紫馬鈴薯花青素提取工藝研究

許娟妮，曾鈺婷，白瑪玉珍，斯 年，祁馳恒，歐 珠，譚淑瓊，李淑萍

（西藏農牧科學院蔬菜研究所,西藏拉薩 850032）

紫馬鈴薯花青素提取工藝研究

許娟妮，曾鈺婷，白瑪玉珍，斯 年，祁馳恒，歐 珠，譚淑瓊，李淑萍

（西藏農牧科學院蔬菜研究所,西藏拉薩 850032）

以紫馬鈴薯為主要原料，采用乙醇浸提法提取紫馬鈴薯花青素，并采用單因素方法優化其工藝參數。結果表明，紫馬鈴薯提取最佳工藝參數為乙醇體積分數60%，料液比1∶30（g∶mL），提取溫度60℃，提取時間2 h，鹽酸調節pH值為1，在此條件下紫馬鈴薯花青素提取量為1.27 mg/g。

紫馬鈴薯；花青素；提取工藝

紫色馬鈴薯為紫皮紫瓤、內外色澤均一的有色馬鈴薯，起源于安第斯山脈，并已在南美洲種植多年，但近年來紫馬鈴薯被引入中國，產量每年增長5%左右[1]。現已培育出很多紫色馬鈴薯品種，國內有黑紫馬鈴薯、紫羅蘭、黑美人、紫龍、紫薯號等；國外有英國的紫黑色皮肉的品種Congo和Negresse，捷克的Violette、秘魯紫等[2]。紫色馬鈴薯果肉為深紫色，外觀好看，顏色誘惑力強。果肉淀粉含量高達13%～15%，口感較好，品質極佳[3]；每100 g含蛋白質2.3 g，脂肪0.1 g，碳水化合物16.5 g，鈣11 mg，鐵1.2 mg，磷64 mg，鉀342 mg，鎂22.9 mg，胡蘿卜素0.01 mg，硫胺素0.1 mg，核黃素0.03 mg，煙酸0.4 mg，抗壞血酸16 mg，花青素100 mg；且阿魏酸和咖啡酸等羥基苯乙酸使紫馬鈴薯花色苷酰化，使其穩定性顯著提高，可用作食品的紅色至紫紅色著色劑而添加到冰激凌、奶制品飲料、奶酪、水產品、果汁飲料等食品中，紫馬鈴薯是我國近年引進的馬鈴薯新品種，在育種和栽培方面的技術已經成熟，近幾年國內的紫色馬鈴薯產量飛速提高。紫馬鈴薯因含有豐富的花色苷成分，擁有廣闊的產業發展前景。隨著紫馬鈴薯產業的日益成熟和人們對天然色素日益增長的需求，紫馬鈴薯花色苷將成為一個良好的天然色素來源[4]。對紫馬鈴薯中的花色苷提取及穩定性進行研究，可為紫色馬鈴薯的開發利用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

（1）原料。紫馬鈴薯，西藏自治區農牧科學院蔬菜研究所提供，新鮮紫馬鈴薯洗凈、切片，于60℃下干燥、粉碎，過80目篩，備用。

（2）試劑。鹽酸、乙醇、氫氧化鈉、無水氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀、硫酸鋅、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸銅，以上所有試劑均為分析純。

1.1.2 設備與儀器

UV5200型紫外可見分光光度計，上海科登精密儀器有限公司產品；JA2003型電子天平，上天精密科學儀器有限公司產品；SC-3610型低速離心機，科大創新股份有限公司產品；KQ-250DE型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產品；101-2A型電熱恒溫鼓風干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司產品；600型電熱恒溫水浴鍋，北京科偉永興儀器有限公司產品；PHS-3C型pH計，上海儀電科學儀器股份有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 紫馬鈴薯色素提取工藝流程

新鮮紫黑馬鈴薯→清洗→切片→干燥→粉碎→浸提→離心→測定。

1.2.2 紫黑馬鈴薯花青素提取單因素試驗

分別研究提取劑質量分數、pH值、提取溫度、提取時間、料液比5個因素對紫馬鈴薯花青素提取效果的影響，每個試驗平行3次。

（1）提取劑質量分數對紫馬鈴薯花青素提取率的影響。稱取1 g烘干后的紫馬鈴薯粉置于100 mL三角瓶中，分別使用質量分數為0，20%，40%，60%，80%的乙醇溶液為提取劑，料液比為1∶20，pH值1，于60℃水浴中提取2 h，離心過濾，取上清液，測定吸光度，計算花青素含量，分析提取劑質量分數對紫馬鈴薯花青素提取效果的影響。

