超声辅助提取红心火龙果果肉花青素工艺的优化分析

2021-07-11黄斌韦兰洁麦馨允韦梦云韦奇

种子科技 2021年8期

黄斌韦兰洁麦馨允韦梦云韦奇

摘要：试验以红心火龙果为材料，采用超声辅助法提取果肉中的花青素。通过单因素试验考察提取时间、料液比、乙醇体积分数和超声功率对提取工艺的影响。在单因素试验基础上，利用正交试验优化超声辅助提取花青素的工艺条件。结果表明，超声辅助提取红心火龙果果肉花青素的最优工艺条件为提取时间20 min、料液比1∶10（g/mL）、乙醇体积分数80%、超声功率160 W，该工艺条件较稳定，适用于红心火龙果果肉花青素的提取。

关键词：红心火龙果;超聲辅助;花青素

文章编号： 1005-2690（2021）08-0021-03 中国图书分类号： S667.9 文献标志码： B

火龙果，一种蔓藤类仙人掌果实，为热带、亚热带水果[1]。其果形独特、口感滑腻[2]，富含多种维生素及矿物质，是一种保健水果[3-5]，深受消费者的青睐[6]。我国从20世纪90年代末开始引种火龙果，华南、西南等热带、亚热带地区均有栽培[7-8]。花青素广泛存在于植物的花和果实中，为天然色素，属于类黄酮化合物，具有许多生理功效，如增强血管弹性、保护动脉血管内壁，降低血压，抑制炎症，促进视网膜细胞中的视紫质再生，改善视力[9-10]等。该研究以广西百色市平果县红心火龙果为材料，拟对其果肉中花青素的提取工艺进行优化，为加快提高火龙果的利用价值提供参考依据，同时为火龙果果肉色素食品添加剂的开发提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

选用广西平果县农贸市场的新鲜红心火龙果。花青素标准品为矢车菊素-3-O-葡萄糖苷，来自于上海安谱实验科技股份有限公司。提取液均加入0.5%柠檬酸，体积比为5∶1，混合液pH值调至3.0。试验材料还有FAI204B电子天平、L6S型紫外可见光分光光度计、KQ-200KDB型高功率数控超声波清洗器。

1.2 试验方法

1.2.1 最大吸收波长的确定

准确称取果肉样品1 g于洁净试管中，加入80%乙醇提取液20 mL，于25 ℃下200 W功率超声提取30 min，离心，吸取上清液1 mL，蒸馏水稀释10倍，在波长400～800 nm范围内进行扫描，并比对矢车菊素-3-O-葡萄糖苷溶液的最大吸收波长之后，确定火龙果果肉中花青素最大吸收波长。

1.2.2 总花青素含量测定

总花青素含量测定和得率计算参考文献方法[11]进行。

1.2.3 花青素最适提取液的确定

准确称取果肉样品1 g，分别放入60%甲醇、80%甲醇、60%乙醇、80%乙醇不同类型提取液20 mL中。于25 ℃下200 W功率超声提取30 min，离心，取上清液于535 nm测吸光值。

1.2.4 不同提取时间对花青素提取的影响

准确称取果肉样品1 g，置于80%乙醇提取液20 mL中，25 ℃下200 W功率分别超声10 min、20 min、30 min、40 min、50 min，离心，取上清液于535 nm测吸光值，考察不同提取时间对果肉花青素提取的影响。

1.2.5 不同料液比对花青素提取的影响

准确称取果肉样品1 g，分别置于80%乙醇提取液10 mL、20 mL、30 mL、40 mL、50 mL中，于25 ℃下200 W功率超声提取30 min，离心，取上清液于535 nm测吸光值，考察不同料液比对果肉花青素提取的影响。

1.2.6 不同乙醇体积分数对花青素提取的影响

准确称取果肉样品1 g，分别置于60%、70%、80%、90%、100%乙醇提取液20 mL中，于25 ℃下200 W功率超声提取30 min，离心，取上清液于535 nm测吸光值，考察不同乙醇体积分数对果肉花青素提取的影响。

1.2.7 不同超声功率对花青素提取的影响

准确称取果肉样品1 g，置于80%乙醇提取液20 mL中，于25 ℃下分别于100 W、120 W、140 W、160 W、180 W、200 W功率下超声提取30 min，离心，取上清液于535 nm测吸光值，考察不同超声功率对果肉花青素提取的影响。

1.2.8 正交试验设计

根据单因素试验结果，确定提取时间、料液比、乙醇体积分数和超声功率为考察因素，采用L9（34）正交试验优化红心火龙果果肉花青素提取工艺，每个试验组重复3次。正交试验因素水平设计见表1。

