超声波法辅助浸提紫薯花青素的工艺研究

田妍基，罗义发，吴先辉，周三女，马腾飞

（宁德职业技术学院，福建福安 355000）

超声波法辅助浸提紫薯花青素的工艺研究

田妍基，罗义发，吴先辉，周三女，马腾飞

（宁德职业技术学院，福建福安 355000）

在常规浸提方法提取紫薯花青素研究基础上，采用超声波辅助浸提紫薯花青素，获得超声波辅助浸提紫薯花青素的最佳工艺为料液比1∶20，浸提温度60℃，盐酸质量分数0.2%，超声时间80 min，浸提次数1次。与常规浸提方法比较，超声波辅助提取紫薯花青素具有工艺更简单、成本低、提取时间短等优点。

紫薯；花青素；超声波辅助提取

0 引言

紫薯营养丰富，不仅含有大量的碳水化合物，还富含花青素、维生素、矿物质、膳食纤维等营养物质，长期食用具有降压、抗癌、预防动脉硬化等功效[1-2]，也是一种适合开发保健食品和提取天然色素的优选原料。紫薯花青素是一种水溶性红色素，紫薯的根、茎、叶及皮中含量丰富，具有很强的稳定性、安全性和抗氧化活性[3]。国内外研究者对花青素提取工艺进行了大量的研究，多采用柠檬酸-乙醇提取[4]、超声波辅助提取[5]、乙酸提取[6]等方法。

在前期常规提取紫薯花青素的研究基础上[7]，试验以宁德市农业科学研究所选育“福宁紫3号”为原料，通过超声波法辅助提取紫薯中花青素，采用单因素及正交试验，探索紫薯花青素的最佳提取条件，为花青素的产业化生产提供理论及技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试剂

试验用宁德市农业科学研究所选育紫薯品种“福宁紫3号”；无水乙醇、浓盐酸、柠檬酸，均为分析纯。

1.2 试验仪器

KQ5200E型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司产品；BS210S型电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司产品；MJ-250PP01B型榨汁机，广东美的公司产品；UV-1750型紫外可见分光光度计，岛津仪器（苏州）有限公司产品。

1.3 超声波辅助浸提紫薯花青素方法

1.3.1 紫薯的预处理

将新鲜“福宁紫3号”紫薯切片，置于榨汁机内粉碎成细小颗粒。

1.3.2 浸提溶剂选择的试验

准确称取预处理后的紫薯5.0 g/份共4份，分别置于三角烧瓶中，加入100 mL质量分数为0.1%盐酸溶液、0.2%盐酸溶液、含0.2%盐酸的70%乙醇溶液、6%柠檬酸溶液，在恒温60℃条件下超声波辅助浸提80 min，滤纸过滤，于523 nm波长下测定浸提液中紫薯花青素的吸光度，以确定最佳浸提溶剂。

1.3.3 浸提溶剂质量分数的试验

准确称取5份预处理后的紫薯5.0 g/份，分别置于三角烧瓶中，加入100 mL质量分数为0.1%，0.2%，0.4%，0.8%，1.0%盐酸溶液，在恒温60℃条件下超声波辅助浸提80 min，滤纸过滤，于523 nm波长下测定浸提液中紫薯花青素的吸光度，以确定最佳浸提溶剂质量分数。

1.3.4 浸提时间的试验

准确称取8份预处理后的紫薯5.0 g/份，分别置于三角烧瓶中，加入100 mL质量分数为0.2%盐酸溶液，在恒温60℃条件下超声波辅助浸提5，10，20，40，60，80，100，120 min，滤纸过滤，于523 nm波长下测定浸提液中紫薯花青素的吸光度，以确定最佳浸提时间。

1.3.5 浸提温度的试验

准确称取4份预处理后的紫薯5.0 g/份，分别置于三角烧瓶中，加入100 mL质量分数为0.2%盐酸溶液，分别在恒温40，50，60，70℃条件下超声波辅助浸提80 min，滤纸过滤，于523 nm波长下测定浸提液中花青素的吸光度，确定最佳浸提温度。

