韦汉昌，韦群兰，何建华，韦善清

（1．广西师范大学，广西 桂林541004；2．南宁地区教育学院，广西 南宁530001；3．广西大学，广西 南宁530001）

高压脉冲电场辅助乙醇连续化提取栀子黄色素工艺条件的研究

韦汉昌1，2，韦群兰2，何建华2，韦善清3

（1．广西师范大学，广西 桂林541004；2．南宁地区教育学院，广西 南宁530001；3．广西大学，广西 南宁530001）

探讨高压脉冲电场（PEF）辅助乙醇连续提取栀子黄色素的工艺条件。首先考察脉冲电场强度、脉冲频率、脉冲时间、温度及溶提时间对栀子黄色素溶出率的影响，在此基础上采用正交试验法优化提取条件。实验结果表明，较佳提取条件为脉冲电场强度25kV·cm－1，脉冲频率6 Hz，脉冲时间4 s，提取温度40℃，提取时间15 min。在此条件下栀子黄色素一次提取率可达90．4%。

高压脉冲电场（PEF）；栀子黄色素；连续提取；工艺条件

色素在食品、医药和化妆品等领域具有非常广泛的应用。色素分为天然色素和人工合成色素两大类。由于合成色素多为芳香烃衍生物，有较强的慢性毒副作用，会对人体造成不同程度的危害，天然色素代替人工合成色素已经成为食品、医药、化妆品行业的发展趋势。

栀子黄色素是从植物栀子果实提取的一种安全性高、着色力强的天然色素，其主要成分是藏花素和藏花酸，提取的方法有乙醇浸提法［1］、水浸提法［2］、超声波法［3］、微波提取法［4］等。 目前实际应用的主要是乙醇浸提法，提取率较高，产品的色价，品质好，但其也有不足，一是为间歇式提取，二是提取温度较高，提取时间较长，不利于提高色价。

高压脉冲电场在食品加工的应用源于乳品的非热灭菌。其机理是高压脉冲电场可在瞬间使被处理细胞的细胞壁和细胞膜电位混乱，改变其通透性，甚至可击穿细胞壁和细胞膜，使其发生不可逆破坏，造成细胞新陈代谢紊乱、细胞中生长的必须组分流出，从而达到非热灭菌的作用。研究表明，高压脉冲电场也有助于天然物质的提取，近几年的应用研究也取得了一定的进展［5］。本文探讨高压脉冲电场辅助乙醇从山栀子中提取栀子黄色素，实现提取连续化，提高提取效果，降低提取成本。

1 材料和方法

1．1 试验验材料和试剂

山栀子干果（市售）；乙醇（95%，AR）。

1．2 主要仪器设备

IHV－30高压电场脉冲发生器，自制动态处理池，电极间距可调；UV－1700型紫外分光光度计，KQ－2200DB超声波清洗器，101－1A型电热鼓风干燥箱，800型号离心机，DWF－100型电动粉碎机 （带0.25mm筛），KY－100E／TH15蠕动泵，BS124S电子分析天平，D60－2F电动搅拌机，DZKW－6电子恒温水浴锅，减压过滤装置。

1．3 方法

1．3．1 提取工艺条件的研究方法

高压脉冲电场辅助乙醇提取栀子黄色素的溶出率主要受原料粒度、乙醇浓度、料液比、脉冲电场强度、脉冲频率、脉冲处理时间（处理腔管内体积与流速之比）、温度、提取时间等因素的影响。根据文献研究结果，乙醇提取栀子黄色素时醇浓度条件为50%～60%，料液比为1∶10（g／mL），本研究在此条件的基础上，首先考察电场强度、脉冲频率、脉冲处理时间、提取温度及提取时间等单因素对栀子黄色素溶出率的影响，初步确定这些因素的控制范围，然后在此基础上通过正交试验优化提取工艺条件，确定高压脉冲电场辅助乙醇连续化提取栀子黄色素的工艺条件。

1．3．2 提取流程

去除霉烂的栀子果实，经粉碎、过0.25mm筛，60℃烘干至恒重后备用。准确称取50 g（wi）栀子粉置于原料罐，加500 mL乙醇溶液，恒温，搅拌；通过蠕动机控制一定流速，经一定的高压电场脉冲处理后流入提取罐，恒温提取一定时间；分离提取液，取1mL并适当稀释，体积为Vi，在440nm处测定色素溶液的吸光值Ai［6］，计算溶出率。残渣回收进行二次提取。提取流程见图1。

图1 提取工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of extracting gardenia yellow

1．3．3 栀子黄色素溶出率的计算方法

称取经0.25mm筛后的栀子果实粉末w0＝1．0000 g， 按文献加10 mL 60%乙醇溶液，45℃恒温超声波提取20 min，离心分离提取液；继续用同样方法浸提残渣直至提取液在440 nm处的吸光度为零（以60%乙醇溶液作参比液），此时可认为栀子黄色素全部溶出。将提取液合并，总体积为V0，测定其吸光度A0。栀子黄色素总量为：

2 结果与讨论

2．1 单因素影响试验

2．1．1 脉冲电场强度对溶出率的影响

图2为脉冲频率4 Hz、脉冲时间5 s、提取温度40℃及溶提时间15 min时电场强度对栀子黄色素一次溶出率影响的试验结果。图中显示电场强度超过20kV·cm-1后，提取率趋稳，说明细胞膜、细胞壁已经被不可逆击穿，渗出物质的量较为恒定。因此电场强度选定20kV·cm-1左右较为适宜。

图2 电场强度对一次溶出率的影响Fig.2 The effect of electric field intensity on dissolution ratio

