超聲輔助提取櫻花色素工藝優(yōu)化

荀 蘭，郁建平

（1.興義民族師范學(xué)院，貴州興義 562400；2.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽550025）

天然色素來自動(dòng)植物體，根據(jù)目前的研究還沒發(fā)現(xiàn)對人體有任何的毒副作用，應(yīng)用安全無毒的天然食用色素代替合成食用色素是大勢所趨，但天然色素比合成色素價(jià)格高，充分利用價(jià)廉的天然資源制取食用色素是降低成本的重要途徑之一[1-4]。天然色素不僅可以用于食品染色，而且一些還具有重要生理功能，在防癌、降血脂、營養(yǎng)保健等方面有重要作用[5-8]。天然植物有效成分大多為細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物，在提取時(shí)往往需要將植物細(xì)胞破碎，現(xiàn)有的機(jī)械破碎法難于將細(xì)胞有效破碎、化學(xué)破碎方法又容易造成被提取物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)等變化而失去活性，將超聲波應(yīng)用于提取植物的有效成分，操作簡便快捷、無需加熱、提取率高、速度快、效果好，顯示出明顯的優(yōu)勢[7-10]。櫻花主要作觀賞植物，對櫻花色素的提取尚未得到重視，超聲波提取櫻花色素的工藝研究也未見報(bào)道。櫻花（Prunus serulata）是薔薇科落葉喬木，原產(chǎn)中國、日本和朝鮮，具有很高的觀賞價(jià)值，也可提取櫻花色素，該色素提取工藝簡單、性質(zhì)穩(wěn)定、顏色鮮艷、價(jià)廉易得，具有廣闊的開發(fā)利用價(jià)值和規(guī)?；a(chǎn)前景，可用于有色糖果、食品、果汁飲料、茶飲料及酒類。如果能合理地開發(fā)和利用，將成為一種很好的天然食用色素資源[11-12]，本文對超聲輔助提取櫻花色素的工藝進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)所用櫻花 為2010年4月采自于貴州大學(xué)花溪南校區(qū)校園內(nèi)；試劑乙醇、濃鹽酸、氫氧化鈉等均為分析純。

BS 124S型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；101C-2b型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠；SI-IZ-D型循環(huán)水式真空泵 河南鞏義市英峪豫華儀器廠；TU-1901型雙光束紫外分光光度計(jì) 北京普析通用儀器公司；JY88-IIN型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī) 寧波新芝生物科技有限公司；5200E型超聲波清洗器 上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司；DZKW-4型電子恒溫水浴鍋 上海金橋科析儀器廠；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠；GZX-9140MBE型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 櫻花原材料的前處理 取采摘的新鮮櫻花（2010年4月3日采自貴州大學(xué)南區(qū)校園內(nèi)）放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)60℃干燥6h，粗碎，放入塑料袋內(nèi)密封保存，備用。

1.2.2 色素最大吸收波長確定及含量計(jì)算 稱取1.0g備用櫻花粉，放入燒杯內(nèi)，加入75%pH為1的乙醇10mL，超聲處理10min，抽濾。取5mL濾液于50mL容量瓶內(nèi)，定容。在360～600nm波長范圍內(nèi)掃描，確定最大吸收波長。含量計(jì)算：

色素相對含量（%）=（At/Amax）×100

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn) 考察乙醇濃度、提取劑酸度、液料比、提取次數(shù)、超聲時(shí)間、超聲功率對色素得率的影響。

1.2.3.1 乙醇濃度的選擇 稱取六份1.0g備用櫻花粉，分別放入燒杯內(nèi)，依次編號，各加入pH均為1的乙醇百分?jǐn)?shù)分別為0%（蒸餾水）、20%、40%、60%、80%和95%的乙醇10mL，5min攪拌1次，0.5h后，過濾，精密量取5mL于50mL容量瓶內(nèi)，定容。測其在最大吸收波長處的吸光度。

