紫玉米花青素的提取方法對(duì)比研究

賈士芳，董洪霞，董樹(shù)亭

(1.太原科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，山西 太原 030021；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271018；3.上饒師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，江西 上饒 334001)

色素是獨(dú)特而又關(guān)鍵的食品組分之一[1]，分為合成色素和天然色素兩大類(lèi)，其中天然色素以“天然、營(yíng)養(yǎng)、多功能”等特點(diǎn)越來(lái)越受到科研領(lǐng)域的關(guān)注[2]。

在我國(guó)，黑糯玉米及紫玉米是各地區(qū)大量種植的一種作物，但利用程度較低。因此，利用黑糯玉米和紫玉米提取天然色素不僅可避免資源浪費(fèi)、保護(hù)環(huán)境、滿足市場(chǎng)需求，還可提升玉米的附加值及綜合利用效率。

目前，玉米色素的提取多采用熱水浸提法或直接酸解法，這兩種方法色素得率低、操作費(fèi)時(shí)、能耗大[3～6]。近年來(lái)，超聲波、微波等輔助提取方法逐漸應(yīng)用于玉米色素的提取[7，8]，這兩種方法操作簡(jiǎn)單、省時(shí)節(jié)能。作者在此以紫玉米穗軸為原料，對(duì)熱水浸提法、直接酸解法、超聲波輔助法、微波輔助法提取紫玉米花青素進(jìn)行了比較，并對(duì)其工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

紫玉米穗軸烘干至恒重后放入粉碎機(jī)中破碎至40～80目，密封，備用。

鹽酸、無(wú)水乙醇等均為分析純；標(biāo)準(zhǔn)品均購(gòu)自Sigma 公司。

微型植物試樣粉碎機(jī)，上海市嘉定糧油檢測(cè)儀器廠；202型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；722型可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；FA2104S型電子分析天平，上海金鵬分析儀器有限公司；SB120D型超聲波破碎器，昆山市超聲儀器有限公司；RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海青浦滬西儀器廠；PHS-3C型酸度計(jì)，金壇市科興儀器廠； DZKW-S-6型電熱恒溫水浴鍋，北京永光明醫(yī)療儀器廠；WD700ATL17-3 電腦型微波爐，格蘭仕電器公司；GL-21B型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器總廠。

1.2 方法

紫玉米穗軸樣品→熱水浸提/直接酸解浸提/超聲波輔助浸提/微波輔助浸提→離心(4500 r·min-1，30 min)→取上清液→旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮→干燥→色素粗提物→稀釋→測(cè)定花青素質(zhì)量。按下式計(jì)算花青素得率。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱水浸提法提取紫玉米花青素

2.1.1 提取溫度對(duì)紫玉米花青素得率的影響(表1)

表1 提取溫度對(duì)紫玉米花青素得率的影響

由表1可知，花青素得率隨提取溫度的升高不斷上升；當(dāng)提取溫度超過(guò)65℃后，花青素得率反而下降。這可能是因?yàn)?，溫度升高，溶液的擴(kuò)散速率加快，細(xì)胞內(nèi)的色素物質(zhì)向外擴(kuò)散加速，但溫度過(guò)高會(huì)破壞花青素的結(jié)構(gòu)、增加水溶性雜蛋白質(zhì)和植物膠含量，從而導(dǎo)致干燥提純成本增加。因此，提取溫度以65℃為宜。

2.1.2 提取時(shí)間對(duì)紫玉米花青素得率的影響(表2)

表2 提取時(shí)間對(duì)紫玉米花青素得率的影響

由表2可知，紫玉米花青素得率隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)不斷上升；當(dāng)提取時(shí)間為12 h時(shí)，得率最大；之后，繼續(xù)延長(zhǎng)提取時(shí)間，得率變化不大。因此，提取時(shí)間以12 h 為宜。

2.1.3 料液比對(duì)紫玉米花青素得率的影響(表3)

表3 料液比對(duì)紫玉米花青素得率的影響

由表3可知，花青素得率隨溶劑量的增加逐漸上升，當(dāng)料液比達(dá)到1∶15后，花青素得率趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)?，溶劑量越大，穗軸粉末分散越均勻，浸提越充分，花青素得率越大；但溶劑量過(guò)大，會(huì)給后續(xù)干燥提純帶來(lái)不便。因此，料液比以1∶15 為宜。

