紫甘薯的提取和稳定性研究
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本文作者：孙兴丽 黄国清 柳 阳 王世清 肖军霞 单位：青岛农业大学食品科学与工程学院
紫甘薯又称黑薯，属旋花科草本植物，一年生或多年生，其肉质呈紫红色，是甘薯独特的品种。紫薯食味极佳，富含多种天然食用色素，营养成分高，具有抗氧化、抗癌症、保护肝功、抗高血糖以及增强记忆等功能[1]，是开发保健食品和提取植物色素的好材料。紫甘薯花色苷是从紫色甘薯块根中浸提出来的一种天然食用花青素类色素，安全、无毒、无异味、色彩鲜艳、资源丰富，与其它同类色素相比性质较稳定[2-3]，而且具有一定的营养和药理作用，在食品、饮料、化妆品、医药方面有着较大的应用潜力，其发展前景非常广阔[4-5]。目前国内对紫甘薯色素的研究还处于起步阶段，且紫甘薯产量高、色素含量丰富，很适合在我国大多数地区种植，原料来源丰富、价格低廉。本试验以紫甘薯为原料，采用酸化水法提取紫甘薯中的花色苷，通过单因素试验对紫甘薯花色苷最佳提取溶剂、提取时间、提取温度、料液比进行探讨，并对花色苷在不同温度、pH、Na2SO3、糖类和光照条件下的稳定性进行研究，以期为今后紫甘薯的加工利用提供理论依据。
1材料与方法
1.1材料、试剂和仪器设备
1.1.1材料紫甘薯：烟176、济薯18、泰中08-02，购于青岛城阳区果蔬批发市场。
1.1.2试剂麦芽糖、醋酸、柠檬酸，天津市巴斯夫化工有限公司；葡萄糖，莱阳市康德化工有限公司；果糖，天津市大茂化学试剂厂；蔗糖、无水乙醇、亚硫酸钠，天津市广成化学试剂有限公司；盐酸，天津市北方天医化学试剂厂，以上均为分析纯。
1.1.3仪器与设备电热恒温水浴锅：龙口市先科仪器公司；UV-2000紫外分光光度计：上海尤尼科仪器有限公司；旋转蒸发仪RE-52B：上海亚荣生化仪器厂；电子天平：上海奥豪斯公司；pH计Delta320：上海棱谱仪器仪表有限公司；榨汁机JYZ-A560。
1.2紫甘薯花色苷提取工艺稳定性研究紫甘薯磨浆酸化水溶液浸提过滤测定吸光值计算花色苷含量挑选一定量颜色相近的紫甘薯，洗净，切成片状或条状，然后在磨浆机中磨成浆，磨均匀后倒入烧杯中。称取一定量的样品以一定的比例与提取溶剂混合，在一定温度的水浴中冷凝回流加热一定时间，过滤，保留上清液进行后续试验。
1.3紫甘薯花色苷最大吸收波长的确定将烟176、泰中08-02、济薯3种紫甘薯分别磨浆，然后称取5g的紫甘薯匀浆，按1∶10的比例加入0.5%的盐酸溶液，在60℃的水浴条件下提取1h。然后，过滤，稀释适当倍数后在紫外可见扫描仪上扫描，确定最大吸收波长。
1.4花色苷含量的测定消光系数法[6]：取1.0g新鲜紫甘薯泥，用50mL的酸化水提取完全后，过滤，稀释适当倍数后，于最大吸收波长处测定吸光度。总花色苷含量计算公式如式1：总花色苷含量=E×V×100/98.2×m（1）式中，E，532nm处直接测定的吸光度（A532）；V，萃取液测定时稀释的总体积数/mL；m，样品重量/g；98.2，1%的花色苷1mol消光系数。
1.5紫甘薯花色苷提取单因素试验
1.5.1提取溶剂对提取量的影响用蒸馏水分别配制0.1%，0.3%，0.5%，0.7%，0.9%的磷酸、盐酸、醋酸和柠檬酸溶液，分别取50mL不同浓度的4种酸，与5g研磨好的紫苷薯匀浆混匀，每个浓度做3个平行，60℃水浴加热1h，以各自的提取溶剂为参比溶液，于最大吸收波长处测其吸光度，选择最适提取溶剂[7-9]。
