紫馬鈴薯花色苷提取工藝的研究

崔 倩蔣益虹王穎瀅熊義勤

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院1，杭州 310029)

(杭州大一科技有限公司2，杭州 310020)

紫馬鈴薯花色苷提取工藝的研究

崔 倩1蔣益虹1王穎瀅1熊義勤2

(浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院1，杭州 310029)

(杭州大一科技有限公司2，杭州 310020)

為開發(fā)紫馬鈴薯花色苷資源，在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用正交試驗對紫馬鈴薯花色苷的提取工藝進(jìn)行了研究。采用pH示差法測定花色苷含量，研究了提取功率、溫度、時間和料液比對提取率的影響。研究表明，料液比、提取時間、溫度對紫馬鈴薯花色苷提取得率均有顯著影響，影響最小的是超聲功率。最佳提取工藝條件為:料液比1∶40、提取時間5 min、提取溫度35℃、提取功率350 W。本試驗以檸檬酸水溶液為提取劑，減少了花色苷的降解，同時大大降低了成本。

紫馬鈴薯 花色苷 提取 正交試驗

紫馬鈴薯(Solanum tuberosum L.)，薯型長橢圓型，表皮光滑，薯肉呈紫黑色，因富含花色苷、VC、胡蘿卜素等，而兼具藥食用功能。花色苷是存在于植物中的水溶性色素，屬類黃酮化合物，研究證實，花色苷是目前科學(xué)界發(fā)現(xiàn)的防治疾病，維護(hù)人類健康最直接、最有效、最安全的自由基清除劑之一［1－2］?；ㄉ粘龑χ掳┪镔|(zhì)有抑制作用外［3］，還具有增強(qiáng)人體免疫力，延緩衰老，增強(qiáng)體質(zhì)，抑制肥胖，增強(qiáng)視力等多種功效［4－7］?；ㄉ兆鳛橐环N天然食用色素，安全、無毒、資源豐富，而且具有一定營養(yǎng)和藥理作用，但是卻沒有在食品和飲料中得到廣泛的應(yīng)用。在人們?nèi)找嬷匾暯】?，回歸自然的今天，作為食品添加劑中的一種天然食用色素，花色苷因其獨(dú)特抗氧化特性和有益健康特性日益受到人們青睞。紫色馬鈴薯屬于所謂的低成本作物，可以作為天然花色苷的良好來源［8］。目前，對于紫馬鈴薯的研究主要集中在栽培技術(shù)研究上，而對于紫馬鈴薯花色苷的提取則罕見報道。本試驗采用超聲波輔助提取，并用正交試驗對紫馬鈴薯中花色苷的提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以確定最佳提取工藝，為紫馬鈴薯花色苷的利用提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

紫馬鈴薯由寧波市農(nóng)科院提供，采后經(jīng)清洗去皮，50℃下烘干。粉碎后過80目篩，常溫下避光貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要儀器

722型可見分光光度計:上海光譜儀器有限公司;7530G型分光光度計:惠普上海分析儀器有限公司;RE－52AAA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:上海嘉鵬科技有限公司;250 g手提式高速萬能粉碎機(jī):溫嶺市林大機(jī)械有限公司;SK8210LHC超聲波清洗器:上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 紫馬鈴薯中花色苷含量的測定

1.3.1.1 紫馬鈴薯花色苷最大吸收波長的測定

去皮紫馬鈴薯粉1.00 g，用0.1%HCl甲醇溶液在室溫下避光提取20 h，過濾，30℃下經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干，用0.01%HCl甲醇溶液溶解。在波長250～800 nm下掃描，得到紫馬鈴薯花色苷在可見光區(qū)的最大吸收波長，在此最大波長下測定樣品的吸光度。

圖1 紫馬鈴薯花色苷的可見光譜圖

由圖1得出，紫馬鈴薯花色苷的最大吸收波長為535 nm。

1.3.1.2 花色苷含量的測定

花色苷含量采用pH示差法［9－10］進(jìn)行測定。先確定合適的稀釋因子，使樣品在535 nm下的吸光度在分光光度計的線性范圍內(nèi);然后制備兩個樣品稀釋液，其中一個用氯化鉀緩沖液(0.025 mol/L，pH 1.0)稀釋，另一個用醋酸鈉緩沖液(0.4 mol/L，pH 4.5)稀釋，待稀釋液平衡90 min后，用蒸餾水做空白，分別測定兩種樣品稀釋液在535 nm和700 nm處的吸光度A。

