內部沸騰法提取葡萄皮花色苷研究

黃茜，李建鳳，廖立敏

（內江師范學院 化學化工學院，四川 內江641100）

內部沸騰法提取葡萄皮花色苷研究

黃茜，李建鳳，廖立敏*

（內江師范學院 化學化工學院，四川 內江641100）

采用單因素試驗和正交試驗對內部沸騰法提取葡萄皮花色苷工藝進行研究，探討乙醇體積分數、提取溫度、提取時間和水料比對葡萄皮花色苷提取的影響。確定最佳提取工藝參數為：乙醇體積分數90%、提取溫度85℃、提取時間5 min、提取水料比30 mL/g。按此優化條件，提取效果最佳，試驗重現性好。

葡萄皮；花色苷；內部沸騰法；提取

食用色素廣泛應用于食品行業，隨著人們對自身健康的關注，越來越多的人對人工合成色素的安全性感到擔憂，因此開發天然的食用色素成為引人注目的研究課題[1]。花色苷廣泛存在于各種植物液、莖和果中，是一種天然食用色素。普遍認為植物色素安全、無毒，在食品、化妝品和醫藥領域有著巨大的應用潛力[2]。花色苷不但可以改善食品的外觀，并且還具有較強的抗氧化活性[3]，具有消除自由基[4]、改善肝臟代謝、降低血脂[5]、延緩衰老、抗癌等多種生理活性功能[6]。我國葡萄資源豐富，年產幾百萬噸，并且還在逐年遞增，其中80%用于釀酒，故而產生大量的葡萄皮渣[7]，葡萄皮中含有豐富的花色苷[8]。利用葡萄皮渣提取花色苷不僅可以充分利用廢棄資源，而且成本低廉，效益較高[9]。葡萄皮花色苷的提取研究已有一些報道，如尹禮國等[10]采用溶劑回流法、黃瑜等[11]采用雙水相法、李雙石等[12]采用超聲波法、李媛等[13]采用微波法提取了葡萄皮渣中的花色苷。溶劑回流法耗時、耗能；雙水相提取對化合物活性保護較好，但為分相加入的鹽后續處理麻煩；超聲波法提取過程中產生刺耳的聲音，對實驗操作者有一定的影響；微波法提取時間短，但反應劇烈對熱不穩定性物質破壞嚴重。內部沸騰法應用于植物有效成分的提取，具有提取時間短、提取率高、無需特殊試劑和特殊設備等優點[14]，并且目前未見該法用于葡萄皮花色苷提取的報道。本文采用內部沸騰法，通過單因素試驗和正交試驗研究各因子對提取的影響，進而確定最佳提取工藝，為開發利用葡萄皮花色苷提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

巨峰葡萄：內江卓爾超市，產自重慶璧山大興鎮；無水乙醇：成都金山化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

DFT-100 100 g手提式高速粉碎機：溫嶺市林大機械有限公司；JA2003A電子天平：上海精天電子儀器有限公司；DL-1萬用電爐：北京中興偉業儀器有限公司；HH-6水浴鍋：科密儀器儀表（鎮江）有限公司；YY91046-1999臺式低速離心機：中國江蘇金壇市醫療儀器廠；UVmini-1240紫外可見分光光度計：日本島津公司；UPR-I-5/10/15T臺上式純水機：西安優普儀器設備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料處理

將新購得的葡萄取皮，用蒸餾水將皮洗凈，并放在烘箱中以60℃恒溫烘干至恒重，將烘干后的葡萄皮粉碎，得到葡萄皮粉，并將其置于干燥器中保存備用。

1.3.2 花色苷的提取

稱取2 g干燥的葡萄皮粉末于錐形瓶中，加入用10 mL一定體積分數的乙醇溶液浸泡30 min，使乙醇溶液充分滲透物料；按水料比迅速加入一定量的某溫度熱水使植物組織內部乙醇產生沸騰，保溫一段時間后，以4 000 r/min速度離心10 min得到上清液。

1.3.3 花色苷的測定

將離心后得到的上清液定容至100 mL，通過掃描紫外吸收光譜，確定在539 nm測定吸光度，以吸光度大小表示提取液中花色苷含量相對高低。

1.4 試驗設計

以乙醇體積分數（A）、提取溫度（B）、提取時間（C）、水料比（D）為考察因素。單因素試驗：以乙醇體積分數為60%、提取溫度為80℃，提取時間為6 min，水料比為30（mL/g）為基礎，在其中3個因素固定的條件下，分別考察乙醇體積分數、提取溫度、提取時間及水料比對葡萄皮花色苷提取的影響。正交試驗：在單因素試驗初步確定的最佳結果附近進一步細化選點，采用正交試驗進一步優化提取工藝，每個因素設置4個水平，因素編碼及水平見表1。

