紫薯花青素提取分離純化方法的研究進展*

田妍基，許平，馬騰飛，周三女，許麗賓

（1.寧德職業技術學院， 福建 福安 355000；2.福建農林大學食品科學學院， 福建 福州 350002）

紫薯花青素提取分離純化方法的研究進展*

田妍基1，許平2，馬騰飛1，周三女1，許麗賓1

（1.寧德職業技術學院， 福建 福安 355000；2.福建農林大學食品科學學院， 福建 福州 350002）

紫薯營養豐富，花青素又是天然抗氧化劑，對紫薯花青素的研究勢在必行。文章介紹了幾種提取分離純化紫薯花青素的常用方法，希望對花青素的提取分離工作有一定的參考意義。

紫薯；花青素；提?。环蛛x純化

紫薯(Ipomoea batatas (L.) Poir.旋花科Convolvulaceae 番薯屬)又名黑薯，其果肉呈紫色至深紫色。紫薯營養豐富且具有特殊的保健功能，它含有18種氨基酸、8種維生素和10多種礦物元素，還富含硒元素和花青素，極易被人體消化吸收。紫薯的深加工，主要是提取花青素。紫紅薯還可經去皮烘干粉碎等加工制成紫薯全粉，不僅色澤良好，而且具有豐富的營養，是一種很好的食品加工原材料，可以作為各種糕點餅干的主料和輔料。另外，用紫紅薯炸的薯片、加工成的冷凍薯餅和紫薯粉絲等，營養豐富、口感極佳，頗受市場青睞。

花青素是一種天然的紫色素添加劑，它安全無毒副作用，雖然比人工合成的色素價格貴，但仍然暢銷于國際市場。花青素對多種大型疾病如腫瘤癌癥等都有預防和治療作用，有“第七大營養素”的美稱?；ㄇ嗨啬芊乐渭膊?，維護人類健康，是最安全的自由基清除劑，其清除自由基的能力比我們一般所用的自由基清除劑都要強?；ㄇ嗨胤肿咏Y構小，是唯一能透過血腦屏障清除自由基保護大腦細胞的物質，同時能減少抗生素給人體帶來的一些危害。

因此花青素的提取分離方法成為了大家研究的熱點，文章介紹了幾種常用的提取分離紫薯花青素的方法，旨在為大家提供合適高效的選擇。

1 提取方法研究進展

1.1 溶劑提取法

目前，國內外紫薯花青素的提取大多采用溶劑浸提法。常用的提取溶劑有甲醇、乙酮、丙酮以及它們的混合溶劑。為了避免非酚化的花色苷降解，提高花色苷的提取率，可以在有機溶劑中加人少量的有機酸或者無機酸調節提取液的pH值。一般常用的酸有硫酸、鹽酸、碳酸等無機酸以及酒石酸、醋酸、甲酸等有機酸類。

王兆雨等[1]以藍莓果為原料采用乙醇浸提法提取花青素，確定最佳提取條件為pH3.5、浸提溫度50℃、浸提時間60min、乙醇濃度50%、提取1次。在此條件下，花青素提取率為5.8%。杜學禹等人[2]對常規溶劑浸提、超聲波輔助浸提、微波輔助浸提等方法進行了對比，結果表明，當溶劑浸提液為70%的乙醇浸提液時提取率最高，并且超聲波和微波輔助浸提效果明顯比常規溶劑浸提法好很多。

溶劑提取法存在一定程度對紫薯花青素成分的破壞和一些色素的流失等問題，難以高效的利用和研究花青素。因此一些新的提取方法如超聲波、微波、酶法、超高壓等得到了應用。

1.2 超聲波輔助提取法

超聲波作為一種輔助提取手段主要集中在中草藥成分、植物油、多酚、芳香成分、多糖以及其他功能成分的提取等研究領域。超聲波輔助提取法應用前景廣闊，操作方法簡單，速度快，效率高，無污染[3]。Chen等人[4]以樹莓為原料，優化了超聲波輔助提取花青素的最佳工藝參數：液料比4:1 (mL:g)，提取時間200s，超聲波功率400 W。顧紅梅等人[5]對紫甘薯中花青素的超聲波輔助提取方法也進行了研究，最佳提取條件為采用V(0.1%HCl):V(95%乙醇)=40:60為提取劑、料液比為1:40、在60℃下超聲(40Hz)提取30 min，1次提取率可達到89.45 %。許青蓮等人[6]優化紫薯花青素的提取工藝，得出最佳提取條件為：超聲時間15min、超聲頻率100Hz、超聲溫度60℃、提取劑比例95%乙醇：0.1%鹽酸為45:55，料液比為1:10。而在超聲輔助提取紫薯花青素的試驗中，田喜強等人[7]發現當功率300W、超聲時間60min、水浴溫度40℃、料液比1:25、乙酸體積分數15%時提取效果最佳[8]。

