超声波辅助提取金刺梨黄色素的工艺研究

彭 艳,姬云丽,张雨雨,张永贤,陈 鹏,柯 杨

(安顺学院化学化工学院，贵州安顺 561000)

超声波辅助提取金刺梨黄色素的工艺研究

彭 艳,姬云丽,张雨雨,张永贤,陈 鹏,柯 杨*

(安顺学院化学化工学院，贵州安顺 561000)

[目的]优化金刺梨黄色素的提取工艺。[方法]通过单因素试验优化金刺梨黄色素的提取条件，再用正交试验对超声波提取金刺梨黄色素的工艺条件进行研究，分别考察了提取时间、提取温度、辐射时间以及料液比对金刺梨黄色素提取率的影响。[结果]金刺梨黄色素超声提取的最佳工艺条件为辐射时间60 min、料液比(g∶mL)1∶7、提取时间2.5 h、提取温度60 ℃。[结论]该研究可为金刺梨黄色素的提取提供参考。

金刺梨；黄色素；超声波；正交试验

刺梨为蔷薇科(Rosaceae)蔷薇属(Rosa)多年常绿丛生小灌木[1]，其生长地土质多偏酸性。刺梨有很多品种，如贵农1号、贵农5号、金刺梨等。金刺梨是贵州省安顺市林业科学研究所新研究的一种新型变种刺梨，因雄蕊败育，几乎无花粉，别名为无籽刺梨，日本名为 “十六夜蔷薇”[2]。其果实成分富含大量维生素、纤维素、多种人体必需的氨基酸以及钙、铁、锌、硒等微量元素，而其维生素B2、蛋白质和可溶性糖的含量则高于普通刺梨。金刺梨不仅具有很好的生态效益，更具有良好的经济效益[3]。目前，食品、医药等行业的迅速发展需要大量的食用色素。其中，色素又分为合成色素与天然色素两大类。合成色素成本低，着色力强，稳定性高，但副作用较大，对人体有害；天然色素不仅没有毒性，资源丰富，甚至还有药理作用。目前，天然色素的提取方法主要有超临界流体萃取法、溶剂法、微波提取法和超声波提取法等[4-7]。笔者选择金刺梨为研究对象，利用正交试验优选黄色素提取的最佳工艺，旨在为金刺梨黄色素的工业化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料 安顺周边采摘及市场购买新鲜的金刺梨，去蒂及籽，用粉碎机粉碎后备用。主要试剂：不同体积分数乙醇(55%、65%、75%、85%、95%)，乙酸乙酯，二氯甲烷，丙酮，蒸馏水。主要仪器：UV-8000S紫外-分光光度计，1 cm石英比色皿，100 mL容量瓶，超声波清洗器，50 mL容量瓶，250 mL圆底烧瓶，水泵，直行冷凝管，量筒。

1.2 方法 提取金刺梨黄色素的工艺流程：金刺梨→粉碎→有机溶剂浸提→超声萃取→回流→抽滤→色素液→检测。采用单因素优选与正交试验设计及超声辅助提取金刺梨黄色素，选择合适的提取溶剂，考察提取温度、提取时间、辐射时间、料液比对金刺梨黄色素提取的影响，选择最佳工艺。

2 结果与分析

2.1 最大波长的确定 精密称取10 g样品1份，利用75%乙醇溶液进行粗提取，取5 mL滤液至50 mL容量瓶中，稀释，以75%乙醇作空白，用紫外-分光光度计在不同的波长(200～400 nm)处扫描，其最大吸收波长为235 nm。

2.2 标准曲线的绘制 该试验提取的金刺梨黄色素主要成分为黄酮类化合物，且最大吸收波长与芦丁的最大吸收波长(240 nm)相近，所以该试验采用芦丁溶液绘制标准曲线。准确称取芦丁10 mg，热水溶解,定容于100 mL容量瓶中，配制浓度为10 mg/mL的芦丁溶液，精确吸取2、4、6、8、10 mL新制液于50 mL容量瓶中，定容;配制浓度分别为4、8、12、16、20 μg/mL的溶液，以水作空白，在最大波长235 nm处测定吸光度。以浓度为横坐标，绘制浓度—吸光度的标准曲线，芦丁浓度在4～20 μg/mL时与吸光度呈现良好的线性关系，如图1所示。

