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广 东 化 工 2010 年 第 12 期 24 第 37 卷 总第 212 期 微波辅助提取紫薯花青素的研究 王道武 *，文茜，张龙 (长春工业大学 化学工程学院，吉林 长春 130012) 摘 要文章以紫薯为原料，在微波条件下萃取其花青素，探讨了微波的辐射时间，温度，液固比，提取剂浓度对紫薯花青素萃取的影响， 并采用大孔树脂 AB-8 纯化提取液，将纯化后的提取液进行反相高效液相色谱分析其成分。实验结果表明，紫薯花青素微波最佳提取条件为：辐 射时间 60 s，温度 50 ，液固比 401，提取剂为 1 % HCl-95 %乙醇溶液，最佳酸醇比为 5050。 关键词紫薯；花青素；微波辅助提取 中图分类号TQ 文献标识码A 文章编号1007-1865(2010)12-0024-03 Microwave Assisted Extraction of Anthocyanins from Purple Sweet Potato Wang Daowu*, Wen Qian, Zhang Long (School of Chemical Engineering, Changchun University of Technology, Changchun 130012, China) Abstract: In the paper, purple sweet potato as the raw material extracted in the microwave conditions for anthocyanin, the effects of microwave radiation time, temperature, liquid ratio, extraction concentration on extraction of purple sweet potato anthocyanins, known by orthogonal factors of the order, and macroporous resin AB-8 purified extracts, the extracts were purified by RP-HPLC analysis of its components. The results showed that the best conditions were: irradiation time 60 s, temperature 50 , liquid to solid ratio 401 extraction to 1 % HCl-95 % ethanol solution, the best ratio of acid and alcohol 5050. Keywords: purple sweet potato；anthocyanin；microwave assisted extraction 紫薯(学名：Solanum tuberdsm)又名紫土豆、黒薯，是茄 科 1 年生作物，原产南美洲，近年引进我国。紫色马铃薯外形 呈椭圆形，芽眼较小。果皮呈黑紫色，乌黑发亮，富有光泽， 果肉为深紫色。富含花青素、淀粉和多种微量元素，是一种天 然色素源和营养食品源。 花青素是允许使用的一类天然红色素、 是以黄酮核为基础 的糖甙， 紫薯中的花青素具有较强耐热性和耐光性， 稳定性好， 抗突变性较强、 抗氧化能力和活性氧消除能力很强， 对动物的 肝功能障碍具有缓解作用。 从紫薯中提取花青素色素解决了以 往工业生产葡萄、草莓原料生产季节性强、造价高等不足。 目前，主要有如用浸提法、超声波、酶法提取等1-4。但 以上提取方法通常时间较长、 劳动强度大、 原料预处理能耗大、 热敏性组分易破坏等缺点。 微波作为一种新兴的应用技术， 近 年来在植物化学领域得到广泛应用5。 它具有穿透力大和选择 性强、加热效率高等特点6由于它是一种瞬时穿透式加热方 式， 在微波场的作用下植物细胞壁被破坏， 从而加快了萃取的 速率和有效地提高了产品得率7。 因此本实验首次采用微波条 件下萃取紫薯中的花青素， 以期改善传统的浸提方法， 为进一 步开发紫薯功用提供参考。 1 实验部分 1.1 材料与试剂 新鲜紫薯(产地内蒙古海拉尔)；所用试剂都为分析纯盐酸 (分析纯)；AB一8大孔吸附树脂；Molish试剂：l.25 g -萘酚， 用95 %乙醇溶解到25 mL棕色容量瓶中并定容，低温保存备 用。 