超聲波輔助提取玫瑰茄花青素的工藝優(yōu)化

1、玫瑰茄為錦葵科木槿屬一年生草本植物,又名紅角葵、洛神葵、山茄、蘇丹紅、美麗納等,學(xué)名:Hibiscus sabdariffa L .、Roselle 。原產(chǎn)于非洲、西印度群島,至今已有幾百年的種植歷史,現(xiàn)廣泛分布全球熱帶、亞熱帶地區(qū)。目前我國的廣東、廣西、云南、福建、浙江、四川、江西等省已有大面積的種植栽培。其花萼、種子和葉片均可利用,是一種具有多種經(jīng)濟(jì)用途的熱帶、亞熱帶經(jīng)濟(jì)作物1。玫瑰茄營養(yǎng)豐富,功用獨(dú)特,花萼為肉質(zhì)結(jié)構(gòu),多汁,含有豐富的蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、V C 、多種氨基酸、大量的天然色素和人體所需的礦物質(zhì)。玫瑰茄花萼中含有豐富的花青素,主要是飛燕草素和矢車菊素的糖甙2。花青素具有抗氧化、抗

2、自由基、抗衰老的作用,還能提高對(duì)腦細(xì)胞變性的預(yù)防,抑制癡呆癥的發(fā)生,而且對(duì)治療各種血液循環(huán)失調(diào)疾病、發(fā)炎性疾病均有療效3-4,是一種非常重要的天然食用色素和理想的食品添加劑,其在食品、化妝品及醫(yī)藥等行業(yè)中應(yīng)用極為廣泛,因而研究和開發(fā)利用玫瑰茄花青素有著良好的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。目前,國內(nèi)對(duì)玫瑰茄花青素的提取主要采用傳統(tǒng)浸提,這種方法存在著產(chǎn)率低、提取時(shí)間長、產(chǎn)品穩(wěn)定性差等不利方面。而超聲波技術(shù)用于天然活性成分的提取具有明顯的優(yōu)勢(shì),利用超聲波輻射壓強(qiáng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈空化效應(yīng)、擾動(dòng)效應(yīng)、高加速度、擊碎和攪拌作用等多級(jí)效應(yīng),增大物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)頻率和速度,增加溶劑穿透力,從而加速活性成分進(jìn)入溶劑,提高提取率,

3、有效縮短提取時(shí)間5-6,超聲波輔助提取技術(shù)已應(yīng)用于天然色素的提取7-9。應(yīng)用超聲波技術(shù)提取玫瑰茄花青素的研究還罕見報(bào)道。因此,本文擬采用超聲波技術(shù)對(duì)玫瑰茄花青素的提取進(jìn)行研究,探討其得率水平,確定最佳工藝條件,為玫瑰茄資源的綜合利用提供理論依據(jù)和超聲波輔助提取玫瑰茄花青素的工藝優(yōu)化涂宗財(cái),尹月斌,姜穎,陳麗莉,毛沅文(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌330047摘要:研究玫瑰茄花青素超聲波輔助提取最佳工藝條件,采用pH 示差法對(duì)花青素含量進(jìn)行測(cè)定。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上通過正交試驗(yàn)確定最佳提取工藝條件為固液比125(g/mL ,提取溫度50,提取時(shí)間20min ,超聲波功率80W 。

4、在此最佳工藝條件下,花青素得率為0.566%。與傳統(tǒng)浸提方法相比,得率提高了14.3%,且縮短了提取時(shí)間。關(guān)鍵詞:玫瑰茄;超聲波;花青素;提取;pH 示差法Optimization of Technology for Ultrasonic-assisted Extraction of Anthocyanin from Roselle (HibiscusSabdariffa L .TU Zong-cai ,YIN Yue-bin ,JIANG Ying ,CHEN Li-li ,M AO Yuan-wen(State Key Laboratory of Food Science and Tech

5、nology ,Nanchang University ,Nanchang 330047,Jiangxi ,China Abstract :Optimal conditions for the extraction of anthocyanin from the roselle dried calyx were researched by using ultrasonic wave.The content of anthocyanin was determined by the pH differential method.The factors,such as solid-liquid ra

6、tio ,temperature,time and ultrasonic power ,which were effected on the extraction efficiency of anthocyanin had discussed.The optimum extraction technology conditions were obtained as follows:the solid to liquid ratio 125(g/mL ,extraction temperature 50,time 20min ,ultrasonic wave power 80W.In this

7、condition ,the yield of anthocyanin was 0.566%.Compared with the traditional extraction method ,the yield was increased by 14.3%by this method ,but the extraction time was shortened.Key words :roselle (Hibiscus sabdariffa L .;ultrasonic ;anthocyanin ;extraction ;pH-differential method基金項(xiàng)目:國家科技型中小企業(yè)技

