黑米花青素的浸提工艺优化及稳定性研究

田喜强，董艳萍，赵东江

（绥化学院食品与制药工程学院，黑龙江绥化152061）

黑米花青素的浸提工艺优化及稳定性研究

田喜强，董艳萍，赵东江

（绥化学院食品与制药工程学院，黑龙江绥化152061）

该文对黑米花青素的提取工艺进行优化，在单因素试验的基础上，以浸提时间、料液比、提取温度为自变量，通过正交试验得到浸提黑米花青素的最佳工艺条件为乙醇、乙酸乙酯混合溶液1∶1（V/V），提取时间90 min，提取温度80℃，料液比1∶6（g∶mL）。在此工艺条件下，黑米花青素吸光度值为3.761。进一步研究不同温度、光照、氧化剂等贮藏条件对黑米中花青素稳定性的影响。结果表明，黑米花青素在≤80℃的环境中存放具有一定的稳定性；日光对黑米花青素的稳定性有很大影响，应避光保存；氧化剂对花青素有明显的破坏作用，其体积越大，破坏作用越大。

黑米；花青素；浸提工艺；稳定性

目前，随着人工食品着色剂安全性的降低，天然色素作为食品着色剂的使用量不断增加［1-4］。天然色素广泛存在于有色水果和蔬菜中，在黑莓、蓝莓、越橘、葡萄、红莓、草莓、桑葚、黑豆、甘蓝、紫甘薯等蔬菜和水果中色素含量均较高［5-11］。黑米花青素具有纯天然效应和营养功能，应用于食品中安全性高，对人体无害，具有广阔的市场应用前景。黑米是稻米中的珍品，富含药用价值很高的黑米花青素，安全无毒，具有营养和药理作用，能够增强血管弹性，改善循环系统和降低冠心病发病率，改善视敏度，抗氧化和抗癌活性，改善关节柔韧，是滋补佳品［12-15］。黑米花青素作为一种天然食用色素，因其原料来源多，价格低廉，受到广大消费者的欢迎，有可能成为一种广泛使用的新型食用色素源。

本研究考察了黑米花青素的浸提工艺，通过正交试验对提取工艺进行优化，对黑米花青素的稳定性进行了研究，以期为黑米花青素的进一步应用提供了理论参考。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

黑米（粉碎过60目筛）：市售；黑米花青素提取液：本实验室保藏；甲醇、无水乙醇、乙酸乙酯、过氢化氢（均为分析纯）：天津科密欧化学试剂公司。

1.2仪器与设备

TU-1901紫外-可见分光光度计：北京普析通用仪器公司；JBZ-14H型磁力搅拌器：上海隆拓仪器有限公司。1.3方法

1.3.1黑米花青素最大吸收波长的确定

取一定量黑米花青素提取液用乙醇和乙酸乙酯混合溶液稀释至适当浓度，采用TU-1901紫外可见分光光度计在波长350～650 nm范围内进行全波长扫描，测定黑米花青素的吸收光谱，确定其最大吸收波长。

1.3.2单因素试验

提取溶液的确定：称取2.00 g黑米粉4份，分别溶于10 mL的无水乙醇、甲醇、乙酸乙酯和1∶1的无水乙醇和乙酸乙酯混合液中，在20℃恒温浸提30 min，过滤，分别用提取液定容至50 mL。利用紫外分光光度计测定吸光度值，确定最佳提取溶液。

料液比的确定：称取2.00 g黑米粉5份，溶于1∶1的无水乙醇和乙酸乙酯的混合溶液中，使料液比为1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10（g∶mL），在20℃恒温浸提30 min，过滤，定容至50 mL。利用紫外分光光度计测定吸光度值，确定最佳提取料液比。

提取温度的确定：称取2.00 g黑米粉，溶于10 mL 1∶1的无水乙醇和乙酸乙酯混合液中，分别在20℃、40℃、60℃、80℃恒温浸提30 min，过滤，定容至50 mL。利用紫外分光光度计测定吸光度值，确定最佳提取温度。

提取时间的确定：称取2.00 g黑米粉，溶于10 mL 1∶1的无水乙醇和乙酸乙酯混合液中，分别在20℃恒温浸提30 min、60 min、90 min、120 min，过滤，定容至50 mL。利用紫外分光光度计测定吸光度值，确定最佳提取时间。

1.3.3黑米花青素提取条件的优化

在单因素试验的基础上，以提取液的吸光度值为评价指标，设计L9（33）正交试验考察提取温度、料液比、提取时间对黑米花青素提取液吸光度值的影响，确定黑米花青素的最佳提取工艺，正交试验因素水平见表1。

表1　黑米花青素提取工艺优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for anthocyanins from black rice extraction conditions optimization