图1 芦丁绘制标准曲线Fig.1 Rutin standard curve

2.3 提取剂的选择 精密称取10 g样品8份，置于烧杯中，加入蒸馏水、乙酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、乙醇(浓度为55%、65%、75%、85%)各50 mL,室温浸泡20 min,辐射30 min，回流1 h,抽滤，取5 mL滤液于50 mL容量瓶中，定容，相应溶剂作空白，在波长235 nm处测定吸光度，结果见图2。

图2 提取剂对金刺梨黄色素提取效果的影响Fig.2 Effects of extraction agent on extracting flavochrome from Rosa sterilis

金刺梨黄色素易溶于有机溶液中，属于脂溶性物质，但考虑到毒性、成本等因素，该试验选择乙醇作为提取剂。由图2可知，随着乙醇浓度的增加，吸光度也随之变化，当浓度达到75%时，吸光度最大。浓度高于75%时，吸光度开始下降，可能是由于高浓度乙醇对金刺梨黄色素的溶解度降低造成提取率降低，故该试验选择75%乙醇作为最佳提取溶剂。

2.4 提取温度的选择 精密称取10 g样品6份，置于烧杯中，用50 mL 75%乙醇溶液室温浸泡20 min，辐射30 min，回流1 h，回流温度分别为30、40、50、60、70、80 ℃，抽滤，取5 mL滤液于50 mL容量瓶中，定容，以75%乙醇溶液作空白(下同)，在最大吸收波长235 nm处测定吸光度。

图3 提取温度对金刺梨黄色素提取的影响Fig.3 Extracting flavochrome from Rosa sterilis under different temperature

由图3可知，吸光度随着提取温度升高先增大后减小，提取温度在30～50 ℃时吸光度增大，当提取温度达到50 ℃时，吸光度最大；继续升温，对应的吸光度减小。其原因可能是随着温度的增加，部分色素物质在高温下不稳定，结构遭到破坏，导致提取率降低。因此，选择回流温度40、50和60 ℃作为正交试验的3个水平。

2.5 提取时间的选择 精密称取10 g样品5份，置于烧杯中，用50 mL 75%乙醇溶液室温浸泡20 min，辐射30 min，回流温度50 ℃。回流时间为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h,抽滤，取5 mL滤液至50 mL容量瓶中，定容，在最大吸收波长235 nm处测定吸光度。

由图4可知，吸光度随提取时间的延长先升高后减小。在一定条件下，时间由1.0 h 延长到2.5 h时，色素逐渐溶解，吸光度增大。达到2.5 h时提取率最高，超过2.5 h时反而减小。说明色素在2.5 h时已基本溶出，随时间延长，在加热的条件下，已溶出的色素部分发生分解，导致色素提取率降低。因此，选定提取时间1.5、2.0和2.5 h作为正交试验的3个水平。

图4 提取时间对金刺梨黄色素提取的影响Fig.4 Extracting flavochrome from Rosa sterilis by different time

2.6 辐射时间的选择 精密称取10 g样品6份，置于烧杯中，用50 mL 75%乙醇溶液室温浸泡20 min，超声辐射时间分别为30、40、50、60、70、80 min，回流温度50 ℃，回流时间2.5 h，抽滤，取5 mL滤液至50 mL容量瓶中，定容，在最大吸收波长235 nm处测定吸光度。

图5 辐射时间对金刺梨黄色素提取的影响Fig.5 Extracting flavochrome from Rosa sterilis by different radiation time

由图5可知，在一定时间范围内超声波产生的强烈振动可提高天然物质的提取率。当辐射时间达到70 min时，吸光度最大；当时间超过70 min，吸光度反而下降。可能是随辐射时间的增加，超声波的空化作用会破坏色素结构及导致色素变色，使吸光度下降。因此，选定超声辐射时间60、70和80 min作为正交试验的3个水平。

2.7 最佳料液比的选择 精密称取10 g样品6份，置于烧杯中，采用料液比(g∶mL)1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11、1∶13的75%乙醇溶液进行室温浸泡20 min，超声辐射80 min，回流2.5 h，抽滤，取5 mL滤液至50 mL容量瓶中，定容，在最大吸收波长235 nm处测定吸光度。

由图6可知，随着料液比中溶剂用量的增加，色素提取液的吸光度先升高后降低。但达到1∶5时，吸光度开始下降，在1∶5时吸光度最大。之后随着料液比中溶剂用量的增加，金刺梨黄色素溶解度不再增加，提取物浓度被稀释，吸光度下降。从成本角度考虑，选定料液比1∶3、1∶5和1∶7作为正交试验的3个水平。

