紫葉李色素的超聲輔助提取工藝研究

林妍佳，盧宇宸，方泓勛，張于弛

紫葉李色素的超聲輔助提取工藝研究

林妍佳，盧宇宸，方泓勛，張于弛

（閩江學(xué)院 材料與化工學(xué)院，福建 福州 350108）

以天然紫葉李為原料，采用混合溶劑（石油醚與無(wú)水乙醇）超聲波輔助浸取法從紫葉李葉片中提取紫葉李色素。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法優(yōu)化紫葉李色素提取工藝。結(jié)果表明，紫葉李富含類胡蘿卜素，紫葉李色素的最優(yōu)提取工藝為料液比1:11、溶劑配比（石油醚:無(wú)水乙醇）9:6、提取時(shí)間40 min。

紫葉李；超聲波輔助浸取法；響應(yīng)面優(yōu)化

類胡蘿卜素在高等植物中廣泛存在，常與葉綠素共存，具有對(duì)葉綠素捕獲光能的補(bǔ)充作用，還具有較好抗氧化能力[1-3]，能夠抑制氧自由基活性，阻止氧自由基對(duì)正常細(xì)胞破壞，幫助人們預(yù)防腫瘤癌癥、抗衰老等[4]。紫葉李是常見的園林綠化樹種，葉片均為紫紅色，具有很好的觀賞性，同時(shí)其葉片滯塵效果好、耐污染[5]，葉片內(nèi)除了富含類胡蘿卜素以外，還含有葉綠素、矢車菊素及其他單體酚等[6]，具有很好的生態(tài)價(jià)值。借鑒其他植物色素的提取方案如研磨法、水浴法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法等，以閩江學(xué)院校區(qū)天然栽培的紫葉李為原料，采用混合溶劑（石油醚與無(wú)水乙醇）超聲波輔助浸取法提取紫葉李色素，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken響應(yīng)面分析優(yōu)化提取工藝條件。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

紫葉李為閩江學(xué)院校區(qū)天然栽培。石油醚、無(wú)水乙醇、氫氧化鈉，均為分析純，購(gòu)自阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

HZ-HG502ND型電子天平，F(xiàn)A1104型電子天平，H1850臺(tái)式高速離心機(jī)，DHG-9076A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器，MCR-38常壓微波合成萃取儀，SHA-CA水浴恒溫振蕩器，721可見分光光度計(jì)、UV2450紫外可見分光光度計(jì)（日本島津），Nicolet iS5 FT-IR光譜儀（美國(guó)賽默飛），旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，真空干燥箱。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 紫葉李色素的提取

沖洗干凈的紫葉李葉片在55 ℃烘干后粉碎，取一定量的葉片粉末加入一定配比（石油醚:無(wú)水乙醇）的溶劑，超聲波輔助提取一段時(shí)間得到紫葉李色素提取液。

1.3.2 紫葉李色素的純化

先將紫葉李色素提取液置于500 ml燒瓶中真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮回收石油醚與無(wú)水乙醇，直至濃縮液變?yōu)榻酁橹?。然后?0倍量的去離子水加入濃縮液中，震蕩制成懸濁液，離心分離，重復(fù)10至15次保留沉淀。最后，將上述所得沉淀置于40℃真空干燥箱中干燥5 h即得紫葉李色素。

1.3.3 紫葉李色素檢測(cè)波長(zhǎng)的確定[3]

1.3.3.1 紅外光譜分析

取2 mg紫葉李色素樣品壓片后，在400 cm-1～ 4 000 cm-1范圍內(nèi)進(jìn)行紅外光譜掃描。

例題分析 數(shù)與形是數(shù)學(xué)研究的兩個(gè)重要方面,運(yùn)用數(shù)形結(jié)合思想方法解決數(shù)學(xué)問題時(shí),一方面,我們可以借助“形”的生動(dòng)和直觀性認(rèn)識(shí)“數(shù)”,畫出y=f(x)的圖象,如圖1.另一方面,我們還需將圖形問題轉(zhuǎn)化為代數(shù)問題,借助于“數(shù)”的精確,規(guī)范地闡明“形”的屬性,以獲得精確的結(jié)論．根據(jù)函數(shù)的單調(diào)性和極值,只能畫出函數(shù)的“草圖”,定性地分析函數(shù)兩端的圖象趨勢(shì),即當(dāng)x→0時(shí),f(x)→-∞；當(dāng)x→+∞時(shí),f(x)→-∞．由此得出f(a-1)>0,解得0

1.3.3.2 紫外光譜分析

取2 mg紫葉李色素粉末溶于一定量的無(wú)水乙醇中，取樣，在300 nm～800 nm下進(jìn)行紫外全波長(zhǎng)掃描。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫葉李色素紅外光譜與紫外吸收光譜

