刁淑清，丛建民

（白城师范学院，吉林 白城 137000）

蒲公英（Taraxacum officnala）花为菊科植物蒲公英及其同属多种植物的花。蒲公英是分布很广的一种植物，在全国大部分地区均有野生，资源丰富，少数作为中药材收购，但大量的资源尚未利用，具有开发利用的价值。蒲公英开花数量多，花期长，花瓣金黄，色彩艳丽，可用于提取色素。天然植物黄色素的研究多限于栀子等实验材料[1-7]，鲜见蒲公英花黄色素及其提取工艺的报道。超声提取技术的应用原理是利用超声波的空化作用力加速植物有效成分的溶出，另外超声波的次级效应如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效应等也能加速欲提取成分的扩散释放并充分与溶剂混合，利于提取。该技术具有提取时间短、产率高、无需加热、低温提取，有利于有效成分的保护等优点[8-10]。

本研究旨在探讨超声波辅助萃取蒲公英花黄色素，采用回归正交旋转组合设计[11-13]，优化筛选工艺条件，为工业生产及科学研究等工艺操作提供参考。

1 材料

干燥的蒲公英花采自白城师范学院校园，粉碎后过40目筛样品作为实验样品。

FA1004A精密电子天平：上海精天电子仪器有限公司；T6紫外分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；Anke GL-20B飞鸽牌系列高速低温离心机：上海安亭科学仪器厂；DW-86L386海尔立式超低温保存箱：青岛海尔医用低温科技有限公司；NO.10014，SIGMA 1-14小型台式离心机：德国希格玛离心机有限公司；所用试剂为Sigma公司的产品，分析纯。

2 方法

2.1 提取方法

蒲公英黄色素提取工艺流程如下：

蒲公英花干粉末浸入一定体积的提取液→超声处理→溶剂浸提→离心→色素液→真空浓缩→4℃低温保存。

2.2 溶剂选择

依溶剂极性大小不同分为石油醚、乙酸乙酯、乙醚、氯仿、丙酮、异丙醇、无水乙醇、蒸馏水浸提液。精确量取花干粉，各为1.000 g，加入100 mL锥形瓶中，注入30 mL试剂，振荡提取3 h后。低温离心，定容上清液至50 mL。采用目视法和可见分光光度计722比色分析。

2.3 波长的选择

精确称量花粉0.5 g，无水乙醇30 mL浸泡提取3 h，离心后上清液定容至50 mL。吸取5 mL浸提液，再定容至50 mL。放入1 cm比色杯，测定可见光区的每纳米波长下扫描吸收曲线，确定λmax。

2.4 乙醇浓度的选择

配制50%至100%的乙醇溶液，精确称量花粉0.5 g，加入100 mL锥形瓶中。注入30 mL不同浓度的乙醇溶液剂，浸提3 h，离心，定容至50 mL。在最适λmax用分光光度计测量上清液液OD值。

2.5 提取时间的选择

精确称量花粉每份0.2 g，加入100 mL锥形瓶中，注入70%乙醇溶液10 mL。不同时间取样，在最适λmax下用分光光度计测量提取液吸光值。

2.6 最适温度的选择

精确称量花粉每份0.2 g，加入100 mL锥形瓶中，注入70%乙醇溶液10mL。分别调整温度为30℃～80℃，1 h后在最适λmax下用分光光度计测量提取液吸光值。

2.7 料液比的影响

精确称量花粉每份1 g，加入100 mL锥形瓶中，分别注入 70%乙醇 10、20、30、40、50 mL，温度为 35 ℃，1 h后定容到50毫升提取液，在最适λmax下用分光光度计测量提取液吸光值。

2.8 二次回归正交旋转组合优化提取工艺条件[8-9]

以期得到蒲公英花色素的最大吸光值，基于前面单因素试验与观察的结果，利用超声处理浸提物30 min，浸提3 h，设计三因素二次回归正交旋转组合试验。3个自变量分别为温度、料液比、乙醇浓度，以X1、X2、X3表示。用Matlab数学软件对回归正交旋转组合设计试验结果进行回归方程拟和及方差分析、两因素交互效应曲面的生成，据此揭示各因素对蒲公英花黄色素提取液吸光值影响的内在规律性。

表1 设计因素水平编码表Table 1 Factors and levels design

3 结果与分析

3.1 波长的选择

波长的选择，见图1。

图1 波长的选择Fig.1 Selection of wavelength

从图1可见，蒲公英花干粉浸提液的λmax为440nm。

从图1可得，在440 nm处和280 nm处出现了2个突出吸收峰，且在440 nm处得到最大吸光值，由此确定 λmax为 440 nm。

3.2 溶剂的影响

提取剂的选择，见图2。

图2 提取剂的选择Fig.2 Selection of extractants

由图2得出：在浸提的3 h内，黄色素在各种溶剂中的吸光值和提取效果各不相同。在丙酮无水乙醇、异丙醇、乙醚中浸提效果较好，利用Matlab软件比较，差异不显著。综合考虑乙醇溶液易挥发，且无毒副作用，选择乙醇溶液作为提取色素的溶剂。

3.3 乙醇浓度的影响

乙醇浓度的影响，见图3。

图3 溶剂浓度对色素提取的影响Fig.3 Effect of solvent extraction on Pigment concentration

如图3可见，在50%～70%乙醇浓度范围内，浸提液的吸光值随乙醇溶剂浓度而提高。80%-无水乙醇（100%）有相同的趋势。在无水乙醇中的浸提效果最优。无水乙醇易挥发，不易控制；70%>80%，70%与90%浓度乙醇效果相近，70%、80%、90%三者间Matlab统计分析表明效果无显著性差异。

