超聲-微波輔助提取藍(lán)靛果果渣花色苷工藝優(yōu)化

劉雪可，孟龍?jiān)拢列?/p>

（1.延邊大學(xué)工學(xué)院，吉林 延吉 133002；2.延邊大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，吉林 延吉 133002）

我國(guó)東北地區(qū)是藍(lán)靛果的主要產(chǎn)地之一，而加工后的藍(lán)靛果果渣大多被直接丟棄或者用作堆肥，這不但會(huì)造成資源浪費(fèi)，還會(huì)帶來(lái)生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題[1-3]。然而研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)靛果果渣中含有的花色苷含量遠(yuǎn)高于果汁中的含量[4-5]。花色苷作為自然界中分布最為廣泛的水溶性天然色素之一，是由花青素與糖以糖苷鍵連接而成的類黃酮物質(zhì)[6-8]，花色苷作為植物中的類黃酮物質(zhì)，對(duì)植物的生長(zhǎng)起著至關(guān)重要的作用，目前隨著研究水平的提高，人們逐漸發(fā)現(xiàn)合成色素對(duì)人體健康存在危害，因而花色苷作為天然食品著色劑引起了人們的廣泛關(guān)注[9-12]。

在花色苷的提取過(guò)程中，提取方法的優(yōu)劣對(duì)花色苷提取率高低及花色苷質(zhì)量好壞具有很大影響，高效的提取工藝不僅對(duì)環(huán)境友好，還可以極大地改善提取效率[13]。如今常見(jiàn)的花色苷提取方法一般是傳統(tǒng)的溶劑提取、超聲輔助提取、微波輔助提取、酶法提取等[14-15]。與傳統(tǒng)的溶劑浸提法相比，超聲波、微波的空化效應(yīng)及電離輻射使藍(lán)靛果果渣組織產(chǎn)生摩擦與撕裂，使其組織細(xì)胞生熱破裂從而加速花色苷在溶劑中的溶解，可以提高花色苷的提取率同時(shí)也可極大地縮短提取時(shí)間[16-18]。本文以期通過(guò)優(yōu)化藍(lán)靛果果渣花色苷提取工藝，為工廠化批量生產(chǎn)花色苷降低難度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)果渣的高價(jià)值利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藍(lán)靛果果渣：吉林省汪清縣東北紅豆杉生物科技有限公司；乙酸（分析純）：天津市鼎盛鑫化工有限公司；無(wú)水乙醇、鹽酸（均為分析純）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；乙酸鈉、氯化鉀（均為分析純）：上海阿拉丁生物科技股份有限公司。

SHB-ⅢA型真空泵：上海豫康科教儀器設(shè)備有限公司；JE1002型電子分析天平：上海蒲春計(jì)量?jī)x器有限公司；HJ-2A型磁力攪拌器：金壇區(qū)西城新瑞儀器廠；JP-020型超聲清洗機(jī)：深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司；EG7KCGW3-NA型微波爐：九陽(yáng)股份有限公司；UV-2550型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：日本島津公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理

取冷凍儲(chǔ)存的藍(lán)靛果果渣于燒杯中解凍，研磨后通過(guò)真空泵抽濾，除去水分，于密封袋中貯存、備用。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

稱取藍(lán)靛果果渣0.5g，在提取溫度50℃的條件下，研究乙醇（含有 0.1%HCl）體積分?jǐn)?shù)（20%、30%、40%、50%、60%）、固液比[1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80（g/mL）]、提取時(shí)間（1、2、3、4、5 min）、微波功率（70、210、350、560、700W）這4個(gè)因素對(duì)藍(lán)靛果果渣花色苷提取量的影響。

1.2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取單因素固液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間，以藍(lán)靛果果渣花色苷提取量為指標(biāo)，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化超聲-微波輔助提取藍(lán)靛果果渣中花色苷的工藝條件，正交試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平Table 1 Factor and level of orthogonal test

1.2.4 花色苷含量的測(cè)定和提取量的計(jì)算

花色苷的含量采用pH值示差法進(jìn)行測(cè)定[19-22]，同時(shí)用乙酸鈉和KCl分別配制pH4.5和pH1.0的緩沖液。

根據(jù)耿然等[21]的方法再結(jié)合比爾定律計(jì)算花色苷的提取量。

C/（mg/g）=（An-A1）× V × n × M/（ε × m）

式中：C 為花色苷的提取量，mg/g；An、A1分別為pH1.0、pH4.5時(shí)花色苷吸光度；V為提取液總體積，mL；n稀釋倍數(shù)；M為矢車(chē)菊-3-葡萄糖苷相對(duì)分子質(zhì)量，449；ε為矢車(chē)菊-3-葡萄糖苷消光系數(shù)，29 600；m為樣品初始質(zhì)量，g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究采用Origin制圖軟件繪制各影響因素下花色苷提取量的變化曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 固液比對(duì)藍(lán)靛果果渣中花色苷提取量的影響

