紫薯花青素提取工艺研究

王 晴，陈红玲，吴 超，龙 涛，段 红，李莹涵

紫薯花青素提取工艺研究

王 晴，陈红玲，吴 超，龙 涛，段 红，李莹涵

（宿州学院 生物与食品工程学院，安徽 宿州 234000）

采用正交设计实验对紫薯中花青素的提取工艺进行优化，分析了乙醇与盐酸比、提取时间、提取温度以及料液比的影响。正交结果显示紫薯花青素提取最佳条件：醇酸比为55:45，提取时间105 min，提取温度60 ℃，料液比1:10。

紫薯；花青素；提取

花青素又称花色素，是一类水溶性的植物色素，系类黄酮类化合物。花青素广泛存在于高等植物中，据初步统计，有27个科、72个属植物中含有花青素类色素[1,2]。大量研究表明，花青素是一种安全、无毒且具有一定营养功能和药理作用的天然食用色素[3]。花青素的自由基清除能力是维生素E的50倍，是维生素C的20倍[4]，它的发现使人类找到了最简单有效的抗氧化抗衰老的办法。花青素还具有抗肿瘤、抗突变、防治心血管疾病、减轻肝脏机能障碍等作用，可以预防和治疗100多种疾病[5]。花青素已广泛应用于医疗、保健品、食品及化妆品等领域，因此，其开发与利用具有很大的研究价值。花青素的提取方法主要有溶剂萃取法和发酵法，在实际应用过程中常结合机械破碎、加热、酶制剂和超声波等辅助技术[6-8]。目前，工业生产中主要以葡萄、蓝莓等为原料提取和加工花青素，因此，有必要寻找新型的花青素源植物。目前中国紫薯育种工作者将国外引进品种经杂交改良之后，育成一些色素含量及紫薯产量都很高的理想品种，可以满足工业化提取色素的要求[9]。紫薯是近年来国内外新兴的特种甘薯品种，所含花色甙类红色素与葡萄皮等原料相当，其稳定性又优于葡萄皮和黑莓色素等。它是一种重要的天然色素源，在食品医药等行业有广泛的应用前景。

紫薯色素属于花青素类物质，含量丰富且稳定性高[10]。紫薯产量高，价格低廉，提取成本低，用紫薯为原料可以解决当前工业化生产花青素的不足。因此，紫薯有望成为一种广泛使用的新型色素源，将来紫薯花青素可能用于肿瘤、心血管等疾病的生物制药上。为了进一步确定紫薯花青素提取的最佳工艺条件，本文对提取剂浓度及用量、提取温度、提取时间等进行探索分析。

1 实验部分

1.1 材料、试剂与仪器

紫甘薯，购于宿州大润发超市。盐酸、无水乙醇、95%乙醇、氯化钠均为分析纯，购于上海国药集团。

可见分光光度计（723型，上海光谱仪器有限公司）、台式高速低温离心机（5418R，德国Eppendorf公司）、纯水机（21-X-P1515B，北京群先科技发展中心）、电热恒温水浴锅（HH-8，天津津立仪器设备科技发展有限公司）、电子天平（BSA224SCW，德国赛多利斯集团）。

1.2 实验方法

选用新鲜优质的紫薯，洗净，去皮，切丁，护色，干燥，粉碎过80目筛。花青素的提取采取溶剂萃取法。用含有酒精的酸性溶液提取后，再经过滤、浓缩等工艺得到最终的产品。溶剂法工艺简单，实际生产中大多采用溶剂法，所用提取剂有醋酸、盐酸、硫酸、甲酸、柠檬酸、乙醇等，而使用醇酸作为提取剂比较合适。

紫薯花青素在可见光区的吸收曲线如图1所示。最大吸收波长（λax）为530 nm。文中所测的吸光度均在此波长下测得。

图1 紫薯花青素可见光区吸收光谱

采用消光系数法测定紫甘薯花色苷含量。称取1.00 g紫甘薯粉，用10 ml酸化乙醇（95%乙醇和1.5 N HCl体积比为55:45），提取完全后，过滤，离心，稀释相同倍数后，于1 cm比色皿中，波长为530 nm处测定吸光值。

总花色苷含量（mg/100 g）：

h=(×/98.2×)×100

即100 g原料中含总花色苷含量（mg）。式中，为530 nm处直接测定的吸光值（A530）；为萃取液测定时稀释的总体积数（ml）；为样品质量（g）；98.2为1%花色苷摩尔消光系数。

1.3 紫薯花青素单因素实验

醇酸比的影响。称取9份样品，每份称取1.00 g紫甘薯粉，于9支试管中，在料液比为1:10，温度为30 ℃，用95%乙醇与1.5 N HCl比为85:15、80:20、75:25、70:30、65:35、60:40、55:45、50:50、45:55的溶液进行提取，密封浸提时间为60 min，中间每15 min摇晃一次。离心稀释后，在530 nm测定吸光度，重复三次求得平均值。

提取时间的影响。称取9份样品，每份称取1.00 g紫甘薯粉，于9支试管中，在料液比为1:10，温度为30 ℃，醇酸比为60:40，分别密封浸提30 min、45 min、60 min、75 min、90 min、105 min、120 min、135 min、150 min，中间每15 min摇晃一次。离心稀释后，在530 nm测定吸光度，重复三次求得平均值。

