摘 要：目的：以紫薯為材料，優(yōu)化紫薯花青素的提取工藝。方法：利用超聲波輔助提取法以提取時(shí)間、液料比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、超聲功率為考察因素，以花青素的提取量為評價(jià)指標(biāo)，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)得到最佳提取工藝。結(jié)果：在液料比為1∶10（g∶mL）、乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%、超聲功率為150 W，提取時(shí)間為30 min時(shí)紫薯花青素的提取量最高，為60.8 mg/100 g。結(jié)論：工藝穩(wěn)定，適用于紫薯花青素的提取。

關(guān)鍵詞：紫薯；花青素；單因素實(shí)驗(yàn)；正交實(shí)驗(yàn)

Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction of Anthocyanins from Purple Potato

MAO Huiling， ZHAO Huiqin， MU Qier， XIN Mingjie

（Zhengzhou Institute of Industrial Application Technology， Zhengzhou 450000， China）

Abstract： Objective： To optimize the extraction process of anthocyanins from purple potato. Method： Using ultrasonic assisted extraction method， the extraction time， liquid-solid ratio， ethanol volume fraction and ultrasonic power were investigated， and the extraction amount of anthocyanin was evaluated， the optimal extraction process was obtained by single factor experiment and orthogonal experiment. Result： When the ratio of liquid to solid was"1∶10 （g∶mL）， ethanol volume fraction was 70%， the ultrasonic power was 150 W and the extraction time was"30 min， the extraction amount of anthocyanins was the highest （60.8 mg/100 g）. Conclusion： The extraction process was stable， and it was suitable for the extraction of anthocyanins from purple potato.

Keywords： purple potato; anthocyanins; single factor test; orthogonal test

紫薯是旋花科番薯屬一年生草本植物，薯形長紡錘，薯肉呈紫色至深紫色，性平，味甘，歸脾、胃、肺經(jīng)。紫薯富含蛋白質(zhì)、淀粉、膳食纖維、多種維生素和礦物質(zhì)[1]，特別是硒元素和花青素這兩種具有生物活性的物質(zhì)，具有預(yù)防疾病、抗氧化、平穩(wěn)血壓、促進(jìn)消化等健康功效[2]。

紫薯中的花青素含量較高，具有較強(qiáng)的抗氧化作用，能夠有效地清除自由基，其抗氧化效果與市場上的某些合成抗氧化劑相當(dāng)[3]。紫薯花青素是一種天然的抗氧化劑，相比人工合成的抗氧化劑，其具有更高的安全性[4-5]。紫薯花青素能夠調(diào)節(jié)糖脂代謝，這對于預(yù)防和治療與代謝相關(guān)的疾病具有重要意義。目前，紫薯花青素存在提取工藝復(fù)雜、成本較高等問題，需要研究更加經(jīng)濟(jì)有效的提取方法，以便在商業(yè)化生產(chǎn)中降低成本。本研究旨在開發(fā)工藝簡單、成本低廉的紫薯花青素提取方法，以提高紫薯花青素在醫(yī)藥和化妝品行業(yè)的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯，采購于鄭州市農(nóng)貿(mào)市場；乙醇，分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；檸檬酸，分析純，上海凱茵化工有限公司；矢車菊素-3-O-葡萄糖苷，分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SPX-350恒溫水浴鍋，常州恒隆儀器有限公司；XA-1粉碎機(jī)，深圳市萊博儀器有限公司；HR-150A分析天平（0.000 1 g），亞速旺（上海）商貿(mào)有限公司；752N型紫外可見光分光光度計(jì)，上海精密儀器儀表有限公司；Starter2100型pH計(jì)，奧豪斯儀器（上海）有限公司；TGL-16M低速臺(tái)式大容量離心機(jī)，常州金壇良友儀器有限公司；GZX-9070 MBE電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，惠州榮晟儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理

將采購的新鮮紫薯洗凈，置于50 ℃烘箱中烘干8 h。將烘干后的紫薯取出晾曬1 h，在研缽中研磨成紫薯粉。將紫薯粉過60目篩，取過篩后的紫薯粉作為待用的紫薯樣品。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線建立

精密稱定標(biāo)準(zhǔn)品矢車菊素-3-O-葡萄糖苷62.5 mg，加入20 mL 70%乙醇溶液溶解后定容至250 mL，配制成250 μg·mL-1標(biāo)準(zhǔn)原液；分別取1.00 mL、5.00 mL、10.00 mL、20.00 mL、30.00 mL、40.00 mL標(biāo)準(zhǔn)原液于50 mL容量瓶中，用70%乙醇溶液定容至刻度線，配制成5 μg·mL-1、25 μg·mL-1、50 μg·mL-1、100 μg·mL-1、150 μg·mL-1、200 μg·mL-1的系列梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液，依次測定各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，根據(jù)溶液濃度和吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3 花青素的提取及含量計(jì)算

準(zhǔn)確稱取2.00 g紫薯樣品，加入一定量酸性乙醇溶劑（用5%的檸檬酸調(diào)節(jié)pH=3），在常溫下超聲一段時(shí)間提取紫薯中的花青素，經(jīng)離心后取出上清液，測定吸光度值。根據(jù)回歸方程計(jì)算樣品花青素濃度，按照公式（1）計(jì)算花青素提取量。

