柠檬酸—乙醇法提取紫甘薯花青素工艺的优化

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摘要：以紫甘薯（Ipomoes batats L.）为原料，采用柠檬酸—乙醇法提取花青素，通过单因素及正交试验探讨了提取剂中柠檬酸与乙醇体积比、柠檬酸浓度、液料比、提取温度和提取时间等因素对花青素提取效果的影响，优化提取工艺。结果表明，各因素对紫薯花青素提取的影响由大到小依次为液料比、柠檬酸浓度、提取温度、提取时间，优化的提取工艺条件为柠檬酸与乙醇体积比10∶1、柠檬酸浓度70 g/L、提取温度70 ℃，提取时间2.0 h，液料比20∶1（V∶m，mL/g）。

关键词：紫甘薯（Ipomoes batats L.）；花青素；提取；柠檬酸—乙醇法

中图分类号：S531；Q946.83+6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2012）23-5448-04

Optimization of Extraction Technology of Anthocanin from Purple Sweet Potato by Citric Acid-Ethanol Method

FAN Ting1，HE Jian-jun2，CHEN Xue-ling2，GUAN Jian2，MEI Xin2

（1.Chutian College， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430205， China； 2.Agro-Processing Sub-Centers of Hubei Innovation Center of Agricultural Science/Institute for Farm Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， China）

Abstract： Using purple sweet potato（Ipomoes batats L.） as material， anthocyanin was extracted by citric acid-ethanol method. Single factor tests and orthogonal design were conducted to study the effects of volume ratio of citric acid to ethanol， citric acid concentration， liquid to solid ratio， extraction temperature and extraction time on yield of anthocyanin so as to optimize the extraction technology. The results indicated that the effect of factors on extraction yield of anthocyanin ranking from largest to smallest were liquid to solid ratio， citric acid concentration， extraction temperature， extraction time. The optimal anthocyanin extraction technology of citric acid-ethanol method from purple sweet potato was the volume ratio of citric acid and ethanol， 10∶1； citric acid concentration， 70 g/L； extraction temperature， 70 ℃； extraction time， 2.0 h； ratio of liquid to solid， 20∶1（V∶m，mL/g）.

Key words： purple sweet potato（Ipomoes batats L.）； anthocyanin； extraction； citric acid-ethanol method

甘薯（Ipomoes batats L.）属旋花科一年生或两年生蔓生草本植物。紫甘薯肉质块根呈紫红色，是甘薯的特有品种，除具有普通甘薯的营养成分外还含有丰富的花青素。花青素又称花色素，是一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，属类黄酮化合物。自然条件下花青素主要以糖苷形式存在，常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花色苷。花青素在酸性条件下呈红色或紫色，热、光、氧稳定性较好，其颜色的深浅与花青素的含量呈正相关，具有优越的着色性能，已作为食品添加剂应用于配料酒、饮料、冰激凌、果酱、糕点等产品[1，2]。此外，花青素还具有清除自由基、抗氧化、抗衰老、消炎、抗癌以及预防心血管系统疾病等多种生理功效[3，4]，现已被广泛用于食品、保健品、药品和化妆品等领域。

已有的花青素提取方法大致可以分溶剂提取法、微生物发酵法、酶解法[5，6]。溶剂提取法较为常见，常用到很多辅助手段，如微波[7]、超声波[8]等，提取剂以甲醇、乙醇、丙酮等有机溶剂为主，考虑到提取过程中甲醇及丙酮残留对花青素应用的负面影响，也有用酸化乙醇替代有机溶剂提取紫薯花青素的报道[9，10]。本研究在前人研究的基础上，对柠檬酸—乙醇法提取紫甘薯花青素工艺进行优化，旨在摸索出紫甘薯花青素高效、无有毒提取剂残留的提取工艺，为紫甘薯花青素大规模生产及应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜紫甘薯（购自超市）清洗后切成厚2～3 mm的薄片，40 ℃下烘干，粉碎，过40目筛，所得紫薯粉于4 ℃条件下保存备用。

主要试剂乙醇、柠檬酸均为化学纯。主要仪器包括GZX-9240 MBE电热鼓风干燥箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；万能粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；恒温振荡器SHA-B，常州国华电器有限公司；UV-2800紫外可见分光光度计，尤尼科（上海）仪器有限公司；LXJ-ⅡB离心机，上海安亭科学仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 紫薯花青素的提取工艺流程 紫薯粉提取剂悬浮恒温水浴振荡提取离心抽滤花青素提取液。

