山楂紅色素超聲提取工藝的研究

于閏平，黃占波，陳佳奇，羅旭桐，孫隹靚，尚海巍

(遼寧科技學(xué)院 生物醫(yī)藥與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 本溪 117004)

山楂為薔薇科山楂(Crataegus pinnatifida Bge.var.maj or N.E.Br.)或山里紅(Crataegus pinnatifida Bge.)的成熟果實〔1〕。山楂是我國傳統(tǒng)的藥食同源植物，具有很高的營養(yǎng)價值和藥用價值。山楂果皮中含有豐富的紅色素，主要成分為矢車菊素糖苷等花青素類化合物〔2〕，具有強大的抗氧化活性和自由基清除能力，以及降血壓、降血脂、防治動脈粥樣硬化等多方面生理活性〔3〕，可以廣泛用于藥品、保健品和食品中。遼寧東部山區(qū)作為主產(chǎn)區(qū)分布有大量的山楂資源，但因為山楂鮮果的季節(jié)性強、不易儲存及售價較低，野生山楂又因其個頭小、果肉薄，在食品加工范疇內(nèi)的利用受到限制，導(dǎo)致山楂種植林大面積拋荒、野生山楂無人問津，造成了山楂資源的嚴(yán)重浪費和巨大的經(jīng)濟損失，因此有必要對山楂進行產(chǎn)地精深加工和綜合利用研究?；谛迈r山楂果皮中含有較多的花青素類山楂紅色素，可作為很好的天然色素進行開發(fā)，能夠用于食品、保健品等多方面，具有良好的應(yīng)用前景。

目前，提取天然山楂紅色素的研究報道較多，主要有超聲-酶法〔4〕、超聲提取〔5-7〕、微波萃取〔8,9〕、液泛提取〔10〕及浸漬提取等，研究對象多是山楂干品，而對產(chǎn)地深加工有益的新鮮山楂的研究少見。本研究采用pH示差法測定新鮮山楂提取物中花青素類紅色素的含量，對影響鮮山楂紅色素提取效果的主要因素進行了較為系統(tǒng)的研究，優(yōu)化新鮮山楂中花青素類紅色素的超聲提取工藝條件，為遼寧地區(qū)山楂資源的精深加工和綜合利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

儀器設(shè)備：T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限公司)；KQ-300VBD型三頻數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；pHS6210型pH計(成都瑞馳分析控制儀器有限公司)；AR224CN電子天平(奧豪斯儀器(上海)有限公司)。

材料：新鮮山楂，購自遼寧本溪市石橋子鎮(zhèn)早市，果實直徑約為1-2cm，果肉薄，顏色暗紅，4℃儲存。

試劑：鹽酸、氯化鉀、乙酸鈉、乙酸、乙醇均為國產(chǎn)分析純，購于國藥集團沈陽化學(xué)試劑有限公司；實驗用水為蒸餾水。

1.2 實驗方法

1.2.1 山楂紅色素的提取工藝

山楂鮮果，去核，打碎成果泥，取樣，按一定料液比加入提取溶劑，超聲提取，抽濾，濾液減壓濃縮至少量，加水定容至10mL。

1.2.2 提取條件的考察

稱取2g山楂，固定超聲功率300W、以37%鹽酸為酸化劑，按1.2.1項下方法，分別考察乙醇體積分?jǐn)?shù)(0%、20%、40%、60%、80%、100%)、酸化劑加入量(溶劑總體積的0%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%)、料液比(1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25g/mL)、超聲時間(10、20、30、40、50、60、70min)、超聲溫度(30、40、50、60、70℃)等因素對新鮮山楂花青素類紅色素提取效果的影響。

1.2.3 提取次數(shù)的確定

稱取3份山楂，在最佳工藝條件下分別提取1、2、3次，合并濾液，濃縮，定容，按1.2.4項下方法測定提取物中花青素類紅色素的含量。

1.2.4 花青素含量的測定

以花青素的含量計，采用pH示差法〔11〕測定山楂提取物中紅色素的得率。按1.2.1項下方法制備樣品溶液。精密量取1.0mL，分別用pH 1.0和pH 4.5的緩沖液稀釋至10mL，搖勻，平衡15min，以蒸餾水為空白，分別在波長510nm和700nm處測定吸光度，按下式計算花青素的含量。

花青素含量(mg/100g)=[(A×MW×DF×V)/(m×ε)]×100

式中：A=(A510nm-A700nm)pH1.0-(A510nm-A700nm)pH4.5

MW=449.2(矢車菊素葡萄糖苷分子量)；

DF=10(稀釋倍數(shù))；

ε=26900(摩爾消光系數(shù)，L/mol·cm)；

V=提取液體積(mL)；

m=稱樣量(g)。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取條件

2.1.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對山楂紅色素提取效果的影響

固定料液比1:20、超聲時間20min，超聲溫度30℃，溶劑不加酸化劑，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)(0、20、40、60、80、100%)對山楂紅色素得率的影響。

