張海霞，包良，王曉蘭，張燁

（1.呼和浩特職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)民族醫(yī)藥創(chuàng)新中心，內(nèi)蒙古自治區(qū)中蒙藥重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

紫色馬鈴薯是一種色澤鮮美的糧食作物，口感美味、營養(yǎng)豐富、富含花青素，用來提取花青素具有來源豐富、產(chǎn)量大、成本低等多方面優(yōu)點，開發(fā)利用前景廣闊?；ㄇ嗨厥菑V泛存在于植物中的水溶性天然色素，常以不同形式的糖苷存在[1]，它賦予植物漂亮的顏色，同時能滿足人體對某些營養(yǎng)的需求，具有較高食用價值。此外，花青素是黃酮多酚類化合物[2-3]，有較強的抗氧化性，可以起到防突變、降血糖、消炎等作用[4]，也可部分修復(fù)肝損傷[5]，同時是一種無毒、綠色健康的天然色素，廣泛使用于醫(yī)藥保健品和食品、化妝品中?；ㄇ嗨赜卸喾矫娴膽?yīng)用價值，但其在植物中的含量相對低，人體若要獲得理想效果，需食用過量富含花青素的水果或蔬菜，會超出身體的負荷；另外，花青素具有熱敏感性，烹飪過程會導(dǎo)致花青素失活。因此從富含花青素的植物中提取和濃縮花青素，并對其深度開發(fā)具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

目前花青素的提取方法中，超臨界萃取技術(shù)和高壓脈沖等先進技術(shù)對設(shè)備的要求極高，影響了其大范圍使用；溶劑法由于操作簡單、成本低、對設(shè)備要求低而備受青睞。但超聲波輔助溶劑法提取紫色馬鈴薯花青素的報道較少。李佳橋等[6]以蓮房為原料，采用超聲波輔助法提取蓮房原花青素，得率可高達6.81%。本試驗通過超聲波輔助乙醇法提取紫色馬鈴薯花青素，優(yōu)化提取工藝參數(shù)，并對其不同條件下制備的提取物的穩(wěn)定性進行探討，以期為紫色馬鈴薯工業(yè)化生產(chǎn)和深度應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

“黑美人”紫色馬鈴薯：武川縣哈樂鄉(xiāng)。

1.2 試劑與儀器

鹽酸、醋酸、氯化鉀、醋酸鈉、無水乙醇、磷酸、磷酸氫二鈉、乙酸乙酯、磷酸二氫鈉（均為分析純）：內(nèi)蒙古愛爾法生物科技公司。

SB-5200DTS超聲波多頻清洗機：寧波新芝生物科技股份有限公司；H/716M高速臺式離心機機：湖南赫西儀器公司；UV755B紫外可見分光光度計、YS1509332電子分析天平：上海佑科儀器儀表有限公司；HWS-24型電熱恒溫水浴鍋：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 紫色馬鈴薯花青素的提取

取紫色馬鈴薯用自來水沖洗干凈削去表皮，切成薄片，放于干燥箱60℃條件下干燥至恒重，打碎成粉末，過濾，收集篩下物[7]。

花青素是一類能溶于乙醇、甲醇、稀酸、稀堿、水等極性溶劑中的極性分子。本試驗參照李玲等[8]的方法，適當(dāng)進行調(diào)整。稱取10 g紫色馬鈴薯粉末放于圓底蒸餾燒瓶，用量筒移入一定體積提取液，混勻，放在超聲條件下浸提。獲得的浸提液按照4 500 r/min離心15 min，取上清液[8]，加入乙酸乙酯萃取，萃取后下層溶液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，真空干燥后，所得固體物為花青素粗提物，稱量?；ㄇ嗨氐寐蔈按下式計算[9]。