表1 因素及水平Table 1 Factors and levels

2 結果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 乙醇體積分數的影響

乙醇體積分數的影響見圖1。

圖1 乙醇體積分數的影響Fig.1 The effect of ethanol concentration

由圖1可知，隨著乙醇體積分數的升高，吸光度值升高，體積分數為80%時，效果最佳。乙醇體積分數較低時，內部不能形成有效的沸騰，不利于花色苷的提取。乙醇體積分數太高，可能對某些水溶性的色素提取效果不佳，因而初步確定最佳乙醇體積分數為80%左右。

2.1.2 提取溫度的影響

提取溫度對吸光度的影響見圖2。

圖2 提取溫度對吸光度的影響Fig.2 The effect of extraction temperature

由圖2可知，溫度達到80℃之前，吸光度隨著提取溫度的提高而逐漸升高，在80℃左右達到最大值，之后略有下降。溫度高于乙醇溶液共沸點，滲入原料之中的乙醇會立即沸騰，其提取主要是對流擴散發生主要作用。溫度過低，不會沸騰或沸騰不劇烈，在短時間內無法提取完全。但高溫又可能會破壞花色苷。因此，初步確定最佳提取溫度處于80℃左右。

2.1.3 提取時間的影響

提取時間對吸光度的影響見圖3。

圖3 提取時間對吸光度的影響Fig.3 The effect of extraction time

由圖3可知，在提取時間達到6 min之前，吸光度隨著提取時間的延長而升高。花色苷由植物細胞內擴散到細胞外需要一定的時間，時間過短擴散未達到平衡，部分花色苷殘留于細胞內部，表現為提取率低。當達到6 min時，吸光度值趨于穩定，沒有必要繼續延長時間。因而初步確定最佳提取時間為6 min。

2.1.4 水料比的影響

水料比對吸光度的影響見圖4。

圖4 水料比對吸光度的影響Fig.4 The effect of water-solid ratio

由圖4可知，水料比很小時吸光度隨水料比的增大而升高。花色苷由植物細胞內擴散到細胞外，當花色苷在細胞內外的濃度相等時達到平衡。水料比越大，達到平衡時花色苷在細胞內外的濃度越小，殘留在細胞內部的花色苷量越少，提取越完全，因而吸光度越大，水料比達到30 mL/g時提取率接近最大值。因而初步確定最佳水料比為30 mL/g左右。

2.2 正交試驗

正交試驗安排、試驗結果（每個試驗號重復3次取平均值）及方差分析見表2。

表2表明各因素最優組合為A4B3C2D3，即乙醇體積分數（A）為 90%、提取溫度（B）為85℃、提取時間（C）為5 min、液料比（D）為30 mL/g。在此條件下進行3次平行試驗，測得的吸光度分別為0.423、0.440、0.436，平均值為0.433，此條件下葡萄皮花色苷提取最完全，試驗重現性好，因而正交試驗得到的最優提取條件是正確的。

表2 正交試驗及結果Table 2 The orthogonal tests and results

3 結論

采用內部沸騰研究研究了葡萄皮花色苷的提取工藝，運用正交設計對影響花色苷提取因素進行了優化，結果表明乙醇體積分數為90%、提取溫度為85℃、提取時間為5 min、液料比為30 mL/g時，花色苷提取較完全、試驗重現性好。內部沸騰法以乙醇、水為提取溶劑，成本低廉，而且在提取過程中未加入任何有害物質，因而安全性高。本文所得葡萄皮花色苷提取工藝對于開發利用葡萄皮等植物花色苷具有一定的參考價值。

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[11]黃瑜,段繼華,黃偉,等.雙水相法提取葡萄皮渣中花色苷[J].食品工業科技,2016,37(7):220-225,231

[12]李雙石,李浡,張虎成,等.超聲波提取條件對釀酒葡萄皮渣花色苷的影響[J].食品工業科技,2013,34(18):294-297

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[14]李建鳳,李陳,廖立敏.內部沸騰法提取金銀花多糖研究[J].食品與機械,2016,32(11):166-168

Study on Extraction of Anthocyanin from Grape Skin by Internal Boiling Method

HUANG Xi，LI Jian-feng，LIAO Li-min*
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Neijiang Normal University，Neijiang 641100，Sichuan，China）

The single factor test and orthogonal test were used to study the extraction process of anthocyanin from grape skin by internal boiling method.The effects of ethanol volume fraction，extraction temperature，extraction time and ratio of water to material on the extraction were discussed.Optimum extraction parameters as follows：the ethanol volume fraction was 90%，the extraction temperature was 85℃，the extraction time was 5 min，and the ratio of water to material was 30 mL/g.Under these conditions，the extraction efficiency reached the best and the test reproducibility was good.

grape skin；anthocyanin；internal boiling method；extract

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.22.010

內江師范學院科研項目（16JC06）；四川省教育廳青年基金項目（13ZB0003）

黃茜（1991—），女（漢），助教，本科，主要從事天然產物分離分析等研究。

*通信作者：廖立敏（1981—），男（漢），副教授，碩士研究生，主要從事果類廢棄物資源化研究工作。

2017-04-09