1.3 微波輔助提取法

微波通加熱加快分子間的運動，顯著縮短提取時間，較大程度的提高花青素的提取效率。Sun等[9]利用微波輔助提取紅樹莓中花青素，通過響應曲面法優化得出最佳工藝參數：提取溶劑為鹽酸（115mol.L-1）：95%的乙醇=15：85，提取液料比為5mL.g-1，提取時間為53 min，提取溫度為71℃，提取次數2次，通過該工藝得到紅莓花青素的提取率為363.9 μg.g-1鮮果，此工藝正慢慢在改進，同樣適用于紫甘薯花青素的提取。

陳小婕等[10]利用微波輔助提取紫薯花青素，通過響應曲面優化得出最佳工藝參數：檸檬酸質量濃度8.05g.L-1，能量密度28.36W.mL-1，料液比1:30.9g.mL-1，時間為80.7s。在此條件下，花青素的提取量能達到232.14mg.(100g)-1。

任俊等[11]在利用微波輔助有機溶劑提取葡萄籽中原花青素的工藝中，分析了不同溶劑、溶劑濃度、料液比、提取時間與提取次數對花青素提取效果的影響，確定了最佳條件為微波功率中低火、料液比1:12、乙醇濃度70%、微波時間60s、提取1次，提取液中原花青素的含量可達5.2023mg .mL-1。

1.4 微生物發酵或酶解法

此法是利用微生物或酶的作用將細胞壁成分降解，讓胞內的花青素成分迅速滲透擴散出來，以利于提取。該法較溫和，能最大限度的提取有效成分，其應用前景一片廣闊。

汪志慧等人[12]研究了雙酶法提取睡蓮原花青素的浸提條件對原花青素提取率的影響，結果表明最佳工藝參數為：酶解溫度53℃、酶解時間1.6h、pH4.8、果膠酶：纖維素酶=1:1.1，在此條件下原花青素的提取率為5.20%，提取率有明顯提高，且雙酶法提取的花青素比單一酶提取的抗氧化性也更強。

劉潔等人[13]以紫薯中花青素的提取率為指標，對比了酶-微波輔助提取法與單純鹽酸乙醇浸提法、單純微波法和單純酶法對花青素的提取能力，得出當工藝條件為纖維素酶用量3mg.g-1、纖維素酶提取溫度40℃、酶提取時間15min、微波平均輻射功率600W（溫度70℃）、微波輻射時間7min時，所得花青素的提取率為275.8mg.(100g)-1，比單純溶劑浸提法產率提高1.86倍，比單純微波法產率提高0.47倍，比單純酶法產率提高2.21倍。

日本三榮化學工業株式會社利用發酵法制取花青素，得到了一種含淀粉成分非常少且澄清的色素液[14]。韓永斌等[15]發表了一篇用發酵法提取紫甘薯紅色素的專利，其生產工藝被廣為使用。同時富含紫薯花青素的飲料也通過發酵法而制得。

比較各種提取技術，單一方法的提取率遠遠低于2種或多種方法的協作提取，所以在實際生產應用中，應視情況選擇方便快捷且高提取率的提取方式。

2 分離純化研究進展

由提取工藝制得的花青素粗品純度較低，穩定性也很差，不易保存，需要進一步的分離和純化?；ㄇ嗨氐姆蛛x與純化方法是花青素領域的研究重點。下面介紹幾種常用方法。

2.1 大孔樹脂法

經過預處理的大孔樹脂能夠吸附花青素，去除雜質，達到純化精制的目的。大孔樹脂法條件容易控制，操作也很簡單且成本低。但提取物純度不夠高，因此對于純度要求高的試驗不適合采用此種方法[16]。

孫健等[17]發現 AB-8 大孔吸附樹脂在吸附能力上明顯優于其它樹脂，并且確定了AB-8 大孔樹脂動態吸附紫甘薯花青素的最優工藝條件。楊青等人[18]比較了10種大孔樹脂對山竹殼原花青素的吸附和解吸性能，得出大孔樹脂XDA-7對花青素的吸附和解吸性能最佳，能得到純度為66.2%的花青素。