3.4 浸提时间的影响

浸提时间的影响，见图4。

图4 浸提时间对色素提取的影响Fig.4 Effect of extraction time on the the pigment

由图4可见，浸提液随时间延长而吸光值增加，在前170分钟内浸提液吸光值较明显增加；在170 min后，吸光值增加不明显。浸提180 min已达到最大吸光值，随时间延长，无明显增加。

3.5 浸提温度的影响

浸提温度的影响，见图5。

如图5所示，在低于50℃下，浸提液吸光值随提取温度增加，在50℃时的吸光值为0.715；当提高浸提温度，高于50℃后，增加温度对吸光值没有明显提高。

3.6 浸提料液比的影响

浸提料液比的影响，见图6。

如图6所示，提高料液比对色素提取的影响。在1∶10，1∶20，1∶30，1∶40（g/mL）的料液比下，随料液比的减少而色素的吸光值逐渐提高，基于提高料液比增加料液的接触面积，吸光值增加；当料液比为1∶50（g/mL）至更小时，吸光值降低。可见，料液比对色素的提取效果有一定的影响。

图5 浸提温度对色素提取的影响Fig.5 Effect of extraction temperature on the the pigment

图6 料液比对色素提取的影响Fig.6 Effect of extraction the ratio of materials and solvent volume on the pigment

3.7 提取工艺条件优化

3.7.1 回归方程模型

采用三因素二次回归旋转组合试验设计方案，结果见表2。对试验结果利用Matlab软件进行统计分析，得到蒲公英黄色素提取液的吸光值（Y）与乙醇浓度（X1）、料液比（X2）、温度（X3）三因素在编码空间的多元回归模型如下：

3.7.2 试验结果方差分析

对回归方程的模拟实验结果进行方差分析，见表3。

失拟性检验统计分析 F 值 0.139，小于 F0.05(5，8）=3.69，表明其差异不显著，表明回归方程拟合程度较好。回归方程统计分析显著性检验F值为52.169，大于F0.01(9，13）=4.19，表明回归方程达到极显著，反应出方程在试验测点与试验分析结果相吻合。

可见影响浸提效果的主要因素为：乙醇浓度>温度>液料比，最佳工艺条件为料液比1∶40、温度55℃、乙醇浓度70%，在此条件下测得的OD值为0.816。

3.7.3 因素间的交互作用分析

3.7.3.1 乙醇浓度和温度对吸光度的影响

乙醇浓度X3和温度X1的交互作用未能达到显著水平（p＞0.5），固定料液比 X2零水平，乙醇浓度 X3和温度X1对吸光度Y的影响方程：

表2 二次回归正交旋转组合设计试验安排及结果表Table 2 Testing scheme and results of quadratic rotary combination design

表3 回归模拟的方差分析表Table 3 Variance analysis of the regression model

Y=0.50421+0.01058X1+0.00164X3-0.00255X12+0.00352X32-0.00319X2X3

表4 大于0.60的125个方案中各个因子频率表Table 4 Factors frequency distributing of 45 schemes of higher than 0.60

图7 温度和乙醇浓度对吸光度的影响Fig.7 Effect of temperature and alcohol concentration on absorbance

从图7可以看出，当固定料液比时，随着温度X1和乙醇浓度X3的增加，色素的含量增加，且在一定限度内，只有温度X1和乙醇浓度X3均取值适中时，才会获得最大吸光值。

3.7.3.2 乙醇浓度和料液比对吸光度的影响

乙醇浓度X3和料液比X2的交互作用p＞0.5，相互作用不显著，固定温度X1为零水平，乙醇浓度X3和料液比X2对吸光度Y的影响方程：

图8 料液比和乙醇浓度对吸光度的影响Fig.8 Effect of proportion of materials extracts and alcohol concentration on absorbance

从图8可以看出，当固定温度时，随着乙醇浓度X3和料液比X2的增加，色素的含量增加，且在限度范围内，当乙醇浓度X3和料液比X2均取值适中时，浸提得到最佳的提取色素率。

3.7.3.3 料液比和温度对吸光度的影响

由图9可以得，温度X1和料液比X2的交互没达到显著水平（p＞0.5），固定乙醇浓度X3为零水平，温度X1和料液比X2对吸光度Y的影响方程：

图9 料液比和温度对吸光度的影响Fig.9 Effect of proportion of materials extracts and temperature on absorbance

从图9可以看出，当固定乙醇浓度时，随着温度和料液比的增加，色素的含量增加，且在一定限度内，只有温度和料液比均取值适中时，才会获得最大吸光值。

4 结论

1）本试验每个样品重复3次，结果取均值。蒲公英花干粉黄色素为水溶性色素，在极性较强的溶剂中溶解性较大。无水乙醇挥发性太强，作用明显，进行乙醇浓度梯度选择，70%乙醇浸提效果最佳；扫描提取液波长λmax为440 nm。并对单因素进行分析，结合单因素进行优化设计。

2）浸提物料时间和溶提溶液浓度对色素影响较大。进一步优化模拟方程为Y=0.50421+0.01058X1+0.01215X2+0.00164X3-0.00255X12-0.00506X22+0.00352X32+0.01781X1X2-0.00214X1X3-0.00319X2X3，最佳工艺条件为：料液比 1∶40（g/mL）、温度 55 ℃、乙醇浓度70%，在此条件下测得的OD值为0.816。为植物色素工业生产及科学研究等工艺操作提供参考。

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