1.3.6 浸提料液比的试验

准确称取预处理后的紫薯5.0 g/份共4份，分别置于三角烧瓶中，按照料液比1∶10，1∶15，1∶20，1∶25比例分别加入50，75，100，125 mL质量分数为0.2%盐酸溶液，在恒温60℃条件下超声波辅助浸提80 min，滤纸过滤，于523 nm波长下测定浸提液中花青素的吸光度，确定最佳浸提料液比。

1.3.7 正交试验

在单因素试验的基础上，考查盐酸质量分数、浸提时间、浸提温度、浸提料液比4个因素3个水平对超声波辅助浸提紫薯花青素的影响。以浸提液中花青素的吸光度为指标，考查超声波辅助浸提紫薯花青素的最佳浸提工艺。

超声波辅助浸提紫薯花青素的正交试验因素与水平见表1。

表1 超声波辅助浸提紫薯花青素的正交试验因素与水平

1.3.8 浸提次数确认

准确称取预处理后的紫薯5.0 g/份置于三角烧瓶中，加入100 mL质量分数为0.2%盐酸溶液，在恒温60℃条件下超声波辅助浸提80 min后，滤纸过滤。滤渣以相同浸提条件下再进行多次浸提，以确定超声波辅助浸提紫薯花青素所需次数。

2 结果分析

2.1 超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提溶剂试验

紫薯花青素提取效率在不同的浸提溶剂下是不同的。试验采用质量分数为0.1%盐酸水溶液、0.2%盐酸水溶液、含0.2%盐酸的70%乙醇溶液、6%柠檬酸溶液作为超声波辅助浸提溶剂。

超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提溶剂试验见图1。

图1 超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提溶剂试验

结果如图1所示，对紫薯花青素浸提从大到小依次为0.2%盐酸溶液＞含0.2%盐酸的70%乙醇溶液＞0.1%盐酸溶液＞6%柠檬酸溶液。0.2%盐酸溶液对紫薯花青素浸提效率最佳，后续试验选择盐酸溶液作为紫薯花青素的浸提溶剂。

2.2 超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提质量分数试验

超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提质量分数试验见图2。

图2 超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提质量分数试验

不同盐酸质量分数对超声波辅助浸提紫薯花青素的浸提效率不同，在0.1%～0.2%盐酸质量分数范围内，随着质量分数提高，紫薯花青素的吸光度也增加显著，当盐酸质量分数为0.2%时达到最大；在0.2%～1.0%盐酸质量分数范围内，随着质量分数提高，吸光度值反而降低。因此，选择盐酸质量分数为0.2%作为后续超声波辅助浸提紫薯花青素的最佳浸提质量分数。

2.3 超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提时间试验

超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提时间试验见图3。

图3 超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提时间试验

不同浸提时间浸提紫薯花青素的量也不同，浸提时间在5～80 min，随着浸提时间的延长，浸提液中紫薯花青素吸光度也随之提高；浸提时间在80～120 min，浸提液中紫薯花青素浸提量变化较小。因此，选择80 min作为超声波辅助浸提紫薯花青素的最佳浸提时间。

2.4 超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提温度试验

超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提温度试验见图4。

图4 超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提温度试验

不同浸提温度对紫薯花青素的浸提效果不同，浸提温度在40～60℃时，随着浸提温度的升高，浸提液中紫薯花青素吸光度也增大。60℃时紫薯花青素吸光度达到最大，70℃时紫薯花青素吸光度有所降低。因此，选择60℃作为超声波辅助浸提紫薯花青素的最佳浸提温度。

2.5 超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提料液比试验

超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提料液比试验见图5。

图5 超声波辅助浸提紫薯花青素最佳浸提料液比试验

浸提固液比影响紫薯花青素浸提效率，因料液比不同、体积不同，因此计算总OD值（即提取液的体积与在523 nm波长下吸光度的乘积再除以样品克数） 作为比较数据。浸提料液比在1∶10～1∶20时，随着料液比的增大，浸提液中紫薯花青素的吸光度也增大，料液比为1∶20时达到最大，浸提料液比再增大，浸提液中紫薯花青素的吸光度不再增大。因此，浸提料液比为1∶20作为超声波辅助浸提紫薯花青素的最佳浸提料液比。

