紫甘薯色素提取工藝條件的優(yōu)化

關晴月，鄒宇

(大連民族大學 生命科學學院，遼寧 大連 116600)

紫甘薯色素提取工藝條件的優(yōu)化

關晴月，鄒宇*

(大連民族大學 生命科學學院，遼寧 大連 116600)

以紫甘薯為試材，采用響應面實驗設計的方法研究其色素最優(yōu)提取工藝條件。結果表明：最優(yōu)紫甘薯色素提取條件為提取溫度77.79 ℃，提取時間20.76 min和液料比 37.25 (mL/g)。驗證實驗結果表明：實測值與預測值相一致，在最優(yōu)的紫甘薯色素提取工藝條件下，色素色價達到最大值205.81 U/mL。

紫甘薯；色素；提取條件；響應面；優(yōu)化

紫甘薯屬旋花科一年生草本植物，其肉質塊根呈紫紅色，富含花色苷色素。紫甘薯色素作為一種天然色素，不僅安全無毒，而且著色能力強、色澤艷麗、穩(wěn)定性好[1]。研究表明：紫甘薯色素在抗氧化[2]、抑菌[3,4]、抗腫瘤[5]、降血糖[6]、降血脂和保護肝臟[7]等方面具有良好的作用，能夠作為食品添加劑用于飲料、調味品和酒類食品中，應用前景十分廣闊。我國自20世紀90年代從日本引進紫甘薯后，先后培育出多種適合國內栽培的新品種[8]。目前，我國紫甘薯的種植面積和產量均居世界前列，豐富的紫甘薯資源為紫甘薯天然色素的開發(fā)利用提供了保障。本文采用響應面實驗設計的方法優(yōu)化紫甘薯色素的提取工藝條件，并分析提取工藝條件各因素對紫甘薯色素提取液色價的影響，旨在為植物源天然食用色素的開發(fā)和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

紫甘薯 貴州省銅仁市農貿市場；95%乙醇(分析純) 天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 儀器設備

YQ-3電動勻漿機 江蘇同君儀器科技有限公司；TDL-40B離心機 上海安亭科學儀器廠；UV-2802紫外可見分光光度計 美國尤尼科公司；GHH-6型數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；AL204電子分析天平 梅特勒-托利多有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 紫甘薯色素的提取和色價的計算

取新鮮無腐爛變質的紫甘薯，清水沖洗后，晾干切碎，準確稱取1 g樣品，加入提取溶劑(95%乙醇)打漿，恒溫水浴浸提，浸提液4000 r/min離心10 min，取上清液，適當稀釋，測定525 nm處吸光度值[9]。

色價(U/mL)= A525×稀釋倍數/提取溶劑體積。

1.3.2 色素提取的響應面實驗設計

選取提取溫度、提取時間和液料比為自變量，選擇Box-Behnken響應面實驗設計優(yōu)化紫甘薯色素提取工藝條件，實驗因素水平設計見表1。

表1 實驗因素與水平表

2 結果與分析

2.1 響應面實驗設計和結果

采用響應面實驗設計方法，對紫甘薯色素提取工藝條件中的提取溫度、提取時間和液料比進行優(yōu)化，以獲得最大色素提取液色價。提取工藝條件的實驗設計和結果見表2。

表2 紫甘薯色素提取工藝條件實驗設計和結果

利用Design Expert軟件預測紫甘薯色素色價的最大值，得到擬合實驗結果的響應面回歸模型：

Y=-2183.77+48.42A+0.29B+25.61C-0.29A2-0.03B2-0.29C2-0.03AB-0.05AC+0.07BC。

表3 響應面回歸模型的方差分析

由表3可知，該響應面回歸模型顯著(p<0.05)，決定系數(R2)為0.9015，說明響應面回歸模型中90.15%的色素色價變化歸因于提取工藝條件。這些結果表明根據實驗結果所建的響應面回歸模型可以用來預測紫甘薯色素提取液中的色價。

2.2 影響色素提取液色價的工藝條件分析

當液料比為40 (mL/g)時，提取溫度(A)和提取時間(B)對紫甘薯色素提取液色價的影響見圖1。

圖1 提取溫度和提取時間對紫甘薯色素色價影響的響應面圖

提取溫度的一次項和二次項對紫甘薯色素提取液色價有顯著影響(p<0.05)，而提取時間以及提取溫度和提取時間的交互作用對色素色價的影響并不顯著(p>0.05)，見表3。當提取時間保持固定不變時，隨著提取溫度的逐漸升高，紫甘薯提取液色素色價呈現先增大后減小的變化趨勢。當提取溫度保持固定不變時，隨著提取時間的延長，紫甘薯提取液色素色價呈現逐漸減小的變化趨勢，這可能是由于提取過程中長時間的高溫作用促使一部分色素發(fā)生了降解，所以色素提取液色價有所下降。