王輝憲等人[19]實驗得出YWD-06C樹脂為純化葡萄籽原花青素的最佳樹脂，確定的最佳吸附條件：溫度20℃、時間6h、pH4；最佳解析條件：解吸液為60%的乙醇水溶液、pH4、時間6h、溫度25℃，經該工藝所得到的純化物中花青素的含量高達92.57%。

2.2 高速逆流色譜法

由于高速逆流色譜法 (HSCCC) 可以完全避免載體對分離效果的影響，成為了目前國際的研究熱點。此法對樣品損耗小，清潔無污染，分離效率高且速度快，能夠一次性分離較大量的樣品，是一種非常有效的分離純化方法[20]。Schwarz等人[21]應用高速逆流色譜技術分別從紫玉米、紅葡萄酒、黑莓中分離得到了各種單體花青素；Du等人[22]采用高速逆流色譜技術分離出了越橘中的2種花青素且該實驗證明了高速逆流色譜技術可以用來大批量分離制備花青素,來解決當前臨床上以及分析中對花青素需求量大的難題。日本 Mon-tilla 等[23]已經將高速逆流色譜法應用在日本紫甘薯的分離制備。杜琪珍等[24]用高速逆流色譜對楊梅花色苷進行分離，結果表明，矢車菊色素-3-β-吡喃型葡萄糖苷是楊梅花色苷主要組成成分，占花色苷總量90%以上。

2.3 固相萃取法

固相萃取法是根據液相色譜法的原理，利用提取物在溶劑和吸附劑間進行選擇性吸附和洗脫，達到分離純化的目的。該法簡單方便、經濟高速、對環境無污染[25]。

楊聞翰等[26]自制SPE固相萃取柱，對桃汁和雪碧中的紅花黃色素進行吸附解吸，通過優化固相萃取條件，使得各組分的回收率為84%～116%。Manhita等[27]通過基質固相萃取分別對黑醋栗、葡萄、草莓花青素進行提取純化，結果顯示該方法與傳統花青素提取方法相比具有提取時間短、溶劑用量少、產量高等優點。

可見，以上方法都能較快較好的分離純化花青素，各種方法采取的條件不同，分離效果也不一樣，因此我們應根據實際情況選用。

3 展望

紫薯花青素具有非常廣泛的開發應用價值，紫薯的貯存、干燥、粉碎度、溫度等都可能影響花青素的提取純化率?；ㄇ嗨氐奶崛》椒ㄕ诓粩嗟陌l展創新，從傳統的溶劑萃取法到微波輔助、超聲波輔助等方式，花青素的提取變得迅速而高效。而分離純化技術中，膜分離濃縮技術在食品工業中的應用也愈加廣泛，此法工藝簡單、能耗低、分離效果好且不會產生二次污染，是非熱加工技術的典范。人們可以利用紫薯花青素開發高、中端不同檔次的各類產品，在保證食品安全的前提下，開發更高效、綠色提取純化紫薯花青素的方法，將對帶動紫薯產業的發展及擴大紫薯應用范圍起到積極促進作用。相信通過更深層次的研究一定會將花青素的提取純化方法標準化，讓花青素得到充分的應用。

[1]王兆雨, 徐美玲, 朱蓓薇.藍莓花青素的提取工藝條件[J].大連輕工業學院學報, 2007, 03:196-198.

[2]杜學禹, 章正格, 王飛.加勒比松樹皮中原花青素的提取工藝研究[J].生物質化學工程, 2007, 06:6-10.

[3]張茜,趙軍鋒,李巨勇.花青素提取,分離及純化方法的研究現狀和發展趨勢[J].生物技術世界, 2014, 03:55-56.

[4]Fang Chen,Yangzhao Sun,Guanghua Zhao,Xiaojun Liao,Xiaosong Hu,Jihong Wu,Zhengfu Wang.Optimization of ultrasound-assisted extraction of anthocyanins in red raspberries and identification of anthocyanins in extract using highperformance liquid chromatography mass spectrometry[J].Ultrasonics - Sonochemistry,2007,146:.

[5]顧紅梅,張新申,蔣小萍.紫薯中花青素的超聲波提取工藝[J].化學研究與應用, 2004, 03:404-405+408.

[6]許青蓮, 邢亞閣, 車振明, 等.超聲波提取紫薯花青素工藝條件優化研究[J].食品工業, 2013, 04:97-99.