1.3 数据处理

红心火龙果果肉花青素提取单因素及正交试验数据采用Excel 2016软件进行处理，采用SPSS 13.0对正交试验数据进行极差和方差分析。

2 结果与分析

2.1 最大吸收波长的确定

对稀释一定浓度后的花青素标准液及样品提取液在波长480～550 nm范围内进行扫描，发现花青素标准液及样品提取液在波长535 nm处均有最大吸收值，因此初步确定样品中含有类似花青素标准品的物质，同时确定样品中花青素提取液的最大吸收波长为535 nm。

2.2 花青素最适提取液的确定

目前，提取花青素常用的溶剂有甲醇、乙醇等，同时提取液pH值会影响花青素的稳定性。为避免花青素降解，提高提取率，需在溶剂中加入少量有机酸或无机酸，调节提取液的pH值[12-13]。

该试验采用60%甲醇、80%甲醇、60%乙醇和80%乙醇4种不同体积分数的提取溶剂。结果显示，当提取溶剂为80%乙醇时，吸光值最高，因此选择80%乙醇为提取剂。

2.3 单因素试验结果与分析

2.3.1 不同提取时间对花青素提取的影响

如图1所示，当提取时间为20 min时，花青素提取率达到最大值0.50 mg/g;当提取时间超过20 min时，花青素提取率随着时间的延长而逐渐下降。这是由于提取时间延长，花青素发生分解，从而导致其提取率下降。因此选择10 min、20 min、30 min为花青素提取时间正交因素的3个水平。

2.3.2 不同料液比对花青素提取的影响

如图2所示，随着料液比的减小，花青素提取率呈先上升后下降的趋势，当料液比为1∶20时，花青素提取率达到最大值0.6 mg/g。这是由于增加乙醇的用量，可以增加花青素在火龙果果肉细胞壁内外浓度差，有助于花青素的溶出。但是当花青素溶出量趋于饱和时，而乙醇用量还在持续增加，导致花青素被稀释而使其提取率略有降低。因此选择1∶10、1∶20、1∶30为花青素提取料液比正交因素的3个水平。

2.3.3 不同乙醇体积分数对花青素提取的影响

如图3所示，花青素提取率随着乙醇体积分数的增加先上升后下降，当乙醇体积分数为80%时，花青素提取率达到最大值0.44 mg/g。但当乙醇体积分数进一步增大到90%～100%时，其提取率反而下降。这是由于花青素具有水溶性，乙醇濃度过高可能不利于花青素的提取[14]，因此选择70%、80%、90%的乙醇体积分数作为花青素提取剂正交因素的3个水平。

2.3.4 不同超声功率对花青素提取的影响

由图4所示，花青素提取率随着超声功率的增加先上升后下降，当超声功率达到180 W时，花青素提取率达到最大值0.58 mg/g，但当功率进一步增大到200 W时，其提取率反而下降。因此选择160 W、180 W、200 W为花青素提取超声功率正交因素的3个水平。

2.4 正交试验结果与分析

根据单因素试验结果设计正交试验，确定超声辅助提取红心火龙果果肉花青素的最优工艺，同时进行极差分析和方差分析，分析结果见表2。

由表2极差分析结果可知，影响超声辅助提取花青素的主次因素次序为B>D>A>C，试验中不同因素的最优试验组合为B1D1A2C2，具体数据为料液比1∶10、超声功率160 W、提取时间20 min、乙醇体积分数80%。

3 结论

正交试验结果表明，超声辅助提取红心火龙果果肉花青素的最优工艺参数确定为B1D1A2C2，即料液比1∶10、超声功率160 W、提取时间20 min、乙醇体积分数为80%。

研究试验结果表明，花青素提取率均高于正交试验中任何一组试验，说明通过正交试验优化的工艺参数条件较稳定，适用于红心火龙果果肉中花青素的提取。该研究结果可为火龙果花青素提取工艺的优化提供一定的理论依据。但如果投入工业化生产中，其提取工艺的参数还需要根据实际情况进一步深入优化和调整。

参考文献：

[ 1 ] JUNQUEIRA K P，JUNQUE1RA N T V，RAMOS J D，et al.A preliminary study on a wild pitaya species growing in Bra-

zilian cerrados[J]. Documen-tos-EMBRAPA Cerrados，Ministerio da Agricultura，Pecuariae Ahastec-imento（Brazil），2002（62）：18.

[ 2 ] 陈冠林，邓晓婷，胡坤，等.火龙果的营养价值、生物学活性及其开发应用[J].现代预防医学，2013，40（11）：2030-2033.