超聲波輔助提取火龍果皮花青素工藝研究

◎ 趙巨堂，劉 冉，彭清秀，劉夢(mèng)杰

（聊城大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山東 聊城 252000）

火龍果（Hylocereus undatus）屬仙人掌科（Cactaceae）量天尺屬（Hylocereus）和蛇鞭柱屬（Selenicereus）植物，火龍果皮富含花青素類物質(zhì)。研究表明，花青素不僅具有促進(jìn)血液循環(huán)、預(yù)防心腦血管疾病、抗氧化、清除自由基、保護(hù)視力、抑制黑素瘤細(xì)胞生長(zhǎng)等作用，而且可以作為一類天然的食用著色劑[1-2]。隨著食品著色劑安全知識(shí)的普及，可食用天然食品著色劑的研究與開(kāi)發(fā)受到人們的極大關(guān)注[3-4]?；ㄇ嗨刈鳛槭称分珓┖凸δ艹煞謥?lái)利用往往受到其穩(wěn)定性和其他化合物相互作用的限制[5-6]。目前的研究重點(diǎn)是尋找更好的來(lái)源，提高萃取效率和穩(wěn)定性[7]。超聲波具有空化現(xiàn)象、機(jī)械振動(dòng)以及熱效應(yīng)等特性，使提取介質(zhì)中的微小氣泡壓縮、爆裂，擊碎被提取原料的細(xì)胞壁，加速天然成分的溶出。與一般常規(guī)溶劑提取方法相比，超聲輔助提取技術(shù)具有加快提取過(guò)程、提高溶出速率、實(shí)現(xiàn)低溫高效萃取的優(yōu)點(diǎn)[8]。本研究運(yùn)用超聲輔助技術(shù)，研究了料液比、提取溶劑、超聲溫度、超聲時(shí)間和提取溫度對(duì)火龍果皮花青素提取的影響，利用正交法對(duì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，為火龍果皮花青素的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

火龍果：市售。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理

將新鮮的火龍果果皮取出，去除附在上面綠色部分的果皮。將紅色部分的果皮剪成3～4 cm的小塊，于烘箱中40℃烘干，冷卻到室溫，粉碎成粉末貯于干燥帶塞的容器里

1.2.2 花青素含量的測(cè)定

花青素含量測(cè)定方法參照參考文獻(xiàn)[9]。取浸提液分別加入一定體積的pH1.0、pH4.5緩沖液稀釋一定的倍數(shù)，混勻，靜置20 min，以檸檬酸溶劑調(diào)零，在525 nm和700 nm處測(cè)定其吸光度值，并記錄。

其中：A0=A525 nm pH1.0-A700 nm pH1.0；A1=A525 nm pH4.5-A700 nm pH4.5；V為提取液總體積(mL)；n為稀釋倍數(shù)；M為相對(duì)分子質(zhì)量(449.2)；ε為消光系數(shù)(26 900)；m為樣品質(zhì)量(g)。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)方法

（1）提取溶劑對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響。精確稱取1.0g火龍果皮粉于具塞三角瓶中，提取條件為提取溶劑選擇30%、40%、50%、60%、70%和80%乙醇，料液比1∶40，超聲時(shí)間30 min，超聲功率100 W，提取溫度30 ℃，抽濾得到澄清提取液。

（2）料液比對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響。精確稱取1.0g火龍果皮粉于具塞三角瓶中，提取條件為提取溶劑50%乙醇，料液比選擇1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50和1∶60，超聲時(shí)間30 min，超聲功率100 W，提取溫度30 ℃，抽濾得到澄清提取液。

（3）超聲時(shí)間對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響。精確稱取1.0g火龍果皮粉于具塞三角瓶中，提取條件為提取溶劑50%乙醇，料液比1∶40，超聲時(shí)間選擇10、20、30、40、50 min和60 min，超聲功率100 W，提取溫度30 ℃，抽濾得到澄清提取液。

（4）超聲功率對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響。精確稱取1.0 g火龍果皮粉于具塞三角瓶中，提取條件為提取溶劑50%乙醇，料液比1∶40，超聲時(shí)間30 min，提取溫度30 ℃，超聲功率選擇40、50、60、70、80 W和100 W，抽濾得到澄清提取液。

（5）提取溫度對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響。精確稱取1.0 g火龍果皮粉于具塞三角瓶中，提取條件為提取溶劑50%乙醇，料液比1∶40，超聲時(shí)間30 min，超聲功率選擇70 W，提取溫度選擇20、30、40、50、60 ℃和70 ℃，抽濾得到澄清提取液。

1.2.4 正交試驗(yàn)

選取乙醇濃度的、料液比、超聲時(shí)間3個(gè)因素，火龍果皮花青素提取量為指標(biāo)，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 濃度乙醇對(duì)火龍果皮花青素提取率的影響

根據(jù)相似相溶原理，不同濃度的乙醇對(duì)極性不同的物質(zhì)的提取量不同[10]。乙醇濃度對(duì)火龍果皮花青素提取得率的影響如圖1所示。

圖1 不同濃度乙醇對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響圖

由圖1可知，隨著乙醇濃度的增加，火龍果皮花青素的提取量逐漸升高，當(dāng)乙醇濃度達(dá)到50%時(shí)，提取率最高。隨后花青素提取量緩慢下降。因此乙醇濃度為50%左右為宜。