1.2.3.2 提取劑酸度的選擇 稱取五份1.0g備用櫻花粉，分別放入燒杯內(nèi)，依次編號，各加入pH分別為1、3、5、7、9的80%乙醇40mL，5min攪拌1次，0.5h后過濾，各取5mL定容至50mL，測其在最大吸收波長處的吸光度。

1.2.3.3 提取次數(shù)對櫻花色素提取效果的影響 稱取一份1.0g備用櫻花粉，放入燒杯內(nèi)，向其中加入pH為1的80%的乙醇10mL，靜置10min后，過濾。向?yàn)V渣中加入pH為1的80%的乙醇10mL，再次靜置10min后，過濾。重復(fù)此操作六次。各取5mL定容至50mL，測其在最大吸收波長處的吸光度。

1.2.3.4 液料比的選擇 稱取七份1.0g備用櫻花粉，分別放入燒杯內(nèi)，依次編號，各加入pH均為1的80%的乙醇10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、35.0、40.0mL，5min攪拌1次，0.5h后，過濾，各取5mL定容至50mL，測其在最大吸收波長處的吸光度。

1.2.3.5 超聲時(shí)間的選擇 稱取四份1.0g備用櫻花粉，分別放入燒杯內(nèi)，編號為0、1、2、3，各加入pH均為1的80%的乙醇10mL，0號靜置0.5h，1號超聲10min，2號超聲20min，3號超聲30min。分別過濾，各取5mL定容50mL，測其在最大吸收波長處的吸光度。

1.2.3.6 超聲功率的選擇 稱取五份1.0g備用櫻花粉，分別放入燒杯內(nèi)，依次編號，各加入pH均為1的80%的乙醇10mL，依次用100、200、300、400、500W功率下超聲10min，分別過濾，各取5mL定容至50mL，測其在最大吸收波長處的吸光度。

1.2.4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 取櫻花粉各1.0g進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別采用乙醇體積分?jǐn)?shù)50%～100%、液料比15∶1～40∶1、提取時(shí)間10～60min和提取次數(shù)1～4次進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇一定乙醇體積分?jǐn)?shù)、液料比、提取時(shí)間和超聲功率作為考察因素，以櫻花色素得率為考察指標(biāo)，按L9（34）正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，確定櫻花色素超聲提取的最佳工藝條件。正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平表見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of the orthogonal experiment

2 結(jié)果與討論

2.1 櫻花色素的最大吸收波長

吸取一定量的樣品溶液，用紫外-可見分光光度計(jì)進(jìn)行掃描，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，色素在540nm處有最大吸收，該色素可能是甜菜紅素[12]，色素含量和其濃度成正比，故將色素在540nm處的吸收值，作為實(shí)驗(yàn)條件的測定指標(biāo)。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 不同乙醇濃度對色素得率的影響 經(jīng)過對乙醇濃度單因素實(shí)驗(yàn)篩選，乙醇濃度對櫻花色素提取效果的影響如圖1所示。

圖1 乙醇濃度對櫻花色素提取效果的影響Fig.1 Ethanol concentration and the absorption

圖1表明，乙醇濃度對櫻花色素提取效果的影響比較明顯，隨乙醇濃度的增大，櫻花色素提取液的濃度逐漸增大，乙醇濃度到達(dá)80%時(shí)達(dá)到最大值，隨后急劇下降。結(jié)果說明櫻花色素是一種水溶性色素，因此，選擇乙醇濃度40%、60%、80%作為正交實(shí)驗(yàn)的三個(gè)水平。

2.2.2 不同pH對色素得率的影響 用不同酸度的乙醇提取色素，測定提取液最大吸收波長處的吸光度，結(jié)果見圖2。

圖2 提取劑酸度對櫻花色素提取效果的影響Fig.2 Effect of extraction agents acidity on the absorption

圖2表明，當(dāng)pH=1時(shí)吸光度最大，而且隨著pH的增大，色素顏色由紅色向綠色轉(zhuǎn)變。色素的穩(wěn)定性受溶液酸度影響大，因此，選擇提取劑酸度pH=1。