8、術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目(11C26213602276作者簡介:涂宗財(cái)(1965,男(漢,教授,博士生導(dǎo)師,博士,研究方向:農(nóng)產(chǎn)品資源綜合開發(fā)與利用?；A(chǔ)研究食品研究與開發(fā)F ood Research And Development2011年10月第32卷第10期1涂宗財(cái),等:超聲波輔助提取玫瑰茄花青素的工藝優(yōu)化技術(shù)參考。1材料與方法1.1材料與儀器玫瑰茄:江西靖安縣宏達(dá)食品有限公司提供;鹽酸、氯化鉀(KCl、無水醋酸鈉(NaAc均為分析純。DFY500型高速萬能粉粹機(jī):浙江溫嶺市林大機(jī)械有限公司;TDL5A型飛鴿牌離心機(jī):上海安亭科學(xué)儀器廠;JD200-3B電子天平:沈陽龍騰電子有限公司; T6新世紀(jì)

9、紫外可見分光光度計(jì):北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;KQ-100DE型數(shù)控超聲波清洗器:昆山市超聲儀器有限公司;實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)FE20:梅特勒-托利多儀器上海有限公司。1.2方法1.2.1原料的預(yù)處理和緩沖溶液的配制10將購置的玫瑰茄干花萼在50左右烘箱里烘干2h,粉碎,過80目篩使其均一,備用。pH1.0的緩沖液:準(zhǔn)確稱取1.49g KCl用蒸餾水定容至100mL。準(zhǔn)確量取1.7mL鹽酸(分析純用蒸餾水定容至100mL,配成0.2mol/L鹽酸溶液,將KCl溶液與鹽酸溶液以2567的比例混合。用KCl溶液調(diào)pH (1.0±0.1。pH4.5的緩沖液:準(zhǔn)確稱取1.64g NaAc用蒸餾水

10、定容至100mL,用鹽酸調(diào)p H(4.5±0.1。1.2.2玫瑰茄花青素的提取準(zhǔn)確稱量玫瑰茄干花萼粉2.0g,加入一定比例的水,攪拌混勻,按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的條件進(jìn)行超聲提取,高速離心,上清液分別用pH1.0和pH4.5的緩沖溶液定容,靜置一定時(shí)間后,于最大吸收波長處測(cè)吸光度。1.2.3玫瑰茄花青素的光譜分析將玫瑰茄提取液在紫外可見分光光度計(jì)450nm 600nm范圍內(nèi)掃描,得出該色素的吸收光譜圖,以確定最大吸收波長。1.2.4花青素含量的測(cè)定用pH示差法,對(duì)玫瑰茄中的花青素進(jìn)行了定量分析。pH示差法測(cè)定花色苷含量的依據(jù)是花色苷發(fā)色團(tuán)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換是pH的函數(shù),起干擾作用的褐色降解物的特性

11、不隨pH變化。因此在花青素最大吸收波長下確定2個(gè)對(duì)花色苷吸光度差別最大但是對(duì)花色苷穩(wěn)定的pH10。結(jié)合朗伯-比爾定律可得出,在2個(gè)不同的pH(1.0和4.5下花青素溶液的吸光度的差值與花青素的含量成比例。根據(jù)Fuleki11的經(jīng)驗(yàn)公式可以計(jì)算出花色苷總量。1.2.5經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算方法根據(jù)Fuleki T的研究,計(jì)算方法如下:C=(A520nm-A700nmpH1.0-(A520nm-A700nmpH4.5L×1000×M W×DF(1花青素得率/%=C×VM×100(2式(1中:C為花青素含量,(g/mL;A為吸光度;摩爾吸光系數(shù),26900L/

12、(mol·cm;DF為稀釋因子; M W為分子量,449.2;L為光程,1cm。式(2中:V為玫瑰茄浸提液體積,mL;C為浸提液花青素含量,(g/mL;M 為玫瑰茄干花萼質(zhì)量,g。注:蒸餾水作參比;用A700nm來消除樣液混濁的影響。1.2.6單因素試驗(yàn)本試驗(yàn)中主要考慮固液比、提取溫度、提取時(shí)間和超聲功率作為影響玫瑰茄花青素提取效果的單因素,在各因素試驗(yàn)中采用如1.2.2所述的方法進(jìn)行花青素的提取。固液比的選擇在溫度為50、超聲功率80W、提取時(shí)間30min 的條件下,研究固液比分別為110、115、120、125、130(g/mL時(shí)對(duì)玫瑰茄花青素提取效果的影響。1.2