固液比對(duì)藍(lán)靛果果渣中花色苷提取量的影響見(jiàn)圖1。

圖1 固液比對(duì)藍(lán)靛果果渣中花色苷提取量的影響Fig.1 Effect of solid-to-liquid on yield of anthocyanin in Lonicera caerulea residue

由圖1可知，花色苷提取量隨溶劑體積的增大呈先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)固液比在1∶60（g/mL）時(shí)花色苷的提取量達(dá)到最大，之后藍(lán)靛果果渣與溶劑間的傳質(zhì)逐漸趨于平衡，繼續(xù)增大溶劑體積不僅不能提高花色苷在溶劑中的提取量，反而會(huì)因引入新的雜質(zhì)導(dǎo)致花色苷提取量降低，故而選擇1∶60（g/mL）為最佳固液比。

2.1.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)藍(lán)靛果果渣中花色苷提取量的影響

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)藍(lán)靛果果渣中花色苷提取量的影響見(jiàn)圖2。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)藍(lán)靛果果渣中花色苷提取量的影響Fig.2 Effect of ethanol volume fraction on yield of anthocyanin in Lonicera caerulea residue

由圖2可知，花色苷在溶劑中的提取量隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加整體呈先上升后降低的趨勢(shì)，在乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)花色苷提取量最大。可能是由于乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的極性與藍(lán)靛果果渣中花色苷的極性較為接近，更利于花色苷溶出。

2.1.3 微波功率對(duì)藍(lán)靛果果渣中花色苷提取量的影響

微波功率對(duì)藍(lán)靛果果渣中花色苷提取量的影響見(jiàn)圖3。

圖3 微波功率對(duì)藍(lán)靛果果渣花色苷提取量的影響Fig.3 Effect of microwave power on yield of anthocyanin in Lonicera caerulea residue

由圖3可知，當(dāng)功率小于350 W時(shí)，花色苷提取量隨微波功率增大而提高，在350 W之后隨微波功率增大反而降低。這是因?yàn)榈凸β蕰r(shí)，超聲波與微波的空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)及電離輻射作用等有利于藍(lán)靛果細(xì)胞的破裂，加速了花色苷在溶劑中的溶解。在功率高于350 W后超聲波與微波的熱效應(yīng)等加速了花色苷結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致花色苷提取量下降。因此，微波功率為350 W時(shí)對(duì)花色苷的提取較為有利。

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)藍(lán)靛果果渣中花色苷提取量的影響

提取時(shí)間對(duì)藍(lán)靛果果渣中花色苷提取量的影響見(jiàn)圖4。

圖4 提取時(shí)間對(duì)藍(lán)靛果果渣花色苷提取量的影響Fig.4 Effect of extraction time on yield of anthocyanin in Lonicera caerulea residue

由圖4可知，與一些傳統(tǒng)方法相比，超聲-微波輔助提取工藝大大縮短了花色苷的提取時(shí)間，在5 min的提取時(shí)間內(nèi)，花色苷提取量隨著提取時(shí)間延長(zhǎng)整體呈先上升后降低的趨勢(shì)，在2 min時(shí)達(dá)到最大值。這是因?yàn)槌暡ㄅc微波的作用加速了花色苷的溶解，但隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)花色苷的結(jié)構(gòu)可能被破壞，導(dǎo)致提取量下降，故而最佳提取時(shí)間為2 min。

2.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化藍(lán)靛果果渣中花色苷的提取工藝結(jié)果

超聲-微波輔助提取藍(lán)靛果果渣中花色苷工藝的正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 優(yōu)化超聲-微波輔助提取花色苷正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析Table 2 Optimization results of orthogonal test and range analysis of ultrasonic-microwave assisted extraction

由極差結(jié)果分析可知，各因素對(duì)花色苷提取量影響的大小順序?yàn)樘崛r(shí)間>固液比>乙醇體積分?jǐn)?shù)，提取時(shí)間影響最顯著，根據(jù)k值可得最佳組合為A3B1C2，即超聲-微波輔助提取花色苷的最佳工藝參數(shù)為提取時(shí)間 2 min、固液比 1∶70（g/mL）、乙醇體積分?jǐn)?shù) 30%。在最優(yōu)工藝參數(shù)條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，可得花色苷提取量為9.37 mg/g，優(yōu)于正交試驗(yàn)各組合。

3 結(jié)論

本文利用超聲-微波輔助提取藍(lán)靛果果渣的花色苷，并通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)分析得出最佳提取工藝參數(shù)為提取時(shí)間2 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)30%、固液比 1∶70（g/mL）、微波功率 350 W，此條件下花色苷提取量為9.37 mg/g。本研究為從果渣中提取花色苷工藝的探究提供一定的理論參考。