圖1和圖2分別為紫葉李色素的紅外光譜與紫外吸收光譜。樣品的紅外特征吸收峰為：3 700～ 3 200 cm-1，（υO(shè)-H）；2 918 cm-1，2 849 cm-1（υCH3，υCH2）；1 740～1 710 cm-1（υ-COO-）；1 687 cm-1（υC=O）；1 670～1 600 cm-1（υC=C）；1 456 cm-1，1 375 cm-1（δCH3，δCH2）；1 164 cm-1，1 034 cm-1（υC-O）；719 cm-1（υO(shè)-H），且其3 100-3 000無(wú)峰，無(wú)苯環(huán)結(jié)構(gòu)，符合文獻(xiàn)描述的類胡蘿卜素由8個(gè)異戊二烯單位首尾相連形成的特征[3,7]。樣品中含有C=O、-COO-、C=C，歸屬于葉綠素的特征結(jié)構(gòu)[3]。樣品在300～800的紫外光譜掃描圖中，在411 nm處附近具有明顯的類胡蘿卜素所特有的“三指峰”。411 nm處吸光度最大，665 nm處的吸光度次之，這兩部分歸屬于類胡蘿卜素和葉綠素特征波長(zhǎng)[3,7]。選擇411 nm最大吸收波長(zhǎng)進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖1 紫葉李色素的紅外光譜圖

圖2 紫葉李色素在300～800 nm處的吸收光譜圖

2.2 紫葉李色素提取工藝的單因素實(shí)驗(yàn)

以類胡蘿卜素的吸光度（411 nm）為考察指標(biāo)，考察色素在不同提取手段、料液比、提取劑、提取時(shí)間下的吸光度變化。

2.2.1 提取方式的影響

在料液比為1:15，溶劑配比（石油醚:無(wú)水乙醇）為8:7的情況下，考察不同的提取方式對(duì)紫葉李色素提取效果的影響，結(jié)果見表1。

表1 提取方式對(duì)紫葉李色素提取效果的影響

由表1可知，超聲波輔助提取法具有最高的提取效率，故后續(xù)的實(shí)驗(yàn)均采用超聲波輔助提取法。

2.2.2 料液比的影響

圖3 料液比對(duì)紫葉李色素提取效果的影響

由圖3可知，隨著料液比的增加，紫葉李色素的提取效果呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，當(dāng)料液比達(dá)到1:11后，紫葉李色素提取效果上升得不明顯，故取1:11為最優(yōu)料液比。

2.2.3 提取劑溶劑配比的影響

在料液比1:11，提取時(shí)間為50 min的條件下，分別在石油醚和無(wú)水乙醇不同配比下討論提取劑對(duì)紫葉李色素提取效果的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 提取劑溶劑配比對(duì)紫葉李色素提取效果的影響

由圖4可知，在石油醚和無(wú)水乙醇配比為5:4時(shí)，紫葉李胡蘿卜素的吸光度達(dá)到最大值。隨著無(wú)水乙醇占比越來越少，紫葉李色素的提取效果越來越差；當(dāng)無(wú)水乙醇占比與石油醚相同時(shí)，紫葉李色素的提取效果略有減少。因此，石油醚與無(wú)水乙醇配比5:4為最佳。

2.2.4 提取時(shí)間的影響

在料液比1:11，溶劑配比為5:4的情況下，考察不同提取時(shí)間對(duì)紫葉李色素提取效果的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 提取時(shí)間對(duì)紫葉李色素提取效果的影響

由圖5可知，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，紫葉李色素提取效果總體呈上升趨勢(shì)，當(dāng)時(shí)間到70 min時(shí)，紫葉李色素提取效果下降，降至與40 min相近。紫葉李色素的提取效果與提取時(shí)間密切相關(guān)，提取時(shí)間過短會(huì)使提取效果不夠充分，達(dá)到一定提取時(shí)間后紫葉李色素幾乎全被提取出來，再延長(zhǎng)提取時(shí)間，提取效果不增反減。因此，提取時(shí)間優(yōu)選為60 min。

2.3 響應(yīng)面優(yōu)化紫葉李色素的提取工藝

2.3.1 回歸模型的建立和顯著性檢驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用Box—Behnken模型，以胡蘿卜素的吸光度（Y）為指標(biāo)，選取料液比（g/ml）以A表示，溶劑配比（ml/ml）以B表示，提取時(shí)間（min）以C表示，設(shè)計(jì)三因素三水平共17個(gè)實(shí)驗(yàn)，響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2，回歸模型方差分析見表3。

表2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

注：胡蘿卜素的吸收峰位于411 nm。

表3 回歸模型方差分析

注：P＜0.01，差異極顯著；P＜0.05，差異顯著。

利用Design-expert 10.0.3軟件對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到二次多項(xiàng)回歸方程：