1.5.2提取时间对提取量的影响取5份5g研磨好的紫甘薯匀浆，加0.5%的盐酸溶液50mL，摇匀后在60℃下分别水浴30min，45min，60min，75min，90min，于最大吸收波长处测其吸光度，按照1.4的方法计算花色苷提取量。
1.5.3提取温度对提取量的影响取7份5g研磨好的紫甘薯匀浆，加50mL0.5%的盐酸溶液，摇匀后分别在20℃，30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃下水浴1h，于最大吸收波长处测其吸光度，按照1.4的方法计算花色苷提取量。
1.5.4料液比对提取量的影响取5份5g研磨好的紫甘薯匀浆，分别以1:5，1:10，1:15，1:20，1:25的比例与0.5%的盐酸溶液混合，60℃下水浴1h，于最大吸收波长处测其吸光度，按照1.4的方法计算花色苷提取量。
1.6紫甘薯花色苷稳定性试验
1.6.1温度对花色苷稳定性的影响取5份50mL的紫甘薯花色苷提取液，分别在20℃，40℃，60℃，80℃，100℃下加热，每隔0.5h于最大吸收波长处测定一次吸光度，持续3h。按照1.4的方法计算花色苷含量。
1.6.2pH对花色苷稳定性影响取14份5mL的紫甘薯花色苷提取液，分别调节pH为1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，于最大吸收波长处测吸光度。按照1.4的方法计算花色苷含量。
1.6.3Na2SO3对花色苷稳定性的影响取3份50mL的紫甘薯花色苷提取液，加入一定量的Na2SO3，使Na2SO3质量浓度分别为0.5，1.0，1.5g/L，摇匀后室温放置24h，于最大吸收波长处测吸光度。按照1.4的方法计算花色苷含量。
1.6.4糖类对花色苷稳定性的影响取4份50mL的紫甘薯花色苷提取液，分别加入一定量的麦芽糖、蔗糖、葡萄糖、果糖，使各种糖的质量浓度为1g/L，室温放置24h，于最大吸收波长处测吸光度。按照1.4的方法计算花色苷含量。
1.6.5光对花色苷稳定性的影响取2份50mL的紫甘薯花色苷提取液，分别于避光和室外强光下放置，每隔1d于最大吸收波长处测吸光度，持续5d。按照1.4的方法计算花色苷含量。
2结果与分析
2.1紫甘薯花色苷最大吸收波长的确定在紫外可见扫描仪上获取的花色苷最大吸收波长见图1。由图1可以看出，烟176、泰中08-02和济薯18花色苷提取液的最大吸收波峰均在532nm处。且烟176的吸光度最大，表明花色苷含量最高，因此以烟176作为后续试验材料。
2.2紫甘薯花色苷提取单因素试验
2.2.1提取溶剂对提取量的影响提取溶剂对紫甘薯花色苷提取量的影响见图2。不同的提取溶剂以及溶液浓度对紫甘薯花色苷的提取量会有影响。对于同一提取溶剂，随着酸浓度的增加，花色苷提取量先增高后降低，可能是由于高浓度的溶液限制了某些花色苷类物质的溶出。比较同一浓度下的不同溶液对应的花色苷提取量可知，0.5%的盐酸溶液的提取效果最好。以下试验均用0.5%的盐酸溶液作为提取溶剂。
2.2.2提取时间对提取量的影响提取时间对紫甘薯花色苷提取量的影响见图3。适当的增加提取时间，可使花色苷更多的溶出。当提取时间为60min时，花色苷的提取量达到最大值，此后随着时间的延长，花色苷含量不断下降，故选择浸提时间为60min。
