超聲輔助提取紅心火龍果果肉花青素工藝的優化分析

黃斌 韋蘭潔 麥馨允 韋夢云 韋奇

摘? ? 要：試驗以紅心火龍果為材料，采用超聲輔助法提取果肉中的花青素。通過單因素試驗考察提取時間、料液比、乙醇體積分數和超聲功率對提取工藝的影響。在單因素試驗基礎上，利用正交試驗優化超聲輔助提取花青素的工藝條件。結果表明，超聲輔助提取紅心火龍果果肉花青素的最優工藝條件為提取時間20 min、料液比1∶10（g/mL）、乙醇體積分數80%、超聲功率160 W，該工藝條件較穩定，適用于紅心火龍果果肉花青素的提取。

關鍵詞：紅心火龍果;超聲輔助;花青素

文章編號： 1005-2690（2021）08-0021-03? ? ? ?中國圖書分類號： S667.9? ? ? ?文獻標志碼： B

火龍果，一種蔓藤類仙人掌果實，為熱帶、亞熱帶水果[1]。其果形獨特、口感滑膩[2]，富含多種維生素及礦物質，是一種保健水果[3-5]，深受消費者的青睞[6]。我國從20世紀90年代末開始引種火龍果，華南、西南等熱帶、亞熱帶地區均有栽培[7-8]。花青素廣泛存在于植物的花和果實中，為天然色素，屬于類黃酮化合物，具有許多生理功效，如增強血管彈性、保護動脈血管內壁，降低血壓，抑制炎癥，促進視網膜細胞中的視紫質再生，改善視力[9-10]等。該研究以廣西百色市平果縣紅心火龍果為材料，擬對其果肉中花青素的提取工藝進行優化，為加快提高火龍果的利用價值提供參考依據，同時為火龍果果肉色素食品添加劑的開發提供理論基礎。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗材料與儀器

選用廣西平果縣農貿市場的新鮮紅心火龍果。花青素標準品為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷，來自于上海安譜實驗科技股份有限公司。提取液均加入0.5%檸檬酸，體積比為5∶1，混合液pH值調至3.0。試驗材料還有FAI204B電子天平、L6S型紫外可見光分光光度計、KQ-200KDB型高功率數控超聲波清洗器。

1.2? ?試驗方法

1.2.1? ?最大吸收波長的確定

準確稱取果肉樣品1 g于潔凈試管中，加入80%乙醇提取液20 mL，于25 ℃下200 W功率超聲提取30 min，離心，吸取上清液1 mL，蒸餾水稀釋10倍，在波長400～800 nm范圍內進行掃描，并比對矢車菊素-3-O-葡萄糖苷溶液的最大吸收波長之后，確定火龍果果肉中花青素最大吸收波長。

1.2.2? ?總花青素含量測定

總花青素含量測定和得率計算參考文獻方法[11]進行。

1.2.3? ?花青素最適提取液的確定

準確稱取果肉樣品1 g，分別放入60%甲醇、80%甲醇、60%乙醇、80%乙醇不同類型提取液20 mL中。于25 ℃下200 W功率超聲提取30 min，離心，取上清液于535 nm測吸光值。

1.2.4? ?不同提取時間對花青素提取的影響

準確稱取果肉樣品1 g，置于80%乙醇提取液20 mL中，25 ℃下200 W功率分別超聲10 min、20 min、30 min、40 min、50 min，離心，取上清液于535 nm測吸光值，考察不同提取時間對果肉花青素提取的影響。

1.2.5? ?不同料液比對花青素提取的影響

準確稱取果肉樣品1 g，分別置于80%乙醇提取液10 mL、20 mL、30 mL、40 mL、50 mL中，于25 ℃下200 W功率超聲提取30 min，離心，取上清液于535 nm測吸光值，考察不同料液比對果肉花青素提取的影響。

1.2.6? ?不同乙醇體積分數對花青素提取的影響

準確稱取果肉樣品1 g，分別置于60%、70%、80%、90%、100%乙醇提取液20 mL中，于25 ℃下200 W功率超聲提取30 min，離心，取上清液于535 nm測吸光值，考察不同乙醇體積分數對果肉花青素提取的影響。

1.2.7? ?不同超聲功率對花青素提取的影響

準確稱取果肉樣品1 g，置于80%乙醇提取液20 mL中，于25 ℃下分別于100 W、120 W、140 W、160 W、180 W、200 W功率下超聲提取30 min，離心，取上清液于535 nm測吸光值，考察不同超聲功率對果肉花青素提取的影響。

