微波萃取藍(lán)莓中花青素獲取和降解的同步模型

鄭先哲，陶巖，李秀偉，劉秉欣

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

微波萃取藍(lán)莓中花青素獲取和降解的同步模型

鄭先哲，陶巖，李秀偉，劉秉欣

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

為同步表征微波萃取藍(lán)莓過程中花青素獲取和降解過程，揭示微波萃取藍(lán)莓中花青素的傳遞機(jī)理，依據(jù)Fick擴(kuò)散定律和電磁場增強(qiáng)擴(kuò)散理論，探究微波萃取溫度對藍(lán)莓花青素萃取率及降解率的影響，在低溫范圍內(nèi)（30～60℃）花青素萃取速度高于降解速度，在高溫范圍內(nèi)（60～70℃）花青素降解速度高于萃取速度。建立描述微波萃取過程中花青素獲取與降解同步模型，為在生產(chǎn)實(shí)踐中提高效率、實(shí)現(xiàn)對微波輔助萃取有效成分工藝系統(tǒng)的最優(yōu)控制提供理論依據(jù)。

微波；萃??；藍(lán)莓；花青素；降解；模型

萃取是指從植物性物料中獲取高純度有效成分的過程，是醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)中部分原料的主要來源和關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)。微波萃?。∕AE）具有萃取速度快、過程容易控制、有效成分得率高及可用酒精等對環(huán)境無污染溶劑等優(yōu)勢。藍(lán)莓中含豐富的花青素和維生素，具有很高的醫(yī)用和營養(yǎng)價值，花青素具有抗衰老、抗疲勞和增強(qiáng)視力等功效[1]，但有效成分對熱、光和氧氣等外界條件有強(qiáng)敏感性。在微波萃取過程中，微波輻照作用使萃取體系溫度迅速升高，提高目標(biāo)成分傳遞速度，但高溫又會引起熱敏性成分發(fā)生氧化、聚合、縮合等反應(yīng)，降解生成新的聚合物或單體物質(zhì)，改變有效成分原有性質(zhì)[2]。Zheng等研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)的固-液萃取和熱回流萃取工藝相比，微波萃取工藝可以提高效率3～5倍，增加有效成分得率20%～30%，但高溫時引起的有效成分降解呈冪函數(shù)增加，萃取溫度高于50℃時，可能有50%以上的有效成分發(fā)生降解，失去原有抗氧化、抗菌等生物活性[3]。選擇合適的模型，能夠同步表征花青素的萃取與降解過程，控制微波萃取過程，是當(dāng)前研究關(guān)注的重點(diǎn)問題。

微波萃取時，目標(biāo)成分?jǐn)U散受到微波場、化學(xué)勢場和壓力場協(xié)同作用加強(qiáng)萃取過程[4]。根據(jù)微波萃取動力學(xué)模型，分析萃取條件對目標(biāo)成分傳遞的影響機(jī)理，為優(yōu)化高得率和效率萃取工藝參數(shù)及流程提供理論依據(jù)。Smail等研究萃取過程中的質(zhì)量傳遞[5-7]，深入分析各試驗(yàn)條件對萃取率影響，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到萃取模型，分析各試驗(yàn)因素對萃取率影響；李核等根據(jù)菲克定律和電磁場增強(qiáng)擴(kuò)散理論，建立微波萃取虎杖中白藜蘆醇的動力學(xué)模型，確定微波萃取過程中有效成分在物料內(nèi)部傳遞過程[8]；Dincov等研究微波加熱過程中兩相多孔材料的質(zhì)熱傳遞過程，建立描述微波加熱機(jī)制的模型[9]；黃瑞華等在固液提取的傳質(zhì)擴(kuò)散方程中引入溫度因素，建立提取淫羊藿苷的熱質(zhì)傳遞數(shù)學(xué)模型，解釋微波能強(qiáng)化淫羊藿苷的提取過程[10]；楊俊紅等建立萃取動力學(xué)方程，闡明微波促進(jìn)萃取主要原因是微波引起溫度升高，提高傳質(zhì)系數(shù)[11]。

