超聲波提取紅牡丹色素的工藝研究

高燕，楊品珍，馬銀海

（昆明學院化學科學與技術系，云南昆明650214）

牡丹（Paeonia suffruticosa）為毛莨科、芍藥屬落葉性野生小灌木，廣泛分布于河南洛陽、山東菏澤、安徽銅陵、陜西漢中、河北柏山四川、甘肅和浙江等地，且種類很多。研究發現，牡丹具有廣泛的應用價值，一是應用于觀賞，二是藥用，還可食用，牡丹花中的原花色素是目前世界上已知的抗氧化活性最強的物質，對人體具有很強的保健作用[1-4]。紅牡丹花中含有色澤亮麗的天然紅色素，是食用天然色素開發的優質資源。本文利用超聲波技術提取紅牡丹花中的天然紅色素，通過單因素和正交實驗，研究了紅牡丹色素最佳提取工藝條件，為開發和利用紅牡丹色素提供基礎研究資料。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

紅牡丹花：購自昆明王府井百貨。

1.1.2 試劑

鹽酸、氫氧化鈉均為分析純。

1.1.3 儀器

UV-2450紫外可見分光光度計：日本島津公司；酸度計：上海雷磁儀器廠；722N可見分光光度計：北京瑞利分析儀器公司；CAV264C電光天平：奧豪斯儀器有限公司；JK-100DVB三頻數控超聲波清洗器：安徽合肥金尼克有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 紅牡丹色素吸收光譜的測定

用UV-2450紫外可見分光光度計在波長400nm～600nm之間對紅牡丹色素提取液進行掃描，以pH=1的鹽酸溶液作參比，測定色素的吸光度，確定最大吸收波長。

1.2.2 紅色素提取的單因素實驗

根據作者前期研究結果，本實驗以酸水（pH 1.0）作為提取劑提取紅牡丹紅色素。準確稱取1.00 g紅牡丹花原料，按料液比為1∶200（g/mL）加入提取劑，置于超聲波循環萃取儀中，在一定的超聲波功率和溫度下提取一定時間，過濾，合并所得濾液，定容至相同體積，用分光光度法在最大吸收波長525 nm下測定紅色素的吸光度。

1.2.3 紅色素提取的正交實驗

根據單因素實驗結果，選取超聲波功率、提取溫度、提取總時間3個因素，每個因素取3個水平，做L9（33）正交實驗，以確定超聲波法提取牡丹紅色素的最佳工藝條件。運用正交設計方法進行統計分析。

2 結果與討論

2.1 紅牡丹色素特征吸收光譜

紅牡丹色素提取液在可見光區掃描，結果見圖1。

圖1 紅牡丹色素可見吸收光譜圖Fig.1 Visible absorption spectrum of pigment from Red peony

由圖1可知，紅牡丹色素在可見光區525 nm處有最大吸收，有典型的花青素光譜吸收特征[4]。確定紅牡丹色素最大吸收波長為525 nm。

2.2 單因素實驗

2.2.1 超聲波功率對色素提取率的影響

稱取1.00 g已被粉碎的紅牡丹花瓣5份，分別加入200 mLpH=1的酸水浸泡5 min后，置入超聲波儀中，在溫度為30℃恒溫條件下，以不同超聲波功率輻射15 min，在525 nm下測其上層清液的吸光度，結果如圖2。

圖2 超聲波功率對色素提取影響Fig.2 Effect of ultrasonic power on the extraction efficiency of pigment

由圖2可知，色素提取液的吸光度開始隨超聲波功率增大而增大，超聲波功率越大細胞組織結構破壞越嚴重，色素滲出率就越高。當功率達60 W時，吸光度出現最大值，再增加超聲波功率時，吸光度開始下降，因為功率過大，超聲波的強烈震蕩對色素分子結構有一定影響[5]，因此，超聲波功率選擇60 W為好。

2.2.2 超聲波提取溫度對色素提取功率的影響

稱取1.00 g紅牡丹花瓣4份，分別加入200 mL pH=1的酸水浸泡5 min后，置入超聲波儀中，超聲波功率60 W，在不同溫度進行下超聲輻射15 min，在525 nm下測其上層清液的吸光度，結果如圖3。

圖3 超聲溫度對色素提取率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic temperature on the extraction efficiency of pigment

由圖3可知，隨溫度升高，色素提取液吸光度增大，到45℃具有最佳提取效果，色素能較好溶出。高于45℃，吸光度開始下降，60℃后吸光度又開始增大增大，因此，溫度選擇45℃較好。

2.2.3 超聲波提取時間對色素提取率的影響

稱取1.00 g紅牡丹花瓣5份，分別加入200 mL pH=1的酸水浸泡5 min后，置入超聲波儀中，超聲波功率60 W，恒溫45℃，以不同超聲波輻射時間進行實驗，在525 nm下測其上層清液的吸光度，結果如圖4。

圖4 超聲時間對色素提取率的影響Fig.4 Effect of ultrasonic time on the extraction efficiency of pigment

由圖4可知，色素提取液的吸光度隨時間的延長先增加后減小，在20 min時吸光度達最大值，說明色素滲出最多，因此，超聲時間選擇20 min適宜。

2.3 正交實驗的優化組合

依據單因素實驗的基礎，利用正交實驗對紅牡丹色素提取工藝條件進行優化組合，以超聲功率、超聲溫度和超聲時間為考察因素，采用L9（33）進行正交實驗，因素與水平的選擇見表1，正交實驗方案和結果見表2，并進行重復性實驗3次。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels of test

表2 L9（33）正交實驗方案和結果Table 2L9（33）orthogonal design experiment and results

表3 方差分析Table 3 Analysis of variance

從表2各因素的極差（R）大小和表3方差分析可知，影響牡丹紅色素提取效果的因素從主到次依次為：C＞B＞A；其中超聲時間的影響最大，超聲溫度的影響次之，顯著水平均（a＜0.10）。從表2每個因素3個水平的值大小及表3方差分析可知，最佳提取條件組合為A1B2C2，即超聲波提取火棘紅色素的最佳工藝條件是：超聲功率50 W、超聲溫度45℃、超聲時間20 min。

3 結論

用酸水作提取劑，超聲波法提取牡丹中紅色素的最佳工藝條件為：超聲功率50 W、超聲溫度45℃、超聲時間20 min。且具有工藝簡單易操作、提取時間短、提取率高等特點，可做為紅牡丹色素提取的一種新方法。

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