1.2.8? ?正交試驗設計

根據單因素試驗結果，確定提取時間、料液比、乙醇體積分數和超聲功率為考察因素，采用L9（34）正交試驗優化紅心火龍果果肉花青素提取工藝，每個試驗組重復3次。正交試驗因素水平設計見表1。

1.3? ?數據處理

紅心火龍果果肉花青素提取單因素及正交試驗數據采用Excel 2016軟件進行處理，采用SPSS 13.0對正交試驗數據進行極差和方差分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?最大吸收波長的確定

對稀釋一定濃度后的花青素標準液及樣品提取液在波長480～550 nm范圍內進行掃描，發現花青素標準液及樣品提取液在波長535 nm處均有最大吸收值，因此初步確定樣品中含有類似花青素標準品的物質，同時確定樣品中花青素提取液的最大吸收波長為535 nm。

2.2? ?花青素最適提取液的確定

目前，提取花青素常用的溶劑有甲醇、乙醇等，同時提取液pH值會影響花青素的穩定性。為避免花青素降解，提高提取率，需在溶劑中加入少量有機酸或無機酸，調節提取液的pH值[12-13]。

該試驗采用60%甲醇、80%甲醇、60%乙醇和80%乙醇4種不同體積分數的提取溶劑。結果顯示，當提取溶劑為80%乙醇時，吸光值最高，因此選擇80%乙醇為提取劑。

2.3? ?單因素試驗結果與分析

2.3.1? ?不同提取時間對花青素提取的影響

如圖1所示，當提取時間為20 min時，花青素提取率達到最大值0.50 mg/g;當提取時間超過20 min時，花青素提取率隨著時間的延長而逐漸下降。這是由于提取時間延長，花青素發生分解，從而導致其提取率下降。因此選擇10 min、20 min、30 min為花青素提取時間正交因素的3個水平。

2.3.2? ?不同料液比對花青素提取的影響

如圖2所示，隨著料液比的減小，花青素提取率呈先上升后下降的趨勢，當料液比為1∶20時，花青素提取率達到最大值0.6 mg/g。這是由于增加乙醇的用量，可以增加花青素在火龍果果肉細胞壁內外濃度差，有助于花青素的溶出。但是當花青素溶出量趨于飽和時，而乙醇用量還在持續增加，導致花青素被稀釋而使其提取率略有降低。因此選擇1∶10、1∶20、1∶30為花青素提取料液比正交因素的3個水平。

2.3.3? ?不同乙醇體積分數對花青素提取的影響

如圖3所示，花青素提取率隨著乙醇體積分數的增加先上升后下降，當乙醇體積分數為80%時，花青素提取率達到最大值0.44 mg/g。但當乙醇體積分數進一步增大到90%～100%時，其提取率反而下降。這是由于花青素具有水溶性，乙醇濃度過高可能不利于花青素的提取[14]，因此選擇70%、80%、90%的乙醇體積分數作為花青素提取劑正交因素的3個水平。

2.3.4? ?不同超聲功率對花青素提取的影響

由圖4所示，花青素提取率隨著超聲功率的增加先上升后下降，當超聲功率達到180 W時，花青素提取率達到最大值0.58 mg/g，但當功率進一步增大到200 W時，其提取率反而下降。因此選擇160 W、180 W、200 W為花青素提取超聲功率正交因素的3個水平。

2.4? ?正交試驗結果與分析

根據單因素試驗結果設計正交試驗，確定超聲輔助提取紅心火龍果果肉花青素的最優工藝，同時進行極差分析和方差分析，分析結果見表2。

由表2極差分析結果可知，影響超聲輔助提取花青素的主次因素次序為B>D>A>C，試驗中不同因素的最優試驗組合為B1D1A2C2，具體數據為料液比1∶10、超聲功率160 W、提取時間20 min、乙醇體積分數80%。

3? ?結論

正交試驗結果表明，超聲輔助提取紅心火龍果果肉花青素的最優工藝參數確定為B1D1A2C2，即料液比1∶10、超聲功率160 W、提取時間20 min、乙醇體積分數為80%。

研究試驗結果表明，花青素提取率均高于正交試驗中任何一組試驗，說明通過正交試驗優化的工藝參數條件較穩定，適用于紅心火龍果果肉中花青素的提取。該研究結果可為火龍果花青素提取工藝的優化提供一定的理論依據。但如果投入工業化生產中，其提取工藝的參數還需要根據實際情況進一步深入優化和調整。

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