超声波提取紫薯花青素的研究

尹艳，罗晓梅，李曼玉，黄莹琳，彭永宏，2

（1.惠州学院生命科学学院，广东惠州 516007；2.华南师范大学生命科学学院，广州 510631）

超声波提取紫薯花青素的研究

尹艳1，罗晓梅1，李曼玉1，黄莹琳1，彭永宏1，2

（1.惠州学院生命科学学院，广东惠州 516007；2.华南师范大学生命科学学院，广州 510631）

以“紫罗兰”紫薯作为试验材料，通过正交试验，研究了超声功率、提取温度、超声时间和料液比（g/ml）对紫薯中花青素提取率的影响，优化研究了紫薯中花青素的工艺条件.结果显示，温度对紫薯花青素的超声波提取影响甚小，而其他三个因素与紫薯花青素的超声波提取都有关联.正交试验结果表明，料液比（g/ml）是对提取率影响最大的因素.超声波提取紫薯花青素的最佳工艺条件是料液比（g/ml）为7：10（m：v），超声时间为3min，超声功率为400W.

“紫罗兰”紫薯；花青素；超声波；正交试验

前言

“紫罗兰”紫薯是一种优良的紫薯品种，含有丰富的花青素，是一种天然色素源和营养食品源［1］.紫薯花青素是一种水溶性的天然色素，能够清除自由基，具有很强的抗氧化活性［2-4］和稳定性［5］，能够抗突变、抗肿瘤［6］，可以减轻肝机能障碍［7-10］，具有预防心血管疾病和Ⅱ型糖尿病等功能［11］.花青素在我国食品、药品、保健品等行业具有广泛的应用前景.

鉴于紫薯花青素优良的特性，紫薯花青素的提取就尤为重要了.2015年，我们通过正交实验得到了热浸提紫薯花青素的最佳工艺，但是，整个工艺耗时4.5 h［12］. 2009年，在水溶性大豆多糖的提取研究中，我们发现超声波能够有效提高提取效率［13］.因此，我们期望借助超声波，找到一种比热浸提法更高效的紫薯花青素的提取方法.

本研究以“紫罗兰”紫薯为原料，在热浸提法［12］的基础上，用超声处理器辅助探究紫薯花青素的提取工艺的优化条件.分别对料液比、提取温度、超声功率以及超声时间等因素进行分析，通过单因素试验和正交试验获取最佳提取工艺条件，以期为花青素的工业提取提供基础和依据.

1 材料与方法

1.1 试材与设备

紫罗兰紫薯惠州学院生命科学系基地种植；

MP120-2电子天平上海精密科学仪器有限公司；

粉碎机上海嘉定粮油仪器有限公司；

LD4-2A低速离心机北京京立离心机有限公司；

722 G可见分光光度计上海仪电分析仪器有限公司；

岛津UV2660紫外可见分光光度计岛津；

美国PALL实验室超纯水系统广州誉维生物科技仪器有限公司；

超声波处理器FS-1200上海生析超声仪器有限公司；

HWS24型电热恒温提取锅上海恒科学仪器有限公司.

1.2 试验方法

1.2.1 预处理和花青素的提取

紫罗兰紫薯收获后，清洗干净，切块，冷冻干燥24h，中药粉碎机粉碎后，过筛，备用［12］.

我们已经研究过用热浸提取法来提取花青素，并得出了最佳的提取条件：最佳的温度55℃，提取剂的比例95%乙醇和0.1%盐酸溶液1：1，料液比1：2以及时间4.5 h.可以分析出，热浸提取耗时过长，因此我们需要再研究用超声波辅助的方法来优化工艺.

精确称取紫罗兰紫薯粉末，根据试验设计，在指定的提取剂的比例，提取时间，提取温度，料液比及超声波辅助下提取一定时间后，样品在离心机中以3 000 r/ min，离心5 min，得到澄清的花青素上清液，将上清液稀释20倍，放入紫外分光光度计中在波长为530 nm下测其吸光度，记录结果，每组重复3次，每次测3次吸光值，重复取平均值.

鉴于热浸提紫薯花青素中温度是影响最大的条件，而一般提取工艺中料液比也是重要的研究对象，同时，大部分的超声波提取工艺研究［13-17］中都把超声时间和超声功率作为最主要的因素进行研究，因此，本研究中，重点对料液比、提取温度、超声功率以及超声时间等因素进行分析，通过单因素试验和正交试验获取最佳提取工艺条件.

