超高壓輔助提取藍靛果花青素的工藝優(yōu)化

超高壓輔助提取藍靛果花青素的工藝優(yōu)化

吉林省長白山市豐富而廉價。水果中含有大量維生素c、氨基酸和黃酮類物質(zhì)，提取物中的維生素含量很高。其可被加工成藍靛果飲料、果醬等產(chǎn)品銷售，但因其味苦澀使其難以被接受，且加工中產(chǎn)生的皮渣被當作廢棄物扔掉，造成資源浪費?；ㄇ嗨兀ˋnthocyanidin）是一種存在于植物中的水溶性色素，具有抗氧化活性、抗病毒和防治心血管疾病等功能長期以來，花青素的提取工藝較多采用傳統(tǒng)溶劑浸提法，但由于其存在提取時間長、提取率低、操作復雜等問題，難以滿足當今工業(yè)化需求。為尋求較為高效、快捷的提取方法，國內(nèi)外學者進行了大量研究，并在超聲波1材料和方法1.1提供生態(tài)產(chǎn)品有限公司藍靛果，吉林省延吉市二道白河鎮(zhèn)長白工坊生態(tài)產(chǎn)品有限公司提供?；瘜W試劑：鹽酸、氯化鉀、冰醋酸，分析純；無水乙醇（食品級），均為北京化工廠提供。1.2儀器、設備和儀器BCD-180TMP型冷藏冷凍冰箱，海爾公司產(chǎn)品；PHSJ-4F型pH計，上海禹昂自動化科技公司產(chǎn)品；HPP600MPa/40L型超高壓食品處理裝置，包頭科發(fā)高壓科技有限責任公司產(chǎn)品；TU-1800型紫外分光光度計，上海元析儀器公司產(chǎn)品；PTF-A+200型電子天平，福州華志科學儀器有限公司產(chǎn)品；H2-16KR型高速冷凍離心機，湖南長沙可成儀器設備有限責任公司產(chǎn)品；YTLG-10A型真空冷凍干燥機，上海葉拓科技有限公司產(chǎn)品；HH-8型數(shù)顯恒溫水浴鍋，蘇州威爾儀器制造有限公司產(chǎn)品；THC-100型恒溫恒濕培養(yǎng)箱，上海容威儀器有限公司產(chǎn)品；XL-02A型手提式粉碎機，杭州旭眾機械設備有限公司產(chǎn)品。1.3超高壓輔助提取過程1.3.1工藝1.3.2樣品液的處理(1）藍靛果粉末制備。將藍靛果通過凍干機干燥后粉碎成粉末、1mm過篩，密封后置于干燥環(huán)境中貯藏備用。(2）超高壓處理。取藍靛果粉末樣品于燒杯中，根據(jù)乙醇體積分數(shù)與料液比加入乙醇溶液，對其進行均質(zhì)得到更均勻的樣品液。改變壓力和保壓時間等設備參數(shù)對樣品液進行處理(3）離心。提取液放入高速冷凍離心機內(nèi)，以轉(zhuǎn)速4000r/min離心12min。(4）測定吸光度。取上清液，分別用pH值4.5和1.0的緩沖溶液稀釋、搖勻，用蒸餾水作對照，于35℃下恒溫水浴30min，于最大波長和700nm處分別測其吸光度。1.4提取液容積m花青素含量用pH值示差法檢測，通過紫外分光光度法計算求值，計算公式（1）。式中：A-(AMw———分子量，449g/mol;V———提取液總?cè)莘e，mL;ε———消光系數(shù)，26900L·molm———原料的質(zhì)量，g。1.5試驗設計1.5.1清除無關(guān)變量對傳統(tǒng)溶劑提取法及超高壓提取法提取花青素進行預試驗，剔除無關(guān)變量，為進一步試驗做準備。通過研究乙醇體積分數(shù)、提取溫度、料液比和提取時間4個因素對傳統(tǒng)溶劑浸提法提取花青素含量的影響，并通過正交試驗得出最佳工藝參數(shù)。1.5.2超高壓輔助提取花青素單因素試驗根據(jù)預試驗結(jié)果，選壓力、保壓時間、乙醇體積分數(shù)這3個因素進行超高壓輔助提取花青素單因素試驗，研究其對花青素提取量的影響。超高壓提取花青素因素與水平設計見表1。1.5.3超標輔助萃取方案的設計根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇對花青素提取量影響顯著的壓強（X響應面優(yōu)化試驗變量與編碼見表2。1.5.4比較試驗將超高壓輔助提取法與傳統(tǒng)溶劑浸提法最佳提取工藝參數(shù)與最大提取量進行對比分析，確定提取方法。1.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析試驗結(jié)果為重復測定3次的平均值，用Origin9.1和SPSS20.