式中：E為得率，%；M1為紫色馬鈴薯花青素粗提物的質(zhì)量，g；M0為紫色馬鈴薯干粉重，g。

1.3.2 單因素試驗

將1.3.1中處理好的紫色馬鈴薯粉末加入一定體積的1%酸化乙醇提取液。設(shè)定乙醇濃度75%，浸提溫度50℃，超聲功率300 W，浸提時間50 min，液料比分別為 10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1（mL/g），依次測定紫色馬鈴薯花青素得率。

提取方法和基本條件同上，固定液料比為20∶1（mL/g），調(diào)整乙醇濃度 45%、55%、65%、75%、85%、95%，依次測定紫色馬鈴薯花青素得率。

提取方法和基本條件同上，固定液料比為20∶1（mL/g）、乙醇濃度 85%，調(diào)整溫度為 25、35、45、55、65、75℃，依次測定紫色馬鈴薯花青素得率。

通過以上數(shù)據(jù)分析液料比、乙醇濃度和提取溫度對紫色馬鈴薯花青素得率的影響。

1.3.3 正交試驗

根據(jù)以上單因素試驗數(shù)據(jù)，選擇液料比、乙醇濃度、提取溫度為考察對象，用花青素得率作為指標[10-11]，采用正交試驗，對紫色馬鈴薯花青素的提取條件進行優(yōu)化。

表1 正交試驗因素水平Table 1 Levels of orthogonal test factors

1.3.4 紫色馬鈴薯花青素穩(wěn)定性研究

1.3.4.1 pH值對馬鈴薯花青素穩(wěn)定性的影響

本試驗通過測定紫色馬鈴薯花青素可見光區(qū)的最大接收波長下的吸光度值衰減率ΔA和可見光區(qū)的最大接收波長的改變值（BI），研究紫色馬鈴薯花青素穩(wěn)定性。按照參考文獻表述[12-13]，ΔA越大說明花青素降解越快，BI值越大，花青素的含量越低。

吸光度值衰減率：ΔA/%=Δ（A0-At）/A0

式中：A0為起始時可見光區(qū)的最大吸光度；At為在t時在可見光區(qū)的最大吸光度。

吸收波長改變值（BI）=A430/Amax

式中：A430為430 nm下的吸光度；Amax為可見光區(qū)的最大吸光度值。

紫色馬鈴薯花青素提取物主要用來生產(chǎn)食品和藥品，因此本試驗參照李敏[13]的方法選取胃內(nèi)pH 2.0、果汁飲料常規(guī)pH 3.6、人的正常生理pH 7.4，這3個pH值來研究從紫色馬鈴薯中提取出的花青素穩(wěn)定性。在25℃時，測定不同pH值條件下紫色馬鈴薯花青素的最大吸光度隨時間的衰減率ΔA以及BI值。

1.3.4.2 光照對馬鈴薯花青素穩(wěn)定性的影響

參照羅冠中[14]的方法，根據(jù)本試驗?zāi)康倪M行改良，設(shè)定紫色馬鈴薯花青素溶液的濃度為0.35 mg/mL，分別置于暗處、自然光下，每2 h測定紫色馬鈴薯花青素在波長525 nm處的吸光度值，計算3次測定的平均值，研究光照對紫色馬鈴薯花青素的影響。

1.3.4.3 溫度對馬鈴薯花青素穩(wěn)定性的影響

參照1.3.4.2的方法，設(shè)定紫色馬鈴薯花青素溶液的濃度為0.35 mg/mL，每2 h分別測定室溫（25℃）、80℃及100℃的水浴條件下紫色馬鈴薯花青素溶液在波長525 nm處的吸光度值，取每種溫度條件下的3次重復(fù)，取其平均值。分析溫度對紫色馬鈴薯花青素穩(wěn)定性的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗數(shù)據(jù)分析

2.1.1 液料比對紫色馬鈴薯花青素得率的影響

液料比對紫色馬鈴薯花青素得率的影響見圖1。

圖1 液料比對紫色馬鈴薯花青素得率的影響Fig.1 Effect of liquid－material ratio on anthocyanin yield of purple potato