花色苷含量(mg/g)=(A/εL)×Mr×DF×V/Wt

式中:A為吸光度，A=(A535nm，pH1.0－A700nm，pH1.0)－(A535nm，pH4.5－A700nm，pH4.5);ε為矢車菊素－3－葡萄糖苷的消光系數(shù)，26 900;DF為稀釋因子;Mr為矢車菊素－3－葡萄糖苷的相對分子質(zhì)量449.2;V為最終體積/mL;Wt為產(chǎn)品質(zhì)量/g;L為光程，1 cm。

1.3.2 紫馬鈴薯花色苷的提取及測定

準(zhǔn)確稱取5.000 g紫馬鈴薯粉末，加入一定體積的2%的檸檬酸溶液，按相應(yīng)的提取條件在超聲波輔助下進(jìn)行提取。取上清液在10 000 r/min速度下離心10 min，取上清液用 pH示差法測定花色苷的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 超聲功率對紫馬鈴薯花色苷提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5.000 g紫馬鈴薯粉末，以料液比(質(zhì)量∶體積)為1∶30的比例加入2%的檸檬酸溶液，在超聲功率分別為500、400、300、200 W時，溫度40℃下提取15 min，每個條件做3次重復(fù)，研究超聲功率對花色苷提取率的影響。

圖2 超聲功率對紫馬鈴薯花色苷提取得率的影響

從圖2可以看出，當(dāng)超聲功率小于300 W時，隨著超聲功率的增加花色苷的提取率逐漸增大，當(dāng)超聲功率大于300 W時，花色苷的提取率又逐漸下降。這可能是由于隨著超聲功率的增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)不斷被釋放，同時一些能使花色苷分解的酶也被充分釋放出來，從而導(dǎo)致其含量下降［11］。因此提取紫馬鈴薯花色苷的超聲功率設(shè)定在300 W。

2.1.2 提取溫度對紫馬鈴薯花色苷提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5.000 g紫馬鈴薯粉末，以料液比為1∶30的比例加入2%的檸檬酸溶液，在超聲功率為300 W，溫度28、38、48、58℃下分別提取10 min，每個條件做3次重復(fù)，研究提取溫度對花色苷提取率的影響。

圖3 提取溫度對紫馬鈴薯花色苷提取得率的影響

升溫有利于色素的溶出，提取溫度為48℃時提取效果最好，繼續(xù)升高溫度，提取效果反而降低(圖3)?？赡苁怯捎谧鲜矸壑泻幸欢康牡矸?，加熱使其糊化，而阻止提取劑對色素的溶解［12］，同時長時間處在較高溫度下會影響花色苷的穩(wěn)定性。

2.1.3 提取時間對紫馬鈴薯花色苷提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5.000 g紫馬鈴薯粉末，以料液比為1∶30的比例加入2%的檸檬酸溶液，在超聲功率為300 W，溫度48℃下分別提取2、5、10、15、20、30、40 min，每個條件做3次重復(fù)，研究提取時間對花色苷提取率的影響。

圖4 提取時間對紫馬鈴薯花色苷提取得率的影響

超聲處理時間的影響和原料的特性等有關(guān)［13］。超聲提取時間因原料不同而不同，但提取得率不是隨提取時間的無限延長而繼續(xù)增加，是依據(jù)原料的不同、粉碎度等具體條件而定。從圖4可以看出，隨著提取時間的延長，花色苷的提取得率先上升，超過15 min后，提取得率開始下降，可能是高溫長時對花色苷有一定的破壞作用。

2.1.4 料液比對紫馬鈴薯花色苷提取率的影響

準(zhǔn)確稱取5.000 g紫馬鈴薯粉末，分別以料液比為1∶10，1∶20，1∶30，1∶40，1∶50，1∶60的比例加入2%的檸檬酸溶液，在超聲功率為300 W，溫度48℃下提取15 min，每個條件做3次重復(fù)，研究料液比對花色苷提取率的影響。