[7]田喜強, 董艷萍.超聲波輔助提取紫薯花青素及抗氧化性研究[J].中國釀造, 2014, 01:77-80.

[8]孫建霞,張燕,胡小松,等.花青素的提取、分離以及純化方法研究進展[J].食品與發酵工業, 2008, 08:111-117.

[9]Yangzhao Sun,Xiaojun Liao,Zhengfu Wang,Xiaosong Hu,Fang Chen.Optimization of microwave-assisted extraction of anthocyanins in red raspberries and identification of anthocyanin of extracts using high-performance liquid chromatography mass spectrometry[J].European Food Research and Technology,2007,2253:.

[10]陳小婕,余華,曾畫艷,等.微波提取紫薯花青素及能量密度對提取量的影響[J].現代預防醫學, 2014,05:793-796.

[11]任俊,曹飛,盧金珍.微波輔助有機溶劑法提取葡萄籽中原花青素的工藝研究[J].保鮮與加工, 2010, 04:44-47.

[12]汪志慧, 孫智達, 謝筆鈞.響應曲面法優化雙酶法提取蓮房原花青素[J].食品科學, 2011, 04:64-68.

[13]劉潔,葉婷婷.酶-微波輔助提取紫薯花青素的工藝研究[J].廣州化工, 2012, 21:60-62.

[14]吳巧玲.紫心甘薯紫紅色素的提取工藝研究進展[J].今日科技, 2003, 06:43-44.

[15]韓永斌,范龔健,顧振新,等.一種發酵法提取紫甘薯紅色素的生產工藝[P].中國專利：CN1974676,2007-06-06.

[16]趙麗萍, 江巖.花青素分離純化方法研究進展[J].食品工業, 2014, 04:133-136.

[17]孫健,岳瑞雪,鈕福祥,等.紫甘薯花青素的大孔樹脂動態吸附工藝優化[J].江蘇農業科學,2013,06:227-229.

[18]楊青, 何傳波, 魏好程, 等.大孔樹脂純化山竹殼原花青素的研究[J].熱帶作物學報, 2013, 03:569-573.

[19]王輝憲, 馬玉美, 羅啟枚, 等.大孔樹脂對刺葡萄籽中原花青素的純化[J].湖南農業大學學報：自然科學版, 2010,01:39-44.

[20]陳叢瑾,楊國恩.高速逆流色譜法分離純化黃酮類化合物的研究進展[J].西北藥學雜志, 2011, 04:306-309.

[21]Michael Schwarz,Silke Hillebrand,Saskia Habben,Andreas Degenhardt,Peter Winterhalter.Application of high-speed countercurrent chromatography to the large-scale isolation of anthocyanins[J].Biochemical Engineering Journal,2003,143:.

[22]Qizhen Du,Gerold Jerz,Peter Winterhalter.Isolation of two anthocyanin sambubiosides from bilberry ( Vaccinium myrtillus ) by high-speed counter-current chromatography[J].Journal of Chromatography A,2004,10451:.

[23]Montilla Elyana Cuevas,Hillebrand Silke,Butschbach Daniela,Baldermann Susanne,Watanabe Naoharu,Winterhalter Peter.Preparative isolation of anthocyanins from Japanese purple sweet potato (Ipomoea batatas L.) varieties by highspeed countercurrent chromatography.[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2010,5818:.

[24]杜琪珍, 姜華, 徐淵金.楊梅中主要花色苷的組成與結構[J].食品與發酵工業, 2008, 08:48-51+55.

[25]魏蕾, 呂佳飛,李志洲.花青素的提取、分離與純化方法的研究進展[J].化工科技市場, 2010, 02:14-17+27.

[26]楊聞翰, 董媚嬌, 杜振霞.飲料中紅花黃色素的固相萃取/超高效液相色譜-質譜測定[J].分析測試學報, 2010,05:455-459.

[27]Ana C.Manhita,Dora M.Teixeira,Cristina T.da Costa.Application of sample disruption methods in the extraction of anthocyanins from solid or semi-solid vegetable samples[J].Journal of Chromatography A,2006,11291:.

TS202.3

A

1007-550X（2016）01-0051-04

10.3969/j.issn.1007-550X.2016.01.003

寧德市科技計劃項目（20110175）。

2015-12-20

田妍基（1981-），女，山西文水人，講師，主要從事功能性成分的分離及應用。