2.2.3提取温度对提取量的影响提取温度对紫薯花色苷提取量的影响见图4。在20℃~60℃之间，浸提出来的花色苷含量随温度的升高而增加，到60℃提取量达最大。继续升温，花色苷含量开始逐渐减少，可能是因为高温增加了花色苷的不稳定性，使其结构发生变化。因此选择花色苷提取温度为60℃。2.2.4料液比对提取量的影响料液比对紫甘薯花色苷提取量的影响见图5。随着料液比的加大，花色苷的提取量逐渐增加。当料液比增加到1:20以上时，花色苷的提取量增加不明显。故选择料液比为1:20。
2.3紫甘薯花色苷稳定性试验将紫甘薯匀浆按最佳提取工艺，即以0.5%的盐酸溶液按1:20的料液比，于60℃水浴中浸提1h，浸提1次，此时花色苷含量达43.8901mg/100g（鲜重）。
2.3.1温度对花色苷稳定性的影响温度对花色苷稳定性的影响见图6。在20℃~60℃之间，随着加热时间的延长，紫甘薯花色苷含量下降的幅度很小；但在80℃和100℃下，紫甘薯花色苷含量有比较明显的下降，其中100℃条件下下降最明显。可见，紫甘薯花色苷在高温下对热不稳定。
2.3.2pH对花色苷稳定性的影响pH对花色苷稳定性和颜色的影响分别见图7和表1。在酸性范围内，紫甘薯花色苷呈现红色；中性条件下，颜色变为了浅棕色；在碱性范围，又变成了其他的颜色。在酸性条件下，紫甘薯花色苷主要以红色的吡喃型阳离子结构存在，色素溶液颜色强度较高；中性条件下主要以无色的查尔酮结构存在，色素溶液颜色强度降低；碱性条件下主要以蓝色醌式结构存在，色素溶液颜色强度增加[10]。由此可见，紫甘薯花色苷稳定性受pH影响较大，适宜在酸性条件下使用。Na2SO3对紫甘薯花色苷稳定性的影响见图8。随着Na2SO3浓度的增大，紫甘薯花色苷的含量呈下降趋势，说明Na2SO3降低了花色苷的稳定性。其原因可能是亚硫酸根在酸的作用下形成亚硫酸氢根，它对花色苷4位碳亲核攻击生成了无色的花色苷亚硫酸盐复合物[11]。
2.3.4糖类对花色苷稳定性的影响糖类对紫甘薯花色苷稳定性的影响见图9。由图9可以看出，与对照组相比，各组糖处理均在一定程度上降低了花色苷的稳定性，但是效果不明显，花色苷的含量基本上保持不变。结果表明，紫甘薯花色苷在蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖条件下稳定性较高。
2.3.5光对花色苷稳定性的影响光对花色苷稳定性的影响见图10。在避光的条件下，随着时间的延长，紫甘薯花色苷含量下降很小：在强光条件下，前2d花色苷的含量基本不变，随时间的推移，紫甘薯花色苷的含量有小幅度的下降。这说明光照对紫甘薯花色苷的稳定性有一定的影响。
3结论
紫甘薯富含天然花色苷，主要成分为矢车菊色素（花青素）和芍药色素（甲基花青素），其色泽鲜艳，且具有显著的自由基清除能力，能够抗氧化、防突变，减轻由CCl4引起的肝损伤，是不可多得的兼具营养、保健和着色等功能的生理活性物质。通过试验得出紫甘薯花色苷的最佳提取条件：最大吸收波长532nm、最佳提取溶剂为0.5%的盐酸水溶液、提取时间1h、提取温度60℃、料液比1:20（g/mL）。在此条件下，得到的花色苷含量达43.8901mg/100g（鲜重）。稳定性研究表明：紫甘薯花色苷对热具有一定的稳定性；它适合在酸性条件下使用，随着pH的增加，色素颜色会发生变化；葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖等糖类基本不影响花色苷的稳定性；Na2SO3对花色苷的影响很大，可极大地降低其稳定性。