紫外-分光光度計在不同的波長(200～400 nm)處掃描，其最大吸收波長為235 nm。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 該試驗提取的金刺梨黃色素主要成分為黃酮類化合物，且最大吸收波長與蘆丁的最大吸收波長(240 nm)相近，所以該試驗采用蘆丁溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。準(zhǔn)確稱取蘆丁10 mg，熱水溶解,定容于100 mL容量瓶中，配制濃度為10 mg/mL的蘆丁溶液，精確吸取2、4、6、8、10 mL新制液于50 mL容量瓶中，定容;配制濃度分別為4、8、12、16、20 μg/mL的溶液，以水作空白，在最大波長235 nm處測定吸光度。以濃度為橫坐標(biāo)，繪制濃度—吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，蘆丁濃度在4～20 μg/mL時與吸光度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，如圖1所示。

圖1 蘆丁繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Rutin standard curve

2.3 提取劑的選擇 精密稱取10 g樣品8份，置于燒杯中，加入蒸餾水、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、乙醇(濃度為55%、65%、75%、85%)各50 mL,室溫浸泡20 min,輻射30 min，回流1 h,抽濾，取5 mL濾液于50 mL容量瓶中，定容，相應(yīng)溶劑作空白，在波長235 nm處測定吸光度，結(jié)果見圖2。

圖2 提取劑對金刺梨黃色素提取效果的影響Fig.2 Effects of extraction agent on extracting flavochrome from Rosa sterilis

金刺梨黃色素易溶于有機溶液中，屬于脂溶性物質(zhì)，但考慮到毒性、成本等因素，該試驗選擇乙醇作為提取劑。由圖2可知，隨著乙醇濃度的增加，吸光度也隨之變化，當(dāng)濃度達(dá)到75%時，吸光度最大。濃度高于75%時，吸光度開始下降，可能是由于高濃度乙醇對金刺梨黃色素的溶解度降低造成提取率降低，故該試驗選擇75%乙醇作為最佳提取溶劑。

2.4 提取溫度的選擇 精密稱取10 g樣品6份，置于燒杯中，用50 mL 75%乙醇溶液室溫浸泡20 min，輻射30 min，回流1 h，回流溫度分別為30、40、50、60、70、80 ℃，抽濾，取5 mL濾液于50 mL容量瓶中，定容，以75%乙醇溶液作空白(下同)，在最大吸收波長235 nm處測定吸光度。

圖3 提取溫度對金刺梨黃色素提取的影響Fig.3 Extracting flavochrome from Rosa sterilis under different temperature

由圖3可知，吸光度隨著提取溫度升高先增大后減小，提取溫度在30～50 ℃時吸光度增大，當(dāng)提取溫度達(dá)到50 ℃時，吸光度最大；繼續(xù)升溫，對應(yīng)的吸光度減小。其原因可能是隨著溫度的增加，部分色素物質(zhì)在高溫下不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致提取率降低。因此，選擇回流溫度40、50和60 ℃作為正交試驗的3個水平。

2.5 提取時間的選擇 精密稱取10 g樣品5份，置于燒杯中，用50 mL 75%乙醇溶液室溫浸泡20 min，輻射30 min，回流溫度50 ℃?；亓鲿r間為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h,抽濾，取5 mL濾液至50 mL容量瓶中，定容，在最大吸收波長235 nm處測定吸光度。

由圖4可知，吸光度隨提取時間的延長先升高后減小。在一定條件下，時間由1.0 h 延長到2.5 h時，色素逐漸溶解，吸光度增大。達(dá)到2.5 h時提取率最高，超過2.5 h時反而減小。說明色素在2.5 h時已基本溶出，隨時間延長，在加熱的條件下，已溶出的色素部分發(fā)生分解，導(dǎo)致色素提取率降低。因此，選定提取時間1.5、2.0和2.5 h作為正交試驗的3個水平。

圖4 提取時間對金刺梨黃色素提取的影響Fig.4 Extracting flavochrome from Rosa sterilis by different time

2.6 輻射時間的選擇 精密稱取10 g樣品6份，置于燒杯中，用50 mL 75%乙醇溶液室溫浸泡20 min，超聲輻射時間分別為30、40、50、60、70、80 min，回流溫度50 ℃，回流時間2.5 h，抽濾，取5 mL濾液至50 mL容量瓶中，定容，在最大吸收波長235 nm處測定吸光度。

圖5 輻射時間對金刺梨黃色素提取的影響Fig.5 Extracting flavochrome from Rosa sterilis by different radiation time

由圖5可知，在一定時間范圍內(nèi)超聲波產(chǎn)生的強烈振動可提高天然物質(zhì)的提取率。當(dāng)輻射時間達(dá)到70 min時，吸光度最大；當(dāng)時間超過70 min，吸光度反而下降。可能是隨輻射時間的增加，超聲波的空化作用會破壞色素結(jié)構(gòu)及導(dǎo)致色素變色，使吸光度下降。因此，選定超聲輻射時間60、70和80 min作為正交試驗的3個水平。