在研究微波促進(jìn)萃取同時，研究微波對熱敏性物質(zhì)降解作用。建立萃取過程中活性成分降解過程和動力模型，有助于分析降解機(jī)理，控制降解過程，提高有效成分得率。Hu等研究發(fā)現(xiàn)微波輔助萃取會造成目標(biāo)成分降解[12-14]；李媛等確定微波輔助提取葡萄皮中花色苷的降解過程符合指數(shù)衰減模型[15]；任瑞等根據(jù)微波香菇中多糖降解特性，通過建立降解動力學(xué)方程解釋微波功率對多糖降解影響理論[16]。

在MAE過程中，有效成分萃取與降解同時發(fā)生，但已有的建立微波萃取模型研究中，多數(shù)是分別考慮有效成分萃取和降解過程，難以系統(tǒng)、準(zhǔn)確地表征和控制有效成分在萃取液中的變化。本文獲得微波萃取條件下藍(lán)莓中花青素的獲取和降解規(guī)律；建立并驗(yàn)證微波萃取藍(lán)莓中花青素獲取和降解的同步模型；分析微波輻照作用對有效成分效應(yīng)。以提高花青素得率和減少降解為目標(biāo)，為有效控制微波萃取藍(lán)莓過程提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

藍(lán)莓鮮果產(chǎn)于黑龍江省大興安嶺地區(qū)，選擇顏色均一、顆粒飽滿的藍(lán)莓置于冰箱中凍藏。試驗(yàn)時取出凍藏藍(lán)莓在室溫下緩慢解凍4 h，打漿，經(jīng)真空冷凍干燥24 h后，磨成粉末，過40目篩，制成干燥粉末保存在避光干燥器皿中，以備后續(xù)試驗(yàn)使用。

試劑：花青素標(biāo)樣純度95%（天津尖峰天然產(chǎn)物研究開發(fā)公司）；香草醛、濃鹽酸、甲醇、無水乙醇均為分析純，購自天津市富宇精細(xì)化工有限公司。

1.2 儀器

ETHOS1系列T640型微波萃取儀由意大利Milestone公司生產(chǎn)；TD-50型凍干機(jī)由上海浦東冷凍干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn)；LAMBDA35型紫外-可見分光光度計(jì)由美國Perkin Elmer公司生產(chǎn)。

1.3 方法

1.3.1 花青素萃取液的制備

準(zhǔn)確稱?。?.0000±0.0005）g藍(lán)莓粉末于萃取罐中，加入30 mL 60%乙醇溶液，在微波萃取工作臺中以不同水平溫度（30～70℃，間隔10℃）、時間（2～10 min，間隔2 min）進(jìn)行萃取試驗(yàn)。待萃取結(jié)束后將萃取液于室溫下抽濾，并使用60%乙醇溶液將萃取液定容至100 mL容量瓶中，置于黑暗處，室溫條件下保存以備后續(xù)試驗(yàn)所用。

收集殘?jiān)?0 mL錐形瓶中，加入30 mL 60%乙醇溶液，置于25℃、50 r·min-1水浴振蕩器中繼續(xù)萃取，3 h后取出溶液，室溫下抽濾，得濾液。重復(fù)萃取殘?jiān)?遍，將所得濾液定容至100 mL容量瓶中，置于黑暗處，室溫條件下保存以備后續(xù)試驗(yàn)所用。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

1.3.2.1 顯色劑制備

A：1%香草醛溶液（稱取1.000 g香草醛溶于甲醇中，定容到100 mL）；B：8%鹽酸液（取8 mL濃鹽酸，用甲醇定容到100 mL）。顯色劑A∶B=1∶1，現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制[17]

