紫薯色素兩種提取方法的比對研究

胡夢琳，楊甲甲，代 濤，李 暉*

(四川大學化學工程學院，四川 成都 610065)

紫薯色素兩種提取方法的比對研究

胡夢琳，楊甲甲，代 濤，李 暉*

(四川大學化學工程學院，四川 成都 610065)

以紫薯為原料，采用微波和超聲波對紫薯色素提取方法進行對比研究，正交法探討兩種方法的最佳提取條件和參數。結果表明：微波提取最佳條件為溶劑50%酸化乙醇、料液比1:10(g/mL)、輻射時間12min、溫度75℃；超聲波提取最佳條件為溶劑60%酸化乙醇、料液比1:30(g/mL)、超聲時間30min、超聲溫度60℃；在兩種方法的最佳條件下清除羥自由基，微波清除效率高。綜合比較，微波方法更優。

紫薯色素；微波提??；超聲波提取；正交試驗；羥自由基

紫薯(purple sweet potato)，又叫黑薯，薯肉呈紫色至深紫色，自引進后在中國廣為種植，有良好的經濟效益，在國內外市場上十分走俏，發展前景廣闊。紫薯色素是從紫薯中提取的具有良好生物活性的水溶性天然紅色素，屬花青素類色素(anthocyanidin)，存在于紫薯的塊根、莖、葉和薯皮中，花青素類色素具有優異的抗氧化、抗突變和抗癌，抗輻射活性，調節血壓[1-3]，是一類極具前途的功能型食品添加劑和保健食品基料。在自然狀態下，花青素在植物體內常與各種單糖結合形成糖苷，稱為花色苷(anthocyanin)。目前對紫薯色素有微波及超聲提取方法的報道停留在方法本身的優化，進行方法間的比對甚少[4-6]。本實驗采用微波和超聲波兩種方法，通過正交試驗對比研究相關因素對紫薯色素提取率的影響，以及羥自由基清除率，對超聲及微波提取紫薯色素做對比，旨在為開發利用我國豐富的紫薯資源以及為微波和超聲波提取紫薯色素技術提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯 四川新威信公司。無水乙醇等(均為AR) 成都科龍試劑公司；實驗用水為3次蒸餾水。

1.2 儀器與設備

TU-1901紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；MARSXpres微波消解儀 美國CEM公司；KQ-250DE型超聲波清洗器(40kHz) 昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 樣品制備方法

將新鮮紫薯洗凈，切成約0.3cm厚薯片，于60℃條件下通風烘干，粉碎過60目篩，得到紫薯粉末，置于密閉容器中備用。

1.4 紫薯色素含量的測定

紫薯色素總含量測定參照文獻[6]的方法，通過測得吸光度大小判斷色素的含量(取3次平均值)。

1.5 實驗設計

以微波溫度、料液比、微波時間、質量分數0.1%的HCl與乙醇的體積比進行為影響因素，吸光度為指標進行單因素試驗。根據單因素試驗結果，選取適宜的因素水平進行正交試驗。

計及可再生能源不確定性的孤島微電網概率潮流計算//王晗,嚴正,徐瀟源,李鐵,唐俊刺,周純瑩//(15):110

2 結果與分析

2.1 最大吸收波長的確定

圖1 紫薯色素紫外圖譜Fig.1 Ultraviolet spectrum of purple sweet potato pigment

對紫薯色素采用酸性乙醇溶劑法直接提取，結果見圖1。因為花青素類特征吸收峰為320nm和525nm附近，與本實驗結果基本吻合。而王吰等[7]對不同紫薯品種進行紫外光譜掃描得出，紫薯水溶性色素特征吸收在323nm和528nm。因此本實驗測定紫薯花色苷的吸收波長為324nm。

2.2 紫薯色素提取方法研究

2.2.1 微波提取

精確稱取不同量紫薯粉裝入微波消解罐中，加入不同比例溶劑(保持消解罐內液體體積相同)，浸泡攪拌30min后放入微波消解儀中提取，5min程序升溫到不同溫度下輻射指定時間(輻射過程中保持高速攪拌)，冷卻到室溫后，通過4000r/min離心10min，取上清液稀釋，測定吸光度。

目前提取色素的溶劑普遍為酸性醇溶液，常用的酸為鹽酸和檸檬酸[8-13]，考慮到提取成本，本實驗采用鹽酸。以微波溫度(A)、料液比(B)、微波時間(C)、質量分數0.1%的HCl與乙醇的體積比(D)進行單因素試驗，微波提取單因素試驗結果(數據略)顯示，溫度80℃，料液比1:10，微波時間14min，酸醇比4:6時有最大吸光度?；谧鲜砩乩砘再|[14]考慮，進行L9(34)正交試驗，因素及水平見表1，求出最佳微波提取方法及參數。

表1 微波提取正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing microwave extraction process

表2 微波提取正交試驗設計及結果Table 2 Scheme and results of o orthogonal array design for optimizing microwave extraction process

