枸杞紅色素的提取工藝

任旭桐，崔振華*，邱佳，徐桂花，劉敦華，楊子輝，劉鳳偉

(1.寧夏紅枸杞產業集團有限公司，寧夏 銀川 750000；2.寧夏紅愛枸杞產業科技有限公司，寧夏 銀川 750000；3.寧夏大學 農學院，寧夏 銀川 750000；4.長安大學 工程技術學院，陜西 西安 710064；5.湖南人文科技學院 信息學院，湖南 婁底 417000)

枸杞(Lyciumbarbarum)為茄亞目茄科枸杞屬灌木植物成熟果實[1]，始見于《詩經》。《鄭風·將仲子》里云：“將仲子兮，無逾我里，無折我樹杞”，明代藥物學家李時珍曾記載：“枸杞，二樹名。此物棘如枸之刺，莖如杞之條，故兼名之”。枸杞喜光照，耐鹽堿，主要產區為我國的西北五省(陜西、甘肅、寧夏、青海、內蒙古)，以及河北、天津等地[2]，其中寧夏枸杞享譽盛名，并作為唯一品種收錄于《中國藥典》(2010版)，其果實、葉、花、根等都可作為藥材使用。枸杞子之所以呈現紅色是因為果實中含有較多的花色苷成分[2]。花色苷是花色素與糖以糖苷鍵結合而成的一類化合物[3]，水溶性較好，屬于黃酮類色素，一般存在于植物的根、莖、葉、花、果實等器官的細胞液中[4]，它不僅可以使植物呈現紅色、紫紅色等不同的顏色，還具有很多生理活性功能，是一種非常理想、亟待開發的植物紅色素儲備資源。

食用色素按照來源一般分成2大類，即天然色素和人工合成色素[5]。19世紀中葉前，食品工業發展較為落后，普遍使用天然色素著色，例如紅曲色素制酒。1856年，首個合成有機色素誕生，因優點較多逐漸成為主要的食用色素。直至20世紀90年代，科學家發現人工合成色素存在明顯的致癌性和一系列毒副作用，繼而將研究方向逐步向天然色素靠攏[6-8]，與合成色素穩定的優勢相比，雖然天然色素受到加工的時長、溫度、周期、食品酸度等不利因素影響，但由于其無毒、安全、色澤自然的先決條件，并且具備一定的營養效果和藥理作用，更符合人們的心理需求，隨著科技的進步，其穩定性逐步得到提升，產品應用也愈發便捷安全[9-11]。枸杞果實中所含的豐富紅色素，是亟待開發的優質天然色素資源[12]。開發性質穩定、純度高、品質佳，以及具備相應附加值等多元化的枸杞紅色素產品，符合未來健康食品發展的趨勢。本研究采用溶劑浸提法和超聲輔助法研究了枸杞紅色素的提取效果，并設計單因素試驗和正交試驗優化枸杞紅色素提取的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮枸杞果實由寧夏紅枸杞產業集團有限公司提供，乙酸乙酯(分析純)、正己烷(分析純)購自無錫市亞盛化工有限公司；丙酮(分析純)、乙醇(分析純)購自上海化學試劑有限公司；純凈水(分析純)購自南京娃哈哈飲料有限公司。

UV-2000型紫外可見分光光度計購自日本Shimadzu公司，AR224CN系列電子天平(0.000 1 g)購自上海奧豪斯儀器有限公司，JP-010恒溫超聲波提取儀購自深圳市潔盟清洗設備有限公司，DEF-6050真空干燥箱購自上海博訊實業有限公司，101-AB電熱鼓風干燥箱購自天津市泰斯特儀器有限公司，TGL-16G離心機購自上海安亭科學儀器廠，800粉碎機購自永康紅太陽機電有限公司，SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵購自鄭州長城科工貿有限公司，KH-100B超聲波清洗器購自昆山禾創超聲儀器有限公司。

1.2 處理設計

1.2.1 原料預處理

將新鮮枸杞果實清洗后置于烘箱，在一定溫度(60～65 ℃)下烘干至質量恒定。去葉柄，粉碎后過篩，然后將(40、60、100目)不同粉碎度(孔徑0.42、0.25、0.149 mm)的枸杞末分裝于自封袋中，于5 ℃冷藏備用。

1.2.2 單因素試驗

枸杞紅色素的主要成分是黃酮類色素花色苷，查找文獻得知花色苷在0.01%鹽酸-甲醇溶液中的最大吸收波長Amax-vis在可見光區的500～540 nm處[13]。試驗室分離純化得到的枸杞紅色素，經紫外分光光度法鑒定，在520 nm處出現最大吸收波長。

提取溶劑的選擇：準確稱取5份1.0 g樣品置于具塞試管，分別倒入乙酸乙酯、正己烷、丙酮、乙醇和純凈水各10 mL，振蕩溶解。然后置于50 ℃恒溫水箱內提取2 h。過濾并離心，取1 mL上清液于10 mL容量瓶中，定容，在520 nm處測其吸光度。

提取方法的選擇：準確稱取2份1.0 g樣品置于具塞試管內，分別倒入10 mL純凈水。1支試管置于50 ℃恒溫提取2 h，另1支超聲常溫提取30 min。過濾并離心，取1 mL上清液于10 mL容量瓶中，定容，在520 nm處測其吸光度。

單因素試驗：以枸杞為原料，通過控制提取溫度(50、60、70、80、90 ℃)、提取時間(1、2、3、4、5 h)、液固比(10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1)和粉碎度(40、60、100目)4個因素，探討不同提取條件對枸杞紅色素提取效果的影響。

