山竹殼色素的不同提取方法比較

徐洪宇，趙烊，藏梁，朱麗榮*

1. 吉林化工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院（吉林 132022）；2. 重慶市第九人民醫(yī)院藥劑科（重慶 400700）

山竹（Garcinia Mangostana）為藤黃科（Guttiferae）藤黃屬（Garcinia），是熱帶常綠喬木，別名莽吉柿、鳳果，莽吉柿、倒捻子、山竺、山竹子[1]。山竹果實（Mangosteen）為熱帶五大名果之一，具有解熱清涼、化解脂肪、潤膚降火等功效[2]。山竹可食用部分僅占鮮重的30%左右，食用山竹果肉后，剩余的山竹殼，大多作為廢棄物處理，既浪費資源又污染環(huán)境。

近年來關(guān)于山竹殼的研究，主要集中在含量較高的山竹殼色素的提取、穩(wěn)定性及應(yīng)用上。山竹殼色素是一種醇溶性色素，耐日光及耐熱性強，適宜于偏酸性、中性和弱堿性條件下使用，有較強的耐氧化性和一定耐熱性，各種金屬離子對其影響較小[3-6]。山竹殼色素具有較強的抗氧化[7-8]及抑菌活性[3,8]，可將其應(yīng)用在飲料和白酒的著色上[9]及錦綸[10]、真絲[11]、羊毛[12]和棉織物[13-14]的染色上。山竹殼色素的提取工藝優(yōu)化方面，主要采用微波輔助法提取[15-16]和超聲波輔助法提取[17-18]，關(guān)于研究不同提取方法對山竹殼色素提取效果，研究報道較少。

此次試驗選取溶劑浸提法、超聲波輔助法、微波輔助法和復(fù)合酶法共4種提取方法，在前期單因素的基礎(chǔ)上，利用正交試驗優(yōu)化各提取工藝，比較并篩選出提取效果最好的方法，為山竹殼色素在食品、醫(yī)藥保健品、紡織等領(lǐng)域的開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

1 試驗方法

1.1 材料與儀器

山竹殼（山竹殼洗凈，烘箱烘干，粉碎機粉碎，80目過篩備用）。無水乙醇（天津市大茂化學(xué)試劑廠）；鹽酸、植物復(fù)合酶（北京盛世嘉明科技開發(fā)有限公司）；磷酸氫二鈉（南京化學(xué)試劑股份有限公司）；磷酸二氫鈉（南京化學(xué)試劑股份有限公司）。

FA1004A分析天平（廣州滬瑞明儀器有限公司）；HH-S8A恒溫水浴鍋（上海儀器表有限責(zé)任公司）；PHS-W系列pH計（上海理達儀器廠）；KQ3200DE型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；美的微波爐（佛山美的微波電器制造有限公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：RE-52B型（上海亞榮生化儀器廠）；UNICUV-2102PCS紫外可見分光光度計（上海譜振生物科技有限公司）。

1.2 色素提取工藝

山竹殼粉→70%乙醇提取→過濾→稀釋濾液→在478 nm下測吸光度

1.3 溶液浸提法提取的正交試驗設(shè)計

采用L9(33)正交試驗，在前期單因素試驗的基礎(chǔ)上，考察提取溫度、提取時間、料液比對山竹殼色素提取效果的影響因素，試驗設(shè)計的因素和水平見表1。

表1 溶液浸提法提取試驗的因素及水平

1.4 超聲波輔助法提取的正交試驗設(shè)計

采用L9(33)正交試驗，在前期單因素試驗的基礎(chǔ)上，考察提取溫度、提取時間、料液比對山竹殼色素提取效果的影響因素，試驗設(shè)計的因素和水平見表2。

表2 超聲波輔助法提取試驗的因素及水平

1.5 微波輔助法提取的正交試驗設(shè)計

用L9(33)正交試驗，在前期單因素試驗的基礎(chǔ)上，考察提取功率、提取時間、料液比對山竹殼色素提取效果的影響因素，試驗設(shè)計的因素和水平見表3。

表3 微波輔助法提取試驗的因素及水平

1.6 復(fù)合酶輔助浸提法提取的正交試驗設(shè)計

用L9(33)正交試驗，在前期單因素試驗的基礎(chǔ)上，考察提取溫度、提取時間、料液比對山竹殼色素提取效果的影響因素，試驗設(shè)計的因素和水平見表4。

表4 復(fù)合酶法提取試驗的因素及水平

2 結(jié)果與分析

2.1 溶液浸提法提取的正交試驗結(jié)果

溶液浸提法是利用不同物質(zhì)在溶劑中的溶解度不同，從而實現(xiàn)物質(zhì)分離的一種操作，屬于萃取的一種。根據(jù)所提取物的組分的不同，利用相似相溶的原理，分離得到山竹殼色素。在單因素的基礎(chǔ)上，通過正交試驗設(shè)計對工藝進行優(yōu)化，結(jié)果見表5和表6。由表5可知，溶液浸提法提取山竹殼色素的最優(yōu)條件為A2B2C2；通過極差R值大小得出，對山竹殼色素提取效果影響最大的因素為A（提取溫度），其次是B（提取時間），最后是C（料液比）。表6中，浸提溫度對浸提效果的影響達到顯著水平（p＜0.05），料液比和浸提時間對浸提效果的影響不顯著（p＞0.05）。因此，最優(yōu)提取工藝條件為提取溫度70 ℃，提取時間70 min，料液比1∶30（g/mL）。