配制原花青素標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度為1.2 mg·mL-1。分別取1、2、3、4、5 mL，然后用乙醇定容到10 mL，各取1 mL（另取1 mL甲醇液為空白液），分別加入5 mL顯色劑，搖勻，避光。在（30±1）℃恒溫水浴中保持30 min，保溫比色，取出比色管，在500 nm波長下，測其吸光值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。以吸光值A(chǔ)為縱坐標(biāo)，濃度C（mg·mL-1）為橫坐標(biāo)作圖，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為

式中，A-花青素在波長500 nm處吸光度，C-花青素標(biāo)樣濃度（mg·mL-1），R2=0.9989。

1.3.3 花青素含量測定

花青素含量測定采用低濃度香草醛-鹽酸法[17]，準(zhǔn)確移取1.0 mL萃取液置于試管中，向試管中加入5 mL顯色液，混勻后置于30℃恒溫水浴鍋中，保溫30 min。待反應(yīng)結(jié)束后使用分光光度計(jì)測定反應(yīng)液在500 nm[18]處吸光值，每個樣液測定3次求其平均值，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線得出萃取液中花青素含量。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用SigmaPlot 12.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行方程擬合；利用Matlab 7.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，編程得到萃取動力學(xué)模型驗(yàn)證圖。

2 萃取動力學(xué)模型的建立

2.1 花青素萃取過程傳質(zhì)分析

MAE是利用微波能使與固體樣品接觸的溶劑致熱，并同時將目標(biāo)成分從樣品中分離出至溶劑中的過程。在微波萃取藍(lán)莓粉內(nèi)花青素過程中，如圖1所示，主要包括以下階段[19]：①在基體-溶劑交界面發(fā)生解吸，接著花青素?cái)U(kuò)散至溶劑中；②溶劑向藍(lán)莓顆粒內(nèi)部滲透，逐步潤濕固體內(nèi)部；③固體基質(zhì)內(nèi)部花青素溶解；④花青素由顆粒內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面；⑤花青素由固-液接觸表面向溶液主體擴(kuò)散。質(zhì)熱傳遞方向一致，能促進(jìn)目標(biāo)成分提取。

圖1 萃取過程[19]Fig.1 Extraction process

2.2 模型假設(shè)

為簡化MAE過程模型，提出如下假設(shè)[5,7,20]：①溶劑向基體內(nèi)部滲透速度很快，可以忽略其對萃取速率的影響；②萃取過程中溶劑體積無變化；③初始狀態(tài)時，花青素在基體內(nèi)部分布均勻，各向同性；④溶劑向基體內(nèi)部滲透是均勻的；⑤溶劑及目標(biāo)萃取物向基體表面的擴(kuò)散是均勻的；⑥花青素溶解速率遠(yuǎn)大于擴(kuò)散速率；⑦藍(lán)莓樣品為大小均勻的球形顆粒，在MAE中粒徑保持不變。根據(jù)以上假設(shè)，將整個萃取過程作為一個解吸擴(kuò)散串聯(lián)過程處理。由于無法測得顆粒內(nèi)部不同位置的濃度，本試驗(yàn)只考慮藍(lán)莓粉顆粒與溶劑接觸表面處的濃度，與萃取液濃度近似相等。

2.3 萃取動力學(xué)模型建立

2.3.1 花青素在固液界面的傳質(zhì)通量

藍(lán)莓中花青素的萃取過程屬于溶質(zhì)在固液兩相中的傳質(zhì)過程，因此可用固液擴(kuò)散公式描述藍(lán)莓顆粒中花青素的提取過程。根據(jù)Fick第一定律[21]，單位時間內(nèi)傳質(zhì)通量J與傳質(zhì)表面積和濃度梯度成正比，花青素通過固液界面?zhèn)髻|(zhì)通量J為：

式中，N—τ時刻提出的溶質(zhì)質(zhì)量，kg，其中N=V·C(τ)；τ—萃取時間，min；Dl—液相傳質(zhì)系數(shù)，m2·s-1；S—藍(lán)莓顆粒表面積，m2，其中S= 4πR2；C(τ)—τ時刻溶液主體的濃度，kg·m-3；V—溶劑體積，m3。