1.2.2 单因素试验

1.2.2.1 超声时间对提取效果的影响

提取剂的比例95%乙醇和0.1%盐酸溶液1：1，料液比1：2及提取温度在60℃，在超声波功率为400 W条件下，超声波时间分别为0，2，3，4，5 min，每组重复3次，离心机离心5 min，稀释20倍，测吸光值.

1.2.2.2 超声功率对提取效果的影响

提取剂的比例95%乙醇和0.1%盐酸溶液1：1，料液比1：2及提取时间为30 min，提取温度为60℃，在超声波功率分别为300，400，500，600，700 W，每组重复3次，离心机离心5 min，稀释20倍，测吸光值.

1.2.2.3 料液比对提取效果的影响

提取剂的比例95%乙醇和0.1%盐酸溶液1：1，提取时间为30 min，提取温度为60℃，在超声波功率为400 W条件下，料液比分别为3：10，4：10，5：10，6：10，7：10，每组重复3次，离心机离心5 min，稀释20倍，测吸光值.

1.2.2.4 提取温度对提取效果的影响

提取剂的比例95%乙醇和0.1%盐酸溶液1：1，料液比1：2及提取时间为30 min，在超声波功率为400 W条件下，提取温度分别为40，45，50，55，60，65℃，离心5 min，稀释20倍，测吸光值.

1.2.3 正交试验

根据单因素试验，由于温度对提取效果无明显作用，所以对紫薯花青素超声波功率、料液比、超声时间3个因素进行L9（33）正交试验，因素水平表、结果与分析分别如表1，表2.

表1 因素水平表

2 试验结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 超声时间对提取效果的影响

超声时间对提取效果的影响的结果如图1.由图1可知，在提取剂的比例95%乙醇和0.1%盐酸溶液1：1，料液比为1：2，提取温度为60℃，超声功率为400 W条件下，当超声时间为3 min时花青素提取效果最好.在其他条件不变的情况下，随着超声时间的增加，花青素的提取效果逐渐提高，在3 min时达到最高，当超声时间继续增加，提取效果明显减弱.因此初步选择超声时间为3 min.这可能因为超声时间超过一定时间会破坏花青素的稳定性.综合考虑，选择2，3，4 min作为正交试验的3个水平.

图1 不同提取时间对提取效果的影响

2.1.2 超声功率对提取效果的影响

超声功率对提取效果的影响的结果如图2.由图2可知，在提取剂的比例95%乙醇和0.1%盐酸溶液1：1，料液比为1：2，提取温度为60℃，超声功率为400 W条件下，当超声功率为500 W时花青素提取效果最好.在其他条件不变的情况下，随着超声功率的增加，花青素的提取效果逐渐提高，在500 W时达到最高，继续增大功率，提取效果明显减弱.因此初步选择超声功率为500 W，综合考虑，选择400，500，600 W作为正交试验的3个水平.

图2 不同超声功率对提取效果的影响

2.1.3 料液比对提取效果的影响

料液比对提取效果影响的结果如图3.由图3可知，在提取剂的比例95%乙醇和0.1%盐酸溶液1：1，提取温度为60℃，超声功率为400 W条件下，料液比的效果变化较大，当料液比为6：10时花青素提取效果最好.在其他条件不变的情况下，随着料液比的变化，花青素的提取效果逐渐提高，在6：10时达到最高，之后提取效果明显减弱.综合考虑，选择5：10，6：10，7：10作为正交试验的3个水平.

图3 不同料液比对提取效果的影响

2.1.4 提取温度对提取效果的影响

提取温度对提取效果的影响的结果如图1.由图1可知，在提取剂的比例95%乙醇和0.1%盐酸溶液1：1，提取时间为30 min，超声功率为400 W条件下，当提提取温度为60℃时，花青素提取效果最好.但是，在其他条件不变的情况下，综合发现，温度对花青素的提取效果无明显影响，波动变化也不大，不同温度的结果都是集中在0.5-0.55之间.分析得，温度对提取效果的影响不明显，因此不选取温度这一因素.

图4 不同提取温度对提取效果的影响

2.2 正交试验

表2 正交试验表

我们选取超声时间、超声功率、料液比三个因素进行正交试验，试验结果如表2所示.从表2中可以看到，料液比是对花青素提取效果影响最大的因素，各因素对花青素提取效果的影响程度依次是A＞C＞B，即料液比＞超声功率＞超声时间.从正交试验中也得到了最佳的提取条件A3B2C1，即料液比为7：10，超声时间为3 min，超声功率400 W.

