曾哲灵，傅 婧，彭 超

(南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047)

紫山药色素提取工艺研究

曾哲灵，傅 婧，彭 超

(南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西南昌330047)

加工过程中削落的紫山药皮富含紫色素，是提取天然色素的理想原料。以紫山药皮为原料，采用单因素和正交实验法，研究了提取剂浓度、浸提温度、浸提时间、料液比对紫山药色素提取效果的影响。用AB-8大孔吸附树脂对紫山药色素粗品进行吸附纯化得到紫山药色素纯品。结果表明:通过对比不同溶剂提取效果，确定乙醇为提取剂。色素提取过程中，浸提温度和料液比对提取效果的影响最大，其次是提取剂浓度，最小是浸提时间。最佳提取条件为: 40%乙醇作浸提剂，温度70℃，浸提时间2h，料液比1∶10。提取液经吸附纯化后，干燥制得紫黑色粉末，色价为51.2。研究表明，紫山药皮可以作为提取紫山药色素的来源。

紫山药，色素，提取，纯化，大孔吸附树脂

1 材料与方法

1.1 材料与设备

紫山药皮 江西万载辉明有机农业科技开发有限公司提供，其经清洗、灭酶、烘干、粉碎备用;大孔吸附树脂AB-8 安徽三星树脂有限公司;乙醇、柠檬酸、硫酸、盐酸等 均为分析纯;蒸馏水。

756PC型紫外可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司;PHS-25型pH计 上海精密科学仪器有限公司;药用粉碎机、HHS-21型电热恒温水浴锅、旋转蒸发仪、PL-203型电子天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;真空干燥箱 上海光都仪器有限公司。

1.2 色素的提取与纯化工艺流程

紫山药皮→40%乙醇浸提→离心过滤→粗提液→减压浓缩→AB-8大孔吸附树脂吸附→清水淋洗→乙醇洗脱→浓缩→真空干燥→紫山药色素

1.3 色素的提取

1.3.1 提取剂的选择 实验选取蒸馏水、0.5%柠檬酸乙醇溶液、1.0%柠檬酸乙醇溶液、40%乙醇、75%乙醇、0.5%H2SO4为提取剂。称取5g原料于具塞的三角烧瓶中，加入50mL上述各提取溶剂，密封，于70℃水浴中提取2h后，4500r/min离心10min，抽滤得滤液，即为提取液。测定各提取液最大吸收峰值，并依据吸光值的高低来筛选最适提取剂。

1.3.2 紫山药色素光谱特性 称取5g原料于具塞的三角烧瓶中，加入50mL提取剂，于70℃水浴中提取2h后，4500r/min离心10min，过滤定容，即为色素粗提液。紫外分光光度计每隔5nm扫描色素粗提液，测定吸收光谱特性。

1.3.3 紫山药色素提取条件的单因素实验 本实验以吸光度值作为色素提取率的评价指标，研究提取剂浓度、浸提温度、浸提时间、料液比对紫山药色素提取的影响。

1.3.3.1 提取剂浓度的选择实验 各称取5g原料于5个具塞的三角烧瓶中，分别加入50mL 30%、40%、50%、75%、95%乙醇溶液，密封，于70℃水浴中提取2h后，4500r/min离心10min，抽滤得滤液，定容即为提取液。测定各提取液最大吸收峰处吸光度值。

1.3.3.2 浸提温度的选择实验 各称取5g原料于7个具塞的三角烧瓶中，分别加入50mL 40%乙醇溶液，密封，分别于25、30、40、50、60、70、80℃水浴中提取2h后，4500r/min离心10min，抽滤得提取液，定容。测定各提取液最大吸收峰处吸光度值。

1.3.3.3 浸提时间的选择实验 各称取5g原料于6个具塞的三角烧瓶中，分别加入50mL 40%乙醇溶液，密封，于70℃水浴中，分别提取1、1.5、2、2.5、3、4h后，4500r/min离心10min，抽滤得提取液，定容。测定各提取液最大吸收峰处吸光度值。

1.3.3.4 料液比的选择实验 各称取5g原料于5个具塞的三角烧瓶中，分别加入料液比为1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25的40%乙醇溶液，密封，于70℃水浴中提取2h后，4500r/min离心10min，抽滤得提取液，定容。测定各提取液最大吸收峰处吸光度值。

1.3.4 紫山药色素提取条件的正交实验 在单因素实验基础上，取4因素3水平做L9(34)正交实验。以吸光度值作为评价指标，确定从紫山药皮中提取色素的最佳条件，实验因素水平表见表1，实验结果见表3。

表1 因素水平表

1.4 色素纯化

1.4.1 树脂的预处理 将树脂用蒸馏水充分淋洗，除去破碎和粒度极小的树脂;用体积分数80%乙醇溶液浸泡过夜，去掉残留在树脂中的溶剂。再分别用4%NaOH溶液和体积分数4%盐酸溶液冲洗，以去除树脂中杂质。最后用蒸馏水反复冲洗至中性，采用湿法装柱，以避免带入气泡［7］。