由圖1可以看出，當(dāng)其它因素固定時，液料比在10∶1（mL/g）～15∶1（mL/g）時，紫色馬鈴薯花青素得率變化不大，繼續(xù)增大液料比，花青素得率開始明顯提高，液料比調(diào)整為20∶1（mL/g）時，此條件下紫色馬鈴薯花青素得率最高達到1.26%。繼續(xù)增加提取液的體積，花青素得率開始下降。液料比是紫色馬鈴薯花青素提取中的影響因素之一。有研究表明原料和提取液質(zhì)量體積比越大，固相中的溶出成分更易受傳質(zhì)推動力的作用，釋放在液相中[15]；但隨著提取液體積繼續(xù)增大，過量的液體影響固相內(nèi)溶劑分子接收能量，花青素不能完全溶出，得率降低[16]，也造成原料的浪費。因此，液料比為20∶1（mL/g）時，從紫色馬鈴薯提取花青素效果最佳。

2.1.2 乙醇濃度對紫色馬鈴薯花青素得率的影響

乙醇濃度對紫色馬鈴薯花青素得率的影響見圖2。

圖2 乙醇濃度對紫色馬鈴薯花青素得率的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on anthocyanin yield of purple potato

由圖2可以看出，以酸化乙醇作為提取液進行超聲浸提時，當(dāng)其他因素不變，隨著乙醇濃度的提高，紫色馬鈴薯花青素得率升高；乙醇濃度為85%時，花青素得率達到1.23%；繼續(xù)增加乙醇濃度，花青素得率反而下降?；ㄇ嗨厥屈S酮類物質(zhì)，可溶于極性和它相似的物質(zhì)[14]。乙醇濃度不同，提取液的極性也有差異。當(dāng)提取液的極性和花青素極性比較相近時，花青素的溶出率最高[17]。因此，乙醇濃度為85%時，從紫色馬鈴薯提取花青素效果最佳。

2.1.3 提取溫度對紫色馬鈴薯花青素得率的影響

提取溫度對紫色馬鈴薯花青素得率的影響見圖3。

圖3 提取溫度對紫色馬鈴薯花青素得率的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on anthocyanin yield of purple potato

由圖3可知，固定其他因素不變，溫度較低時，紫色馬鈴薯花青素的得率隨著提取溫度的升高而增大。當(dāng)浸提溫度為65℃時，得率最大；繼續(xù)升高浸提溫度，花青素得率開始下降，這可能與花青素的熱穩(wěn)定性較差有關(guān)[18]。因此，浸提溫度為65℃時，提取花青素效果最佳。

2.2 正交試驗結(jié)果

本試驗選取液料比、乙醇濃度、提取溫度為考察因素，分析3個因素對紫色馬鈴薯花青素提取的影響作用。正交試驗結(jié)果見表2。

表2 正交試驗結(jié)果Table 2 Results of orthogonal test

由表2可知，對紫色馬鈴薯花青素提取影響排序依次為：乙醇濃度＞液料比＞提取溫度。乙醇濃度對紫色馬鈴薯花青素提取影響最大，其次是液料比，提取溫度影響最小。本試驗中獲得的最佳提取條件為A2B3C2。 按照此種組合，選擇液料比 20∶1（mL/g）、乙醇濃度85%、提取溫度為65℃，其它提取條件不變進行驗證，測得紫色馬鈴薯中花青素得率為1.27%，高于正交設(shè)計A3B3C2組合中1.25%的花青素得率，同時能有效降低成本。