（2）pH值對紫馬鈴薯花青素提取的影響。稱取1 g烘干后的紫馬鈴薯粉置于100 mL三角瓶中，按1∶20比例加入60%乙醇溶液，分別使用HCl調節pH值為1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，于60℃水浴中提取2 h，離心過濾，取上清液，再次用HCl調節pH值為1，測定吸光度，計算花青素含量，分析pH值對紫馬鈴薯花青素提取效果的影響。

（3） 提取溫度對紫馬鈴薯花青素提取的影響。稱取1 g烘干后的紫馬鈴薯粉置于100 mL三角瓶中，按1∶20比例加入60%乙醇溶液，使用HCl調節pH值為1，分別于30，40，50，60，70，80℃水浴提取2 h，離心過濾，取上清液，測定吸光度，計算花青素含量，分析提取溫度對紫馬鈴薯花青素提取效果的影響。

（4） 提取時間對紫馬鈴薯花青素提取的影響。稱取1 g烘干后的紫馬鈴薯粉置于100 mL三角瓶中，按1∶20比例加入60%乙醇溶液，使用HCl調節pH值為1，于60℃下分別提取 0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 h，離心過濾，取其上清液，測定吸光度，計算花青素含量，分析提取時間對紫馬鈴薯花青素提取效果的影響。

（5）料液比對紫馬鈴薯花青素提取的影響。稱取1 g烘干后的紫馬鈴薯粉置于100 mL三角瓶中，按 1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，1∶35的比例分別加入60%乙醇溶液，使用HCl調節pH值為1，于60℃水浴中提取2 h，離心過濾，取上清液，測定吸光度，計算花青素含量，分析料液比對紫馬鈴薯花青素提取效果的影響。

1.2.3 紫馬鈴薯花青素含量的測定

花青素含量測定采用pH值示差法，取1 mL花青素溶液，分別用pH值1.0和pH值4.5的緩沖溶液定容至10 mL，待定溶液平衡90 min后，以蒸餾水作參照，2種溶液分別在530 nm和700 nm處測吸光度，按公式（1）進行計算含量。

式中：A=（A530 nm pH值1.0-A700 nm pH值1.0）

-（A530 nm pH值4.5-A700 nm pH值4.5）

ε——矢車菊蘇-3-葡萄糖苷的消光系數，26900

DF——稀釋因子

MW——矢車菊素-3-葡萄糖苷的相對分子量449.2

V——最終體積，mL；

Wt——產品質量，g；

L——光程，1 cm。

1.3 數據統計處理

數據處理采用SPSS數據分析軟件分析處理，數據相互比較分析應用方差分析及t檢驗。

2 結果分析

2.1 提取劑質量分數對紫馬鈴薯花青素提取量的影響

提取劑質量分數對紫馬鈴薯花青素提取量的影響見圖1。

圖1 提取劑質量分數對紫馬鈴薯花青素提取量的影響

花青素易溶于極性溶劑中，而乙醇常被作為天然產物的萃取劑，具有安全廉價、黏性小、易回收等諸多優點，試驗選用乙醇溶液作為提取劑。由圖1可知，提取劑質量分數對紫馬鈴薯花青素提取率有顯著影響，花青素的提取率隨著提取劑質量分數的增大而提高，當提取劑質量分數達到60%時，提取率達到最大；而當提取劑質量分數超過60%以后，花青素的提取率隨著提取劑質量分數的升高而有所降低。可能由于提取劑質量分數較低時，淀粉和其他水溶性物質溶解性好，影響了花青素的溶出，導致提取率較低，而當提取劑質量分數過高時，脂溶性物質容易溶出，降低了花青素的提取率。

2.2 pH值對紫馬鈴薯花青素提取率的影響

對于一個給定的pH值，花青素的4種結構之間存在著平衡：藍色的醌式（脫水）堿、紅色的花烊正離子（AH+）、無色的甲醇假堿和查爾酮。在pH值較低時，以紅色的花烊正離子為主，隨著pH值的增大，花色苷的顏色將褪至無色，最后在高pH值時變成紫色或藍色。花青素在中性和堿性條件下不穩定，因此一般在酸性條件下進行提取。