1.3.4黑米花青素的稳定性试验

温度对黑米花青素稳定性的影响：取4支25 mL具塞比色管，在每个带塞锥形瓶中分别加入10 mL的花青素提取液。分别置于20℃、40℃、60℃、80℃恒温水浴锅中，30 min后取样，在波长530 nm处测定吸光度值。

光照时间对黑米花青素稳定性的影响：取4支25 mL具塞比色管，取10 mL配制好的黑米花青素溶液，分别放入25 mL的比色管中置于日光直射区，自然放置，分别在1 h、2 h、3 h和4 h时取样，在波长530 nm处测定吸光度值。

氧化剂对黑米中花青素稳定性的影响：分别取等量的黑米花青素溶液10 mL，置于5支25 mL具塞比色管，1支对照样，另外4支分别加入0.1 mL、0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL过氧化氢溶液，在波长530 nm处测定吸光度值。

2　结果与分析

2.1黑米花青素最大吸收波长的确定

使用TU-1901紫外分光光度计在波长350～650 nm范围内进行扫描，确定黑米花青素提取液的最大吸收波长，黑米花青素的吸收光谱图见图1。

图1　黑米花青素的紫外吸收光谱图Fig.1 UV absorption spectrogram of anthocyanins from black rice

由图1可知，黑米花青素提取液最大吸收波长为530 nm。

2.2单因素试验

2.2.1提取溶液对黑米中花青素提取的影响

图2　不同提取溶液对黑米花青素提取的影响Fig.2 Extraction effect of black rice anthocyanins in different extraction solvents

由图2可知，1∶1的无水乙醇与乙酸乙酯混合溶液的吸光度值最大，提取效果最好。故选择最适提取溶剂为无水乙醇与乙酸乙酯混合溶液1∶1（V∶V）。

2.2.2料液比对黑米中花青素提取的影响

图3　料液比对黑米花青素提取的影响Fig.3 Effect of solid-liquid ratio on black rice anthocyanins extraction

由图3可知，吸光度值随料液比的增加而增加，并在料液比为1∶6（g∶mL）时处达到最大值，继续增加料液比，吸光度值缓慢减小，故选择最适提取料液比为1∶6（g∶mL）。

2.2.3提取温度对提取花青素的影响

图4　提取温度对黑米花青素提取的影响Fig.4 Effect of extraction temperature on black rice anthocyaninsextraction

由图4可知，温度为20～80℃时，溶液的吸光度值随提取温度的升高而增加，说明温度高对黑米花青素提取有利；温度超过80℃后，吸光度值下降；因此，选择最适提取温度为80℃。

通过24位的AD转换器ADS1212P进行AD转换，由于ADS1212P采用5V参考电压，因此与MS430单片机连接时采用光电隔离电路H11L1进行信号的隔离，读取AD1212P的AD转换结果采用的是SPI总线（见图3）。

2.2.4提取时间对花青素提取的影响

图5　提取时间对黑米花青素提取的影响Fig.5 Effect of extraction time on black rice anthocyanins extraction

由图5可知，在提取时间30～90 min范围内，吸光度值随提取时间延长而增加，当提取时间为90 min时，吸光度值（花青素的提取量）达到最大值，在90～120 min范围内吸光度值随提取时间增加而减小。故选择最适宜提取时间为90 min。

2.3正交试验

黑米花青素提取工艺优化正交试验结果与分析见表2，方差分析见表3。从表2及表3可以看出，3个因素对黑米花青素的提取率的影响大小依次为C＞A＞B，即提取时间＞提取温度＞料液比，其中，提取时间对提取率的影响显著；3个因素的最优组合为A3B1C1，即当提取温度为80℃，料液比为1∶4（g∶mL），提取时间为30 min时，吸光度值为3.761，花青素提取效果最好。

表2　黑米花青素提取工艺优化正交试验结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for black rice anthocyanins extraction conditions optimization

表3　正交试验结果方差分析Table 3 Variance analysis of the orthogonal experiments results

2.4黑米花青素稳定性的研究

2.4.1温度对黑米花青素稳定性的影响

表4　温度对黑米花青素稳定性的影响Table 4 Effect of temperature on black rice anthocyanins stability

由表4可以看出，在20～80 ℃保存时，吸光度值分别为0.802、0.796、0.792、0.788，随着保存温度的升高，黑米花青素的吸光度值略有下降。当温度在100 ℃时，吸光度值下降趋势明显，这说明了温度过高时黑米花青素吸光度值下降。因此，应放置在≤80 ℃的环境之中。

表5　光照时间对黑米花青素稳定性的影响Table 5 Effect of illumination time on black rice anthocyanins stability

由表5可知，在光照0～4 h时吸光度值分别为0.852、0.827、0.784、0.631、0.425。说明在光照条件下花青素的稳定性下降，因此，花青素最好避光保存。

2.4.3氧化剂（过氧化氢）对花青素稳定性的影响

表6　氧化剂对黑米花青素稳定性的影响Table 6 Effect of oxidizing agent on black rice anthocyanins stability