2.3 花青素穩(wěn)定性評價

2.3.1 不同pH值對紫色馬鈴薯花青素的影響

不同pH值條件下的吸光度值衰減率ΔA和吸收波長改變值BI見表3。

由表3數(shù)據(jù)可知，紫色馬鈴薯花青素在pH值為2.0時，吸光度衰解率最大為17.04%；pH值為3.6，放置14 h，測定吸光度降解率為22.14%，變化幅度分別介于3%和8%之內(nèi)，吸收波長改變值BI變化幅度為0.04和0.02，穩(wěn)定性較好；當(dāng)pH值為7.4時，吸光度降解率最大為44.72%，變化幅度達到25%，BI變化幅度為0.56；隨著放置時間的延長，溶液也由原來的紫色逐漸變成淺紫色，表明穩(wěn)定性明顯低于pH值2.0和3.6。這是由于花青素在不同的酸堿條件下，其內(nèi)部存在的酸堿平衡、水合平衡和結(jié)構(gòu)異構(gòu)化反應(yīng)發(fā)生改變，導(dǎo)致穩(wěn)定性和顏色發(fā)生改變，含量也下降[19-20]。

表3 不同pH值條件下的吸光度值衰減率ΔA和吸收波長改變值BITable 3 The absorbance value attenuation rate ΔA and absorption wavelength change value BI under different pH conditions

2.3.2 不同光照對紫色馬鈴薯花青素的影響

光照對花青素的影響如圖4所示。

圖4 不同光照下的吸光度Fig.4 Absorbance under different light

自然光下，經(jīng)8 h測試，發(fā)現(xiàn)紫色馬鈴薯花青素吸光度值一直處于下降趨勢。在2 h之內(nèi)吸光度值變化緩慢；2 h～4 h之間吸光度值下降幅度最大；之后緩慢下降。有研究認為長時間光照會誘導(dǎo)花青素炭骨架結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致花色苷被降解，花青素含量降低。說明紫色馬鈴薯花青素對光照敏感，不宜長時間暴露于光照下，但短時間的光照對其含量影響不大。黑暗條件2 h之內(nèi)，紫色花青素吸光度基本沒變化，4 h之后紫色馬鈴薯花青素吸光度值下降明顯，但整體下降幅度低于光照條件，表明紫色馬鈴薯花青素在黑暗條件下穩(wěn)定性優(yōu)于光照條件。

2.3.3 不同溫度對紫色馬鈴薯花青素的影響

不同溫度下的吸光度見圖5。

如圖5所示，室溫（25℃）條件2 h之內(nèi)，紫薯花青素吸光度值變化不大；2 h～4 h之間，吸光度值明顯下降，表明紫薯花青素含量有所降低；4 h之后，吸光度值趨于穩(wěn)定，花青素含量基本不變。80℃條件下，紫薯花青素吸光度值整體處于下降趨勢，說明部分花青素結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致花青素含量下降，與何娜等[21]對紫甘薯花青素?zé)岱€(wěn)定性結(jié)論一致。100℃條件下，花青素吸光度值下降幅度最大，尤其在1 h～2 h之間，說明花青素含量迅速下降，可能溫度升高，加劇對花青素結(jié)構(gòu)的破壞，其抗氧化能力顯著下降，影響紫薯花青素的穩(wěn)定性。因此，在紫色馬鈴薯花青素產(chǎn)品的貯藏與應(yīng)用中盡量避免長時間處于受熱狀態(tài)。

圖5 不同溫度下的吸光度Fig.5 Absorbance at different temperatures

3 結(jié)論

紫色馬鈴薯是提取花青素的一種優(yōu)質(zhì)原料，在提取過程中多種因素會影響花青素得率，如提取方法、提取劑種類和濃度、提取溫度、pH值等。本試驗采用超聲波輔助法提取“黑美人”紫色馬鈴薯花青素，通過優(yōu)化試驗條件，發(fā)現(xiàn)在液料比為20∶1（mL/g），乙醇濃度為85%，提取溫度為65℃時，花青素得率最高達到1.27%。對“黑美人”花青素穩(wěn)定性進行試驗，結(jié)果顯示花青素受pH值、環(huán)境溫度和光照條件影響顯著，酸性、低溫和黑暗條件下穩(wěn)定性較好，這可能與花青素自身化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)?；ㄇ嗨鼐哂?-苯基苯并毗喃陽離子結(jié)構(gòu)，且母核上連接多個不同種類官能團，性質(zhì)不穩(wěn)定，當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化，其穩(wěn)定性也會有差異。