圖1 乙醇濃度對花青素得率的影響

由圖1可知，60%乙醇為提取溶劑時花青素得率最大，并隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大呈先升后降的趨勢。因為花青素為陽離子型黃酮，親水性好，高濃度乙醇的溶解度低；低濃度乙醇會增加果膠等水溶性物質(zhì)的溶漲，阻礙花青素的溶解和擴散；當(dāng)乙醇濃度為60%時，既能保證對花青素較高的溶解能力，又可以減小水溶性雜質(zhì)對花青素溶出的阻礙，故60%乙醇為溶劑時的提取效果最佳。

2.1.2 酸化劑加入量對山楂紅色素提取效果的影響

固定乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1:20 g/mL、超聲時間20min，超聲溫度30℃，考察酸化劑加入量(溶劑總體積0%、0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的濃鹽酸)對山楂紅色素得率的影響。

圖2 鹽酸濃度對花青素得率的影響

由圖2可知，加入0.1%鹽酸做酸化劑時，花青素得率最高，pH計顯示此時提取溶劑的pH約為2?；ㄇ嗨卦谒嵝詶l件下成陽離子形態(tài)，水溶性好、穩(wěn)定性高，所以少量酸化劑能夠促進花青素溶出的同時能夠增加其穩(wěn)定性，而酸性較強時會導(dǎo)致花青素苷容易水解，因此不加酸化劑或加入酸化劑量多時花青素得率相對有所下降。綜合考慮，選擇加入0.1%的濃鹽酸作為提取溶劑酸化劑。

2.1.3 料液比對山楂紅色素提取效果的影響

固定酸化乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、超聲時間20min，超聲溫度30℃，考察料液比(1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25g/mL)對山楂紅色素得率的影響。

圖3 料液比對花青素得率的影響

由圖3可知，增加料液比可以提高花青素得率，料液比在1∶20 g/mL時得率最大，料液比繼續(xù)增加花青素得率的變化不明顯，說明此時山楂中花青素的溶出與再吸附基本達到平衡，故選擇1∶20 g/mL的料液比為最佳條件。

2.1.4 超聲時間對山楂花青素提取效果的影響

固定酸化乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1∶20g/mL、超聲溫度30℃，考察提取時間(10、20、30、40、50、60、70min)對山楂紅色素得率的影響。

由圖4可知，超聲提取60min時花青素得率最高，超聲時間在10～20min時花青素得率變化顯著，而在20～60min區(qū)間花青素得率隨時間增加變化不明顯。其原因可能是因為提取初期濃度差較大，花青素得率增加趨勢顯著，20min后內(nèi)外濃度差基本達到平衡，花青素得率變化不顯著。另外，提取時間過長會導(dǎo)致溶液和物料溫度過高從而破壞花青素的結(jié)構(gòu)，反而會降低花青素得率。綜合考慮，選擇超聲提取時間20min。

圖4 提取時間對花青素得率的影響

2.1.5 超聲溫度對山楂花青素提取效果的影響

固定酸化乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、料液比1∶20 g/mL、超聲時間20min，考察超聲溫度(30、40、50、60、70℃)對山楂紅色素得率的影響。

由圖5可知，提取溫度在50℃以下時升溫有利于花青素的溶出，當(dāng)溫度高于50℃后花青素得率隨溫度升高呈下降趨勢，說明提取溫度不宜超過50℃。其原因可能是50℃的提取溫度會導(dǎo)致破壞花青素結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其氧化或降解，又因為超聲提取過程會通過其內(nèi)部的空化作用自然放熱升溫，因此，選擇室溫為初始提取溫度，同時控制提取過程溶劑溫度以不超過50℃為宜。

圖5 提取溫度對花青素得率的影響

2.2 驗證實驗

按1.2.1項下方法和2.1項下最佳提取工藝條件制備供試品溶液，測定花青素的含量。結(jié)果，5份新鮮山楂樣品中花青素得率分別為14.95、15.14、15.21、14.89、15.06mg/100g，平均得率為15.05mg/100g，RSD為0.8%，表明優(yōu)化后山楂紅色素的提取工藝可靠。

3 結(jié)論

影響新鮮山楂中花青素類紅色素提取效果的主要因素包括提取溶劑種類、pH值、提取溫度和提取時間等條件，此外，山楂鮮品與干品、果皮粉碎程度〔12〕等對山楂紅色素的得率也有顯著影響。本實驗采用超聲輔助法優(yōu)化遼寧地區(qū)野生山楂鮮果中花青素類紅色素的提取工藝條件，考察了乙醇體積分?jǐn)?shù)、鹽酸加入量、料液比、提取時間等影響因素，確定最佳提取工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，0.1%鹽酸為酸化劑，料液比1:20 g/mL，提取時間20min，選擇室溫為初始提取溫度，不超過50℃，此試驗條件下新鮮山楂花青素類紅色素的提取率為15.05mg/100g。本研究為遼寧地區(qū)山楂資源的精深加工和綜合利用提供了合理的途徑和可行的技術(shù)支持。