3 验证试验

表3 花青素验证试验数

进行了3次验证试验，花青素的吸光值分别是0.605、0.564、0.562，平均值为0.577，RSD为2.45%.综合分析，可以将A3B2C1确定为最佳提取工艺.

4 结论

本研究以“紫罗兰”紫薯为原料，在热浸提法的基础上，加超声波辅助的方法，通过单因素以及L9（33）正交试验，研究了提取温度、超声功率、超声时间和料液比对紫薯中花青素提取得率的影响，优化研究了紫薯中花青素的工艺条件.

本研究认为温度对超声波提取紫薯花青素影响甚小，而与之前本团队研究热浸提紫薯花青素中温度是对提取率影响最大的因素的结论［12］相悖，可能是在超声波辅助的条件下，提取时间骤然降低（从4.5小时降至3分钟），温度的影响就显得微不足道了.这一结论也与我们之前研究超声波提取水溶性大豆多糖的研究是一致的［13］，也可能在超声辅助的提取过程中，温度的影响是微乎其微的.

在热浸提紫薯花青素的研究中，最佳的提取条件中提取时间4.5h，相对应的A530是1.588［12］.而在本研究中，最佳提取时间是3min，A530是0.577，提取率虽然只有热浸提的1/3，提取时间却大大降低，只是热浸提的1/90，提取效率显著提高.因此，我们找到了一种比热浸提方法更为高效提取方法——超声波辅助提取紫薯花青素的方法.

而与同期其他研究者的研究相比，我们的超声波提取法也具有一定的优势.李琪［14］、田喜强［15］、许青莲［16］和秦紫馨［17］等人也通过超声辅助提取紫薯花青素，其中李琪的研究得出超声时间为30 min［14］，田喜强的超声时间为60 min［15］，许青莲的结论为15 min［16］.而在本研究中，最佳的超声时间只需要3 min.本研究中使用的是超声波细胞破碎仪，能够直接作用于紫薯细胞，使花青素充分释放，与使用超声波清洗仪相比，作用力更强，更直接，整个提取过程也更有效率.本研究中最佳超声功率是400 W，即33 Hz，而与许青莲等人［16］认为的100 Hz，相差较大，与秦紫馨［17］得出的40 Hz，田喜强［15］得出的300 W，比较相近.本研究认为400 W既保证了有较高的提取量，又不会破坏花青素结构，还节约能量，是比较合适的超声功率.仪器是因素之一，紫薯的品种也是影响实验结果的因素之一.因此，本研究是建立在以超声波细胞破碎仪作用下的研究基础上，为“紫罗兰”紫薯花青素的超声提取与应用提供参考依据，并在此基础上进一步促进花青素的大规模的高效生产，并广泛应用于食品、化妆品、医疗等相关行业.

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【责任编辑：吴跃新】

Ultrasonic-assisted Extraction of Anthocyanins from‘Violet’Purple Sweet Potato

YIN Yan1，LUO Xiao-mei1，LI Man-yu1，HUANG Ying-lin1，PENG Yong-hong1，2
（1.School of Life Science，Huizhou University，Huizhou 516007，Guangdong China；2.School of Life Science，South China Normal University，Guangzhou 510631，Guangdong China）

Taking‘Violet’purple sweet potato as test materials，the effect of ultrasonic power，temperature，ultrasonic time and the ratio of raw material to liquid（g/ml）on extraction of anthocyanins from‘Violet’purple sweet potato were studied by orthogonal test.The results showed that temperature was irrelevant to the extraction while the other three factors were relevant to extraction of anthocyanins from‘Violet’purple sweet potato by single factor test.Orthogonal test results showed that the ratio of raw material to liquid（g/ml）was the most relevant factor.The optimum parameters were that the ratio of raw material to liquid（g/ml），ultrasonic time and power was 7：10（m：v），3 minutes and 400W，respectively.

‘Violet’purple sweet potato；anthocyanins；ultrasonic；orthogonal experiment

Q946

A

1671-5934（2016）06-0040-05

2016-10-20

广东省重大科技专项（2011A080801020）；广东省农业技术推广专项（201201162）；惠州学院科研项目（2012QN08）；惠州市科技计划项目（2012-25）；省级大学生创新训练项目（201510577062）

尹艳（1982-），女，江西永新人，实验师，研究方向为植物天然产物的研究.