2.3.2 濃度梯度

擴(kuò)散面濃度梯度越大，擴(kuò)散動力也大，擴(kuò)散速度越快，濃度梯度變化越大。因而擴(kuò)散面濃度隨時間和空間的變化可以表示為：

m—濃度梯度的時間變化常數(shù)，m＜0，m=0，m＞0分別反映濃度梯度隨時間衰減、恒定和增加的情況。假定原始藍(lán)莓樣品中花青素濃度為Cs，0mol·m-3。則初始條件為：

根據(jù)初始條件，由（3）式可得到：

本試驗(yàn)只考慮半徑為R（即固液相接觸面）處的濃度梯度。

2.3.3 液相傳質(zhì)系數(shù)Dl

液相傳質(zhì)系數(shù)Dl，最常用估算方法是Stokes-Einsten[22]方程，其表達(dá)式為：

式中，f—溶質(zhì)的摩擦系數(shù)；kB—玻爾茲曼常數(shù)，取值1.380662×10-23J·K-1；T—液相環(huán)境溫度（K）；μ—溶液粘度（g·m-1·s-1）；R—溶質(zhì)半徑（m）。

可見液相傳質(zhì)系數(shù)Dl與溶質(zhì)分子大小R、提取溶液粘度μ及萃取溫度T有關(guān)。通常情況下，隨著提取溶液濃度增大，粘度隨之增大，擴(kuò)散系數(shù)相應(yīng)減小。

2.3.4 萃取液中花青素濃度微分方程

將公式（5）帶入公式（2）整理得：

假設(shè)微波對萃取過程的作用為α，微波對萃取量的影響可用（1+α）[8]表示。在微波萃取過程中，為表征微波對花青素的擴(kuò)散有增強(qiáng)作用，引入增強(qiáng)因子γ1；為表征微波熱效應(yīng)引起花青素降解，引入降解因子γ2。增強(qiáng)因子增加萃取量，降解因子減少萃取量，則可設(shè)微波增強(qiáng)作用與微波降解作用為γ1/γ2，即微波作用α=γ1/γ2。則有：

萃取過程中的固液比：

式中：M—固液比，g·mL-3；V—溶劑體積，mL3；G—稱取藍(lán)莓粉質(zhì)量，1 g。

將公式（9）帶入公式（8）中，可得：

公式（10）是萃取液花青素濃度隨時間τ變化的微分方程，引入邊界條件可以推導(dǎo)出τ時刻溶液中花青素濃度，是萃取動力學(xué)方程。

2.3.5 萃取動力學(xué)方程的導(dǎo)出

針對微分方程（8）引入邊界條件：C0=0，則τ時刻萃取液中花青素濃度為：

方程（11）是萃取動力學(xué)方程，反映萃取液中花青素濃度C(τ)隨著萃取時間τ的變化。

2.3.6 擬合方程

采用非線性擬合方法對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方程擬合，通過較高的決定系數(shù)（R2）和較低的標(biāo)準(zhǔn)偏差（SEE），選擇Exponential Rise to Maximu（式12）和Exponential Decay（式13）方程式描述花青素萃取率模型。在萃取過程中，微波促進(jìn)花青素?cái)U(kuò)散起主導(dǎo)作用時，選擇式（12）；當(dāng)微波對花青素的降解起主導(dǎo)作用時，選擇式（13）。

式中，y0—花青素在所設(shè)定的升溫階段（1 min后）溶液中最初花青素含量（%）；a1，a2—在均衡狀態(tài)下的花青素萃取率（%）；b1，b2—物料傳遞過程中的質(zhì)量系數(shù)（min-1）；c1，c2—在均衡狀態(tài)下物質(zhì)傳遞過程中花青素萃取率（%）；d1，d2—擴(kuò)散過程的動力學(xué)常數(shù)（min-1）。