1.2 实验仪器 LGR10-4.2离心机 北京医用离心机厂；UV745N紫外可 见分光光度计， 上海精密仪器科技有限公司； MAS-1常压微波 辅助合成萃取应用仪，上海新仪微波化学科技有限公司， Agilent 1100 液相色谱仪。 1.3 实验方法 1.3.1 紫薯的预处理 新鲜紫薯，洗净，切成3 mm薄片，在60 下烘干至恒重。 之后将烘干后的紫薯片在粉碎机中粉碎， 过80目的筛。 将筛出 的紫薯粉放置到干燥器中避光保存，备用4。 1.3.2 紫薯花青素提取及测定方法 称取备用的干燥紫薯粉1.0 g， 加入酸化乙醇提取剂后， 放 入微波炉中提取。 定时取出， 放入旋转离心机中， 在4000 r/min 下旋转离心20 min，使色素提取液与固体物分开，得到澄清的 色素上清液。待其冷却到室温后，用酸化乙醇定容至100 mL， 用紫外分光光度计，以酸化乙醇提取剂作为空白对照，在530 nm下(花青素在此有吸收9)，所以由朗伯比尔定律吸光度值即 可相对比较其提取率的关系， 平行测样， 用1 cm比色皿测其吸 光度值。 1.3.3 紫薯花青素的纯化方法 实验采用AB-8大孔树脂吸附紫薯色素，将吸附色素的大 孔树脂用一定量的95 %乙醇解析。 称取20.0 g干态AB-8大孔树 脂，用95 %乙醇浸泡2 h，装入1.530 cm玻璃色谱柱，压实。 将装好的柱子用23倍树脂床体积的蒸馏水洗柱，待柱子稳定 以后，将适量的花青素提取液以1.0 mL/min上柱。用蒸馏水为 流动相进行吸附，直至用Molish试剂检测不含糖，再用95 %的 乙醇溶液，以1.0 mL/min的流速进行洗脱，在波长280 nm处检 测，收集开始出峰到出峰结束时的洗脱液，将洗脱液合并，经 旋转蒸发浓缩和烘箱干燥得到粉末样品， 收集后避光保存， 待 用。 1.3.4 紫薯花青素的RP-HPLC色谱条件 色谱条件为：Agilent 1100 series色谱柱(4.6 mm150 mm， 5 m)；二极管阵列检测器，530 nm测花青素，280 nm测多酚 类，330 nm处检测酰基化酸10。柱温35 ，流速1.0 mL/min， 流动相为：乙腈水=2080，用磷酸调pH为3.0。 2 结果与讨论 2.1 单因素实验结果分析 2.1.1 提取剂酸醇比的选择 0.1 % HCl与95 %乙醇是提取溶剂它们的配比分别选取 3070、3565、4060、4555、5050、5545六个进行 对比实验，由图1以看出，最佳的提取剂是0.1 % HCl与95 %乙 醇之比为5050时提取效果好。 当酸的含量继续加大时， 溶液 中色素含量急剧减少，这可能是由于pH过高所引起的。花色 甙结构中含有酚羟基， 因此表现出某此酸的性质， 而其结构中 的吡喃杂环上的氧原子为四价， 使得其具有某些碱的性质。 由 于其两性特点使得花色甙的特征性质即其色调以及稳定性受 pH的变化的影响较大。提取剂的pH过高或过低都会直接影响 到色素的提取效果和色素的色调。 因此， 选择最佳的提取剂为： 配比为5050的0.1 % HCI与95 %乙醇的酸化乙醇。 2.1.2 物料比(质量与体积比)的选择 选取120、125、130、l35、140、145进行对 比实验。 实验结果表明： 适当增加提取剂的用量有利于色素的 溶出，可以相应的提高花色甙的浸提率，物料比为140时浸 提效果最好。 但继续增加提取剂的用量时， 提取效果没有明显 的增加， 而且提取剂用量过多使得生产成本提高， 也不利于实 际生产应用。因此选择最佳的物料比为l40。 收稿日期 2010-08-30 作者简介 王道武(1972-)，男，吉林长春人，博士，副教授，主要研究方向为天然药物的提取分析和修饰。*为通讯作者。 2010 年 第 12 期 广 东 化 工 第 37 卷 总第 212 期 25 30:7035:6540:6045:5550:5055:45 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 A 0.1 % HCl/95 %乙醇 图 1 不同盐酸与乙醇的提取剂的影响 Fig.1 Effect of various rations of HCl toethanol 1:201:251:301:351:401:45 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 A 物料比 图 2 物料比的影响 Fig.2 Effect of various rations of purple to extractant 2.1.3 提取温度的选择 选择35 、40 、45 、50 、55 进行对比实验。 