图6 料液比对金刺梨黄色素提取的影响Fig.6 Effects of solid-liquid ratio on extracting flavochrome from Rosa sterilis

2.8 最佳工艺条件的选择 通过单因素试验分析，提取剂、提取温度、提取时间、辐射时间、料液比均有显著的影响，因此在单因素试验的基础上采用正交试验，对提取的主要影响因素提取温度(A)、提取时间(B)、辐射时间(C)、料液比(D)做进一步的探讨，对这4个因素采用L9(34)正交试验设计，因素水平设计见表1，结果见表2。

表1 金刺梨黄色素提取正交试验因素水平设计

Table 1 Factors and levels of orthogonal test for extracting flavochrome fromRosasterilis

水平Levels因素Factors提取温度(A)Extractiontemperature∥℃提取时间(B)Extractiontime∥h辐射时间(C)Radiationtime∥min料液比(D)Solid⁃liquidratio1401．5601∶32502．0701∶53602．5801∶7

由表2可知，正交试验优化超声辅助提取金刺梨黄色素的最优水平组合为A3B3C1D3,即提取温度60 ℃、提取时间

2.5 h、辐射时间60 min、料液比1∶7为最佳工艺条件。极差分析表明，R值越大，表明因素对试验结果影响越大，各因素的极差大小为RC>RA>RD>RB，即辐射时间是影响提取效果的主要因素，提取温度次之，提取时间最小。显著性分析表明，A、D因素有一定影响，C因素影响显著，可见该工艺稳定、可重复性强。

表2 金刺梨黄色素提取正交试验L9(34)结果分析

Table 2 Analysis of orthogonal test L9(34) results for extracting flavochrome fromRosasterilis

试验号TestNo．因素FactorsA∥℃B∥hC∥minD吸光度Absorbance1401．5601∶30．2292402．0701∶50．1973402．5801∶70．2334501．5701∶70．2325502．0801∶30．2156502．5601∶50．2567601．5801∶50．2198602．0601∶70．2749602．5701∶30．235k10．21970．22670．25300．2263k20．23430．22870．22130．2240k30．24270．24130．22230．2463R0．02300．01470．03170．0223

3 结论与讨论

该试验利用超声辅助提取金刺梨中的黄色素，对4种影响提取效果的单因素分别进行研究，并在单因素试验的基础上进行正交试验。研究表明，在提取温度60 ℃、提取时间2.5 h、辐射时间60 min、料液比1∶7提取条件下，金刺梨黄色素的提取效果最佳，溶解度最好，且提取的色素颜色为金黄色。从金刺梨中提取的色素安全，可应用于食品、药品及化妆品中，兼具营养和药理作用。

超声波辐射有利于金刺梨黄色素的提取，且操作时间短，效率高，适用于分析样品的制备，对建立高效、环保的生态化提取工艺具有重要的意义。

[1] 时圣德.贵州蔷薇属新分类群[J].贵州科学，1985(1)：8-9.

[2] 安明态，程友忠，钟漫,等.贵州蔷薇属一新变种——光枝无子刺梨[J].种子，2009(1)：63.

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Study on Ultrasonic-assisted Extraction Technology ofRosasterilisFlavochrome

PENG Yan,JI Yun-li,ZHANG Yu-yu,KE Yang*et al

(College of Chemistry and Chemical Engineering,Anshun College,Anshun,Guizhou 561000)

[Objective] The aim was to discuss the optimal technique for extracting flavochrome fromRosasterilis. [Method] Extraction technology of flavochrome fromRosasteriliswas researched by single factor test.Rosasterilisflavochrome was extracted with the technique of ultrasonic wave by orthogonal test.Effect of extraction time,extraction temperature,radiation time and ratio of liquid to solid on the extraction rate ofRosasterilisflavochrome was investigated.[Result] The optimal extraction technology ofRosasterilisflavochrome was optimized as follows: radiation time 60 min,solid-liquid ratio (g∶mL)1∶7, extraction time 2.5 h,extraction temperature 60 ℃.[Conclusion] This research offers references for the extraction of flavochrome fromRosasterilis.

Rosasterilis; Flavochrome; Ultrasonic wave; Orthogonal experiment

安顺学院大学生创新训练(SRT)计划项目。

彭艳(1993- )，女，贵州安顺人，本科生，专业：化学。*通讯作者，副教授，硕士，从事天然产物化学研究。

2016-10-31

S 789.5

A

0517-6611(2016)35-0121-03