提取劑pH值對紫馬鈴薯花青素提取量的影響見圖2。

圖2 提取劑pH值對紫馬鈴薯花青素提取量的影響

由圖2可知，隨著提取劑pH值的增大，紫馬鈴薯色素提取量呈下降趨勢，當提取液的pH值為1.0時，色素的提取量達到最大值。說明萃取劑中較強的酸性有利于紫馬鈴薯花青素物質的溶出，且能使色素在此條件下穩定，而高pH值能將花青素裂解為花色素基元和糖基2個部分，導致花色素結構不穩定。因此，將紫馬鈴薯花青素提取劑的pH值范圍設為1.0。

2.3 提取溫度對紫馬鈴薯花青素提取量的影響

提取溫度對紫馬鈴薯花青素提取量的影響見圖3。

圖3 提取溫度對紫馬鈴薯花青素提取量的影響

由圖3可知，隨著提取溫度的升高，紫馬鈴薯花青素提取量呈上升趨勢，而超過60℃時又略有下降。說明在低溫階段，隨著提取溫度的升高，色素的溶出率增加，但是隨著提取溫度繼續升高，導致花青素被氧化，結構受到破壞，朝著無色的查爾酮式結構移動，對色素的穩定性不利。因此，將紫馬鈴薯花青素提取溫度的范圍設為50～70℃。

2.4 提取時間對紫馬鈴薯花青素提取量的影響

提取時間對紫馬鈴薯花青素提取量的影響見圖4。

由圖4可知，在一定范圍內隨著提取時間的延長，紫馬鈴薯花青素提取量的變化不大，說明提取時間對色素提取效果的影響不大。當提取時間為2 h時，提取量已經達到最大值，從實際經濟的角度考慮，因此將提取時間范圍設為2 h。

2.5 料液比對紫馬鈴薯花青素提取量的影響

料液比對紫馬鈴薯花青素提取量的影響見圖5。

圖4 提取時間對紫馬鈴薯花青素提取量的影響

圖5 料液比對紫馬鈴薯花青素提取量的影響

由圖5可知，料液比對色素提取效果的影響較大，隨著料液比的逐漸增大，紫馬鈴薯花青素提取率呈先上升再下降的趨勢，當料液比1∶30時，提取率達到最大值。料液比是影響提取量的重要因素，料液比越小，兩相間的濃度差越小，傳質推動力就越小；其次，料液比會影響兩相的混合情況，提高料液比能增大傳質推動力，但雜質也隨之升高，從而降低了花青素的提取量，并會造成大量溶劑的浪費和濃縮成本的升高。因此，將料液比范圍設置為1∶20～ 1∶30。

3 結論

紫馬鈴薯花青素的最佳提取試驗條件為提取溫度60℃，提取劑質量分數60%，料液比1∶30，提取時間2 h，鹽酸調節pH值1，紫馬鈴薯花青素的提取率最高，在此條件下紫馬鈴薯花青素提取量為1.27 mg/g。

[1]C R Brown.Antioxidants in potato[J].American Journal of Potato Research，2005 （2）：163-172.

[2]韓海華，梁名志，王麗，等.花青素的研究進展及其應用 [J].茶葉，2011，37（4）：217-220.

[3]徐春明，龐高陽，李婷.花青素的生理活性研究進展[J].中國食品添加劑，2013（3）：205-210.

[4]崔倩.紫馬鈴薯花色苷的提取純化和結構鑒定 [D].杭州：浙江大學，2011.◇

Study on the Extraction Process of Purple Potato Anthocyanins

XU Juanni，ZENG Yuting，BAIMA Yuzhen，SI Nian，QI Chiheng，OU Zhu，TAN Shuqiong，LI Shuping
（Tibet Agriculture and Husbandry Institute of Vegetables，Lhasa，Tibet 850032，China）

With purple potato as the main raw material， purple potato anthocyanins were extracted with ethanol extraction method，and its technological parameters was optimized by using single factor method.The results showed that the purple potato extract optimum process parameters for the volume fraction of 60%ethanol，solid-liquid ratio 1∶30（g∶mL），extraction temperature 60℃，the extraction time 2 h，hydrochloric acid to adjust pH 1，under the condition of the purple potato anthocyanins extracted amount was 1.27 mg/g.

purple potato；anthocyanins；extraction process

TS264.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.035

1671-9646（2017） 12b-0029-03

2017-10-12

現代農業產業技術體系建設專項資金（CARS-10-ES25）。

許娟妮（1982— ），女，在讀碩士，副研究員，研究方向為馬鈴薯遺傳育種。