2.2 直接酸解法提取紫玉米花青素

2.2.1 提取劑對(duì)紫玉米花青素得率的影響(表4)

表4 提取劑對(duì)紫玉米花青素得率的影響

由表4可知，復(fù)合提取劑的花青素得率均高于單一提取劑，且提取劑為0.1 mol·L-1HCl∶95%乙醇=1∶1(體積比)時(shí)得率最大。這可能是因?yàn)椋ㄇ嗨匾兹苡跇O性溶劑，且乙醇可以有效沉淀果膠、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)。因此，確定適宜提取劑為0.1 mol·L-1HCl∶95%乙醇= 1∶1。

2.2.2 提取時(shí)間對(duì)紫玉米花青素得率的影響(表5)

表5 提取時(shí)間對(duì)紫玉米花青素得率的影響

由表5 可知，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，花青素得率迅速升高，5 h后得率升幅趨緩，至6 h時(shí)，達(dá)到最大值。但浸提時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使花青素受到光熱等因素的影響發(fā)生分解。因此，確定適宜提取時(shí)間為6 h。

2.2.3 提取溫度對(duì)紫玉米花青素得率的影響(表6)

表6 提取溫度對(duì)紫玉米花青素得率的影響

由表6可知，花青素得率隨提取溫度的升高迅速升高；提取溫度達(dá)到30℃后，升幅趨緩，60℃時(shí)花青素得率達(dá)到最大；之后繼續(xù)升高提取溫度，得率反而降低。這可能是由于溫度過(guò)高時(shí)，某些糖苷降解，致使花青素含量降低，得率下降。因此，確定適宜提取溫度為60℃。

2.3 超聲波輔助法提取紫玉米花青素

基于單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果(另文發(fā)表)，選擇超聲波輔助提取溫度為40℃，以超聲波功率、超聲波輻射時(shí)間以及液料比為考察因素，進(jìn)行3因素3水平L9(33)正交實(shí)驗(yàn)，以?xún)?yōu)化超聲波輔助法提取紫玉米花青素的工藝條件，其結(jié)果與分析見(jiàn)表7。

由表7可知，各因素對(duì)紫玉米花青素得率的影響大小依次為：超聲波輻射時(shí)間>液料比>超聲波功率，最佳工藝條件為A2B2C3，即超聲波功率200 W、超聲波輻射時(shí)間40 min、液料比25∶1。

2.4 微波輔助法提取紫玉米花青素

基于單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果(另文發(fā)表)，選擇微波輔助提取溫度為60℃，以微波功率、微波輻射時(shí)間以及液料比為考察因素，進(jìn)行3因素3水平L9(33)正交實(shí)驗(yàn)，以?xún)?yōu)化微波輔助法提取紫玉米花青素的工藝條件，其結(jié)果與分析見(jiàn)表8。

表7 超聲波輔助法正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

表8 微波輔助法正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

由表8可知，各因素對(duì)紫玉米花青素得率影響大小依次為：微波功率>微波輻射時(shí)間>液料比，最佳工藝條件為A2B3C2，即微波功率700 W、微波輻射時(shí)間6 min、液料比20∶1。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，按照工藝條件A2B3C2所得紫玉米花青素得率為16.78%，高于正交實(shí)驗(yàn)中最高的16.53%，表明最佳工藝條件確為A2B3C2。

2.5 提取方法的比較(表9)

表9 4 種提取方法的比較

由表9 可知，與傳統(tǒng)的熱水浸提法和直接酸解法相比，超聲波輔助法和微波輔助法均能明顯地縮短提取時(shí)間、降低提取溫度，避免了高溫對(duì)活性物質(zhì)的破壞，提高了紫玉米花青素的得率，具有快速、節(jié)能、高效的特點(diǎn)，是提取紫玉米花青素的好方法。其中超聲波輔助法效果最好，紫玉米花青素得率為18.42%。

3 結(jié)論

以紫玉米穗軸為原料，采用熱水浸提法、直接酸解法、超聲波輔助法和微波輔助法提取紫玉米花青素。結(jié)果表明，熱水浸提法、直接酸解法、超聲波輔助法和微波輔助法提取紫玉米花青素的得率分別為7.85%、12.17%、18.42%、16.78%。與傳統(tǒng)方法相比，超聲波輔助法和微波輔助法提取紫玉米花青素具有快速、節(jié)能、高效等優(yōu)點(diǎn)。

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