由表2可知，微波提取時各因素對提取率的影響主次為料液比＞酸醇比＞時間＞溫度，在最佳提取溫度附近，時間、溫度影響甚微。

2.2.2 超聲波提取

提取容器換為帶塞錐形瓶，處理過程及單因素試驗同微波提取。超聲波提取單因素試驗結果顯示，溫度70℃、料液1:40、超聲時間30min、酸醇比4:6時有最大吸光度。參考單因素試驗結果，設計超聲提取正交試驗，因素水平見表3。

表3 超聲提取正交試驗因素水平Table 3 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing ultrasonic extraction process

超聲提取正交試驗結果如表4所示。

由表4可知，超聲波提取時各因素對提取率的影響主次為料液比＞酸醇比＞溫度＞時間，在最佳溫度附近，提取時間和溫度對色素提取影響相當。

表4 超聲提取正交試驗設計及結果Table 4 Scheme and results of o orthogonal array design for optimizing ultrasonic extraction process

2.2.3 驗證實驗

按正交試驗確定的最佳條件，分別用微波和超聲波提取進行3組平行實驗以驗證實驗結果，如表5、6所示。從表5、6可以看出，提取率有較高的重復性，驗證了提取方法的合理性。

表5 微波提取驗證實驗結果Table 5 Results of validation experiments for optimized microwave extraction process

表6 超聲提取驗證實驗結果Table 6 Results of validation experiments for optimized ultrasonicextraction process

2.2.4 羥自由基清除實驗

參照Fenton反應的方法設計反應體系[15]，利用H2O2與Fe2+混合生·OH，但由于·OH具有很高的反應活性，存活時間短，若在反應體系中加入水楊酸，就能有效地捕捉·OH，并產生有色產物。該產物在波長510nm處有強吸收，若在此反應體系中加入具有清除·OH功能的被測物，便會與水楊酸競爭·OH，從而使有色產物生成量減少，采用固定反應時間法，在相同體積的反應體系加入提取液，并以蒸餾水為參比，與試劑空白液比較，在波長510nm處吸光度，測定被測物對·OH的清除作用，其清除率計算公式：

清除率/% =(A0－Ax)×100÷Ax(A0為空白對照，Ax為加入被測物后吸光度)。在10mL的容量瓶中依次加入6mmol/L FeSO41mL，提取液0.5mL和6mmol/L H2O21mL，pH3.5檸檬酸緩沖液1mL搖勻靜置10min，再加入6mmol/L的水楊酸1mL，蒸餾水定容，靜置30min測其吸光度。

表7 微波和超聲提取物對羥自由基清除率Table 7 Scavenging rates of microwave extraction and ultrasonic extraction derived purple sweet potato pigments on hydroxyl free radicals

由表7可以看出，相同體積提取液清除羥自由基，微波提取的清除效率更高。

3 結 論

超聲波提取方法的最佳條件為60℃條件下，紫薯與酸化乙醇(40% HCl-60% C2H5OH)比為1:30(g/mL)超聲30min；微波提取方法的最佳條件為75℃條件下，紫薯與酸化乙醇(50% HCl-50% C2H5OH)比為1:10(g/mL)輻射12min；相較于超聲波而言，微波提取溶劑僅為超聲的1/3，時間減少一半以上，且提取率高；比對清除羥自由基效率，微波提取的清除效率較超聲高。綜合考慮紫薯色素提取方法，微波提取效果更佳。

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Comparative Study on Two Extraction Methods for Purple Sweet Potato Pigment

HU Meng-lin，YANG Jia-jia，DAI Tao，LI Hui*
(College of Chemical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

Purple potato was used as the raw material to extract pigment by microwave and ultrasonic methods. Both methods were compared and optimal extraction parameters of both methods were also explored. The results showed that the optimal microwave extraction conditions were using a 10-fold volume of a mixture of HCl and C2H5OH at a ratio of 50:50 as the extraction solvent to extract the raw material for 12 min at 75 ℃ in a microwave field. The optimal solvent composition for ultrasonic extraction consisted of HCl and C2H5OH at a ratio of 40:60, and material/liquid ratio of 1:30 (g/mL), ultrasonic treatment time of 30 min and extraction temperature of 60 ℃. Microwave extraction derived purple sweet potato pigment had higher hydroxyl free radical scavenging capacity than purple sweet potato pigment obtained by ultrasonic extraction. Overall, microwave extraction is superior to ultrasonic extraction.

purple sweet potato pigment；microwave extraction；ultrasonic extraction；orthogonal array design；hydroxyl free radical

TS207.3

A

1002-6630(2011)06-0247-03

2010-05-18

胡夢琳(1986—)，女，碩士研究生，研究方向為生物分析。E-mail：violet860614@yahoo.com.cn

*通信作者：李暉(1954—)，男，教授，博士，研究方向為藥物工藝學。E-mail：lihuilab@sina.com