2.6 正交试验结果

根据单因素试验的结果，以正交表L9（34）进行试验。

超声波辅助浸提紫薯花青素浸提工艺的正交试验结果见表2。

表2 超声波辅助浸提紫薯花青素浸提工艺的正交试验结果

应用方差分析得出，影响超声波辅助浸提紫薯花色素浸提的因素主次顺序为浸提料液比＞浸提温度＞浸提时间＞盐酸质量分数。根据以上数据，超声波辅助浸提紫薯花青素的各因素最优水平为浸提温度60℃，质量分数为0.2%盐酸溶液，提时间80 min，浸提料液比结果按计算总OD值（即提取液的体积与在523 nm波长下的吸光度值的乘积再除以样品克数）作为比较数据，通过计算得到：D1（1∶10）=28.211 0，D2（1∶20）=44.632 0，D3（1∶30）=43.623 0，因此最佳超声浸提料液比为1∶20。

因此，根据正交试验结果，超声波辅助提取紫薯花青素最佳的工艺条件为超声浸提料液比1∶20，浸提温度60℃，盐酸质量分数0.2%，浸提时间80 min。

2.7 超声波辅助提取次数的确定

在最佳超声波辅助浸提条件下（超声浸提料液比1∶20，浸提温度60℃，盐酸质量分数0.2%，浸提时间80 min） 浸提同批次紫薯中的花青素多次，完全浸提紫薯花青素。重复3次，取平均值。超声浸提第1次已经把大部分花青素浸提出来，吸光度为2.139；超声浸提第2次紫薯花青素的吸光度为0。因此，在最佳超声波辅助浸提工艺条件下，超声浸提1次可完全浸提出紫薯花青素。

3 结论

根据单因素和正交试验结果，超声波辅助浸提紫薯花青素的最佳工艺为浸提料液比1∶20，浸提温度60℃，盐酸质量分数0.2%，浸提时间80 min，浸提次数1次。试验以宁德市农业科学研究所选育紫薯品种“福宁紫3号”为原料，经过简单的破碎，浸提溶剂质量分数为0.2%盐酸溶液，1次浸提，能较完全浸提出紫薯花青素。因此，超声波辅助浸提紫薯花青素工艺与常规浸提工艺[7]相比，具有工艺简单、成本低、提取时间短等优点。

[1]陆国权，邱永军，楼晓波.紫心甘薯红色素提取技术研究 [J].浙江大学学报（农业与生命科学版），1997，23（1）：105-107.

[2]王杉，邓泽元，曹树稳.紫薯色素的研究进展 [J].粮油食品科技，2004，12（2）：45-46.

[3]田喜强，董艳萍.超声波辅助提取紫薯花青素及抗氧化性研究 [J].中国酿造，2014，33（1）：77-80.

[4]樊婷，何建军，陈学玲，等.柠檬酸-乙醇法提取紫甘薯花青素工艺的优化 [J].湖北农业科学，2012，51（23）：5 448-5 451.

[5]田其英.紫色甘薯花青素的提取工艺研究 [J].农产品加工（学刊），2011（6）：48-51.

[6]古荣鑫，胡花丽，刘雨辰，等.紫甘薯花青素提取工艺及抑菌活性的研究 [J].山东农业科学，2012，44（4）：107-113.

[7]罗义发，田妍基，周三女，等.紫薯花青素提取工艺研究 [J].荆楚理工学院学报，2017，32（4）：14-19.◇

Studyon the Extraction ofAnthocyanin fromPurple Sweet Potatoby Ultrasonic Method

TIAN Yanji，LUO Yifa，WU Xianhui，ZHOU Sannv，MA Tengfei
（Ningde Vocational and Technical College，Fu'an，Fujian 355000，China）

On the basis of the extraction of purple potato anthocyanins by conventional extraction method，ultrasonic assisted extraction was used to extract purple potato anthocyanins.The optimum extraction conditions were as follows：solid-liquid ratio 1∶20，extraction temperature 60℃，hydrochloric acid concentration 0.2%，ultrasonic time 80 min，extraction times 1 times.Compared with the conventional method of extraction，ultrasonic assisted extraction purple potato anthocyanins process more simple，low cost，short extraction time and so on.

purple sweet potato；anthocyanin；ultrasonic assisted extraction

R284.2

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.12.036

1671-9646（2017） 12b-0032-03

2017-10-19

宁德市科技计划项目（20110175）；宁德市科技计划项目（20130071）。

田妍基（1981— ），女，硕士，讲师，研究方向为功能性成分提取及应用。