2．1．2 脉冲频率对溶出率的影响

图3为脉冲电场强度20kV·cm-1、脉冲频率4Hz、脉冲时间5s、提取温度40℃、溶提时间15min时脉冲频率对一次提取率影响的试验结果。图中显示黄色素一次溶出率随脉冲数增大而提高，脉冲频率超过3Hz后增幅趋缓，因此脉冲频率可控制在3Hz左右。

图3 脉冲频率对一次溶出率的影响Fig.3 The effect of impulse frequency on dissolution ratio

2．1．3 脉冲时间对溶出率的影响

图4为脉冲电场强度20 kV·cm-1、脉冲频率4 Hz、提取温度40℃、溶提时间15 min时脉冲时间对黄色素一次溶出率影响的试验结果。图中显示脉冲时间超过4 s后黄色素一次溶出率增幅趋缓，而且有下降趋势，这可能是脉冲次数过大导致色素分解。因此脉冲时间应控制在4 s左右。

图4 脉冲时间对一次溶出率的影响Fig.4 The effect of pulse time on dissolution ratio

2．1．4 提取温度对溶出率的影响

图5为脉冲电场强度20 kV·cm-1、脉冲频率5 Hz、脉冲时间5 s、溶提时间15 min时提取温度对一次提取黄色素溶出率影响的试验结果。图中显示提取温度提高有利于栀子黄色素溶出，但超过50℃溶出率趋稳，因此提取温度可控制在50℃左右。

图5 温度对一次溶出率的影响Fig.5 The effect of temperature on dissolution ratio

2．1．5 提取时间对溶出率的影响

图6为脉冲电场强度20 kV·cm-1、脉冲频率4 Hz、脉冲时间5 s、提取温度40℃时脉冲时间对黄色素一次溶出率影响的试验结果。图中显示溶提时间过短或过长都不利于栀子黄色素的提取，溶提时间应控制在15 min左右。

图6 提取时间对一次溶出率的影响Fig.6 The effect of extraction time on dissolution ratio

2．2 提取工艺条件的优化

根据单因素考察结果，选定电场强度、脉冲频率、脉冲时间、温度及溶提时间作为5个考察因素，各取4个水平（水平值见表1），以黄色素溶出率为考察指标，按L16（45）正交表进行试验设计，优化提取条件。实验结果及其极差分析、方差分析见表1、表2。

极差分析结果与方差分析结果无明显差异，5因素对黄色素溶出率影响显著性为A＞C＞B＞E＞D，最佳提取工艺条件为A4B4C3D2E3，即电场强度25 kV·cm-1，脉冲频率6 Hz，脉冲时间4 s，提取温度40℃，提取时间15 min。笔者按上述最佳提取条件进行3次平行试验，栀子黄色素一次溶出率的平均值达90．4%。

3 结论

对传统醇提法与高压电场连续提取法的提取效果进行对比，结果见表3。从表3的对比可看出，高压脉冲电场法连续提取法与传统提取方法相比，提取效率更高，具有省时、高效、低能耗等特点，同时也实现了连续化提取。

表1 正交试验结果及极差分析Table 1 The results of orthogonal experiment and range analysis

表2 方差分析结果Table 2 The result of variance analysis

表3 提取效果比较Table 3 Comparison of extraction efficiency

［1］ 高中松，彭密军，李深正．栀子黄色素醇提工艺条件的研究［J］．农业网络信息，2006，（4）：145-146．

［2］ 邵敬伟，陈剑锋，郭养浩，等．栀子黄色素的水提制备及其稳定性的研究［J］．沈阳农业大学学报，2006，37（6）：857-861．

［3］ 陆伟，钱骅，张卫明，等．栀予黄色素的提取及精制研究［J］．中国调味品，2009，34（11）：84-87．

［4］ 王颖臻，闫有禄，苏永庆．微波辅助水浴法与直接水浴法浸提栀子黄色素的比较研究 ［J］．中国调味品，2010，35（10）：56-59．

［5］ 吴小辉，龚雪梅，贺苏岚，等．高压脉冲电场在食品加工及天然产物提取中的研究现状和前景展望［J］．安徽农学通报，2008，14（24）：24-26．

［6］ 姚中铭，吕晓玲，褚树成．栀子黄色素提取工艺的研究——微波提取法与传统浸提法的比较［J］．天津轻工业学院学报，2001，39（4）：20-23．

Research on Continually Extraction Conditions of Gardenia Yellow by Ethanol Coupled with PEF

WEI Han-chang1，2，WEI Qun-lan2，HE Jian-hua2，WEI Shan-qing3
（1．Guangxi Normal University，Guilin 541004，China；2．Nanning Prefecture Education College，Nanning 530001，China；3．Guangxi University，Nanning 530001，China）

The technology of continual extracting gardenia yellow by ethanol coupled with PEF was researched in this paper．The influence factors on dissolution ratio such as electric intensity，impulse frequency，pulse time，extracting temperature and extracting time were studied，and based on it，the extracting conditions were defined by orthogonal test．The result of experiment showed that the optimum extracting condition were electric field intensity 25kV·cm-1，impulse frequency 6Hz，pulse time 4s，temperature 40℃and extracting time 15min．Under such conditions，the dissolution ratio of gardenia yellow could be reached to 90．4%．

PEF；gardenia yellow；continual extraction；technological condition

TS 202.3

A

1671-9905（2011）05-0001-03

广西自然科学基金自助项目（0991092）

韦汉昌（1963-），男，副教授，研究方向：应用化学、天然物质提取，通讯地址：广西南宁市北湖北路57号南宁地区教育学院，邮编：530001，电话13207710880，E-mail：hanchangwei＠126．com

2011-02-17