2.2 超聲波輔助法提取的正交試驗結(jié)果

超聲波輔助法提取主要是利用超聲波振動與媒質(zhì)之間引起熱作用、機械作用和空化作用，從而促進細胞溶脹、強化傳質(zhì)速率、提高細胞壁的通透性，甚至在瞬間造成細胞壁及整個生物體破裂[19]，從而促進提取成分的溶出，提高提取效率。超聲波輔助法提取的正交試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表7和表8。由表7可知，提取山竹殼色素的最優(yōu)條件為A2B2C3；3個因素的極差分析得到RA＞RB＞RC，即對山竹殼色素提取效果影響最大的因素為A（提取溫度），其次是B（提取時間），最后是C（料液比）。由表8可知，提取溫度和提取時間對提取效果的影響達到顯著水平（p＜0.05），料液比的影響不顯著（p＞0.05）。最優(yōu)提取工藝條件為提取溫度60 ℃，提取時間50 min，料液比1∶40（g/mL）。

表5 溶液浸提法正交試驗設(shè)計與結(jié)果

表6 溶液浸提法正交試驗方差分析

表7 超聲波輔助法正交試驗設(shè)計與結(jié)果

表8 超聲波輔助法正交試驗方差分析

2.3 微波輔助法提取的正交試驗結(jié)果

微波輔助法主要利用熱效應(yīng)破壁的原理，提高提取效率。采用微波輔助法提取山竹殼色素，結(jié)果見表9和表10。表9中，由極差分析可知，各因素對山竹色素提取效果的影響為B（提取時間）＞A（提取功率）＞C（料液比）。由表10可知，提取溫度和提取功率對提取效果的影響達到顯著水平（p＜0.05），料液比對浸提效果的影響不顯著（p＞0.05）。微波輔助法提取山竹殼色素的最優(yōu)條件為A2B2C3，即提取功率900 W，提取時間40 s，料液比1∶40（g/mL）。

表9 微波輔助法正交試驗設(shè)計與結(jié)果

表10 微波輔助法正交試驗方差分析

2.4 復(fù)合酶法提取的正交試驗結(jié)果

植物復(fù)合酶是由纖維素酶、半纖維素酶、淀粉酶等組成的混合酶系，可使細胞壁在酶的作用下軟化、膨脹和崩潰等，進而改變細胞壁的通透性，從而提高目標(biāo)物質(zhì)的提取效率。試驗采用復(fù)合酶法，對山竹殼色素進行提取，通過正交試驗對工藝進行優(yōu)化，結(jié)果見表11和表12。由表11中極差分析可知，對竹殼色素提取效果影響最大的因素為A（提取溫度），其次是B（提取時間），C（料液比）影響最小。由表12可知，提取溫度對提取效果的影響達到顯著水平（p＜0.05），料液比和提取時間對提取效果的影響不顯著（p＞0.05）。植物復(fù)合酶法提取山竹殼色素的最優(yōu)條件為A2B3C3，即提取溫度30 ℃，提取時間100 min，料液比1∶35（g/mL）。

2.5 最佳工藝條件的驗證

分別選擇上述溶劑浸提法、超聲波輔助法、微波輔助法及復(fù)合酶法共4種方法，對山竹殼色素提取的最優(yōu)條件進行3次驗證，結(jié)果見表13。4種不同提取方法存在顯著性差異（p＜0.05），其中超聲波輔助法提取的山竹殼色素吸光度最大，為0.811。

表11 復(fù)合酶法正交試驗設(shè)計與結(jié)果

表12 復(fù)合酶法正交試驗方差分析

表13 山竹殼色素在最佳工藝條件下的提取結(jié)果

3 結(jié)論

此次試驗選擇溶劑浸提法、超聲波輔助法、微波輔助法及復(fù)合酶法共4種方法，對山竹殼色素提取效果進行研究。在前期單因素的基礎(chǔ)上，利用正交試驗設(shè)計分別得到了每種提取方法的最優(yōu)提取條件，得到以下結(jié)果：

1) 溶劑浸提法的最佳提取工藝為提取溫度70 ℃，提取時間70 min，料液比1∶35（g/mL）。

2) 超聲波輔助法的最佳提取工藝為提取溫度60℃，提取時間50 min，料液比1∶40（g/mL）。

3) 微波輔助法的最佳提取工藝為提取功率900 W，提取時間40 s，料液比1∶40（g/mL）。

4) 復(fù)合酶法的最佳提取工藝為提取溫度30 ℃，提取時間100 min，料液比1∶40（g/mL）。

5) 4種提取方法中，超聲波輔助法提取效果最好，其次為微波輔助法，溶劑浸提法提取效果最差。