響應(yīng)面法優(yōu)化超聲波輔助提取桑葚色素

陳云

摘 要：以桑葚干果為原料，酸化水為提取劑，超聲波輔助提取桑葚干果中色素。采用單因素試驗(yàn)獲得相對(duì)較好提取參數(shù)值，在此基礎(chǔ)上利用響應(yīng)面法優(yōu)化桑葚干果色素提取條件，得到超聲波輔助提取桑葚干果色素最優(yōu)條件為：提取液pH為0.7，超聲波功率94 W，液料比15∶1（mL∶g），超聲波時(shí)間50 min，此提取條件下吸光度為1.059。

關(guān)鍵詞：超聲波;桑葚色素;響應(yīng)面法;提取

Abstract：Acidified water and the ultrasound assistance methods were used to extract Mulberry pigment. On the basis of single factor， the optimal extraction conditions were studied by the response surface methodology. the result shows that the optimal extraction processing parameters are： ultrasonic wave power 94 W，ultrasonic wave time 50 min， solvent/sample ratio 15∶1 （mL∶g） and pH of extraction solution 0.7. under which the absorbance was 1.059.

Key words：Ultrasonic; Mulberry pigment; Response surface methodology; Extraction

由于合成色素對(duì)人體有害，隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)合成色素的認(rèn)可度降低，其應(yīng)用范圍逐漸減少。天然食用色素存在于植物中，不僅能賦予食品誘人的色彩，還具營(yíng)養(yǎng)、保健功能，越來(lái)越受關(guān)注[1]。桑葚含有豐富的花青素，花青素對(duì)心腦血管疾病有預(yù)防作用，還具有保護(hù)肝臟、降低DNA氧化損害和降低血糖等功效。本試驗(yàn)采用超聲波輔助提取桑葚干果色素，利用響應(yīng)面法優(yōu)化桑葚干果色素的提取條件，為桑葚干果的合理開(kāi)發(fā)利用提供有效的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

原料與試劑。桑葚干果、HCl（分析純）。

設(shè)備。723C型分光光度計(jì)（上海析譜）;JA2003型電子分析天平（上海良平儀器公司）;TPHS-3C型酸度計(jì)（上海精密儀器有限公司）;SK8200H超聲波清洗器（上?？茖?dǎo)儀器有限公司）;D3C800B離心機(jī)（湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司）。

1.2 方法

桑葚色素易溶解于酸性水，桑葚色素在酸性環(huán)境中顯現(xiàn)出比較常見(jiàn)的紫紅色。因此選酸化水為提取劑。桑葚色素在可見(jiàn)光區(qū)的最大吸收波長(zhǎng)是515 nm[2]。

1.2.1 桑葚色素提取工藝條件的單因素試驗(yàn)

（1）提取液的pH值對(duì)色素提取效果的影響。取解凍的桑葚干果粉末1 g，分別以pH為0.5、1.0、1.5、2.0和2.5等酸性水各20 mL為提取劑，超聲時(shí)間

45 min、超聲功率100 W進(jìn)行提取、分離，濾液定容至一定體積測(cè)定吸光度，根據(jù)吸光度值分析不同酸性水對(duì)桑葚色素提取效果的影響。

（2）液料比對(duì)色素提取效果的影響。用pH為1.5酸性水，液料比分別為5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1和30∶1（mL∶g），其他同（1）。

（3）超聲時(shí)間對(duì)色素提取效果的影響。超聲波處理時(shí)間分別為15、30、45、60 min和75 min，其他同（2）。

（4）超聲功率對(duì)色素提取效果的影響。超聲波功率分別為80、100、120、140、160 W和180 W，超聲時(shí)間為30 min，其他同（3）。

1.2.2 桑葚干果色素提取工藝條件的響應(yīng)面法優(yōu)化試驗(yàn)

在液料比、超聲時(shí)間、超聲功率和不同pH酸性水共4個(gè)單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Benhnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，采用Design- Expert軟件設(shè)計(jì)4因素3水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，以桑葚色素提取液的吸光度為響應(yīng)值對(duì)提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波輔助提取桑葚色素條件的優(yōu)化

2.1.1 提取液pH值對(duì)桑葚色素提取的影響

由圖1可知，pH為0.5～1.0之間時(shí)，折線平直，吸光度相差不大;繼續(xù)增大pH，折線下降，吸光度降低。這說(shuō)明相對(duì)較低的pH酸性水有利于色素的提取，當(dāng)pH為0.5時(shí)與1.0相比，桑葚色素提取效果無(wú)明顯差異，綜合考慮，確定酸性較弱（pH1.0）的酸性水為較適宜提取液。

