曹利慧，范业刚

（衡水学院应用化学系，河北衡水053000）

随着生活水平的提高和保健意识的增强，人们逐渐认识到合成色素的危害，开始限制其使用。天然色素以来源广泛、安全系数高、具有特定的生理保健功能和医疗应用价值而备受关注[1]。而黑色食品的兴起，则使得食品工业对天然黑米色素的需求量日益增加。黑米是药食兼用的特殊稻种，有“药米”“神仙米”的美称。研究表明，黑米不但含有丰富的蛋白质、氨基酸和微量元素，而且还含有具有重要药用价值的黑米色素[2]。黑米色素主要成分为花青苷类色素，属植物多酚类化合物[3]，具有抗氧化[4]、抗炎[5]和抗癌[6]等活性。此外，黑米色素良好的水溶性，使之更加适用于食品的着色。因此，黑米色素在食品工业、医药加工和化妆行业都具有良好的发展前景和重要的应用价值[7]。选择优良的提取方式，对提高黑米色素的提取率具有重要意义。本文用超声波辅助提取黑米色素，研究影响提取效果的因素，通过单因素实验和正交实验相结合，得到黑米色素的最佳提取工艺条件。

1 材料和方法

1.1 主要材料和仪器

黑米，陕西洋县，市购，将干燥黑米用粉碎机粉碎为粉末，过60目筛，置于干燥避光处，备用；95%乙醇，天津市河东区红岩试剂厂。

722G可见分光光度计，上海仪点分析仪器有限公司；80-2型台式低速离心机，金坛市国旺实验仪器厂；FW100高速万能粉碎机，天津泰斯特仪器有限公司；BL6-180A超声波清洗机，上海比朗仪器有限公司；FA2004N电子天平，上海精密仪器有限公司。

1.2 色素提取的单因素实验

称取1.0 g黑米粉末置于锥形瓶中，以95%乙醇为提取溶剂，超声波辅助提取，提取温度（25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃），提取时间（5 min、15 min、25 min、35 min、45 min、55 min），黑米质量和乙醇体积的料液比（1∶2 g/mL，1∶4 g/mL，1∶6 g/mL，1∶8 g/mL，1∶10 g/mL），超声波功率（40 W、50 W、60 W、70 W、80 W、90 W），进行单因素实验。超声提取反应结束之后，把得到的溶液转移到离心管中，离心3 min后，将上层清液倒入小烧杯中，按1∶4进行稀释，然后在512 nm处，以乙醇为参比液，测定稀释溶液的吸光度。

1.3 正交实验

在单因素实验基础上，考查提取温度、提取时间、料液比、功率对色素提取率的影响，进行三水平四因素L9（34）正交实验，正交表如表1所示。

表1 正交实验因素及水平

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 提取温度对黑米色素提取率的影响

如图1，25℃～35℃时吸光度上升非常快，在35℃之后吸光度开始下降，黑米色素的提取率随温度的升高呈现先升高后下降的趋势。所以，从黑米中提取黑米色素时应该有一个适宜的温度。温度太低，黑米色素提取效果不好；温度过高，提取出来的黑米色素空间结构被氧化而破坏。所以，从黑米中提取黑米色素的最佳浸提温度为35℃。

图1 提取温度对吸光度影响

2.1.2 提取时间对黑米色素提取率的影响

如图2，随着时间的增长，黑米色素提取率呈现出先急速上升，后平稳上升，最后下降的趋势。提取时间为45 min的时候，黑米色素的提取率最高。提取时间太短，黑米色素不能完全提取，提取效果不好；提取时间过长，黑米色素达到饱和，还会发生氧化产生其他杂质，提取率开始下降。所以，黑米色素的最佳提取时间为45 min。

图2 提取时间对吸光度的影响

2.1.3 料液比对黑米色素提取率的影响

如图3，随着加入乙醇体积的不断上升，黑米色素的提取率在加入乙醇体积为2～6 mL时上升非常快，加入乙醇为6 mL时达到顶点，继续加入乙醇，发现吸光度开始下降。可以得出，乙醇体积増多易于黑米色素的溶解，提取率越高，但是随着乙醇加入体积的持续升高，也增加了黑米色素被氧化的可能，提取率开始下降。黑米色素的最佳料液比为1∶6 g/mL。

图3 料液比对吸光度的影响

2.1.4 超声波功率对黑米色素提取率的影响

如图4，随着超声波功率的不断上升，黑米色素的提取率呈现出先上升后下降的趋势。当功率为70 W时，黑米色素的提取率达到最高值，但随着超声波功率的不断上升，黑米色素提取率开始下降。这可能是因为功率过大，黑米色素的溶解加快，而溶解出来的黑米色素被氧化分解，而且还有可能提取出其他杂质，故提取黑米色素使用的最佳超声波功率应该为70 W。

图4 超声波功率对吸光度的影响

2.2 正交实验的结果

表2为黑米色素提取正交实验结果，由2表可知，对黑米色素提取率的影响为：A（提取温度）＞C（料液比）＞D（超声功率）＞B（提取时间）。提取温度对色素提取率影响最大。最佳提取工艺为A2B2C2D2，即在提取温度为35℃，提取时间为45 min，料液比为1∶6 g/mL，超声波功率为70 W时，黑米色素提取效果最佳，可确定为最佳工艺条件。

表2 黑米色素提取的正交实验结果

3 结束语

超声波辅助提取黑米色素与传统水浴浸提法相比，可以缩短提取时间，提高提取效率。本实验采用超声波法提取黑米色素，先进行单因素实验，通过测定黑米色素在512 nm的吸光度值，考查了提取温度、提取时间、料液比和超声波功率四个单因素对色素提取率的影响；在单因素实验基础上再进行正交实验，分析得出结论：影响黑米色素提取的因素主次顺序是：A（提取温度）＞C（料液比）＞D（超声功率）＞B（提取时间）。当提取温度35℃，提取时间35 min，料液比1∶6 g/mL，超声波功率70 W时，黑米色素提取效率最高。