3 結(jié)果與分析

3.1 萃取溫度對花青素萃取率的影響

如圖1所示，萃取溫度為30、40、50℃時，花青素萃取率顯著提高（P＜0.05）。這是由于微波輻射作用導(dǎo)致物料溫度升高，分子熱運(yùn)動加快，促進(jìn)花青素從藍(lán)莓顆粒擴(kuò)散到溶液中。當(dāng)萃取溫度在60℃時，前4 min內(nèi)花青素萃取率呈上升趨勢，隨后開始下降。這是因?yàn)榛ㄇ嗨厥菬崦粜晕镔|(zhì)，當(dāng)物料內(nèi)熱量積累到一定程度時，花青素結(jié)構(gòu)被破壞，花青素萃取率下降。當(dāng)萃取溫度達(dá)到70℃時，花青素降解程度加劇，萃取率呈現(xiàn)下降趨勢。此時，花青素降解為萃取過程中的主導(dǎo)作用。比較不同萃取溫度和萃取時間下花青素的萃取率，結(jié)果表明選擇合適的萃取溫度和時間有利于增加花青素的萃取量。

圖2 萃取溫度和時間對花青素萃取率的影響Fig.2 Effect of extraction temperature and extraction time on content of anthocyanin

在萃取溫度30～60℃，微波萃取動力變大，萃取動力系數(shù)變大。這是因?yàn)槲⒉ㄗ饔脮够|(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)破裂，有效成分迅速從細(xì)胞內(nèi)部擴(kuò)散到萃取劑中。在此過程中，溶劑在微波照射下與電磁場耦合，然后通過介電松弛機(jī)制將熱傳輸?shù)饺軇┲兄氯軇┥郎兀瑥亩岣呋ㄇ嗨卦谌軇┲械娜芙舛?，增大從基體解吸的動力[23]，微波萃取動力系數(shù)變大。60～70℃時，微波降解動力變大，降解動力系數(shù)變大。這是因?yàn)榛ㄇ嗨貫闊崦粜晕镔|(zhì)，遇熱易降解，此溫度范圍內(nèi)，微波降解作用為主導(dǎo)作用，所以降解動力系數(shù)變大。

采用非線性擬合方法計(jì)算模型系數(shù)，結(jié)果如表1所示，方程決定系數(shù)R2均大于0.99，呈極顯著水平即P=0.001。除70℃外，在其他溫度條件下，藍(lán)莓粉中花青素萃取的最初花青素含量(y0)均隨萃取溫度升高而升高。萃取溫度70℃時質(zhì)量傳遞系數(shù)b最高，這是由于高溫有利于花青素?cái)U(kuò)散。擴(kuò)散過程中動力學(xué)常數(shù)d呈現(xiàn)先增加后減小趨勢，這是由于在微波輔助萃取過程中，低溫范圍（30、40、50、60℃）內(nèi)，升高溫度，隨萃取時間的延長花青素萃取率增加，微波增強(qiáng)作用占主導(dǎo)地位，萃取動力學(xué)常數(shù)d增大；繼續(xù)升溫（60、70℃），微波作用破壞花青素結(jié)構(gòu)，微波降解作用占主導(dǎo)地位，萃取動力學(xué)常數(shù)d減小。

表1 不同溫度下微波輔助萃取花青素萃取率的模型系數(shù)Table 1 Regression coefficient of equation(12,13)describing the microwave extracted anthocyanin from blueberry powder under different temperatures

3.2 萃取溫度對花青素降解率的影響

不同萃取溫度和時間下得到的花青素降解率如圖3所示。在低溫范圍（30、40、50℃）內(nèi)，隨著溫度升高花青素降解率下降。這是由于低溫范圍內(nèi)，溫度上升不會對花青素造成降解，升高溫度，能促進(jìn)花青素?cái)U(kuò)散，微波萃取動力學(xué)系數(shù)較大，萃取為主導(dǎo)作用。在高溫范圍（60、70℃）內(nèi)，花青素降解率顯著上升。這是因?yàn)槲⒉ń到鈩恿W(xué)系數(shù)較大，降解作用為主導(dǎo)作用。結(jié)果表明選擇合適的萃取溫度和萃取時間有利于減少花青素的降解量。