从图3可以看出， 升温有利于色素的溶出， 当提取温度为40 时提取效果最好， 但继续升高温度， 提取效果反而降低这可能 是由于紫薯粉中含有一定量的淀粉， 加热使其糊化， 而阻止提 取剂对色素的溶解。 而且长时间处在较高温度下对花色甙的稳 定性很不利。因此选择最佳的提取温度为40 。 3540455055 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 A 温度/ 图 3 温度的影响 Fig.3 Effect of various extraction temperatures 2.1.4 提取时间的选择 实验选取40 s、50 s、60 s、3 min、5 min、7 min、9 min 进行对比实验。 由图4可看出当提取时间增加到1 min后提取效 果增加不再明显，当时间增加到3 min后反而不利于色素的提 取， 可能是由于加热时间影响了色素的稳定性。 因此选择最佳 的提取时间为1 min，明显少于其他文献中静置浸提所需要的 时间，这正是微波萃取方法最大的特点。 0100200300400500600 0.095 0.100 0.105 0.110 0.115 0.120 0.125 0.130 0.135 0.140 A 时间/s 图 4 时间的影响 Fig.4 Effect of various extraction time 2.2 紫薯提取花青素正交实验结果与分析 在单因素实验的基础上， 结合药材性质以及实际生产的要 求，以温度、浓度、物料比、酸醇比、时间为考察因素，采用 正交实验探索最优化条件，因素水平见表1，正交结果见表2。 通过表2的结果和极差分析我们发现其中因素C的影响最 为显著，各因素影响依次：CBDA，也就是说酸醇比物 料比时间温度。正交分析最优组合应为A3B3C3D2(即温度 50 ，物料比140，酸醇比5050，时间60 s)。 表 1 因素水平 Tab.1 Factors and level 水平 因素Factor 1 2 3 温度A/ 40 45 50 物料比B 130 135 140 0.1 % HCl/95 %乙醇C 4060 4555 5050 时间D/s 50 60 180 表 2 L9(3 4)四因素三水平正交实验表及结果 Tab.2 L9(34) right-cross table and results of the experiment 因素 试验 号 A B C D 花色素含量 吸光值A 1 40(1)130(1)4060(1) 50(1) 0.092 2 40(1)135(2)4555(2) 60(2) 0.138 3 40(1)140(3)5050(3) 180(3) 0.139 4 45(2)135 (2)4555(2) 180(3) 0.115 5 45(2)140 (3)5050(3) 50(1) 0.131 6 45(2)130 (1)4060(1) 60(2) 0.095 7 50(3)140 (3)5050(3) 60(2) 0.163 8 50(3)130 (1)4060(1) 180(3) 0.091 9 50(3)135 (2)4555(2) 50(1) 0.132 K1 0.3690.278 0.272 0.355 K2 0.3410.385 0.385 0.396 K3 0.3860.433 0.438 0.345 R 0.0450.155 0.165 0.051 2.3 紫薯花青素素HPLC分析 经HPLC分析，紫薯色素提取液在530 nm、330 nm和280 nm处均有吸收峰。将各峰的保留时间及相对峰面积与很多文 献报道的谱图进行对照分析，初步推断紫薯色素含有4个主要 花色苷吸收峰。由图5看出紫薯花色苷保留时间为2.041的峰， 在530 nm、280 nm处都有吸收，但在330 nm却无吸收，且与 谱库的矢车菊色素-3-葡萄糖标准谱图相吻合，因此可推断出 紫薯花色苷2.923峰为矢车菊色素-3-葡萄糖的吸收峰。保留时 间为3.139的峰在280 nm、330 nm、530 nm都有吸收，且吸收 明显。保留时间为5.428的峰在280 nm、330 nm都有吸收，且 与谱库的芥子酸标准谱图相吻合。 