13、.6.2溫度的選擇在固液比為120(g/mL、超聲功率80W、提取時(shí)間30min的條件下,研究提取溫度分別為30、40、50、60、70、80時(shí)對(duì)玫瑰茄花青素提取效果的影響。超聲時(shí)間的選擇在固液比為120(g/mL、提取溫度50、超聲波功率80W的條件下,研究提取時(shí)間分別為10、20、30、40、50min時(shí)對(duì)玫瑰茄花青素提取效果的影響。超聲波功率的選擇在固液比120(g/mL、溫度50、提取時(shí)間30min 的條件下,研究超聲波功率分別為50、60、70、80、90、100W時(shí)對(duì)玫瑰茄花青素提取效果的影響。1.2.7正交試驗(yàn)根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,選取固液比、溫度、時(shí)間

14、和超聲波功率為試驗(yàn)因素,采用正交表L9(34進(jìn)行正交試驗(yàn),以花青素得率為考查指標(biāo),確定玫瑰茄花青素最佳提取條件。123表1因素和水平表Table1Factors and levels of orthogonal experimentA固液比/(g/mL115120125B溫度/506070C提取時(shí)間/min203040D超聲功率/W708090水平因素基礎(chǔ)研究2圖5超聲波功率對(duì)提取效果的影響Fig.5Effect of ultrasonic wave power on the anthocyanin yield2結(jié)果與討論2.1玫瑰茄花青素最大吸收波長的確定玫瑰茄提取液經(jīng)紫外分光光度計(jì)掃描后得

15、到該色素的吸收光譜圖1。從圖1中可看出玫瑰茄花青素的最大吸收波長為520nm 。2.2各單因素對(duì)提取效果的影響2.2.1固液比對(duì)提取效果的影響在溫度50、超聲功率80W 、提取時(shí)間30min 的條件下,研究固液比對(duì)玫瑰茄花青素得率的影響見圖2。由圖2可知,固液比對(duì)玫瑰茄花青素得率有較大影響。隨著固液比的增加,花青素得率也隨之增加。而且當(dāng)固液比由115(g/mL 增加到120(g/mL 時(shí),得率上升較快,而由125(g/mL 增加至130(g/mL 的過程中,花青素得率變化不是很明顯。同時(shí)考慮到固液比過大不利于后續(xù)步驟(如濃縮純化等操作的進(jìn)行,因此料液比不宜選擇過大,綜合考慮認(rèn)為125(g/mL

16、 為最佳固液比。2.2.2溫度對(duì)提取效果的影響在固液比120(g/mL 、超聲功率80W 、提取時(shí)間30min 的條件下,研究提取溫度對(duì)玫瑰茄花青素得率的影響見圖3。由圖3可知,隨著提取溫度的升高,花青素得率明顯增大,在50達(dá)到最大,之后隨著溫度的升高得率呈下降趨勢(shì),這可能是由于在高溫下超聲波剪切作用加強(qiáng),從而破壞了色素的結(jié)構(gòu),導(dǎo)致花青素降解。故提取溫度選擇50左右為宜。2.2.3時(shí)間對(duì)提取效果的影響在固液比120(g/mL 、提取溫度50、超聲功率80W 的條件下,研究提取時(shí)間對(duì)玫瑰茄花青素得率的影響見圖4。由圖4可知,超聲時(shí)間30min 時(shí)色素提取效果最好,隨著時(shí)間的延長,反而不利于色素的

17、提取,可能是由于加熱時(shí)間增加影響了色素的穩(wěn)定性。超聲波具有較強(qiáng)的機(jī)械剪切作用,長時(shí)間作用會(huì)使色素分子的某些鍵斷裂,從而破壞色素分子12。因此選擇最佳的提取時(shí)間為30min ,明顯少于其他文獻(xiàn)13中用溶劑浸提所需要的時(shí)間,這是超聲波提取方法最大的特點(diǎn)。2.2.4超聲波功率對(duì)提取效果的影響在固液比120(g/mL 、溫度50、提取時(shí)間30min 的條件下,研究超聲波功率對(duì)玫瑰茄花青素得率的影響見圖5。圖1玫瑰茄花青素光譜掃描圖Fig.1UV spectrum of roselle anthocyanin圖2固液比對(duì)提取效果的影響Fig.2Effect of solid to liquid rati