2.2.3 提取次數(shù)對色素得率的影響 按1.2.3.3的處理，分別提取1、2、3、4、5、6次，在540nm測定吸光度并計(jì)算含量，考察提取次數(shù)對得率的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 提取次數(shù)對色素提取效果的影響Fig.3 Effect of extraction times on the absorption

圖3表明，經(jīng)過3次提取后，已經(jīng)把大量色素提取出來了，再增加提取級數(shù)，色素的提取量增加不大，因而可以選擇3次提取。

2.2.4 液料比對色素得率的影響 按1.2.3.4的處理，測其提取液在最大吸收波長處的吸光度，結(jié)果如圖4所示。

圖4 液料比對櫻花色素提取效果的影響Fig.4 Effect of the liquid-solid ratio on the absorption

圖4表明，液料比對色素提取效果有一定影響，隨提取劑用量的增大，櫻花色素的濃度逐漸減小，提取率在逐漸增大，綜合考慮，選擇液料比為20∶1、30∶1、40∶1作為正交實(shí)驗(yàn)的三個(gè)水平。

2.2.5 超聲時(shí)間對色素得率的影響 按1.2.3.5的處理，測其提取液在最大吸收波長處的吸光度，結(jié)果如圖5所示。

圖5 超聲時(shí)間對櫻花色素提取效果的影響Fig.5 Effect of ultrasonic application time on the absorption

圖5表明，超聲時(shí)間對櫻花色素提取效果的影響比較明顯，隨超聲時(shí)間的增長，櫻花色素的濃度逐漸增大。20min之后，變化趨勢減緩。綜合考慮，選擇選擇超聲時(shí)間為10、20、30min作為正交實(shí)驗(yàn)的三個(gè)水平。

2.2.6 超聲功率對色素得率的影響 按1.2.3.6的處理，測其提取液在最大吸收波長處的吸光度，結(jié)果如圖6所示。

圖6 超聲功率對櫻花色素提取效果的影響Fig.6 Effect of ultrasonic application power on the absorption

圖6表明，超聲功率對櫻花色素提取效果的影響比較明顯，隨超聲功率的增大，櫻花色素的濃度逐漸增大。綜合考慮，選擇超聲功率為300、400、500W作為正交實(shí)驗(yàn)的三個(gè)水平。

2.3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對影響提取率的眾因素中，pH、提取次數(shù)對色素提取率的影響最小，pH大于1，引起色素結(jié)構(gòu)及顏色變化，提取次數(shù)三次以上提取液吸光度接近0，因此我們選擇因素A（乙醇濃度）、B（液料比）、C（超聲時(shí)間）、D（超聲功率），按照表1進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Tabie 2 The results of the orthogonal experiment

從正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：在正交實(shí)驗(yàn)的4個(gè)因素中，以超聲時(shí)間對提取效果的影響最大。由極差數(shù)據(jù)R可見，各因素對提取率的影響依次是：C（超聲時(shí)間）＞A（乙醇濃度）＞D（超聲功率）＞B（液料比）。同時(shí)得出最佳提取條件為：A2B1C3D2。

按照確定的最佳超聲提取條件對確定的最佳提取條件A2B1C3D2組合進(jìn)行平行三次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出其相對含量為99.64，大于正交實(shí)驗(yàn)的其他組合的提取結(jié)果。

通過正交實(shí)驗(yàn)最終確定最佳超聲提取條件為：提取劑為pH=1的60%的乙醇溶液，提取劑用量為20∶1（mL/g），在400W的功率下超聲提取30min，提取三次。

3 結(jié)論

通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，綜合各方面因素考慮，確定最佳實(shí)驗(yàn)工藝為：提取劑為pH=1的60%的乙醇溶液，提取劑用量為20∶1（mL/g），在400W的功率下超聲提取30min，提取三次。優(yōu)化的超聲乙醇提取法提取櫻花色素，具有節(jié)約、簡單、省時(shí)等特點(diǎn)，得率也高，作為色素提取的新工藝，具有良好的應(yīng)用前景。

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