广 东 化 工 2010 年 第 12 期 26 第 37 卷 总第 212 期 05101520253035 0 0.2 0.4 0.6 0.8 mAU min 1.732 2.041 2.923 图5 紫薯花青素HPLC Fig.5 HPLC spectra of purple sweet potato 3 结论 通过单因素实验微波条件下萃取紫薯花青素的最佳条件 为：辐射时间60 s，温度50 ，液固比401，提取剂为1 % HCl-95 %乙醇溶液，最佳酸醇比为5050。正交实验得出提 取溶剂影响最大，温度影响最小。 紫薯是今年来国内新兴的特种甘薯， 它抗旱抗逆性强， 茎 叶产量高，块根外观极为鲜艳，颇受人们的喜爱。紫薯中含有 的大量稳定性好的花色素。 文章对紫薯中花色素的提取条件进 行了研究，为花色素的生产提供了一种原料易得、价格低廉、 工艺简单、色素产品质量高的工艺条件， 为紫薯的开发利用 提供了理论基础。 参考文献 1岳静，方宏筠，黄红光紫甘薯红色素的研究进展J辽宁农业科学， 2003，(5)：22-25 2顾红梅，张新申，蒋小萍超声波法和冻结一融解法相结合提取紫薯中 花色甙J化学研究与应用，2004，16(3)：405-408 3向道丽酶法提取越桔果渣花色苜酶解条件的研究J中国林副特产， 2005，(6)：2-3 4李浩明， 高蓝 紫甘薯色素的提取工艺与性质研究J 中国食品添加剂， 2003，(4)：22-265 5张代佳，刘传斌，修志龙，等微波技术在植物细胞内有效成分提取中 的应用J中草药，2000，31(9)：200-203 6Pensado L，casais Coptimization of the extraction of polycystic aromatic hydrocarbons from wood samples by the use of microwave energyJJournal of chromatography A，2000，86(9)：505-513 7段胜林微波辐射技术在食品萃取工业和化学工业上的应用J食品工 业科技，1999，20(2)：70-71 8余燕影，王杉，曹树稳，等川山紫薯色素提取分离及主要组成成分分 析J工艺技术，2004，25(11)：167-170 9刘超，王征，李鑫，等高效液相色谱法分析不同品种紫甘薯中花青素 组分及其含量J国家食物与营养，2009，(8)：150-152 (本文文献格式：王道武，文茜，张龙微波辅助提取紫薯花 青素的研究J广东化工，2010，37(12)：24-26) (上接第32页) 表 4 不同温度热处理后镁铬尖晶石晶体的 D50值 Tab.4 The D50 of MgCr2O4 product made by different time 试样编号 处理时间/h D50值/m 1# 2 2.997 2# 3 3.069 3# 4 3.656 4# 5 3.762 表 5 不同时间热处理后镁铬尖晶石晶体的真密度 Fig.5 The density of MgCr2O4 product made by different time 真密度编号 D1 D2 D3 D4 时间 2 3 4 5 真密度/(gcm-3) 4.009 4.116 4.195 4.300 从图 9 和表 4 及表 5 可见， 随着保温时间的延长， 镁铬尖 晶石晶体的真密度增大，D50值增大，颗粒尺寸更符合正态分 布。 3 结论 (1)在 CaCO3、MgCl26H2O、Cr2O3原料在反应过程中生 成了 MgO， 800热处理后 MgO 与 Cr2O3反应生镁铬尖晶石。 (2)温度的升高和保温时间的延长有得利镁铬尖晶石的生 长及发育， 随着热处理温度的升高和保温时间的延长， 镁铬尖 晶石晶体结晶程度增大，粉体粒径增大。 参考文献 1Mishra B，Olson D LMolten salt applications in materials processing JJournal of Physics and Chemistry of Solids，2005，66(2)：396-401 2Arendt R HLiquid-phase sintering of magnetically isotropic and anise by the reaction of BaFe2O4 with Fe2O3J Journal Solid State Chem 1973， 8(4)： 339-347 3张冰，曹传宝，许亚杰，等熔盐法合成莫来石晶须J无机化学学报， 2005，21(2)：277-280 4Hashimoto S，Zhang S W，Lee W E，et alSynthesis of magnesium aluminate spinel platele