響應面法優化超聲波輔助提取桑葚色素

陳云

摘 要：以桑葚干果為原料，酸化水為提取劑，超聲波輔助提取桑葚干果中色素。采用單因素試驗獲得相對較好提取參數值，在此基礎上利用響應面法優化桑葚干果色素提取條件，得到超聲波輔助提取桑葚干果色素最優條件為：提取液pH為0.7，超聲波功率94 W，液料比15∶1（mL∶g），超聲波時間50 min，此提取條件下吸光度為1.059。

關鍵詞：超聲波;桑葚色素;響應面法;提取

Abstract：Acidified water and the ultrasound assistance methods were used to extract Mulberry pigment. On the basis of single factor， the optimal extraction conditions were studied by the response surface methodology. the result shows that the optimal extraction processing parameters are： ultrasonic wave power 94 W，ultrasonic wave time 50 min， solvent/sample ratio 15∶1 （mL∶g） and pH of extraction solution 0.7. under which the absorbance was 1.059.

Key words：Ultrasonic; Mulberry pigment; Response surface methodology; Extraction

由于合成色素對人體有害，隨著人們生活質量的提高，人們對合成色素的認可度降低，其應用范圍逐漸減少。天然食用色素存在于植物中，不僅能賦予食品誘人的色彩，還具營養、保健功能，越來越受關注[1]。桑葚含有豐富的花青素，花青素對心腦血管疾病有預防作用，還具有保護肝臟、降低DNA氧化損害和降低血糖等功效。本試驗采用超聲波輔助提取桑葚干果色素，利用響應面法優化桑葚干果色素的提取條件，為桑葚干果的合理開發利用提供有效的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

原料與試劑。桑葚干果、HCl（分析純）。

設備。723C型分光光度計（上海析譜）;JA2003型電子分析天平（上海良平儀器公司）;TPHS-3C型酸度計（上海精密儀器有限公司）;SK8200H超聲波清洗器（上海科導儀器有限公司）;D3C800B離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司）。

1.2 方法

桑葚色素易溶解于酸性水，桑葚色素在酸性環境中顯現出比較常見的紫紅色。因此選酸化水為提取劑。桑葚色素在可見光區的最大吸收波長是515 nm[2]。

1.2.1 桑葚色素提取工藝條件的單因素試驗

（1）提取液的pH值對色素提取效果的影響。取解凍的桑葚干果粉末1 g，分別以pH為0.5、1.0、1.5、2.0和2.5等酸性水各20 mL為提取劑，超聲時間

45 min、超聲功率100 W進行提取、分離，濾液定容至一定體積測定吸光度，根據吸光度值分析不同酸性水對桑葚色素提取效果的影響。

（2）液料比對色素提取效果的影響。用pH為1.5酸性水，液料比分別為5∶1、10∶1、15∶1、20∶1、25∶1和30∶1（mL∶g），其他同（1）。

（3）超聲時間對色素提取效果的影響。超聲波處理時間分別為15、30、45、60 min和75 min，其他同（2）。

（4）超聲功率對色素提取效果的影響。超聲波功率分別為80、100、120、140、160 W和180 W，超聲時間為30 min，其他同（3）。

1.2.2 桑葚干果色素提取工藝條件的響應面法優化試驗

在液料比、超聲時間、超聲功率和不同pH酸性水共4個單因素試驗基礎上，根據Box-Benhnken試驗設計原理，采用Design- Expert軟件設計4因素3水平的響應面優化試驗，以桑葚色素提取液的吸光度為響應值對提取工藝條件進行優化。

2 結果與分析

2.1 超聲波輔助提取桑葚色素條件的優化

2.1.1 提取液pH值對桑葚色素提取的影響

由圖1可知，pH為0.5～1.0之間時，折線平直，吸光度相差不大;繼續增大pH，折線下降，吸光度降低。這說明相對較低的pH酸性水有利于色素的提取，當pH為0.5時與1.0相比，桑葚色素提取效果無明顯差異，綜合考慮，確定酸性較弱（pH1.0）的酸性水為較適宜提取液。