18、o on the anthocyanin yield圖3溫度對(duì)提取效果的影響Fig.3Effect of temperature on the anthocyanin yield圖4時(shí)間對(duì)提取效果的影響Fig.4Effect of time on the anthocyanin yield基礎(chǔ)研究涂宗財(cái),等:超聲波輔助提取玫瑰茄花青素的工藝優(yōu)化3由圖5可知,超聲波功率對(duì)花青素得率的影響也較為明顯。隨著功率增大,得率明顯增加,在80W 左右提取效果最好;繼續(xù)增大超聲功率,花青素得率持續(xù)下降,提取效果變差,可能是因?yàn)槌暪β蔬^大會(huì)對(duì)色素產(chǎn)生破壞作用。2.3玫瑰茄花青素提取的正交試驗(yàn)結(jié)果及分析根據(jù)以

19、上考察結(jié)果,設(shè)計(jì)影響試驗(yàn)結(jié)果的各因素水平見表1,據(jù)此進(jìn)行L 9(34正交試驗(yàn),根據(jù)花青素的含量確定最佳提取工藝,結(jié)果見表2。由表2極差分析可知,影響玫瑰茄花青素得率的因素主次順序?yàn)锳>B>C>D ,即固液比>溫度>提取時(shí)間>超聲功率,玫瑰茄花青素超聲提取的最佳工藝條件為A 3B 1C 1D 2,即固液比為125(g/mL ,溫度50,提取時(shí)間20min ,超聲波功率80W 。在優(yōu)化條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn),玫瑰茄花青素平均得率為0.566%,高于正交試驗(yàn)中得率最高的第8號(hào)試驗(yàn)結(jié)果0.554%,這說明確定A 3B 1C 1D 2為最優(yōu)工藝條件是可靠的。2.4對(duì)比

20、試驗(yàn)為考察超聲波提取玫瑰茄花青素的效率,我們將其與傳統(tǒng)水浴加熱法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果如表3所示。傳統(tǒng)水浴加熱浸提的玫瑰茄花青素得率為0.495%,超聲波輔助提取的得率0.566%比傳統(tǒng)水浴加熱法提高了14.3%。因此,采用超聲波輔助提取有利于增加色素提取率,同時(shí)縮短提取時(shí)間,提高萃取效率。3結(jié)論玫瑰茄花青素經(jīng)紫外可見分光光度計(jì)光譜掃描分析,得到其最大吸收波長為520nm 。通過探討固液比、提取溫度、時(shí)間、超聲功率對(duì)超聲波提取玫瑰茄花青素效果的影響。采用正交試驗(yàn)對(duì)提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化,得出超聲波法提取玫瑰茄花青素的最優(yōu)工藝條件為:固液比為125(g/mL ,溫度50,提取時(shí)間20min ,超聲波功率

21、80W 。此時(shí)花青素得率為0.566%。對(duì)比試驗(yàn)表明,超聲波提取玫瑰茄花青素的得率比傳統(tǒng)水浴提高了14.3%,同時(shí)縮短了提取時(shí)間。因此,超聲波技術(shù)是提取玫瑰茄花青素的有效途徑之一。其原因在于超聲波空化時(shí)產(chǎn)生的極大壓力和局部高溫使細(xì)胞壁的通透性提高,從而使細(xì)胞中的有效成分得以快速釋放溶出。對(duì)玫瑰茄花青素的開發(fā)研究可使玫瑰茄資源得到充分利用,本研究可為玫瑰茄資源的開發(fā)利用提供一定的理論參考,對(duì)綜合開發(fā)地方資源具有重要意義。參考文獻(xiàn):1張育松,陳洪德,蘇孝勇.玫瑰茄茶J.福建茶葉,2001(1:21-222余華.玫瑰茄紅色素的結(jié)構(gòu)定性研究J.食品科技,2004(7:55-56,603陳政.玫瑰茄的開

22、發(fā)和利用J.飲料工業(yè),2007,10(3:13-164李升鋒,劉學(xué)銘,陳智毅,等.玫瑰茄花萼營養(yǎng)和藥理作用研究進(jìn)展J.食品研究與開發(fā),2006,27(10:129-1335李婷,侯曉東,陳文學(xué),等.超聲波萃取技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望J.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,34(13:3188-31906趙旭博,董文賓,于琴,等.超聲波技術(shù)在食品工業(yè)應(yīng)用新進(jìn)展J.食品研究與開發(fā),2005,26(1:3-77李大婧,宋江峰,劉春泉,等.超聲波輔助提取黑豆皮色素工藝優(yōu)化J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(2:273-2798孫雪花.超聲波輔助提取紫甘藍(lán)天然色素工藝優(yōu)化J.食品研究與開發(fā),2009,30(12:106-

