超聲波輔助提取黑米色素工藝研究

曹利慧，范業(yè)剛

（衡水學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，河北衡水053000）

隨著生活水平的提高和保健意識的增強(qiáng)，人們逐漸認(rèn)識到合成色素的危害，開始限制其使用。天然色素以來源廣泛、安全系數(shù)高、具有特定的生理保健功能和醫(yī)療應(yīng)用價值而備受關(guān)注[1]。而黑色食品的興起，則使得食品工業(yè)對天然黑米色素的需求量日益增加。黑米是藥食兼用的特殊稻種，有“藥米”“神仙米”的美稱。研究表明，黑米不但含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸和微量元素，而且還含有具有重要藥用價值的黑米色素[2]。黑米色素主要成分為花青苷類色素，屬植物多酚類化合物[3]，具有抗氧化[4]、抗炎[5]和抗癌[6]等活性。此外，黑米色素良好的水溶性，使之更加適用于食品的著色。因此，黑米色素在食品工業(yè)、醫(yī)藥加工和化妝行業(yè)都具有良好的發(fā)展前景和重要的應(yīng)用價值[7]。選擇優(yōu)良的提取方式，對提高黑米色素的提取率具有重要意義。本文用超聲波輔助提取黑米色素，研究影響提取效果的因素，通過單因素實驗和正交實驗相結(jié)合，得到黑米色素的最佳提取工藝條件。

1 材料和方法

1.1 主要材料和儀器

黑米，陜西洋縣，市購，將干燥黑米用粉碎機(jī)粉碎為粉末，過60目篩，置于干燥避光處，備用；95%乙醇，天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠。

722G可見分光光度計，上海儀點分析儀器有限公司；80-2型臺式低速離心機(jī)，金壇市國旺實驗儀器廠；FW100高速萬能粉碎機(jī)，天津泰斯特儀器有限公司；BL6-180A超聲波清洗機(jī)，上海比朗儀器有限公司；FA2004N電子天平，上海精密儀器有限公司。

1.2 色素提取的單因素實驗

稱取1.0 g黑米粉末置于錐形瓶中，以95%乙醇為提取溶劑，超聲波輔助提取，提取溫度（25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃），提取時間（5 min、15 min、25 min、35 min、45 min、55 min），黑米質(zhì)量和乙醇體積的料液比（1∶2 g/mL，1∶4 g/mL，1∶6 g/mL，1∶8 g/mL，1∶10 g/mL），超聲波功率（40 W、50 W、60 W、70 W、80 W、90 W），進(jìn)行單因素實驗。超聲提取反應(yīng)結(jié)束之后，把得到的溶液轉(zhuǎn)移到離心管中，離心3 min后，將上層清液倒入小燒杯中，按1∶4進(jìn)行稀釋，然后在512 nm處，以乙醇為參比液，測定稀釋溶液的吸光度。

1.3 正交實驗

在單因素實驗基礎(chǔ)上，考查提取溫度、提取時間、料液比、功率對色素提取率的影響，進(jìn)行三水平四因素L9（34）正交實驗，正交表如表1所示。

表1 正交實驗因素及水平

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 提取溫度對黑米色素提取率的影響

如圖1，25℃～35℃時吸光度上升非?？?，在35℃之后吸光度開始下降，黑米色素的提取率隨溫度的升高呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。所以，從黑米中提取黑米色素時應(yīng)該有一個適宜的溫度。溫度太低，黑米色素提取效果不好；溫度過高，提取出來的黑米色素空間結(jié)構(gòu)被氧化而破壞。所以，從黑米中提取黑米色素的最佳浸提溫度為35℃。

圖1 提取溫度對吸光度影響

2.1.2 提取時間對黑米色素提取率的影響

如圖2，隨著時間的增長，黑米色素提取率呈現(xiàn)出先急速上升，后平穩(wěn)上升，最后下降的趨勢。提取時間為45 min的時候，黑米色素的提取率最高。提取時間太短，黑米色素不能完全提取，提取效果不好；提取時間過長，黑米色素達(dá)到飽和，還會發(fā)生氧化產(chǎn)生其他雜質(zhì)，提取率開始下降。所以，黑米色素的最佳提取時間為45 min。

圖2 提取時間對吸光度的影響

2.1.3 料液比對黑米色素提取率的影響

如圖3，隨著加入乙醇體積的不斷上升，黑米色素的提取率在加入乙醇體積為2～6 mL時上升非?？?，加入乙醇為6 mL時達(dá)到頂點，繼續(xù)加入乙醇，發(fā)現(xiàn)吸光度開始下降?？梢缘贸?，乙醇體積増多易于黑米色素的溶解，提取率越高，但是隨著乙醇加入體積的持續(xù)升高，也增加了黑米色素被氧化的可能，提取率開始下降。黑米色素的最佳料液比為1∶6 g/mL。

圖3 料液比對吸光度的影響

2.1.4 超聲波功率對黑米色素提取率的影響

如圖4，隨著超聲波功率的不斷上升，黑米色素的提取率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當(dāng)功率為70 W時，黑米色素的提取率達(dá)到最高值，但隨著超聲波功率的不斷上升，黑米色素提取率開始下降。這可能是因為功率過大，黑米色素的溶解加快，而溶解出來的黑米色素被氧化分解，而且還有可能提取出其他雜質(zhì)，故提取黑米色素使用的最佳超聲波功率應(yīng)該為70 W。

圖4 超聲波功率對吸光度的影響

2.2 正交實驗的結(jié)果

表2為黑米色素提取正交實驗結(jié)果，由2表可知，對黑米色素提取率的影響為：A（提取溫度）＞C（料液比）＞D（超聲功率）＞B（提取時間）。提取溫度對色素提取率影響最大。最佳提取工藝為A2B2C2D2，即在提取溫度為35℃，提取時間為45 min，料液比為1∶6 g/mL，超聲波功率為70 W時，黑米色素提取效果最佳，可確定為最佳工藝條件。

表2 黑米色素提取的正交實驗結(jié)果

3 結(jié)束語

超聲波輔助提取黑米色素與傳統(tǒng)水浴浸提法相比，可以縮短提取時間，提高提取效率。本實驗采用超聲波法提取黑米色素，先進(jìn)行單因素實驗，通過測定黑米色素在512 nm的吸光度值，考查了提取溫度、提取時間、料液比和超聲波功率四個單因素對色素提取率的影響；在單因素實驗基礎(chǔ)上再進(jìn)行正交實驗，分析得出結(jié)論：影響黑米色素提取的因素主次順序是：A（提取溫度）＞C（料液比）＞D（超聲功率）＞B（提取時間）。當(dāng)提取溫度35℃，提取時間35 min，料液比1∶6 g/mL，超聲波功率70 W時，黑米色素提取效率最高。