2.7 最佳料液比的選擇 精密稱取10 g樣品6份，置于燒杯中，采用料液比(g∶mL)1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11、1∶13的75%乙醇溶液進(jìn)行室溫浸泡20 min，超聲輻射80 min，回流2.5 h，抽濾，取5 mL濾液至50 mL容量瓶中，定容，在最大吸收波長235 nm處測定吸光度。

由圖6可知，隨著料液比中溶劑用量的增加，色素提取液的吸光度先升高后降低。但達(dá)到1∶5時，吸光度開始下降，在1∶5時吸光度最大。之后隨著料液比中溶劑用量的增加，金刺梨黃色素溶解度不再增加，提取物濃度被稀釋，吸光度下降。從成本角度考慮，選定料液比1∶3、1∶5和1∶7作為正交試驗的3個水平。

圖6 料液比對金刺梨黃色素提取的影響Fig.6 Effects of solid-liquid ratio on extracting flavochrome from Rosa sterilis

2.8 最佳工藝條件的選擇 通過單因素試驗分析，提取劑、提取溫度、提取時間、輻射時間、料液比均有顯著的影響，因此在單因素試驗的基礎(chǔ)上采用正交試驗，對提取的主要影響因素提取溫度(A)、提取時間(B)、輻射時間(C)、料液比(D)做進(jìn)一步的探討，對這4個因素采用L9(34)正交試驗設(shè)計，因素水平設(shè)計見表1，結(jié)果見表2。

表1 金刺梨黃色素提取正交試驗因素水平設(shè)計

Table 1 Factors and levels of orthogonal test for extracting flavochrome fromRosasterilis

水平Levels因素Factors提取溫度(A)Extractiontemperature∥℃提取時間(B)Extractiontime∥h輻射時間(C)Radiationtime∥min料液比(D)Solid?liquidratio1401．5601∶32502．0701∶53602．5801∶7

由表2可知，正交試驗優(yōu)化超聲輔助提取金刺梨黃色素的最優(yōu)水平組合為A3B3C1D3,即提取溫度60 ℃、提取時間

2.5 h、輻射時間60 min、料液比1∶7為最佳工藝條件。極差分析表明，R值越大，表明因素對試驗結(jié)果影響越大，各因素的極差大小為RC>RA>RD>RB，即輻射時間是影響提取效果的主要因素，提取溫度次之，提取時間最小。顯著性分析表明，A、D因素有一定影響，C因素影響顯著，可見該工藝穩(wěn)定、可重復(fù)性強。

表2 金刺梨黃色素提取正交試驗L9(34)結(jié)果分析

Table 2 Analysis of orthogonal test L9(34) results for extracting flavochrome fromRosasterilis

試驗號TestNo．因素FactorsA∥℃B∥hC∥minD吸光度Absorbance1401．5601∶30．2292402．0701∶50．1973402．5801∶70．2334501．5701∶70．2325502．0801∶30．2156502．5601∶50．2567601．5801∶50．2198602．0601∶70．2749602．5701∶30．235k10．21970．22670．25300．2263k20．23430．22870．22130．2240k30．24270．24130．22230．2463R0．02300．01470．03170．0223

3 結(jié)論與討論

該試驗利用超聲輔助提取金刺梨中的黃色素，對4種影響提取效果的單因素分別進(jìn)行研究，并在單因素試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗。研究表明，在提取溫度60 ℃、提取時間2.5 h、輻射時間60 min、料液比1∶7提取條件下，金刺梨黃色素的提取效果最佳，溶解度最好，且提取的色素顏色為金黃色。從金刺梨中提取的色素安全，可應(yīng)用于食品、藥品及化妝品中，兼具營養(yǎng)和藥理作用。

超聲波輻射有利于金刺梨黃色素的提取，且操作時間短，效率高，適用于分析樣品的制備，對建立高效、環(huán)保的生態(tài)化提取工藝具有重要的意義。

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Study on Ultrasonic-assisted Extraction Technology ofRosasterilisFlavochrome

PENG Yan,JI Yun-li,ZHANG Yu-yu,KE Yang*et al

(College of Chemistry and Chemical Engineering,Anshun College,Anshun,Guizhou 561000)

[Objective] The aim was to discuss the optimal technique for extracting flavochrome fromRosasterilis. [Method] Extraction technology of flavochrome fromRosasteriliswas researched by single factor test.Rosasterilisflavochrome was extracted with the technique of ultrasonic wave by orthogonal test.Effect of extraction time,extraction temperature,radiation time and ratio of liquid to solid on the extraction rate ofRosasterilisflavochrome was investigated.[Result] The optimal extraction technology ofRosasterilisflavochrome was optimized as follows: radiation time 60 min,solid-liquid ratio (g∶mL)1∶7, extraction time 2.5 h,extraction temperature 60 ℃.[Conclusion] This research offers references for the extraction of flavochrome fromRosasterilis.

Rosasterilis; Flavochrome; Ultrasonic wave; Orthogonal experiment

安順學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練(SRT)計劃項目。

彭艷(1993- )，女，貴州安順人，本科生，專業(yè)：化學(xué)。*通訊作者，副教授，碩士，從事天然產(chǎn)物化學(xué)研究。

2016-10-31

S 789.5

A

0517-6611(2016)35-0121-03