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件對結(jié)果進行Anova和Duncan多重比較統(tǒng)計分析，用DesignExpert8.0.6進行響應面數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。2結(jié)果與分析2.1光譜特征特性取制備的含花青素提取液，置于紫外分光光度計中進行190～900nm全波長掃描。藍靛果花青素提取液光譜掃描曲線圖見圖1。由圖1可知，掃描光譜曲線呈平滑拋物線狀，最大波峰為512nm，故確定512nm為花青素的最大吸收波長。2.2合理凝聚力，降低花青素提取量在料液比1∶30，保壓時間3min，乙醇體積分數(shù)40%的條件下，研究壓強對花青素提取量的影響。壓強對花青素提取量的影響見圖2。由圖2可知，壓強低于250MPa時，增大壓強，花青素提取量顯著提高（p<0.05）；壓強達到250MPa，增大壓強，提取量顯著降低（p<0.05）。譚佳琪等人2.3花青素提取量的確定在壓強250MPa，料液比1∶30，乙醇體積分數(shù)40%的條件下，研究保壓時間對花青素提取量的影響。保壓時間對花青素提取量的影響見圖3。由圖3可知，在保壓時間小于3min時，花青素提取量隨保壓時間的增加而顯著增加（p<0.05），當保壓時間達到3min后，增大保壓時間花青素提取量顯著降低（p<0.05）。與杜月嬌等人2.4各因素對提取量的影響在壓強250MPa，料液比1∶30，保壓時間3min的條件下，研究乙醇體積分數(shù)對花青素提取量的影響。乙醇體積分數(shù)對花青素提取量的影響見圖4。由圖4可知，當乙醇體積分數(shù)為20%～40%時，花青素提取量顯著增大（p<0.05），并于乙醇體積分數(shù)為40%時達到最大，乙醇體積分數(shù)達到40%后，繼續(xù)增大乙醇體積分數(shù)，花青素提取量顯著降低（p<0.05）。王鑫等人2.5反應方案和結(jié)果花青素提取量Y與壓強（X響應面優(yōu)化試驗設計及結(jié)果見表3。2.6．回歸模型方差分析對表3的數(shù)據(jù)進行回歸分析，得響應變量與響應值間的二次回歸方程：二次回歸模型的方差分析見表4。由表4可知，數(shù)學模型F=36.79,p<0.0001，說明回歸模型極為顯著；失擬項F=0.7552>0.05，說明方程擬合良好；決定系數(shù)R2.7因素交互作用通過軟件DesignExpert8.0.6分析得壓強與保壓時間、壓強與乙醇體積分數(shù)、保壓時間與乙醇體積分數(shù)的交互作用。保壓時間與壓強交互作用及等高線圖見圖6，乙醇體積分數(shù)與壓強交互作用及等高線圖見圖7，乙醇體積分數(shù)與保壓時間交互作用及等高線圖見圖8。由圖6可知，響應曲面較陡，表明花青素提取量受二因素影響顯著；二者軸向等高線分布均勻，呈橢圓狀，交互作用較強。由圖7可知，響應曲面較陡，花青素提取量受兩因素影響顯著；等高線呈橢圓狀，二者交互作用較強。由圖8可知，響應曲面較陡，花青素提取量受二因素影響較大；二者軸向等高線呈橢圓狀并均勻分布，二者交互作用顯著。但是，由方差分析可知，壓強和保壓時間、壓強和乙醇體積分數(shù)、保壓時間和乙醇體積分數(shù)交互作用均對花青素含量的影響并不顯著。2.8花青素提取量超高壓提取藍靛果花青素最佳工藝為壓強260.5MPa，保壓時間3.5min，乙醇體積分數(shù)33.1%，此時花青素提取量理論最大值為36.31mg/g?？紤]實際操作，對工藝適當調(diào)整，調(diào)整后工藝為壓強250MPa，保壓時間3.5min，乙醇體積分數(shù)33%，該參數(shù)重復3次取平均值，得花青素提取量為36.15mg/g，與預測值接近。模型能用于預測花青素提取量。2.9壓提取與傳統(tǒng)溶劑提取花青素的對比將超高壓輔助提取法和傳統(tǒng)溶劑浸提法最優(yōu)工藝參數(shù)與最大提取量進行對比。超高壓提取與傳統(tǒng)溶劑提取花青素的對比見表5。由表5可知，相較于傳統(tǒng)溶劑浸提法，超高壓輔助提取耗時少、操作簡便，且花青素提取量提高了44.3%。綜合考慮實際操作、提取效果和成本，超高壓電場輔助提取法能高效提取藍靛果花青素。3超高壓輔助提取單因素試驗和響應面法優(yōu)化試驗確定藍靛果花青素超高壓提取工藝最佳參數(shù)為壓強260.5MPa，保壓時間