2.2 料液比對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響

料液比對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響見(jiàn)圖2。

圖2 不同料液比對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響圖

在提取過(guò)程中，火龍果花青素從原料中不斷的溶出，直到建立溶解平衡。當(dāng)料液比為1∶10時(shí)，溶劑量較小，在花青素全部溶出之前，溶劑已經(jīng)飽和，溶解達(dá)到平衡，花青素?zé)o法繼續(xù)溶出，因此得率較低；隨著料液比的增大，在溶劑飽和時(shí)，花青素的溶解比例也隨之增多，故提取量也不斷提高；當(dāng)料液比達(dá)到1∶40時(shí)，花青素得率最高，因此，料液比選擇1∶40左右為宜。

2.3 超聲時(shí)間對(duì)火龍果皮花青素提取量影響

超聲波的空化作用可以破壞細(xì)胞組織，產(chǎn)生局部破碎，加快分子的擴(kuò)散，增大固液接觸面積，從而提高提取量[11]。不同超聲時(shí)間對(duì)火龍果皮花青素提取量影響如圖3所示。

圖3 不同超聲時(shí)間對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響圖

從圖3中可以看出，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，火龍果皮花青素的提取量先增后降，變化幅度較大，在超聲時(shí)間為30 min時(shí)，細(xì)胞壁破壞完全，此時(shí)火龍果皮花青素的提取量最佳，而超聲時(shí)間進(jìn)一步的增加，造成花青素的降解，從而使火龍果皮花青素提取量下降，因此，超聲時(shí)間以30 min為宜。

2.4 超聲功率對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響

不同超聲功率對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響如圖4所示。

圖4 不同超聲功率對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響圖

由圖4可知，超聲功率在40～70 W時(shí)，花青素提取量逐漸增加，當(dāng)超聲功率超過(guò)70 W時(shí)，花青素提取量呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)槌暡ㄆ茐幕ㄇ嗨氐慕Y(jié)構(gòu)。綜合以上條件，超聲功率為70 W時(shí)火龍果花青素提取量最大。

2.5 提取溫度對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響

隨著溫度的升高，溶劑的粘度減小，分子運(yùn)動(dòng)速度加快，提取液的擴(kuò)散系數(shù)增加，促使提取速度加快[12]。不同超聲溫度對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響見(jiàn)圖5。

圖5 不同超聲溫度對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響圖

由圖5結(jié)果可以看出，在25～50 ℃范圍內(nèi)，火龍果皮花青素的提取量隨溫度的升高不斷增加，當(dāng)超聲溫度大于50 ℃時(shí)，火龍果皮花青素的提取量降低。在溶劑提取過(guò)程中，在適宜的范圍內(nèi)，升高提取溫度，不僅可以提高火龍果皮花青素溶出，而且可以縮短提取時(shí)間，提高效率；當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，花青素經(jīng)歷了脫硫、親核的水、卵裂和聚合反應(yīng)，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)被破壞[8]。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，超聲溫度為30～50 ℃時(shí)，火龍果皮花青素的提取量相差無(wú)幾，但因?yàn)樵降偷臏囟葘?duì)花青素穩(wěn)定性越有利。因此，超聲溫度在30 ℃最佳。

2.6 正交試驗(yàn)結(jié)果

單因素實(shí)驗(yàn)主要從乙醇濃度、料液比、超聲時(shí)間、超聲功率、超聲溫度五個(gè)因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，初步揭示這些因素對(duì)火龍果皮花青素提取量的影響。由于影響因素較多，需要引入正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步揭示各因素變化與提取量之間的關(guān)系，確定火龍果皮花青素的提取的最佳工藝條件。單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，火龍果皮花青素提取量隨乙醇濃度、料液比和超聲時(shí)間變化的趨勢(shì)較為明顯，因此對(duì)乙醇濃度、料液比、超聲時(shí)間3個(gè)因素進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

從表2極差方差分析結(jié)果可以看出，各因素對(duì)提取量的影響順序?yàn)榱弦罕龋疽掖紳舛龋境晻r(shí)間?；瘕埞せㄇ嗨刈罴烟崛」に嚍锳2B2C2，即乙醇濃度50%，料液比1∶40，超聲時(shí)間30 min。而在正交實(shí)驗(yàn)方案中，沒(méi)有組合A2B2C2，因此需要做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在A2B2C2，即乙醇濃度50%，料液比1∶40，超聲時(shí)間30 min條件下，火龍果花青素提取量為98.45 mg/100 g，顯著高于正交試驗(yàn)結(jié)果。

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明：影響火龍果皮花青素提取效果主要因素依次為料液比＞乙醇濃度＞超聲時(shí)間，火龍果皮花青素提取最佳提取工藝條件為乙醇濃度50%、料液比1∶40、超聲時(shí)間30 min，在此工藝條件下，火龍果花青素的提取量為98.45 mg/100 g。超聲波法提取火龍果皮花青素，提取時(shí)間短，提取溶劑用量少，是一種高效、快速提取火龍果皮花青素的方法。