紫玉米花青素的提取方法对比研究

贾士芳，董洪霞，董树亭

(1.太原科技大学化学与生物工程学院，山西 太原 030021；2.山东农业大学作物生物学国家重点实验室，山东 泰安 271018；3.上饶师范学院化学化工学院，江西 上饶 334001)

色素是独特而又关键的食品组分之一[1]，分为合成色素和天然色素两大类，其中天然色素以“天然、营养、多功能”等特点越来越受到科研领域的关注[2]。

在我国，黑糯玉米及紫玉米是各地区大量种植的一种作物，但利用程度较低。因此，利用黑糯玉米和紫玉米提取天然色素不仅可避免资源浪费、保护环境、满足市场需求，还可提升玉米的附加值及综合利用效率。

目前，玉米色素的提取多采用热水浸提法或直接酸解法，这两种方法色素得率低、操作费时、能耗大[3～6]。近年来，超声波、微波等辅助提取方法逐渐应用于玉米色素的提取[7，8]，这两种方法操作简单、省时节能。作者在此以紫玉米穗轴为原料，对热水浸提法、直接酸解法、超声波辅助法、微波辅助法提取紫玉米花青素进行了比较，并对其工艺条件进行优化。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

紫玉米穗轴烘干至恒重后放入粉碎机中破碎至40～80目，密封，备用。

盐酸、无水乙醇等均为分析纯；标准品均购自Sigma 公司。

微型植物试样粉碎机，上海市嘉定粮油检测仪器厂；202型电热恒温鼓风干燥箱，上海跃进医疗器械厂；722型可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；FA2104S型电子分析天平，上海金鹏分析仪器有限公司；SB120D型超声波破碎器，昆山市超声仪器有限公司；RE-52A型旋转蒸发仪，上海青浦沪西仪器厂；PHS-3C型酸度计，金坛市科兴仪器厂； DZKW-S-6型电热恒温水浴锅，北京永光明医疗仪器厂；WD700ATL17-3 电脑型微波炉，格兰仕电器公司；GL-21B型离心机，上海安亭科学仪器总厂。

1.2 方法

紫玉米穗轴样品→热水浸提/直接酸解浸提/超声波辅助浸提/微波辅助浸提→离心(4500 r·min-1，30 min)→取上清液→旋转蒸发浓缩→干燥→色素粗提物→稀释→测定花青素质量。按下式计算花青素得率。

2 结果与讨论

2.1 热水浸提法提取紫玉米花青素

2.1.1 提取温度对紫玉米花青素得率的影响(表1)

表1 提取温度对紫玉米花青素得率的影响

由表1可知，花青素得率随提取温度的升高不断上升；当提取温度超过65℃后，花青素得率反而下降。这可能是因为，温度升高，溶液的扩散速率加快，细胞内的色素物质向外扩散加速，但温度过高会破坏花青素的结构、增加水溶性杂蛋白质和植物胶含量，从而导致干燥提纯成本增加。因此，提取温度以65℃为宜。

2.1.2 提取时间对紫玉米花青素得率的影响(表2)

表2 提取时间对紫玉米花青素得率的影响

由表2可知，紫玉米花青素得率随提取时间的延长不断上升；当提取时间为12 h时，得率最大；之后，继续延长提取时间，得率变化不大。因此，提取时间以12 h 为宜。

2.1.3 料液比对紫玉米花青素得率的影响(表3)

表3 料液比对紫玉米花青素得率的影响

由表3可知，花青素得率随溶剂量的增加逐渐上升，当料液比达到1∶15后，花青素得率趋于稳定。这是因为，溶剂量越大，穗轴粉末分散越均匀，浸提越充分，花青素得率越大；但溶剂量过大，会给后续干燥提纯带来不便。因此，料液比以1∶15 为宜。

2.2 直接酸解法提取紫玉米花青素

2.2.1 提取剂对紫玉米花青素得率的影响(表4)

表4 提取剂对紫玉米花青素得率的影响

由表4可知，复合提取剂的花青素得率均高于单一提取剂，且提取剂为0.1 mol·L-1HCl∶95%乙醇=1∶1(体积比)时得率最大。这可能是因为，花青素易溶于极性溶剂，且乙醇可以有效沉淀果胶、蛋白质等杂质。因此，确定适宜提取剂为0.1 mol·L-1HCl∶95%乙醇= 1∶1。

2.2.2 提取时间对紫玉米花青素得率的影响(表5)

表5 提取时间对紫玉米花青素得率的影响

由表5 可知，随着提取时间的延长，花青素得率迅速升高，5 h后得率升幅趋缓，至6 h时，达到最大值。但浸提时间过长时，会使花青素受到光热等因素的影响发生分解。因此，确定适宜提取时间为6 h。

2.2.3 提取温度对紫玉米花青素得率的影响(表6)

表6 提取温度对紫玉米花青素得率的影响

由表6可知，花青素得率随提取温度的升高迅速升高；提取温度达到30℃后，升幅趋缓，60℃时花青素得率达到最大；之后继续升高提取温度，得率反而降低。这可能是由于温度过高时，某些糖苷降解，致使花青素含量降低，得率下降。因此，确定适宜提取温度为60℃。

2.3 超声波辅助法提取紫玉米花青素

基于单因素实验结果(另文发表)，选择超声波辅助提取温度为40℃，以超声波功率、超声波辐射时间以及液料比为考察因素，进行3因素3水平L9(33)正交实验，以优化超声波辅助法提取紫玉米花青素的工艺条件，其结果与分析见表7。

由表7可知，各因素对紫玉米花青素得率的影响大小依次为：超声波辐射时间>液料比>超声波功率，最佳工艺条件为A2B2C3，即超声波功率200 W、超声波辐射时间40 min、液料比25∶1。

2.4 微波辅助法提取紫玉米花青素

基于单因素实验结果(另文发表)，选择微波辅助提取温度为60℃，以微波功率、微波辐射时间以及液料比为考察因素，进行3因素3水平L9(33)正交实验，以优化微波辅助法提取紫玉米花青素的工艺条件，其结果与分析见表8。

表7 超声波辅助法正交实验结果与分析

表8 微波辅助法正交实验结果与分析

由表8可知，各因素对紫玉米花青素得率影响大小依次为：微波功率>微波辐射时间>液料比，最佳工艺条件为A2B3C2，即微波功率700 W、微波辐射时间6 min、液料比20∶1。验证实验结果表明，按照工艺条件A2B3C2所得紫玉米花青素得率为16.78%，高于正交实验中最高的16.53%，表明最佳工艺条件确为A2B3C2。

2.5 提取方法的比较(表9)

表9 4 种提取方法的比较

由表9 可知，与传统的热水浸提法和直接酸解法相比，超声波辅助法和微波辅助法均能明显地缩短提取时间、降低提取温度，避免了高温对活性物质的破坏，提高了紫玉米花青素的得率，具有快速、节能、高效的特点，是提取紫玉米花青素的好方法。其中超声波辅助法效果最好，紫玉米花青素得率为18.42%。

3 结论

以紫玉米穗轴为原料，采用热水浸提法、直接酸解法、超声波辅助法和微波辅助法提取紫玉米花青素。结果表明，热水浸提法、直接酸解法、超声波辅助法和微波辅助法提取紫玉米花青素的得率分别为7.85%、12.17%、18.42%、16.78%。与传统方法相比，超声波辅助法和微波辅助法提取紫玉米花青素具有快速、节能、高效等优点。

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