圖3 萃取溫度和時間對花青素降解率的影響Fig.3 Effect of extraction temperature and extraction time on degradation content of anthocyanin

依據(jù)指數(shù)衰減方程對圖3中花青素降解率的數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合，模型系數(shù)如表2所示。除70℃外，均衡狀態(tài)下藍(lán)莓粉中花青素萃取率a均隨著萃取溫度升高而升高。高溫有利于擴(kuò)散，隨著萃取溫度升高，質(zhì)量傳遞系數(shù)b不斷增大，萃取溫度70℃時達(dá)到最高。擴(kuò)散過程中動力學(xué)常數(shù)d呈現(xiàn)先增加后減小趨勢。

表2 不同溫度下微波輔助萃取花青素降解率的模型系數(shù)Table 2 Regression coefficient of equation(14)describing the degradation content of anthocyanin from blueberry powder under different temperatures

3.3 微波萃取藍(lán)莓中花青素獲取和降解的同步模型建立

為分析萃取過程中微波對目標(biāo)成分的獲取和降解規(guī)律，建立微波輔助萃取過程中有效成分的傳遞和變化過程的理論模型。

由擬合結(jié)果可知，30、40、50、60℃（0～4 min）、60℃（4～10 min）、70℃下的萃取因子γ1/γ2分別為：0.0269、0.0583、0.0870、0.3613、0.4637、0.0120。采用非線性擬合，得到溫度與各因子間回歸方程：

因此，微波輔助萃取藍(lán)莓花青素過程的傳質(zhì)方程為：

式中，a—校正系數(shù)；A—常數(shù)項(xiàng)。

因此，根據(jù)計(jì)算得出的微波增強(qiáng)因子和降解因子，獲得微波輔助萃取技術(shù)的半理論-半經(jīng)驗(yàn)公式，同步表征微波萃取藍(lán)莓過程中花青素的獲取和降解過程，從理論上揭示微波萃取藍(lán)莓中花青素的傳遞機(jī)理，為在生產(chǎn)實(shí)踐中提高萃取率、減小降解率提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對微波輔助萃取有效成分工藝系統(tǒng)的最優(yōu)控制。

3.4 萃取動力學(xué)模型的驗(yàn)證

驗(yàn)證試驗(yàn)的萃取工藝為：萃取時間0～10 min（間隔2 min），萃取溫度為30～70℃（間隔10℃）。比較萃取液濃度C的試驗(yàn)值和萃取動力學(xué)模型預(yù)測值，如圖4所示。試驗(yàn)值與模型預(yù)測值擬合較好，決定系數(shù)R2＞0.95。因此萃取動力學(xué)模型能較好反應(yīng)微波輔助萃取藍(lán)莓花青素的獲取和降解規(guī)律，適合表達(dá)試驗(yàn)范圍內(nèi)目標(biāo)成分萃取規(guī)律。

3.5 微波強(qiáng)化萃取傳質(zhì)過程分析

藍(lán)莓粉顆粒內(nèi)部花青素含量隨萃取時間和粒徑變化如圖5所示。半徑一定時，隨萃取時間延長，花青素含量減少，與萃取過程模型描述一致。這是因?yàn)樵谖⒉ㄝ椪兆饔孟?，物料吸收微波能，萃取體系內(nèi)部迅速升溫，分子熱運(yùn)動加快，目標(biāo)成分快速從物料基質(zhì)內(nèi)部擴(kuò)散到溶液中，顆粒內(nèi)部花青素含量減少。微波作用能夠增加基體材料空隙率，使目標(biāo)成分獲得非熱效應(yīng)能[24]，促進(jìn)擴(kuò)散速率，顆粒內(nèi)部花青素含量下降。