1.4.2 树脂对色素的吸附及洗脱 将色素粗提液旋转蒸发除去乙醇，然后以30mL/min的流速通过树脂柱。动态检测流出液的吸光度值，待流出液的吸光度与粗提液基本接近时，认为达到饱和状态。用蒸馏水冲洗树脂柱至流出液透明，再用40%乙醇洗脱，至洗脱液接近无色为止。将洗脱液在60℃浓缩至粘稠状，然后真空干燥，得到紫黑色粉末，称重，测定色价。

1.4.3 色价的测定［8］准确称取0.1g试样，精确至0.0002g，用缓冲溶液(酸性乙醇溶液)稀释于100mL容量瓶内，再精确吸取稀溶液10mL，稀释至100mL，用分光光度计于最大吸收峰处，用缓冲溶液作参比液，于1cm比色皿中测定其吸光度，然后按下式计算色价:

2 结果与讨论

2.1 提取剂的选择

不同提取剂对紫山药色素提取液吸光度的影响见表2。

由表2可知，从提取效果看，0.5%H2SO4的提取效果最好，40%乙醇的提取效果次之，但H2SO4的安全性低。综合考虑提取效果和安全性，选定乙醇溶液为提取剂。

表2 提取剂的影响

2.2 紫山药色素光谱特性

由图1可知，紫山药色素粗提液在540nm左右处出现特征吸收峰。根据花色素光谱特性［9］(可见光区的最大吸收波长在500～540nm)，说明紫山药色素属于花青素类物质。

图1 紫山药色素的紫外可见光谱图

2.3 提取工艺参数对紫山药色素提取效果的影响

2.3.1 提取剂浓度对色素提取效果的影响 由图2可知，在一定范围内，随着乙醇浓度的增加，吸光度越高，当乙醇浓度达到40%时，吸光度达到2.097，此后当乙醇浓度继续增加，吸光度则随之降低。因此，选用40%乙醇溶液作为提取剂。

图2 乙醇浓度对色素提取效果的影响

2.3.2 浸提温度对色素提取效果的影响 由图3可知，在一定范围内，随着浸提温度的增加，吸光度不断增大，当浸提温度达到70℃时，吸光度提高到2.114，此后继续增加浸提温度，吸光度反而逐渐下降。这是因为紫山药色素系花青素类，热稳定性较差，温度的升高有利于色素的提取，但同时加速色素的分解，故色素提取效果有下降趋势。综合考虑，浸提温度选择70℃较为合适。

2.3.3 浸提时间对色素提取效果的影响 由图4可知，在一定范围内，随着浸提时间的增加，吸光度不断增大，当浸提时间达到3h时，吸光度提高到1.873，此后继续增加浸提时间，吸光度并没有明显的提高。这是因为紫山药色素在3h之前基本都溶出，随着时间的增加，色素开始降解。但是浸提3h仅仅比2h的吸光度增加2.7%，考虑成本因素，选用2h的浸提温度即可。

图3 浸提温度对色素提取效果的影响

图4 浸提时间对色素提取效果的影响

2.3.4 料液比对色素提取效果的影响 化学位差(浓度差)是该过程的推动力［10］。而溶剂的用量是决定体系中尤其是提取剂中紫山药色素浓度的重要因素，因此溶剂的用量能够影响黑莓色素的提取效果。

由图5可知，在一定范围内，随着料液比的增加，吸光度越高，当料液比达到1∶10时，吸光度达到1.916，此后当料液比继续增加时，吸光度则随着降低，色素的提取率逐渐降低。因此，料液比为1∶10时，既有利于紫山药色素的提取，也有利于实际生产中节能减耗。

图5 料液比对色素提取效果的影响

2.4 正交实验结果

表3 L9(34)正交实验表及结果

统计结果分析表明，实验所设计的四因素对紫山药色素的提取均具有不同的影响。浸提温度和料液比对提取效果影响较大，浸提时间影响最小。各因素影响大小依次为:B＞D＞A＞C。因此，综合各因素的K值和直观分析，A2B3C3D1为最佳提取条件。

正交实验的方差分析结果表明，浸提温度、料液比两个因素无显著性差异(P＞0.05)，这说明作为主要影响因素的浸提温度及料液比在正交设计的三水平内对色素提取效果无显著性影响，各水平可以任意选择。因此，从经济、可行性出发，选择浸提温度70℃及料液比1∶10比较合适。因此，最后确定紫山药色素提取的最佳工艺条件为:40%乙醇，70℃，2h，料液比1∶10。

