紫甘藍色素最佳提取工藝條件的研究

王歡

（咸陽師范學院化學與化工學院，陜西 咸陽 712000）

紫甘藍色素最佳提取工藝條件的研究

王歡

（咸陽師范學院化學與化工學院，陜西 咸陽 712000）

以微波輻射法和超聲波輔助法分別對紫甘藍色素的提取進行研究，通過單因素試驗及正交試驗得到紫甘藍色素的提取的最佳工藝條件為采用微波輻射功率600W、提取時間3min、提取液濃度0.45mol/L的鹽酸溶液、液固比為10∶1。

紫甘藍色素；微波輻射法；超聲波法；提取工藝

食用色素是食品添加劑的一個重要分支，廣泛應用于食品、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。隨著醫(yī)學毒理學和生物學實驗的進展，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)化學合成色素中不少品種具有嚴重的慢性毒性和致癌性，因此，合成色素逐漸被天然色素所取代。天然色素作為食品添加劑，具有安全性高、色澤自然鮮艷等特點，而且有些天然色素對人體的多種疾病還具有預防、治療等藥理作用和保健功能[1]。

紫甘藍，又名紫卷心菜（Brassia olerocea Var CapitataⅠ），為十字花科（Cruciferae），原產(chǎn)歐洲地中海地區(qū)。紫甘藍紅色素是從紫甘藍中提取的一種天然有色物質(zhì)，具備色澤鮮艷、原料豐富、再生性強、環(huán)保安全、價格低廉等優(yōu)點，具有良好的開發(fā)價值。目前，研究紫甘藍色素提取工藝的文獻不多，大多采用傳統(tǒng)的浸提法[2-7]，同時以微波輻射法和超聲波輔助法2種提取方法進行比較，得出紫甘藍色素的最佳提取工藝，為開發(fā)和利用色素資源提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與試劑

1.1.1 材料

紫甘藍取自本地，洗凈切碎后備用。

1.1.2 主要儀器

MAS-Ⅱ型微波萃取儀器：上海新儀微波化學科技有限公司；KQ5200DE型（250W）數(shù)控超聲清洗儀器：江蘇昆山市超聲儀器有限公司；TD型電子天平：余姚市金諾天平儀器有限公司；PHS-4CT型酸度計：上海康儀儀器有限公司；7230型紫外可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司。

1.1.3 試劑

所用試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 色素提取方法

以鹽酸為提取液，分別采用微波輻射法和超聲波輔助法，選擇功率、時間、提取液濃度、溶劑用量4個因素進行單因素試驗和正交試驗，2種方法進行比較，確定最佳提取工藝。

2 結果與討論

2.1 紫甘藍色素的提取

2.1.1 提取液的選擇

準確稱取5份切碎的紫甘藍，每份5.000 g于5個干凈的錐形瓶中，分別加入無水乙醇、丙酮、0.35 mol/L的鹽酸、20%的冰醋酸及蒸餾水各50 mL，室溫浸提4 h，觀察其色澤，試驗現(xiàn)象如表1所示。

表 1 提取劑的選擇Table 1 Effect of different solvents on pigment extraction

由表1可得出，0.35 mol/L鹽酸和20%冰醋酸作為提取劑時顏色均為鮮紅色且相對穩(wěn)定，不易變色，均可作為紫甘藍色素提取劑。

2.1.2 最大吸收波長的選擇

測得0.35 mol/L鹽酸和20%冰醋酸在530 nm處的吸光度值分別為A=0.046和A=0.023，因此選擇浸提劑為0.35 mol/L鹽酸溶液較為理想。以0.35 mol/L鹽酸為浸提劑測其最大波長，紫甘藍色素的吸收光譜如圖1所示。

由圖1可知，紫甘藍色素在波長520 nm～530 nm間存在1個波峰，最大吸收波長為525 nm。

2.2 微波輻射輔助提取紫甘藍色素

2.2.1 單因素試驗

2.2.1.1 溶劑濃度對色素提取效果的影響

用電子天平準確稱取5.000 g 5份粉碎的紫甘藍于5個干凈的錐形瓶中，分別加入50 mL 0.05、0.15、0.25、0.35、0.45 mol/L的鹽酸溶液，在600 W的微波輻射功率下微波輻射2 min，趁熱抽濾，取5 mL濾液，用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A，溶劑濃度對吸光度值A的影響如圖2所示?？芍?，提取液鹽酸的濃度為0.25 mol/L時，提取效果最好，所以取0.25 mol/L鹽酸溶液為提取液濃度。