由表6可知，当过氧化氢加入量为0～0.5 mL时，吸光度值分别为0.983、0.802、0.715、0.532、0.328。可见黑米花青素在过氧化氢的作用下变化较大，随着过氧化氢加入量的增加，吸光度值下降明显。故氧化剂对花青素有明显的破坏作用，氧化剂量越大，破坏作用越大。所以黑米花青素食品在制造、储存和运输过程中应尽量避免与氧化剂接触，以保持食品色泽。

3　结论

黑米富含天然花青素，其色泽明显，具有显著的药理功能。通过试验得出黑米花青素的最佳提取条件：最佳提取溶剂为无水乙醇与乙酸乙酯混合溶液1∶1（V∶V）、提取时间30 min、提取温度80℃、料液比1∶4（g∶mL）。经验证，该工艺条件下黑米花青素吸光度值为3.872。同时，稳定性研究表明：黑米花青素在≤80℃的环境中存放具有一定的稳定性；光照对黑米花青素的稳定性有很大影响，避光保存花青素的稳定性最好；氧化剂对花青素有明显的破坏作用，其体积越大，破坏作用越大。该提取工艺为黑米花青素的进一步应用提供了理论参考。

［1］钟岩，李泽鸿，邵明富.黑米色素的提取方法及稳定性研究［J］.北方园艺，2008（10）：71-73.

［2］孙丽华，江月仙，王巧懿.天然抗氧化剂原花青素的保健功能及其应用［J］.食品研究与开发，2004，25（2）：109-112.

［3］田喜强，董艳萍，马松艳.茄子皮红色素浸提工艺及稳定性研究［J］.中国酿造，2014，33（5）：133-136.

［4］周宝利，张琦，叶雪凌，等.不同品种茄子果皮花青素含量及其稳定性［J］.食品科学，2011，32（1）：99-103.

［5］陈海华.茄子皮红色素稳定性研究［J］.粮油食品科技，2009，17（3）：47-49.

［6］张守媛，李太衬，栾波，等.响应面法优化茄子皮色素的浸提工艺及抗氧化性研究［J］.中国酿造，2013，32（4）：118-122.

［7］许友姣，刘洋，陆利霞.新天然色素的研究进展［J］.食品研究与开发，2009，30（1）：165-169.

［8］张会香，杨世军，梁闪坐.紫甘蓝色素的抑菌性和抗氧化性研究［J］.食品工业，2010（4）：64-66.

［9］王伟，严贤春，王箫，等.白杜果肉黄色素的提取及其稳定性研究［J］.食品研究与开发，2009，30（3）：173-177.

［10］蔡吉清，李秀玲.微波辅助法提取紫甘薯中的原花青素及含量的测定［J］.浙江化工，2011，42（2）：29-30.

［11］李月，陈锦屏.石榴果汁花青素的稳定性及其护色工艺研究［J］.食品工业科技，2004，25（12）：74-76.

［12］石娟，张曼莉，孙汉巨，等.黑米花青素体内抗氧化研究［J］.食品工业科技，2015，36（5）：348-369.

［13］张文佳，张昊琛，鲍康胜，等.黑米花青素提取与纯化工艺研究［J］.安徽农业科学，2015，39（36）：22561-22563.

［14］吴素萍，徐桂花.试论黑米的营养价值及其应用［J］.食品工业，2004（5）：5-6.

［15］孔令瑶，汪云，曹玉华，等.黑米色素的组成与结构分析［J］.食品与生物技术学报，2008（2）：25-29.

TIAN Xiqiang，DONG Yanping，ZHAO Dongjiang
（Department of Food and Pharmaceutical Engineering，Suihua University，Suihua 152061，China）

The optimum conditions for the anthocyanins extraction from black rice were determined using orthogonal experiment.On the basis of single-factor experiments，using extraction time，solid to liquid ratio and extraction temperature as evaluation factor，the extraction process was optimized by orthogonal test.The results showed that the optimal extraction conditions were ethanol and ethyl acetate mixture（1∶1）as extract，extraction time 90 min，temperature 80℃，solid-liquid ratio 1∶6（g∶ml）.Under these conditions，the absorbance value of the black rice anthocyanin was 3.761. Moreover，the effects of different storage conditions of temperature，illumination，oxidizing agent on the stability of anthocyanins were investigated，and results showed that black rice anthocyanins showed certain stability when the temperature was less or equal to 80℃，daylight had a great effect on the stability of black rice anthocyanins，which should be kept away from light.Oxidizing agent had obvious damage effect on anthocyanins，the larger volume，the greater damage.

black rice；anthocyanins；extraction technology；stability

TS215

0254-5071（2016）06-0161-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.06.034

2015-11-27

绥化学院科学技术研究项目（K1501001）

田喜强（1979-），男，副教授，硕士，主要从事纳米材料和食品功能成分的研究工作。