2.5 色价的测定

经AB-8大孔吸附树脂纯化后的紫山药色素为紫黑色粉末，稳定性好，不易吸潮，其色价为51.2。

3 结论

紫山药皮中的天然色素为花色苷类化合物，在0.5%硫酸溶液、甲醇、乙醇中溶解性较好，难溶于乙醚。实验从经济、方便、安全以及提取效率高考虑，选用40%乙醇溶液做浸提剂。紫山药色素提取的最佳工艺方法是:以40%乙醇溶液作为浸提剂，在70℃的温度条件下加热2h，料液比为1∶10。在此条件下制得的色素提取液经纯化后色价达到51.2。因此，紫山药皮可以作为提取紫山药色素的来源。本实验初步研究了紫山药皮中花青素的提取工艺，可以用于生产实践中开发和利用，可提高紫山药的附加值。

实验只能确定紫山药色素的色价，不能确定其色素的组分及其含量构成，要鉴定该色素各组分及其含量，还需借助TLC、HPLC等仪器进一步分析。

［1］徐成基.中国薯蓣资源［M］.成都:四川科技出版社，2000.［2］李四秀，脚板薯无公害栽培技术［J］.农村百事通，2009 (6):9-10.

［3］潘锡和，章近富.万载山药及其栽培技术［J］.江西园艺，2001(1)

［4］陆国权，唐忠厚.紫山药花青素提取及其纯化技术研究［J］.粮油食品科技，2006，14(1):34-35.

［5］雷然，庄华梅，付惠.苜蓿花色素的提取及性质研究［J］.云南化工，2007，34(3):35-37，43.

［6］徐晴艳，郑志勇，俞洪云.康乃馨红色素理化性质的研究［J］.闽江学院学报，2002，23(2):77-80.

［7］刘学铭，肖更生，徐玉娟，等.D101A大孔吸附树脂吸附和分离桑椹红色素的研究［J］.食品与发酵工业，2002，28(1): 19-22.

［8］GB10783-2008食品添加剂-辣椒红［S］.

［9］杨夫臣，吴江，程建徽，等.葡萄果皮花色素的提取及其理化性质［J］.果树学报，2007，24(3):287-292.

［10］闫宁环.黑莓色素超声波提取、纯化及特性研究［D］.西北农林科技大学，2007.

Extraction and purification of pigment from the peels of common yam rhizome

ZENG Zhe-ling，FU Jing，PENG Chao
(State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University，Nanchang 330047，China)

The peels of common yam rhizome which was got during processing，was rich in purple pigments.It is suitable material for the extraction of natural pigment.The effects of different parameters such as extracting reagent concentration，temperature，time and the ratio of sample to reagent were studied for the optimal pigment extraction from the peels of common yam rhizome by single factor experiment and orthogonal test.Then the AB-8 macroporous absorption resin was used to purify the pigment.The result indicated that among the four factors，the temperature and the ratio of sample to regent had the highest effect on extraction the pigments，while extraction time had the lowest effect.The optimum conditions were obtained as follows:extracting reagent 40%ethanol，70℃，rate of sample to the reagent 1∶10，and 2h.After purified by AB-8 macroporous absorption resin，the product was purplish dark powder，and the color value was 51.2.The result showed that the peels of the common yam rhizome was one of the materials from which pigments could be extracted.

common yam rhizome;pigment;extraction;purification;macroporous absorption resin

TS255.1

B

1002-0306(2011)03-0229-04

紫山药(Dioscorea alata Lirm.sp)又名参薯，属薯蓣属(Dioscorea)［1］，是一年生无公害的名贵蔬菜品种，块茎呈不规则的扁块形，状似脚板，故俗称脚板薯。适宜生长在山区，目前只在广西、江西等少数地区种植，具有明显的地域性。它质脆而有黏性，富含蛋白质、淀粉、氨基酸、维生素、矿物质等多种营养物质［2］。紫山药具有补脾胃、益肺肾之功效，治气虚衰弱、慢性泄泻、遗精带下、消渴尿频、虚痨咳嗽等症，对虚弱、慢性肠炎、糖尿病等有辅助疗效［3］，长期食用可强身、抗病、具有药、食两用价值［4］。紫山药的肉质呈紫红色，而皮呈紫黑色，富含紫山药色素，是生产天然食用色素的理想原料。随着科学技术的发展，人类健康及自我保护意识增强，对食品添加剂的要求越来越高。色素是食品中重要的添加剂，合成食用色素一般都存在不同程度的毒性，长期食用必然损害人体健康，因此合成色素作为食品添加剂的用量越来越少［5］。天然色素使用安全，且具有一定的营养和药理保健作用而备受人们的青睐。花青素作为一种天然水溶性食用色素，具有巨大的应用潜力［6］。本文首次探讨以紫山药皮为原料，在单因素、正交实验的基础上，提取紫山药色素的最佳工艺条件，并采用AB-8大孔吸附树脂对色素粗提液进行纯化。鉴于紫山药色素原料易得，价格低廉，研究紫山药色素的提取及纯化工艺，对紫山药的综合加工利用具有重要意义，为产品的高附加值开发利用奠定基础，为进一步开发利用紫山药色素提供依据，具有良好的应用价值。

2010-03-09

曾哲灵(1965-)，男，教授，博士，研究方向:食物资源(含生物质)的开发与利用。