酸法提取紫茄皮花青素及其性质研究

王钊，岳晓禹，温双双，李玉江，张本尚，邹建*

(1.河南牧业经济学院 食品与生物工程学院，郑州 450046；2.河南省科学院高新技术研究中心，郑州 450002；3.河南省科学院，同位素研究所有限责任公司，郑州 450015)

茄子是我国重要而种类丰富的蔬菜之一，富含蛋白质、脂肪、维生素、矿物质等多种营养功能成分[1]，其中紫茄子是较为常见的一种茄子，因其营养价值较高、风味醇美而受到人们的喜爱[2]。研究表明，紫茄皮中含有丰富的花青素[3]，具有抗氧化、抗突变、抗癌、预防心脑血管疾病、保护肝脏、抑制肿瘤细胞发生等多种生理功能[4-6]，对由氧化自由基引发的慢性退行性疾病具有辅助治疗作用[7-9]。作为植物中的水溶性天然成分[10]，花青素除具有保健功能外，还可作为天然食用色素，提升食品、化妆品等的安全性[11-12]。

近年来，随着人们对花青素功能的认识愈发深入，对于各类天然植物中花青素的研究已成为天然产物研究领域的热点[13-15]；然而，关于紫茄皮花青素的研究还相对较少[16-17]。当前，人们通常只食用茄子果肉，而对富含花青素的紫茄皮则往往弃之不用，这造成了资源的极大浪费。鉴于此，本文拟通过溶剂浸提法提取紫茄皮花青素，优化其提取工艺，并对紫茄皮花青素的稳定性与抗氧化能力进行研究。期望通过本研究进一步提升紫茄子深加工技术水平，为实现紫茄皮资源的综合利用、提升其产品附加值提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本试验使用的紫茄子购于郑州丹尼斯超市长江路店。

冰乙酸、水杨酸、氢氧化钠、乙醇、L(+)-抗坏血酸(均为分析纯)：天津市科密欧化学试剂有限公司；硫酸亚铁(分析纯)：郑州派尼化学试剂厂；过氧化氢(分析纯)：天津市鼎盛鑫化工有限公司；2,2-联苯基-1-苦基肼基(分析纯)：上海麦克林生化科技有限公司。

1.2 仪器与设备

DZF-6050真空干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；ML-800Y高速多功能粉碎机 武义海纳电器有限公司；TU-1901紫外双光束可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;FA3204B电子分析天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;HWCL-3集热式恒温磁力搅拌器 郑州长城科工贸公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料的预处理和操作步骤

选取色泽鲜亮的紫茄子，将紫茄皮剥离并放入真空干燥箱中，于55 ℃条件下低温真空烘干至恒重，放入粉碎机中粉碎并过40目筛，将所得紫茄皮干物质置于干燥器内密闭避光保存。通过溶剂浸提法，分别考察溶剂浓度、料液比、提取温度、提取时间4个单因素对紫茄皮花青素提取效果的影响。在单因素优化的基础上通过正交试验法进一步优化提取工艺，并通过3次重复试验对最优条件进行验证。

1.3.2 单因素试验条件设计

以冰乙酸为提取溶液，分别考察溶液浓度、料液比、提取温度、提取时间等单因素条件：每次准确称取0.5 g紫茄皮粉，分别设置乙酸浓度(20%、40%、60%、80%、100%)、料液比(1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50，g/mL)、提取温度(50，55，60，65，70 ℃)、提取时间(30，40，50，60，70 min)4个单因素中的3个因素固定不变，探索单一因素变化对紫茄皮花青素提取效果的影响，在此基础上分别对4个单因素条件进行优化。

1.3.3 正交试验设计

通过对单因素试验结果的分析，分别选取乙酸浓度、料液比、提取温度、提取时间4个因素的较优水平，采用L9(34)正交试验表设计正交试验，对提取紫茄皮花青素的工艺参数进一步优化，并通过分析确定最佳组合参数。

1.3.4 最佳工艺验证试验

在正交试验最佳提取工艺条件下重复提取3次，对结果进行验证。

1.3.5 紫茄皮中花青素含量测定方法

准确称取0.5 g紫茄皮粉，按照最优提取工艺提取紫茄皮花青素，准确量取提取液2.5 mL，定容至25 mL，测定其在535 nm波长下的吸光度值，按公式(1)计算紫茄皮粉中花青素含量[18]：