1.2.2 单因素试验 设计单因素试验分别考察提取剂中柠檬酸与乙醇体积比、提取剂中柠檬酸浓度、液料比、提取温度和提取时间对提取率的影响。①提取剂中柠檬酸与乙醇体积比。将5 g/L和10 g/L的柠檬酸溶液与95%的乙醇（体积分数，下同）分别以5∶1、6∶1、7∶1、8∶1、9∶1、10∶1、11∶1和12∶1的体积比混合，配成柠檬酸—乙醇提取液。将提取液按10∶1（V∶m，mL/g，下同）的液料比与2.5 g紫薯粉混合，60 ℃避光振荡提取2.0 h，提取液4 500 r/min离心10 min，上清液经滤纸抽滤后用提取液定容至100 mL，在525 nm下测定稀释液吸光度[11]。②提取剂中柠檬酸浓度。分别配制浓度为10、20、40、50、60、70、80、90、100 g/L的柠檬酸溶液，与95%的乙醇按10∶1的体积比混合，配成不同柠檬酸浓度的柠檬酸—乙醇提取液。提取液按20∶1的液料比与2.5 g紫薯粉混合，60 ℃避光振荡提取2.0 h，提取液4 500 r/min离心10 min，上清液经滤纸抽滤后用提取液定容至100 mL，测定A525 nm。③提取剂与原料的液料比。将70 g/L的柠檬酸溶液与95%的乙醇按10∶1的体积比混合配成柠檬酸—乙醇提取液，提取液分别按10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1的液料比与2.5 g紫薯粉混合，于60 ℃下避光振荡提取2.0 h，提取液4 500 r/min离心10 min，上清液经滤纸抽滤后用提取液定容至100 mL，测定A525 nm。④提取温度。将70 g/L的柠檬酸溶液与95%的乙醇按10∶1的体积比混合配成柠檬酸—乙醇提取液，提取液按20∶1的液料比与2.5 g紫薯粉混合，分别于40、50、60、 70、80、90 ℃避光振荡提取2.0 h，提取液4 500 r/min离心10 min，上清液经滤纸抽滤后用提取液定容至100 mL，测定A525 nm。⑤提取时间。将70 g/L的柠檬酸溶液与95%的乙醇按10∶1的体积比混合配成柠檬酸—乙醇提取液，提取液按20∶1的液料比与2.5 g紫薯粉混合，60 ℃避光振荡提取时间分别为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 h，提取液4 500 r/min离心10 min，上清液经滤纸抽滤后用提取液定容至100 mL，测定A525 nm。

1.2.3 正交试验 在单因素试验基础上采用L9（34）正交试验进一步探讨提取剂中柠檬酸质量浓度、液料比、提取温度、提取时间对紫甘薯花青素提取效果的影响，摸索最优提取工艺。正交试验因素与水平见表1。

1.2.4 统计方法 所有试验均重复3次，试验数据用平均数±标准差表示，用DPS 7.55统计软件进行方差分析，用Duncan’s新复极差法进行显著性检验，以P

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 提取剂中柠檬酸和乙醇体积比对花青素提取的影响 根据朗伯—比尔定律，吸光度与浓度成正比，吸光度越大，溶液中花青素含量越高，说明提取效果越好[12]。研究表明，柠檬酸与乙醇的体积比对花青素的提取效果有显著影响（图1），当柠檬酸与乙醇体积比小于10∶1时，提取液的A525 nm随着柠檬酸与乙醇体积比的升高呈上升趋势，各处理间存在显著差异（P

2.1.2 提取液中柠檬酸浓度对花青素提取的影响 提取液中柠檬酸的浓度对紫薯花青素的提取有显著的影响（图2）。当柠檬酸浓度低于60 g/L时提取液的A525 nm随着柠檬酸浓度升高显著上升（P

2.1.3 提取温度对花青素提取的影响 提取温度对紫薯花青素柠檬酸—乙醇法的提取效果有显著的影响（图3）。从图3可以看出，提取温度由40 ℃上升到70 ℃时提取液A525 nm显著升高（P

2.1.4 提取时间对花青素提取的影响 提取时间对柠檬酸—乙醇法提取紫甘薯花青素的提取效果有显著影响（图4）。随着提取时间延长，提取液的A525 nm呈先上升后下降趋势，提取时间为1.0 h时A525 nm最低，与其他处理间存在显著差异（P