圖5 料液比對紫馬鈴薯花色苷提取得率的影響

由圖5可以看出，適當(dāng)增加提取劑的用量有利于色素的溶出，可以提高花色苷的浸提率，物料比為1∶30時浸提效果最好。繼續(xù)增加提取劑的用量時，提取效果沒有明顯的增加。

2.2 正交試驗

根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，擬定4因素3水平試驗，按正交試驗設(shè)計表(表1)做紫馬鈴薯中花色苷提取的正交試驗，結(jié)果列于表2。

表1 因素水平表

由表2可知，按照極差R的大小，影響花色苷提取率的因素主次順序為D＞C＞B＞A，即料液比＞提取時間＞溫度＞功率。根據(jù)K值可知4因素最優(yōu)組合條件為A2B1C1D3，即料液比1∶40、提取時間5 min、提取溫度35℃、提取功率350 W。

表2 正交試驗結(jié)果和分析

表3 方差分析結(jié)果

由表3可知，料液比對花色苷提取率的影響最顯著(P＜0.01)，其次是提取時間和溫度(P＜0.01)，最不顯著的是提取功率。這與正交試驗結(jié)果獲得的主次順序D＞C＞B＞A相符，即料液比＞提取時間＞溫度＞功率。綜合上述結(jié)果，試驗最終確定的提取條件為:A2B1C1D3，即料液比1∶40、提取時間5 min、提取溫度35℃、提取功率350 W。

2.3 正交試驗驗證試驗

在正交試驗得到的花色苷提取理論最佳組合條件下進(jìn)行花色苷提取，三次試驗得到的花色苷得率為1.250 4 mg/g，1.255 8 mg/g，1.255 8 mg/g。該結(jié)果與正交試驗最佳組合得到的得率1.254 0 mg/g基本相同，但正交試驗中的最佳組合A2B1C2D3所用的時間較長，能耗較高，因此仍選擇理論組合A2B1C1D3為最佳組合。

3 結(jié)論

以檸檬酸水溶液為提取劑，以紫馬鈴薯中花色苷的絕對含量作為提取得率的評價標(biāo)準(zhǔn)，提高了單純采用吸光度值測定法作為評定指標(biāo)的精確性與可靠性。通過正交試驗確定的紫馬鈴薯花色苷色素的最佳提取工藝為:料液比1∶40、提取時間5 min、提取溫度35℃、提取功率350 W，且檸檬酸濃度為2%。此工藝操作簡便易行，省時，提取率較高。

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Extraction of Anthocyanins from Purple Potato

Cui Qian1Jiang Yihong1Wang Yingying1Xiong Yiqin2
(Bioengineering＆Food Science College of Zhejiang University1，Hangzhou 310029)
(Hangzhou DaYi Technology Co.，Ltd.2，Hangzhou 310020)

In order to develop the resource of anthocyanins in purple potato，anthocyanin extraction technology was studied by conducting an orthogonal experiment on the basis of single factor tests.The anthocyanin yield was determined by the spectrophotometric pH differential method.The alternate action of ultrasonic power，extraction temperature，time and the ratio of sample weight to solvent volume were investigated.Citric acid solution was taken as extractant.Results:The sample/solvent ratio，extraction time and temperature have notable effects on anthocyanin yield while ultrasonic power has little effect.The optimum extraction conditions are sample to solvent ratio(m/V) 1∶40，extraction time 5 min，extraction temperature 35℃，and ultrasonic power 350 W.Additionally，taking citric acid solution as extractant reduces anthocyanins hydrolysis and production cost greatly.

purple potato，anthocyanins，extraction，orthogonal experiment

TS201.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003－0174(2010)11－0106－04

寧波市重點(diǎn)科技攻關(guān)計劃(H20090431)

2009－11－18

崔倩，女，1985年出生，碩士，食品科學(xué)

蔣益虹，女，1972年出生，副教授，碩士生導(dǎo)師，食品科學(xué)