(1)

式中：V为花青素溶液定容体积，mL；N为稀释倍数；98.2为花青素在535 nm处的平均消光系数；M为紫茄皮粉质量，g。

1.3.6 金属离子对紫茄皮花青素稳定性的影响

参照文献[19]的方法，考察分别加入了Fe2+、Mg2+、Zn2+、Na+、K+的花青素溶液在室温条件下各自静置1 h(A1)和6 h(A6)后，吸光度值的变化。

1.3.7 酸度对紫茄皮花青素稳定性的影响

参考文献[20]的方法，分别配制pH值为3～12的花青素溶液，考察溶液pH值变化对花青素稳定性和吸光度的影响。

1.3.8 紫茄皮花青素对羟基自由基的清除率

参考文献[21-22]的方法，按照公式(2)计算不同浓度的花青素溶液和L(+)-抗坏血酸对羟基自由基的清除率：

(2)

式中：AX为试验组吸光度值，AY为对照组吸光度值，AZ为空白组吸光度值。

1.3.9 紫茄皮花青素对DPPH自由基的清除率

参考文献[23]的方法，按照公式(3)计算不同浓度的花青素溶液对DPPH自由基的清除率：

清除率(%)=(1-试验组吸光度/空白组吸光度)×100%。

(3)

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 冰乙酸浓度对紫茄皮花青素提取效果的影响

由图1可知，当冰乙酸溶液的浓度为20%时，提取效果最佳，当冰乙酸溶液的浓度提升至40%时，提取液的吸光度值急剧减小，此后随着冰乙酸溶液浓度的不断增大，提取液的吸光度值随之缓慢减小。为确认冰乙酸溶液浓度的准确性，以20%的冰乙酸为中心，对其两侧的冰乙酸溶液浓度(10%和30%)进行筛选，重复以上操作。虽然与其他浓度相比提取效果更好，但是10%和30%的冰乙酸溶液的提取效果依然明显差于20%的冰乙酸溶液。因此，可以认为提取紫茄皮花青素的最佳冰乙酸溶液浓度为20%。究其原因，可能是当冰乙酸浓度过低时，溶液极性偏低，导致提取不充分；冰乙酸浓度过高可能导致其他杂质析出，从而影响了提取效果。

图1 冰乙酸浓度对提取效果的影响

2.1.2 料液比对紫茄皮花青素提取效果的影响

由图2可知，当料液比为1∶10～1∶30时，随着料液比的增大，提取液的吸光度值也随之增大，当料液比为1∶30时，吸光度值达到最大，此时提取效果最佳。然后，随着料液比的增加，其吸光度值持续减小。究其原因，可能是随着料液比的增加，紫茄皮中的一些杂质也随之析出，对提取过程产生了干扰，影响了提取效果。因此，提取紫茄皮花青素的最佳料液比为1∶30。

图2 不同料液比对提取效果的影响

2.1.3 提取时间对紫茄皮花青素提取效果的影响

由图3可知，当提取时间为30～60 min时，提取液的吸光度值随着提取时间的增加而增大，在60 min时提取效果最佳；当提取时间延长至70 min时，吸光度值有所下降，表明单纯延长提取时间并不会使提取效果提高，即紫茄皮花青素的提取效果并非与提取时间成正比。因此，提取紫茄皮花青素的最佳提取时间为60 min。

图3 不同提取时间对提取效果的影响

2.1.4 提取温度对紫茄皮花青素提取效果的影响

由图4可知，当提取温度为50～60 ℃时，提取液的吸光度值随着提取温度的上升而增大，在提取温度为60 ℃时，吸光度值达到最大；但当提取温度升高至70 ℃时其吸光度值大幅下降。产生这一现象的原因可能是：当温度过高时，紫茄皮花青素内部结构被破坏，影响了紫茄皮花青素的提取效果。因此，提取紫茄皮花青素的最佳提取温度为60 ℃。

图4 不同提取温度对提取效果的影响

2.2 正交试验结果

通过对单因素试验结果的分析，对冰乙酸浓度、料液比、提取时间、提取温度进行四因素三水平正交试验，从中筛选出最优提取方案。正交试验因素水平见表1，正交试验结果见表2。