23、108,1439徐懷德,閆寧環(huán),陳偉,等.黑莓原花青素超聲波輔助提取優(yōu)化及抗氧化性研究J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,24(2:264-26910劉洪海,張曉麗,杜平,等.pH 示差法測(cè)定煙73葡萄中花青素含量J.中國調(diào)味品,2009,34(4:110-111,11711Fuleki T,Francis F J.Quantitative method for anthocyanins:2.determination of total anthocyanin and degradation index for cranberry juiceJ.Food Sicence,1968,33(1:78-83

24、12岳曉霞,張根生,李志.超聲波輔助乙醇法提取藍(lán)靛果色素工藝條件的研究J.食品科學(xué),2008,29(11:287-289123456789k 1k 2k 3極差R 因素主次最優(yōu)方案表2正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果Table 2Orthogonal experimental dates and results A 固液比1112223330.4730.5360.5380.065B 溫度1231231230.5290.5200.4980.031C 提取時(shí)間1232313120.5300.5150.5020.028D 超聲功率1233122310.5110.5230.5130.012試驗(yàn)結(jié)果花青素得率/%0.

25、4960.4840.4400.5460.5220.5390.5450.5540.516試驗(yàn)號(hào)因素A>B>C>D A 3B 1C 1D 2提取方法水浴加熱法超聲輔助提取法表32種玫瑰茄花青素提取方法的比較Table 3Comparison of two extraction methods of roselleanthocyanin 提取條件溫度50、時(shí)間60min 、固液比125(g/mL 、提取級(jí)數(shù)1級(jí)溫度50、時(shí)間20min 、固液比125(g/mL 、超聲波功率80W 、提取級(jí)數(shù)1級(jí)花青素得率/%0.4950.566基礎(chǔ)研究涂宗財(cái),等:超聲波輔助提取玫瑰茄花青素的工藝優(yōu)

26、化413李升鋒,徐玉娟,張友勝,等.玫瑰茄花青素提取條件優(yōu)化研究J.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2006(11:83-85,88收稿日期:2011-01-12梔子在我國應(yīng)用于臨床治療已有1600多年歷史,屬衛(wèi)生部頒布的第一批藥食兩用資源,梔子具有護(hù)肝、利膽、降壓、鎮(zhèn)靜、止血、消腫等作用1-4?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)和儀器分析表明,梔子果實(shí)含有梔子苷、熊果酸等多種有效活性成分5。熊果酸,又名烏蘇酸,屬于五環(huán)三萜類化合物,具有多種生物活性,包括抗糖尿病、降血脂、抗腫瘤、抗氧化、抗致癌等6-7,目前關(guān)于熊果酸藥用方面的專利已經(jīng)申請(qǐng)了很多,隨著對(duì)熊果酸研究的不斷深入,其應(yīng)用前景將十分廣闊。目前對(duì)梔子的研究大都集中在梔子苷類,而對(duì)

27、梔子中熊果酸的提取精制研究報(bào)道很少。本文對(duì)梔子中熊果酸的提取和精制工藝進(jìn)行了研究,希望得到一種簡單易行,成本較低的梔子中熊果酸的分離技術(shù),為梔子深加工提供技術(shù)參考。1材料與方法1.1儀器HL -3B 數(shù)顯恒流泵:上海滬西分析儀器廠;JY99超聲波細(xì)胞粉碎機(jī):寧波新藝超聲設(shè)備有限公司;Agilent1200高效液相色譜儀:Agilent 公司;高速冷凍離心機(jī):上梔子中熊果酸提取分離及純化研究廖夫生,熊魏(江西中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院,江西南昌330006摘要:建立一種梔子中熊果酸提取分離及精制的方法;采用超聲提取法,研究提取次數(shù)、提取時(shí)間、超聲功率和提取溶劑4個(gè)因素,并用正交法進(jìn)行優(yōu)化,將得到的提取物用大

28、孔樹脂進(jìn)行精制,研究了精制工藝;梔子最佳提取工藝條件為浸提2次,每次60min ,超聲功率為500W ,浸提溶劑為80%乙醇溶液。篩選出AB-8大孔樹脂用于吸附分離熊果酸,其工藝為上柱濃度30mg/mL ,上柱流速為2BV/h ,洗脫流速2BV/h ,采用40%90%乙醇溶液作為洗脫劑,得到熊果酸純度在80%以上,且產(chǎn)率達(dá)到60%以上。關(guān)鍵詞:梔子;熊果酸;超聲法;大孔吸附樹脂Study on Extraction and Purification of Ursolic Acid from Gardenia FruitLIAO Fu-sheng ,XIONG Wei(M edicine of Pharmacy ,Jiangxi University of Traditional Chinese M edicine ,Nanchang 330006,Jiangxi ,China Abstract :A method that ursolic acid was extracted and purified from gardenia