2.2.1.2 液固比對紫甘藍色素提取效果的影響

在5份5.000 g樣品中，分別加入50、75、100、125、150 mL 0.25 mol/L鹽酸，在600 W的微波輻射功率下微波輻射2 min，趁熱抽濾，依次分別取5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 mL濾液（即1/10濾液），用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A，結果如圖3所示。

由圖3可知，提取液鹽酸取50 mL時色素提取率最好，所以確定液固比為10∶1。

2.2.1.3 微波輻射功率對紫甘藍色素提取效果的影響

在5份5.000 g樣品中，加入50 mL 0.25 mol/L的鹽酸，分別在微波輻射功率為400、500、600、700、800 W下輻射2 min，趁熱抽濾，取5 mL濾液，用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A，結果如圖4所示。

由圖4可知，微波輻射的功率大小對提取效果有顯著的影響。當輻射時間一定時，輻射功率越大，物系吸收的能量越多，物系的升溫越快，從而加快擴散速度，溫度越高，對紫甘藍植物細胞的破壞作用越大，有利于天然色素成分的浸出。但是溫度太高，對紫甘藍色素的結構有一定的破壞作用，所以選用較小的微波輻射功率較好。輻射功率為600 W時吸光度值變化最大，因此選擇600 W的微波輻射功率。

2.2.1.4 微波輻射時間對紫甘藍色素提取效果的影響在5份5.000 g樣品中，加入50 mL 0.25 mol/L的鹽酸，在微波輻射功率為600W下，分別輻射1、2、3、4、5min，趁熱抽濾，取5 mL濾液，用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A，結果如圖5所示。

由圖5可知，隨著微波輻射時間的增加，提取效率下降，其主要原因是經(jīng)過長時間的加熱，紫甘藍色素成分部分活性損失，3 min時效果最好，所以最佳提取時間確定為3 min。

2.2.2 正交試驗

2.2.2.1 正交試驗設計

正交試驗設計如表2所示。

表 2 正交試驗設計表L9(34)Table 2 Design of the orthogonal experiment L9(34)

2.2.2.2 正交試驗結果與討論

正交試驗結果如表3所示。

從極差分析R值可看出，四因素對紫甘藍天然色素提取效果的影響順序為：微波輻射時間>提取液濃度>微波輻射功率>液固比。

同時，從正交試驗可以看出優(yōu)化方案為：微波輻射功率600 W、提取時間4 min、提取液濃度0.45 mol/L的鹽酸溶液，液固比為10∶1。但由于微波輻射的時間越長，色素成分會被破壞，所以最佳提取時間確定為3 min最合適。

表 3 正交試驗安排表及試驗結果Table 3 Results of the orthogonal experiment L9(34)

2.3 超聲波輔助提取紫甘藍色素

2.3.1 單因素試驗

2.3.1.1 溶劑濃度對色素提取效果的影響

用電子天平稱取5.000 g 4份粉碎的紫甘藍于4個干凈的錐形瓶中，分別加入50 mL 0.15、0.25、0.35、0.45 mol/L的鹽酸溶液，在超聲波功率為200 W時超聲8 min，趁熱抽濾，取5 mL濾液，用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A，結果如圖6所示。

由圖6可知，提取液鹽酸的濃度為0.35 mol/L時，提取效果最好，所以取0.35 mol/L鹽酸溶液為提取液濃度。

2.3.1.2 液固比對紫甘藍色素提取效果的影響

稱取5.000 g 4份粉碎的紫甘藍于4個干凈的錐形瓶中，分別加入50、75、100、125 mL 0.35 mol/L鹽酸，在超聲波功率為200 W時超聲8 min，趁熱抽濾，依次分別取5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 mL濾液（即1/10濾液），用0.05mol/L鹽酸溶液定容至50mL，測其在最大波長525nm處的吸光度值A，結果如圖7所示。

由圖7可知，提取液鹽酸取75 mL時色素提取率最好，所以確定液固比為15∶1。

2.3.1.3 超聲波功率對紫甘藍色素提取效果的影響

稱取5.000 g 4份粉碎的紫甘藍于4個干凈的錐形瓶中，分別加入75 mL 0.35 mol/L鹽酸，在超聲波功率為100、150、200、250 W時超聲6 min ，趁熱抽濾，取7.5 mL濾液（即1/10濾液），用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A，結果如圖8所示。