2.1.2 液料比對(duì)桑葚色素提取的影響

由圖2可知，超聲波輔助下桑葚色素的提取效果從液料比5∶1到10∶1增加緩慢，從液料比10∶1到15∶1提取效果逐漸上升，提取效果在液料比為15∶1時(shí)達(dá)到最好，隨著液料比15∶1到30∶1的增加，提取效果逐漸下降，當(dāng)液料比為20：1以后，提取效果趨于平穩(wěn)。因此，選擇液料比為15∶1。

2.1.3 超聲時(shí)間對(duì)色素提取效果的影響

由圖3可知，桑葚色素的提取效果隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，當(dāng)超聲時(shí)間45 min時(shí)吸光度達(dá)到最高值。隨著超聲時(shí)間的繼續(xù)延長(zhǎng)，桑葚色素的提取效果緩慢下降，因此超聲時(shí)間為45 min。

2.1.4 超聲波功率的選擇

由圖4可知，桑葚色素的提取效果在超聲功率80～180 W范圍內(nèi)時(shí)，隨著超聲功率的增大提取效果呈直線上升，當(dāng)超聲功率100 W時(shí)吸光度達(dá)到最高值。但當(dāng)超聲功率的繼續(xù)升高時(shí)，提取效果反而下降，隨后變化平穩(wěn)。因此超聲功率100 W為最佳。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)對(duì)桑葚色素提取工藝條件的優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

利用Design Expert8.0.6軟件進(jìn)行Box-Behnken 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[3]結(jié)果如表1所示。根據(jù)BBD（43階乘）對(duì)4個(gè)參數(shù)超聲波功率（A）、超聲波時(shí)間（B）、液料比（C）和pH（D）進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。利用Design Expert 10.0.7軟件對(duì)表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸模型方程擬合，得到吸光度、超聲波功率（A）、超聲波時(shí)間（B）、液料比（C）、pH（D）的回歸模型方程：吸光度=0.968 4+0.040 666 667A+0.079 5B+0.058 333 333C-0.084 5D-0.069 75AB-0.009 25AC-0.016 5AD-0.058 5BC-0.051 75BD+0.023 25CD-0.031 866 667A2-0.024 116 667B2-0.091 116 667C2-0.111 866 667D2。

2.2.2 方差分析及顯著性檢驗(yàn)

用軟件Design-Expert10.0.7對(duì)表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2所示。由表2可知，回歸模型方差分析顯著性檢驗(yàn)表明，該模型回歸顯著（p<0.000 1），失擬項(xiàng)不顯著（p=0.250 9>0.05），該模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。模型的確定系數(shù)R2=0.990 1，調(diào)整確定系數(shù)R Adj2=0.980 2，說(shuō)明模型擬合度較好。方程的一次項(xiàng)中超聲波功率（A）、超聲波時(shí)間（B）、液料比（C）、pH（D）對(duì)響應(yīng)值的影響極顯著，二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2，交互項(xiàng)超聲波功率和超聲波時(shí)間（AB）、超聲波時(shí)間和液料比（BC）、超聲波時(shí)間和pH（BD）對(duì)響應(yīng)值的影響極顯著，交互項(xiàng)液料比和pH（CD）對(duì)響應(yīng)值的影響顯著。影響順序：提取液pH（D）>超聲波時(shí)間（B）>液料比（C）>超聲波功率（A）。

2.2.3 最優(yōu)提取工藝條件確定與驗(yàn)證

通過(guò)Design-Expert.10.0.7軟件對(duì)回歸方程進(jìn)行計(jì)算，得到提取桑葚色素提取最佳工藝條件為：提取液pH為0.702，超聲功率94.17 W，超聲時(shí)間50 min，每14.69 mL酸化水中加1 g料。出于可操作性考慮，將最佳提取工藝條件修正為：提取液pH為0.7，超聲波功率94 W，每15 mL酸化水中加1 g料，超聲波時(shí)間50 min，采用此提取條件進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)3次，吸光度為1.059，與預(yù)測(cè)值1.068 507相近。

3 結(jié)論

采用響應(yīng)面法對(duì)桑葚色素的超聲提取參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。超聲波功率、提取時(shí)間、液料比、提取液pH對(duì)桑葚色素的提取影響顯著，影響順序：提取液pH（D）>超聲波時(shí)間（B）>液料比（C）>超聲波功率（A）。最佳提取參數(shù)：超聲波功率94 W，超聲波時(shí)間50 min，液料比15∶1（mL∶g），提取液pH值0.7，此提取條件下吸光度值為1.059。

參考文獻(xiàn)：

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