提取時間為30 min的工藝條件下，提取溫度(A)和液料比(C)對紫甘薯色素色價的影響見圖2。

圖2 提取溫度和液料比對紫甘薯色素色價影響的響應面圖

液料比的二次項對紫甘薯色素提取液色價有顯著影響(p<0.05)，但其一次項以及提取溫度和液料比的交互作用對色素色價的影響并不顯著(p>0.05)，見表3。當液料比保持固定不變時，隨著提取溫度的逐漸升高，紫甘薯色素提取液色價逐漸增大，直到提取溫度為80 ℃左右時達到色素色價最大值，然后逐漸下降。當提取溫度保持固定不變時，隨著液料比的逐漸增大，紫甘薯色素提取液色價呈現先增大后減小的變化趨勢，這和Zou等[10]的實驗結果相一致。

當提取溫度為80 ℃時，提取時間(B)和液料比(C)對紫甘薯色素色價的影響見圖3。

圖3 提取時間和液料比對紫甘薯色素色價影響的響應面圖

提取時間和液料比的交互作用對色素色價的影響并不顯著(p>0.05)，見表3。當提取時間保持固定不變時，隨著液料比逐漸增大，紫甘薯色素提取液色價呈現先增大后減小的變化趨勢。當液料比保持固定不變時，隨著提取時間的延長，紫甘薯色素色價呈現逐漸減小的變化趨勢，這也說明紫甘薯經長時間的高溫提取，其色素色價并不能進一步提高。

2.3 響應面回歸模型的優(yōu)化和驗證

根據實驗結果，經設計軟件優(yōu)化后，得到紫甘薯色素提取的最優(yōu)工藝條件：提取溫度77.79 ℃，提取時間20.76 min和液料比37.25 (mL/g)。響應面回歸模型預測，在此工藝條件下最大紫甘薯色素提取液色價為204.59 U/mL。

為確定實驗中建立的響應面回歸模型的準確性，對模型預測的最優(yōu)提取工藝條件進行驗證性實驗，見表4。紫甘薯色素色價的實測值與預測值相一致，說明實驗中建立的響應面回歸模型有效且可靠。在最優(yōu)的紫甘薯色素提取工藝條件下，最大色素色價達到205.81 U/mL。

表4 驗證實驗設計與結果

3 結論

紫甘薯色素提取優(yōu)化實驗結果表明：在提取溫度77.79 ℃、提取時間20.76 min和液料比37.25 (mL/g)的提取工藝條件下，響應面回歸模型預測紫甘薯色素提取液色價達到最大值204.59 U/mL。驗證實驗結果表明：在此提取工藝條件下，紫甘薯色素色價為205.81 U/mL，與預測值相一致，說明實驗得到的響應面回歸模型有效且可靠。

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[10]Zou Y, Liu C H.Optimization conditions for anthocyanins extraction from red cabbage using response surface methodology[J].Carpathian Journal of Food Science and Technology,2014,6(2):76-82.

Optimization of Extraction Technology Conditions of Pigment from Purple Sweet Potato

GUAN Qing-yue, ZOU Yu*

(College of Life Science, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, China)

The extraction technology conditions of pigment from purple sweet potato are optimized. The response surface experimental results show that the optimum extraction conditions are as follows: extraction temperature is 77.79 ℃, extraction time is 20.76 min and liquid-solid ratio is 37.25 (mL/g). Verification test results show that the measured value is consistent with the predicted value. Under the optimized extraction conditions, the largest color value of pigment extracted from purple sweet potato is 205.81 U/mL.

purple sweet potato;pigment;extraction condition;response surface;optimization

2017-01-14 *通訊作者

國家科技支撐計劃項目(2012BAD38B05)；大連民族大學2017年度“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”項目

關晴月(1997-)，女，遼寧丹東人，主要從事天然食用色素方面的研究； 鄒宇(1979-)，男，吉林通化人，講師，主要從事食品生物技術方面的研究。

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.06.033

1000-9973(2017)06-0149-03