超聲波提取紅瑞木紅色素工藝參數的遴選

李雷鵬 馬曉倩

(東北林業大學，哈爾濱，150040) (遼寧美術職業學院)

超聲波是一種彈性波，他能產生并傳遞強大的能量［1］。大能量的超聲波作用在液體里，在震動處于稀疏狀態時，超聲波在植物組織細胞里比電磁波穿透更深，停留時間更長，并產生空化作用，使植物細胞破裂。此外，超聲波還有利于植物中的有效成分轉移、擴散及提取［1］。落葉灌木紅瑞木(Cornus alba)春可觀花、夏可觀果、秋葉變紅;枝條越冷越紅，冬季枝條變血紅色，和瑞雪襯托，紅裝素裹分外美麗，為冬季少有的觀皮樹種。是重要的綠化用材，同時還有很好的藥用價值。本試驗通過對紅瑞木紅色素提取工藝參數的遴選，旨在為落葉灌木紅瑞木紅色素的開發和利用提供有益的參考。

1 材料與方法

紅瑞木采摘于東北林業大學試驗林場，采后烘干，粉碎成40目顆粒。

超聲提取紅瑞木紅色素工藝流程：紅瑞木葉片→干燥→粉碎→提取→抽慮→定容→測定。

對紅瑞木色素提取，采用單因素試驗進行。確定最佳的單因素條件然后，通過正交試驗確定最佳的提取工藝條件，同時比較用超聲提取法和其它提取方法提取紅色素的差異［2］。

在紫外-可見光譜下進行全光譜(800～200 nm)掃描，確定紅色素的最大吸收峰處的波長。根據朗伯-比爾定律A=εbc，即A=Kc，以實驗測定的最大吸收波長下的吸光度A來代表色素提取液(pH≤3)的濃度。A越大，表明色素提取率越高。分光光度計測試時，以蒸餾水作為空白對照進行測定［2-3］。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

提取溶劑選擇：準確稱取10份紅瑞木葉片粉末各1 g，依次加入蒸餾水、不同體積比的乙醇水溶液和不同體積比的乙醇-鹽酸(0.1 mol·L-1)溶液、丙酮各20 mL。在溫度40℃、功率250 W、時間30 min提取條件下，進行超聲提取，測定其吸光度。

時間選擇：準確稱取8份紅瑞木葉片的粉末各1 g，加入20 mL乙醇體積比為30%的鹽酸(0.1 mol·L-1)溶液，在溫度40℃、功率250 W、料液質量比(提取物紅瑞木粉末與提取液鹽酸乙醇溶液之比)為1∶20提取條件下，超聲提取5、10、15、20、30、45、70、90 min，測定吸光度。

溫度選擇：準確稱取5份紅瑞木葉片的粉末各1 g，加入20 mL的乙醇體積比為30%的鹽酸(0.1 mol·L-1)溶液。在功率250 W、時間30 min、料液質量比1∶20及溫度分別為30、40、50、60、70 ℃提取條件下，進行超聲提取，測定吸光度。

料液比選擇：在溫度40℃、功率250 W、時間30 min超聲提取條件下，選用溶劑乙醇體積比為30%的鹽酸(0.1 mol·L-1)溶液，料液質量比(g ∶mL)分別為1 ∶15、1 ∶20、1 ∶30、1 ∶40、1∶50時進行超聲提取，測得吸光度。

紅瑞木色素溶液提取率確定：全光譜掃描(200～800 nm)，以實驗測定的最大吸收波長524 nm下的吸光度A524代表紅瑞木紅色素提取液(pH≤3)的濃度。

溶劑的選擇試驗結果見表1。由表1可以看出，乙醇體積比為50%的HCl溶液提取效果最好。但是，乙醇體積比為30%的HCl溶液A值與乙醇體積比為50%時的HCl溶液A十分接近，且乙醇體積比超過50%以后有葉綠素被提取出來，影響紅色素的純化。當乙醇體積比達到70%時，色素還會發生乙酰化，且溶液中雜質含量會增加。綜合考慮，選擇乙醇體積比為30%的HCl溶液。

溫度選擇的試驗結果見表2。由表2可見：當提取溫度為30、40、50、60、70℃時，A值分別為1.010、1.101、1.610、1.516、1.489。由試驗結果可以看出，色素提取率隨溫度升高而呈上升趨勢，當溫度達到50℃時為最高值;當溫度繼續升高，提取液就會出現明顯的渾濁，可能是由于高溫條件下雜質進一步產生。且持續高溫加熱也對色素產生不利影響，使其變得不穩定而造成色素的損失。所以正交試驗選用50℃左右的溫度作為提取溫度。

表1 紅瑞木紅色素提取溶劑選擇

表2 紅瑞木紅色素提取溶劑的溫度選擇

時間選擇的試驗結果見表3。由表3可見：當提取時間為 5、10、15、20、30、45、70、90min時，A值分別為1.401、1.421、1.490、1.516、1.589、1.601、1.589。由試驗結果可以看出，隨著時間的增加，色素的吸光度值變化的比較平穩，這說明時間對提取率的影響變化不是很大。當時間超過70 min后，色素的提取率有下降的趨勢，所以在時間的選擇上以70 min前后為好。

表3 紅瑞木紅色素提取時間選擇

料液比選擇的實驗結果見表4，由表4可見：料液比為1 ∶10、1 ∶15、1 ∶20、1 ∶30、1 ∶40、1 ∶50時，A值分別為0.701、0.721、0.750、0.826、0.909、0.951。由試驗結果可以看出，色素提取率受料液比影響很大，料液比每增加一級吸光度值都會出現明顯的提高。但在實際生產中，為了節約原料考慮，還是要采用適中的料液比例，這樣既保證了色素提取率，又可以有效減少雜質產生，從而有效降低成本。因此，本實驗采用料液比最大一級為1∶50。

表4 紅瑞木紅色素提取料液比選擇

2.2 正交試驗

按照正交試驗設計L9(34)，將單因素試驗中優選的提取條件，即超聲水浴溫度、超聲功率、超聲提取時間、料液比4個因素分成3個水平(見表5)，考察對超聲提取花青素的影響［6-8］。9組試驗所測定的吸光度分別為1.308、1.070、1.048、1.072、1.656、1.401、1.190、1.062、1.639，吸光度越高，色素提取率越高。從正交試驗極差分析(見表6)和正交試驗方差分析(見表7)可知，本實驗所設計的4個因素對紅色素提取率有著不同程度的影響，其中D(料液比)的影響效果最為顯著，各因素影響效果大小依次為：D＞A＞B＞C。即料液比對提取率影響最大，提取溫度、提取功率和提取時間影響相對較小。從正交試驗結果看，超聲提取的最佳工藝組合為A2B3C3D1，即：溫度60℃、功率250 W、料液比1∶30提取條件下，超聲提取70 min，提取率最大。

表5 試驗因素與水平

表6 正交試驗極差分析

表7 正交試驗方差分析

3 結論

紅瑞木紅色素提取工藝：選擇乙醇與鹽酸體積比為30%的鹽酸(0.1 mol·L-1)乙醇溶液作為提取溶劑，各因素影響效果大小依次為：D＞A＞B＞C。確定最佳工藝組合為A2B3C3D1，即：溫度60℃、功率250 W、料液比1∶30提取條件下，超聲提取70 min，提取率最大。

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