2.2 正交试验结果

在单因素试验基础上选取提取温度、提取时间、柠檬酸浓度、液料比等4个因素进行正交试验，结果见表2。极差分析结果表明，各因素对柠檬酸—乙醇法提取紫薯花青素的影响由大到小依次为液料比、柠檬酸浓度、提取温度、提取时间。最佳因素水平组合为A2B2C3D3，即提取温度70 ℃、提取时间2.0 h、柠檬酸浓度70 g/L、液料比30∶1，在此条件下提取液的A525 nm为2.68，与正交试验最优组合（处理5）A2B2C3D1所得提取液A525 nm（2.65）没有显著差异。因此，柠檬酸—乙醇法提取紫甘薯花青素的最佳工艺条件确定为提取温度70 ℃、提取时间2.0 h、柠檬酸浓度70 g/L、液料比20∶1。

3 结论

紫甘薯花青素提取条件大多是在50～70 ℃下提取1～2 h[13，14]。王关林等[15]对紫甘薯花青素几种提取剂进行了比较，结果表明，1%盐酸甲醇提取效果最好，稀柠檬酸和稀盐酸的提取效果次之，但甲醇具有毒性，使得该方法提取的花青素不宜在食品、药品、化妆品中大规模应用，而如盐酸、硫酸之类强酸会导致花青素水解[9]。本试验在前人研究基础上采用柠檬酸—乙醇法提取紫甘薯花青素，通过单因素试验和正交试验对影响提取效果的相关因素如提取剂中柠檬酸与乙醇体积比、提取温度、提取时间、提取剂中柠檬酸浓度、液料比等进行探讨，正交试验结果表明，各因素中液料比对提取效果的影响最大，柠檬酸浓度和提取温度次之，提取时间的影响最小。综合单因素试验及正交试验结果得柠檬酸乙醇法提取紫甘薯花青素最佳工艺条件为提取剂中柠檬酸与乙醇体积比10∶1、柠檬酸浓度70 g/L、提取温度70 ℃、提取时间2.0 h、液料比20∶1。

参考文献：

[1] 吴克伟，马 越，赵晓燕，等.花青素类色素提取纯化研究现状及发展趋势[J].中国食品添加剂，2008（S1）：147-150.

[2] 凌关庭.食品添加剂手册[M].北京：化学工业出版社，1997.543-545.

[3] KONG J M， CHIA L S， GOH N K， et al. Analysis and biological activities of anthocyanins[J]. Phytochemistry，2003，64（5）：923-933.

[4] ZHU H M， ZHAO M. Study on chemical constituents and antioxidant activity of anthocyanins from Ipomoea batatas L. （purple sweet potato） [J]. Chemistry and Industry of Forest Products，2009， 29（1）：39-45.

[5] 孙建霞，张 燕，胡小松，等. 花青素的提取、分离以及纯化方法研究进展[J]. 食品与发酵工业，2008，34（8）：111-117.

[6] 李金林，刘林勇，涂宗财，等.生物酶法提取紫甘薯花色苷的研究[J].江西食品工业，2009（4）：25-27.

[7] 许正虹，高彦祥，石素兰，等.微波辅助萃取紫甘薯色素的研究[J].食品科学，2005，26（9）：234-239.

[8] 顾红梅，张新申，蒋小萍. 紫薯中花青素的超声波提取工艺[J].化学研究与应用，2004，16（3）：404-405.

[9] ESCRIBANO-BAIL？魷N M T， SANTOS-BUELGA C， RIVAS-GONZALO J C. Anthocyanins in cereals[J]. Journal of Chromatography A，2004，1054（1-2）：129-141.

[10] MARKAKIS P. Anthocyanins as Food Colors[M]. New York： Academic Press，1982.163-207.

[11] 朱洪梅，韩永斌，顾振新，等.大孔树脂对紫甘薯色素的吸附与解吸特性研究[J].农业工程学报，2006，22（5）：153-156.

[12] 廖素凤，陈剑雄，黄志伟，等.响应曲面分析法优化葡萄籽原花青素提取工艺的研究[J].热带作物学报，2011，32（3）：554-559.

[13] 陆国权，唐忠厚. 脚板薯花青素提取及其纯化技术研究[J].粮油食品科技，2006，14（1）：34-35.

[14] 王兆雨，徐美玲，朱蓓薇. 蓝莓花青素的提取工艺条件[J].大连轻工业学院学报，2007，26（3）：196-198.

[15] 王关林，岳 静，李洪艳，等. 甘薯花青素的提取及其抑菌效果分析[J].中国农业科学，2005，38（11）：2321-2326.