由圖8可知，超聲波功率為100 W時提取效果最好，所以確定100 W為最佳的超聲波提取功率。

2.3.1.4 超聲波時間對紫甘藍色素提取效果的影響

稱取5.000 g 4份粉碎的紫甘藍于4個干凈的錐形瓶中，分別加入75 mL 0.35 mol/L鹽酸，在超聲波功率為100 W時超聲4、6、8、10 min，趁熱抽濾，取7.5 mL濾液（即1/10濾液），用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A，結果如圖9所示。

由圖9可確定超聲波時間為6 min時提取效果最好，所以最佳的超聲波時間為6 min。

2.3.2 正交試驗

2.3.2.1 正交試驗設計

正交試驗設計如表4所示。

表 4 正交試驗設計表Table 4 Design of the orthogonal experiment L9(34)

2.3.2.2 正交試驗結果與討論

正交試驗結果與討論如表5。

表 5 正交試驗安排表及試驗結果Table 5 Results of the orthogonal experiment L9(34)

從極差分析R值可看出，四因素對紫甘藍天然色素提取效果的影響程度依次為：B>C>D>A,即超聲波時間>提取液濃度>液固比>超聲波功率。

同時，綜合各因素的K值和直接比較，從正交試驗可以得出最佳提取條件為：超聲波功率100 W、提取時間8 min、提取液濃度0.25 mol/L的鹽酸溶液、液固比為15∶1。但由于超聲波的時間越長，色素成分會被破壞，所以最佳提取時間確定為6 min最合適。

2.4 微波輻射和超聲波法的比較

分別稱取2份5.000 g晾干粉碎的紫甘藍葉，按照以上微波輻射和超聲波法所探索出的優(yōu)化方案，分別提取紫甘藍色素，對2份粗提液分別測其吸光度值。微波輻射法測得吸光度A=0.412，超聲波法測得吸光度A=0.197。由2組吸光度值可以看出微波輻射法較理想。

3 結論

微波輻射提取紫甘藍色素的各因素對色素提取效果的影響程度依次為微波輻射時間、提取液濃度、微波輻射功率、提取液用量。提取紫甘藍色素的最佳工藝為：采用微波輻射功率600 W、提取時間3 min、提取液濃度0.45 mol/L的鹽酸溶液、液固比為10∶1。

通過對比試驗，證明微波輻射提取色素既可以提高色素得率，又可減少提取時間，它為紫甘藍色素的提取提供了一條新途徑，對工業(yè)化生產(chǎn)具有一定的參考價值，為紫甘藍色素的開發(fā)利用提供了參考。

[1]項斌,高建榮.天然色素：實用天然產(chǎn)物手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社，2004:52-76

[2]劉敬蘭,陳連文.紫甘藍色素的提取及穩(wěn)定性研究[J].化學世界,1995(8):72-98

[3]劉穎,李連之.紫甘藍色素性質(zhì)的研究[J].聊城師范學院學報:自然科學版,1996(4):126-154

[4]王燕霞.傳統(tǒng)水浴提取紫甘藍紅色素工藝研究[J].食品研究與開發(fā),2007,28(1):119-122

[5]張玉敏,郭艷華,陳義鋒.紫甘藍色素最佳提取工藝條件的研究[J].華中師范大學學報:自然科學版,2006,40(2):209-212

[6]米廣春,馬輝.紫甘藍色素作為酸堿指示劑的使用[J].化學教育，2008(3):69-85

[7]張建立,張翔宇.紫甘藍色素的提取及應用[J].創(chuàng)新科技,2003(12):124-163

Study on the Best Extraction Technology of Pigment from Violet Cabbage

WANG Huan
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Xianyang Normal University，Xianyang 712000，Shaanxi，China）

The raw material is violet cabbage.The violet cabbage pigment in the method of microwave and ultrasound was studied .The result which investigated in single factor test and orthogonal test L9（34）shows that the optimum conditions are the extraction reagent is 0.45 mol/L hydrochloric acid，solvent/reagent ratio is 10∶1，radiant power at 600 W for 3 minutes in microwave irradiation.

violet cabbage pigment；microwave irradiation；ultrasonic wave；extraction technology

咸陽師范學院專項科研基金（08XSYK342）

王歡（1982—），女（漢），講師，碩士，研究方向：光譜分析。

2011-03-09