提取温度的影响。称取6份样品，每份称取1.00 g紫甘薯粉，于6支试管中，在料液比为1:10，醇酸比为60:40，用温度30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃分别密封浸提105 min，中间每15 min摇晃一次。离心稀释后，在530 nm测定吸光度，重复三次求得平均值。

料液比的影响。称取5份样品，每份称取1.00 g紫甘薯粉，于5支试管中，在醇酸比为60:40，温度为60 ℃，密封浸提时间为105 min，中间每15 min摇晃一次。用料液比为1:5、1:10、1:20、1:30、1:40分别进行提取，离心稀释后，在530 nm测定吸光度，重复三次求得平均值。

2 结果与讨论

2.1 紫薯花青素提取率的单因素影响

2.1.1 醇酸比的影响

醇酸比对紫薯花青素提取率的影响结果如图2所示。

图2 醇酸比对紫薯花青素提取率的影响

由图2可见，随醇酸比增大，紫甘薯色素得率随之增加，但当醇酸比达到55:45以后得率开始减少，因此，最佳醇酸比为55:45。

2.1.2 提取时间的影响

提取时间的影响如图3所示。由图3可见，随着提取时间的延长，紫甘薯色素得率增加，但在105 min之后有下降趋势，因此，最佳提取时间为105 min。

图3 提取时间对紫薯花青素提取率的影响

2.1.3 提取温度的影响

提取温度的影响如图4所示。由图4可知，随温度的升高，紫甘薯色素得率也相应增大，但当温度升高到一定程度时反而得率降低，因此，最佳提取温度为60 ℃。

2.1.4 料液比的影响

料液比的影响如图5所示。由图5可见，增加提取剂的用量有利于色素的溶出，提高了花青素色素的得率，当料液比大于1:10时提取效果没有明显增加，因此，最佳料液比为1:10。

图4 不同提取温度对紫薯花青素提取率的影响

图5 不同料液比对紫薯花青素提取率的影响

2.2 正交实验结果

为进一步验证，并确定多因素共同作用下的最佳工艺条件，以单因素实验结果为基础来设计正交试验，正交因素与水平表见表1[11]。

表1 正交试验因素与水平表

由表2可知：浸提时间和醇酸比对花青素浸提效果影响较大，料液比和温度的影响较小。各因素主次顺序D>B>C>A。最优浸提方案为A2B2C2D2。结果与单因素试验相吻合。

表2 正交试验结果分析

注：以上花青素含量均为三次平均值。

3 讨论

浸提时间和醇酸比对紫薯花青素的浸提效果影响较大，料液比和温度的影响较小。紫薯中的花青素提取量随醇酸比不同而发生变化，酸度的增加有利于花青素的提取，但酸度过高会降低花青素的提取率，因此醇酸比应该在合适的范围，方可获得较高的提取率，得到色泽鲜艳的紫薯天然色素。浸提时间的延长虽有利于色素的提取，但较高温度下的长时间浸提会引起紫薯中的花青素的降解。色素的提取率随温度的升高而增加，但是当浸提的温度达到一定值的时候对提高色素提取率的影响不显著，并且有可能破坏花色甙的基本结构进而影响其稳定性。通过单因素试验和正交试验确定最佳提取工艺条件是：料液比1:10、醇酸比55:45、时间105 min、温度60 ℃。上述条件选择料液比1:10进行多次提取，直至吸光度接近于零，测出最大提取量。结果表明，在实验中2次提取得率达96.03%。虽然3次提取后还可以继续提高，但是幅度不大，考虑到提取工艺流程后期须进行浓缩的能源消耗，因而2次提取即可。

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[3] Bagchi D, Sen CK, Bagchi M, Atalay M. Anti- angiogenic, antioxidant, and anti-carcinogenic proper- ties of a novel anthocyanin-rich berry extract formula[J]. Biochemistry(mosc), 2004, 69(1): 75-80.

[4] Uchida S. Condensed tannins scavenging active oxygen radicals[J]. Med Sci Res, 15(2): 831-832.

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Study on Extraction of Anthocyanin from Purple Potato

WANG Qing, CHEN Hong-ling, WU Chao, LONG Tao, DUAN Hong, LI Ying-han

(School of Biological and Food Engineering, Suzhou University, Suzhou 234000, China)

The extraction of anthocyanidin from purple sweet potato was studied in this paper. Orthogonal experiment was applied to optimize the extract process of anthocyanidin. The effect of alcohol to acid ratio, extraction time, temperature, and the ratio of material to solvent was investigated. The results show that the optimal extraction conditions are as follow: alcohol to acid ratio is 55:45, extraction time is 105 min, extraction temperature is 60 ℃, and the ratio of material to solvent is 1:10.

purple potato; anthocyanin; extract

TS264.4

A

1009-9115(2020)03-0071-04

10.3969/j.issn.1009-9115.2020.03.017

宿州学院科研平台开放课题项目（2017ykf05、2019ykf28），宿州学院重点科研项目（2019yzd06），安徽省大学生创业训练项目（201810379004）

2019-07-31

2019-10-16

王晴（1993-），女，安徽淮北人，硕士，助教，研究方向为食品营养与安全。

（责任编辑、校对：李春香）