2.1.2 液料比對桑葚色素提取的影響

由圖2可知，超聲波輔助下桑葚色素的提取效果從液料比5∶1到10∶1增加緩慢，從液料比10∶1到15∶1提取效果逐漸上升，提取效果在液料比為15∶1時達到最好，隨著液料比15∶1到30∶1的增加，提取效果逐漸下降，當液料比為20：1以后，提取效果趨于平穩。因此，選擇液料比為15∶1。

2.1.3 超聲時間對色素提取效果的影響

由圖3可知，桑葚色素的提取效果隨超聲時間的延長而提高，當超聲時間45 min時吸光度達到最高值。隨著超聲時間的繼續延長，桑葚色素的提取效果緩慢下降，因此超聲時間為45 min。

2.1.4 超聲波功率的選擇

由圖4可知，桑葚色素的提取效果在超聲功率80～180 W范圍內時，隨著超聲功率的增大提取效果呈直線上升，當超聲功率100 W時吸光度達到最高值。但當超聲功率的繼續升高時，提取效果反而下降，隨后變化平穩。因此超聲功率100 W為最佳。

2.2 響應面試驗對桑葚色素提取工藝條件的優化

2.2.1 響應面實驗設計與結果分析

利用Design Expert8.0.6軟件進行Box-Behnken 實驗設計[3]結果如表1所示。根據BBD（43階乘）對4個參數超聲波功率（A）、超聲波時間（B）、液料比（C）和pH（D）進行優化試驗。利用Design Expert 10.0.7軟件對表1試驗數據進行二次多項式回歸模型方程擬合，得到吸光度、超聲波功率（A）、超聲波時間（B）、液料比（C）、pH（D）的回歸模型方程：吸光度=0.968 4+0.040 666 667A+0.079 5B+0.058 333 333C-0.084 5D-0.069 75AB-0.009 25AC-0.016 5AD-0.058 5BC-0.051 75BD+0.023 25CD-0.031 866 667A2-0.024 116 667B2-0.091 116 667C2-0.111 866 667D2。

2.2.2 方差分析及顯著性檢驗

用軟件Design-Expert10.0.7對表1的試驗數據進行回歸分析，分析結果見表2所示。由表2可知，回歸模型方差分析顯著性檢驗表明，該模型回歸顯著（p<0.000 1），失擬項不顯著（p=0.250 9>0.05），該模型具有統計學意義。模型的確定系數R2=0.990 1，調整確定系數R Adj2=0.980 2，說明模型擬合度較好。方程的一次項中超聲波功率（A）、超聲波時間（B）、液料比（C）、pH（D）對響應值的影響極顯著，二次項A2、B2、C2、D2，交互項超聲波功率和超聲波時間（AB）、超聲波時間和液料比（BC）、超聲波時間和pH（BD）對響應值的影響極顯著，交互項液料比和pH（CD）對響應值的影響顯著。影響順序：提取液pH（D）>超聲波時間（B）>液料比（C）>超聲波功率（A）。

2.2.3 最優提取工藝條件確定與驗證

通過Design-Expert.10.0.7軟件對回歸方程進行計算，得到提取桑葚色素提取最佳工藝條件為：提取液pH為0.702，超聲功率94.17 W，超聲時間50 min，每14.69 mL酸化水中加1 g料。出于可操作性考慮，將最佳提取工藝條件修正為：提取液pH為0.7，超聲波功率94 W，每15 mL酸化水中加1 g料，超聲波時間50 min，采用此提取條件進行試驗，重復3次，吸光度為1.059，與預測值1.068 507相近。

3 結論

采用響應面法對桑葚色素的超聲提取參數進行了優化。超聲波功率、提取時間、液料比、提取液pH對桑葚色素的提取影響顯著，影響順序：提取液pH（D）>超聲波時間（B）>液料比（C）>超聲波功率（A）。最佳提取參數：超聲波功率94 W，超聲波時間50 min，液料比15∶1（mL∶g），提取液pH值0.7，此提取條件下吸光度值為1.059。

參考文獻：

[1]馬慶一，衛 軍，池銀珠.天然色素作為防腐劑的篩選及應用研究（一）[J].食品科學，2002（5）：121-124.

[2]陳 云，趙 倩.桑葚色素穩定性研究[J].科技風，2015（13）：85.

[3]陳 云.超聲波輔助提取碧螺春茶多酚工藝研究[J].中國食品添加劑.2018（2）：105-111.