表1 L9(34)正交试验因素水平表

表2 正交试验方案及结果

续 表

由表2中极差R值可知，虽然提取紫茄皮花青素的4个单因素条件均对提取得率产生影响，但不同因素的影响力不同。通过对试验结果分析可知，各因素对紫茄皮花青素提取得率的影响顺序为：B(料液比)>C(提取时间)>A(溶剂浓度)>D(提取温度)，其中料液比是主要的影响因素，对试验结果影响最显著。通过正交试验预测到的最优方案为A2B2C2D2，即提取溶剂浓度20%、料液比1∶30、提取温度60 ℃、提取时间60 min。

由于正交试验所预测得到的最优方案并未出现在正交试验表中，需要对此参数组合下的紫茄皮花青素提取率进行验证，以确保试验结果的真实性。因此，在该提取工艺条件下通过3组平行试验对其进行验证(结果取平均值)，见表3。

表3 重复试验结果

由表3可知，验证试验结果具有代表性，表明该提取工艺条件合理可行，具有良好的重现性。在此最优工艺条件下，通过公式(1)计算得出花青素的含量为1.528 mg/g。

2.3 紫茄皮花青素稳定性试验

2.3.1 金属离子对茄子皮花青素稳定性的影响

由表4可知，Fe2+对紫茄皮花青素稳定性的影响较大，而Mg2+、Zn2+、Na+、K+对紫茄皮花青素稳定性的影响相对较小，表明不宜用铁制品加工和盛装紫茄皮花青素溶液。

表4 金属离子对紫茄皮花青素稳定性的影响

2.3.2 pH值对茄子皮花青素稳定性的影响

由图5可知，当pH值为2～7时，随着pH值的不断增大，溶液的酸度越来越小，紫茄皮花青素的吸光度也在缓慢减小，此时试管内的溶液呈现红色；当pH>7时，随着碱性越来越大，紫茄皮花青素的吸光度不断减小，且吸光度值的减小速度远比酸性条件时快，试管内的溶液转为无色。说明紫茄皮花青素稳定性受pH值的影响较大，适宜在酸性条件下保存和使用。

图5 不同pH值对紫茄皮花青素稳定性的影响

2.4 紫茄皮花青素的抗氧化试验

2.4.1 紫茄皮花青素对羟基自由基的抗氧化活性研究

由图6可知，在试验浓度范围内，紫茄皮花青素和Vc对羟基自由基的清除率均随着质量浓度的增加而增强，但Vc对羟基自由基的清除率强于紫茄皮花青素。由此可见，紫茄皮花青素对羟基自由基有一定的清除能力，但清除能力弱于Vc。

图6 紫茄皮花青素对羟基自由基的清除率

2.4.2 紫茄皮花青素对DPPH自由基的抗氧化活性研究

由图7可知，在试验浓度范围内，随着紫茄皮花青素和Vc浓度的增加，对DPPH自由基的清除率都逐渐增强，具有很好的量效关系，表明两者都具有良好的清除DPPH自由基的能力。

图7 不同质量浓度紫茄皮花青素对DPPH自由基的清除率的影响

3 结论

本试验采用冰乙酸溶液提取紫茄皮中的花青素，以花青素提取得率为指标，通过单因素试验和正交试验探索了提取紫茄皮花青素的最佳工艺条件。结果表明，冰乙酸溶液对紫茄皮花青素显示出了良好的提取得率，各单因素最佳条件分别为：冰乙酸浓度20%，料液比1∶30，提取温度60 ℃，提取时间60 min；而正交试验的最佳提取工艺条件为：冰乙酸浓度20%，料液比1∶30，提取温度60 ℃，提取时间60 min。通过3次平行验证试验，所得吸光度值重现性良好，表明该工艺条件在提取紫茄皮花青素时效果显著，可为紫茄皮花青素的提取提供一定的理论依据。本试验还研究了紫茄皮花青素的稳定性和抗氧化活性，结果表明，与其他金属离子相比，Fe2+金属离子对紫茄皮花青素稳定性的影响较明显，因此不宜使用铁制品加工和盛装紫茄皮花青素溶液；此外，紫茄皮花青素的稳定性受pH值的影响较大，试验表明紫茄皮花青素适宜在酸性条件下保存和使用。与此同时，抗氧化活性试验结果表明，紫茄皮花青素对羟基自由基和DPPH自由基都有着良好的清除能力。