（1）

式中：Q為紫薯中花青素的提取量，mg/100 g；C是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到的花青素濃度，μg·mL-1；D為紫薯樣品稀釋的體積，mL；m為原料的質(zhì)量，g。

1.3.4 最大吸收波長的確定

取1 mL紫薯花青素提取液稀釋5倍，掃描400～600 nm波長范圍的紫外-可見吸收光譜，并對比矢車菊素-3-O-葡萄糖苷標(biāo)準(zhǔn)品的最大吸收波長，確定實(shí)驗(yàn)采用的最大吸收波長。

1.3.5 紫薯花青素提取的單因素實(shí)驗(yàn)

（1）提取時(shí)間。料液比1∶10（g∶mL），乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，超聲功率150 W，考察提取時(shí)間10 min、20 min、30 min、40 min及50 min對紫薯花青素提取的影響。

（2）料液比。乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，超聲功率

150 W，提取時(shí)間30 min，考察料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40及1∶50（g∶mL）對紫薯花青素提取的影響。

（3）乙醇體積分?jǐn)?shù)。料液比1∶10（g∶mL），超聲功率150 W，提取時(shí)間30 min，考察乙醇體積分?jǐn)?shù)40%、50%、60%、70%及80%對紫薯花青素提取的影響。

（4）超聲功率。料液比1∶10（g∶mL），乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，提取時(shí)間30 min，考察不同超聲功率100 W、150 W、200 W、250 W及300 W對紫薯花青素提取的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 最大吸收波長與標(biāo)準(zhǔn)曲線的確定

掃描400～600 nm波長范圍的紫薯提取液吸收光譜，并對比矢車菊素-3-O-葡萄糖苷標(biāo)準(zhǔn)品的最大吸收波長，吸光度值最大處所對應(yīng)的波長為517 nm，后續(xù)均在517 nm處測定溶液吸光度。以吸光度值（A）為縱坐標(biāo)，以矢車菊素-3-O-葡萄糖苷的濃度（c）為橫坐標(biāo)，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線A=0.005 6c-0.015 3，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 9，線性關(guān)系良好。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 提取時(shí)間對花青素提取效果的影響

如圖1所示，提取時(shí)間為30 min時(shí)，溶液吸光度最大，即此時(shí)樣品溶液中花青素含量最高，提取量最大。紫薯花青素的提取量隨著時(shí)間的延長表現(xiàn)為先逐步上升，達(dá)到一個(gè)峰值之后開始逐漸降低。其可能是花青素不穩(wěn)定，會(huì)隨著提取時(shí)間的延長而分解。因此，以20 min、30 min、40 min為工藝優(yōu)化的選擇時(shí)間。

2.2.2 料液比對花青素提取效果的影響

如圖2所示，在料液比為1∶20（g∶mL）時(shí)，樣品的吸光度最大，吸光度的整體變化趨勢為先升高后降低。隨著對花青素溶出有幫助的乙醇用量逐漸增多，花青素溶出量增加，然而在溶出量趨于飽和的條件下，乙醇用量的不斷增加反而導(dǎo)致花青素浸出率略有降低，造成了溶液中花青素的稀釋。因此，選擇1∶10、1∶20、1∶30（g∶mL）3個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

2.2.3 提取溶劑組成對花青素提取效果的影響

如圖3所示，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，樣品吸光度呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢，吸光度最大時(shí)乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%。因?yàn)榛ㄇ嗨貙儆邳S酮類物質(zhì)，具有水溶性，當(dāng)乙醇濃度超過60%后，水的占比減少，不利于花青素從紫薯中溶出。所以，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、70%和80% 3個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

2.2.4 超聲功率對花青素提取效果的影響

如圖4所示，隨著超聲波功率的逐漸增大，樣品的吸光度先增大后減小，當(dāng)超聲波功率達(dá)到200 W時(shí)紫薯中花青素提取量最高，超過200 W后提取量逐漸減小。這是因?yàn)楣β蔬^大會(huì)破壞花青素原來的化學(xué)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致花青素含量減少。因此，選擇150 W、200 W、250 W作為正交實(shí)驗(yàn)的水平設(shè)置。

2.3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1，通過SPSSAU處理正交數(shù)據(jù)，結(jié)果見表2。從表2中極差數(shù)據(jù)可以看出，料液比對花青素的提取量影響最大，乙醇體積分?jǐn)?shù)影響最小，最佳組合為A2B1C3D1，即料液比1∶10（g∶mL）、超聲功率150 W、提取時(shí)間30 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%。在該工藝條件下平行實(shí)驗(yàn)3次，紫薯花青素提取量分別為61.3 mg/100 g、60.8 mg/100 g、60.4 mg/100 g，平均為60.8 mg/100 g。

3 結(jié)論

本研究選擇超聲波輔助提取工藝，以提取時(shí)間、料液比、溶劑組成、超聲功率為考察因素，以花青素的提取量為評價(jià)指標(biāo)，得到最佳提取工藝為料液比1∶10（g∶mL）、超聲功率150 W、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，提取時(shí)間30 min。對該參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，得出紫薯花青素的最大提取量為60.8 mg/100 g。

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作者簡介：毛會(huì)玲（1993—），女，河南周口人，碩士，助教，研究方向：食品藥品分析。