1.2.3 正交試驗

在單因素試驗結果的基礎上考查，進行4因素3水平試驗，將吸光度作為評價指標對枸杞紅色素的提取工藝展開進一步優化。各因素的1、2、3水平分別為：A(提取時間)3、4、5 h，B(提取溫度)70、80、90 ℃，C(粉碎度)40、60、100目，D(液固比)1∶15、1∶20、1∶25。

2 結果與分析

2.1 適宜提取溶劑

采用溶劑浸提法，在50 ℃下，提取粉碎度為100目的枸杞葉末2 h，液固比為1∶10時，不同提取溶劑對枸杞紅色素提取效果的影響如表1所示。乙酸乙酯、正己烷、乙醇作為提取劑，濾液雖澄清，但吸光度較小。由Lambert-Beer定律可知，乙醇提取枸杞紅色素含量最低，正己烷與乙醇提取的枸杞紅色素吸光度相近，而丙酮和純凈水提取的濾液雖然渾濁，但吸光度較高，考慮到丙酮具有一定毒性，而純凈水成本較低，回收方便。綜合考慮，枸杞紅色素的最佳提取溶劑為純凈水。

表1 不同溶劑提取枸杞紅色素的效果

2.2 適宜提取方法

通過設置不同提取時間和提取溫度，在相同條件下，考察溶劑法和超聲輔助法對枸杞紅色素提取效果的影響。如表2所示，超聲輔助法用時少，溫度低，提取得到枸杞紅色素含量更高，故選擇超聲輔助法作為本次試驗提取方法。

表2 不同方法對枸杞紅色素的提取效果

2.3 單因素試驗

2.3.1 溫度對枸杞紅色素提取效果的影響

從圖1可知，提取液吸光度隨著提取溫度的升高逐漸上升，提取溫度達到80 ℃時，吸光度達到峰值，為0.394 0；持續升溫，吸光度開始下降。推測在紅色素提取中隨著溫度升高，分子間動能增加，相互產生劇烈碰撞，有效碰撞機會增多，導致色素大量溶出；當溫度超過80 ℃，各分子碰撞更加劇烈，相應產生的動能也急劇增大，使得部分非紅色素物質也被溶解在溶液體系中，從而使提取液中參有較多雜質，導致枸杞紅色素有效濃度較低，吸光度下降。綜上所述，提取枸杞紅色素的最佳溫度為80 ℃。

圖1 溫度對枸杞紅色素提取效果的影響

2.3.2 時間對枸杞紅色素提取效果的影響

從圖2可知，隨著提取時間的延長，紅色素提取液吸光度也在持續上升。因為提取時間的延長使得枸杞紅色素大量溶出，體系濃度逐漸變大。提取時間超過4 h后，紅色素提取液吸光度雖在上升，但上升速率明顯放緩。提取5 h時，提取液吸光度增長不顯著，僅僅提高了0.005 5。因此，從提取效率來看，最佳提取時間為4 h。

圖2 時間對枸杞紅色素提取效果的影響

2.3.3 液固比對枸杞紅色素提取效果的影響

由圖3可知，紅色素提取液吸光度隨著液固比的增大整體趨勢符合普拉斯-高斯曲線，當液固比達到20∶1時，提取液吸光度達到最大，為0.505 4。此后，隨著液固比的逐漸增大，提取液吸光度逐漸下降。說明起初溶液體系因液固比過小，導致枸杞紅色素溶出較少，隨著液固比增大，枸杞紅色素溶出量增多。但是液固比增加過快，使得整個溶液體系溶劑過多，進而會引起其他非色素物質溶出，對整個體系產生干擾，導致枸杞紅色素濃度下降，提取液吸光度變小。綜上所述，最佳的液固比是20∶1。

圖3 液固比對枸杞紅色素提取效果的影響

2.3.4 粉碎度對枸杞紅色素提取效果的影響

由圖4可知，隨著粉碎度的增大，枸杞紅色素的吸光度也在增大，整體呈現上升趨勢。40目粉碎度時紅色素提取液吸光度值最小，100目粉碎度時最大。說明粉碎程度越高，枸杞末越細小，相應與提取溶劑的接觸面積更大，提取更充分，提取速率更快，提取效果更顯著。由此可以得出，最佳粉碎度為100目，此時枸杞紅色素的吸光度為0.234 3。

圖4 粉碎度對枸杞紅色素提取效果的影響

2.4 正交試驗結果

正交試驗結果如表3所示，由極差值可得，A(提取時間)、B(提取溫度)、C(粉碎度)、D(液固比)4種因素對枸杞紅色素的提取工藝影響主次順序為B>C>D>A。以提取液吸光度作為評價指標，綜合K值可得枸杞紅色素的最佳提取工藝參數為A2B3C3D3，即100目枸杞粉溶于25倍體積純凈水，在90 ℃下恒溫提取4 h。通過試驗驗證可知，此時枸杞紅色素的提取效果最好，吸光度可達1.052 9。

表3 正交試驗設計方案與結果

3 小結

本研究主要檢測枸杞紅色素中的花色苷成分，即黃酮類物質的含量來確定枸杞紅色素的提取效果。黃酮類是一種水溶性化合物，用純凈水提取效果較好，以超聲輔助法進行單因素試驗和正交優化分析，得到枸杞紅色素的最佳工藝為100目枸杞粉溶于25倍體積純凈水，90 ℃恒溫提取4 h，在此參數下測得提取液吸光度為1.052 9。從優化結果來看，一是獲得的基礎研究數據為開發其他附加價值高的枸杞紅色素相關產品提供了新方向；二是掌握核心競爭力，為發展更綠色、更健康、更安全的食品工業奠定良好基礎。