圖4 萃取動力學(xué)模型的驗(yàn)證Fig.4 Validation of the extraction kinetics model

圖5 萃取時間和粒徑對花青素含量的影響Fig.5 Effect of extraction time and particle diameter on concentration of anthocyanins

萃取時間一定時，顆粒內(nèi)部花青素含量隨著半徑增大而減小，與萃取過程模型描述一致。這是因?yàn)榘霃皆酱螅苜|(zhì)與溶劑的接觸面積越大，擴(kuò)散速率越快[19]，顆粒內(nèi)部花青素快速溶解，擴(kuò)散到溶液中，含量減少；粒徑越大，物料基體內(nèi)部貯存的水分越多，加熱后，水分蒸發(fā)，在細(xì)胞內(nèi)部產(chǎn)生壓力，促使細(xì)胞破裂，釋放溶質(zhì)，促進(jìn)目標(biāo)成分?jǐn)U散，提高萃取率[25]，藍(lán)莓粉內(nèi)部花青素含量減少。

模擬結(jié)果與提出的微波萃取過程模型結(jié)果一致，表明模型能夠表征某一粒徑的藍(lán)莓粉顆粒。微波萃取過程模型可以準(zhǔn)確表征微波對萃取物的降解與獲取作用。

4 結(jié)論

本文以藍(lán)莓為研究對象，獲得微波萃取過程中花青素獲取和降解的規(guī)律：在低溫范圍內(nèi)（30～60℃）花青素萃取速度高于降解速度，在高溫范圍內(nèi)（60～70℃）花青素降解速度高于萃取速度。考慮微波萃取過程中目標(biāo)化合物的獲取與降解過程，建立描述微波輔助萃取藍(lán)莓花青素過程的理論-經(jīng)驗(yàn)組合模型，可預(yù)測微波萃取過程中花青素獲取量，為設(shè)計(jì)目標(biāo)成分得率高的微波輔助萃取工藝提供理論依據(jù)。

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Simultaneous model of acquisition and degradation of anthocyanin extracted from blueberry powder by microwave technology

/ZHENG Xianzhe,TAO Yan,LI Xiuwei,LIU Bingxin
(School of Engineering,Northeast Agricultural University, Harbin 150030,China)

In order to reveal the mechanism of microwave extracting anthocyanin from powdered blueberry,the process of simultaneous acquisition and degradation of anthocyanin by microwave technology was characterized.Based on Fick's law and the theory of the electromagnetic field enhanced diffusion,the effects of extraction temperature on the acquisition and degradation of anthocyanin were analyzed as anthocyanin acquisition rate higher than its degradation in extraction temperature of 30-60℃and anthocyanin degradation rate higher than its acquisition in extraction temperature of 60-70℃.A kinetic model of microwave-assisted extraction blueberry anthocyanin was established describing simultaneous process of acquisition and degradation of anthocyanin extracted from blue berry powder.The results indicated that the model might predict the concentration of anthocyanin under the extraction system,which contributed to improving efficiency in the production practice,and provided theoretical basis for achieving optimal control of the active ingredient of microwave-assisted extraction process.

microwave;extraction;blueberry;anthocyanin;degradation;model

S663.9

A

1005-9369（2014）11-0108-08

2014-05-21

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31271911）；黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（1252lz003）

鄭先哲（1968-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail:zhengxz2013@163.com

時間2014-11-21 16:44:00[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20141121.1644.018.html

鄭先哲,陶巖,李秀偉,等.微波萃取藍(lán)莓中花青素獲取和降解的同步模型[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2014,45(11):108-115.

Zheng Xianzhe,Tao Yan,Li Xiuwei,et al.Simultaneous model of acquisition and degradation of anthocyanin extracted from blueberry powder by microwave technology[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(11):108-115.(in Chinese with English abstract)