=10.66+0.91-0.067+8.375×10-3+0.27+0.11-0.45+0.322+0.232-0.152

由表3可見，模型的值為0.001 6，小于0.01，表明該模型極顯著。模型的信噪比為11.825，說明該模型可用于預(yù)測(cè)；修正決定系數(shù)（2Adj）為86.38%，表明總變異中只有13.62%不能用該模型解釋；決定系數(shù)（2）為94.04%，表明紫葉李胡蘿卜素吸光度的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間具有較好的擬合度。失擬項(xiàng)的值為0.105 2，不顯著，也說明使用模型擬合的效果較好。因此，該模型可用于分析、預(yù)測(cè)紫葉李胡蘿卜素的實(shí)際吸光度。

從表3還可以看出，一次項(xiàng)中A回歸系數(shù)極顯著，B和C的回歸系數(shù)不顯著，說明料液比對(duì)紫葉李胡蘿卜素的提取有更為顯著的影響。交互項(xiàng)中唯有BC顯著，說明溶劑配比與提取時(shí)間對(duì)紫葉李色素的提取具有顯著影響。二次項(xiàng)A2顯著，B2和C2不顯著。

2.3.2 最優(yōu)提取工藝條件確定及模型驗(yàn)證

由分析軟件可直接得出紫葉李胡蘿卜素的最優(yōu)提取工藝為料液比1:11、溶劑配比（石油醚:無(wú)水乙醇）9:6、提取時(shí)間40 min，在最佳條件下，紫葉李胡蘿卜素的吸光度理論值為12.510。按上述最佳提取條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)3次，所得紫葉李胡蘿卜素的吸光度分別為12.935、12.865、12.695，平均值為12.832，與預(yù)測(cè)值的誤差為2.57%。說明由響應(yīng)面法所得的紫葉李色素提取條件可靠。

3 結(jié)論

以紫葉李為原料，采用混合溶劑（石油醚與無(wú)水乙醇）超聲波輔助浸取法提取紫葉李色素，用響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝。結(jié)果表明，紫葉李富含有類胡蘿卜素，紫葉李色素的最優(yōu)提取工藝為料液比1:11、溶劑配比（石油醚:無(wú)水乙醇）9:6、提取時(shí)間40 min。

[1] 努爾比亞·亞力坤.南瓜果皮色素提取純化及其性質(zhì)研究[D].烏魯木齊:新疆大學(xué),2015:9-13.

[2] 王循浩,尹楠翔,李倩,等.不同提取及測(cè)定方法對(duì)中藥紫草組方抗氧化性比較[J].廣州化工,2020,48(23):83-86.

[3] 施寶珠.柿皮色素成分鑒定與功能性評(píng)價(jià)[D].咸陽(yáng):西北農(nóng)林科技大學(xué),2018:10-12.

[4] 姜立,朱長(zhǎng)甫,于婷婷,等.類胡蘿卜素的研究進(jìn)展[J].生物化工,2020,6(6):136-139.

[5] 張秋爽.紫葉李在唐山地區(qū)的應(yīng)用及養(yǎng)護(hù)管理[J].新農(nóng)業(yè), 2021,50(17):41-42.

[6] 高艷,李厚華,李玲,等.紫葉李葉片色素成分分析[J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào),2014,31(3):481-487.

[7] 王海濱.類胡蘿卜素的紫外可見光譜特性及其應(yīng)用[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2004,23(4):10-13.

Study on Ultrasonic Assisted Extraction of Purple Leaf Plum Pigment

LIN Yan-jia, LU Yu-chen, FANG Hong-xun, ZHANG Yu-chi

(College of Materials and Chemical Engineering, Minjiang University, Fuzhou350108, China)

Using the natural purple leaf plum as a raw material, purple leaf plum pigment was extracted from purple leaf plum leaves with the mixed solvent of petroleum ether and absolute ethanol. Based on single factor experiment , the extraction process of purple leaf plum pigment was optimized by response surface method, and its antioxidant activity was evaluated. The results showed that purple leaf plum was rich in carotenoids. The optimal extraction process was as follows: solid-liquid ratio of 1:11, solvent ratio (petroleum ether: absolute ethanol) of 9:6 and extraction time of 40 min. under these conditions, the absorbance of carotene was 12.832 and the error with the predicted value was 2.57%. The sample amounts of purple leaf plum pigment with half clearance of DPPH and ptio free radicals were 2.5 and 3 ml respectively, which had certain antioxidant activity.

purple leaf plum; ultrasonic assisted extraction; response surface optimization

O636

A

1009-9115(2022)03-0029-04

10.3969/j.issn.1009-9115.2022.03.009

福州市科技項(xiàng)目（2021SG040），閩江學(xué)院校長(zhǎng)基金（103952021044），閩江學(xué)院教改項(xiàng)目（MJUJG2021B062）

2022-01-25

2022-04-24

林妍佳（2003-），女，泉州人，本科生，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)教育。

（責(zé)任編輯、校對(duì)：琚行松）