超声波辅助提取盐地碱蓬红色素的工艺条件优化*

吴涛，姚志刚，许杰，王秀鹏

1(滨州学院生命科学系，山东 滨州，256600)2(滨州市食品安全重点实验室，山东滨州，256600)3(滨州职业学院生物工程系，山东滨州，256603)

超声波辅助提取盐地碱蓬红色素的工艺条件优化*

吴涛1，2，姚志刚1，2，许杰3，王秀鹏1

1(滨州学院生命科学系，山东 滨州，256600)2(滨州市食品安全重点实验室，山东滨州，256600)3(滨州职业学院生物工程系，山东滨州，256603)

以盐地碱蓬为原料，利用超声波辅助提取盐地碱蓬红色素。通过单因素和正交试验研究了超声波功率、液固比、提取温度及提取时间等因素对盐地碱蓬红色素提取效果的影响，确定了超声波辅助提取盐地碱蓬红色素的工艺条件。结果表明:各因素对盐地碱蓬红色素提取效果的影响程度依次为液固比＞提取温度＞超声波功率＞提取时间;适宜提取工艺条件为，提取时间50 min，提取温度50℃，液固比(mg∶L)15∶1，超声波功率800 W。

超声波，盐地碱蓬，红色素，提取

盐地碱蓬(Suaeda salsa)属黎科，1年生草本植物，一般生于海滨、荒漠等处的盐碱荒地上，是一种典型的盐碱地指示植物。有研究表明，碱蓬提取物的甲酯化产物对急性炎症有明显的抑制作用，其幼苗的分离提取物也对机体具有增强非特异性免疫功能的作用［1－2］。红色素在食品工业中，属于价值较高的色素添加剂，盐地碱蓬在红叶期，可加工制作碱蓬红色素。王长泉等以盐地碱蓬为试材，对其叶片中红色素的理化性质进行了研究，表明盐地碱蓬红色素为甜菜红素［3］。目前国内对甜菜红素提取主要采用传统的溶剂萃取法［4］。国外采取了一些新的技术。Zvitov等［5］将甜菜切片置于场强为40V/cm的电场中进行色素的提取;Mustafa等［6］用脉冲电场进行辅助提取试验并建立提取的数学模型。采用外加电场辅助提取是在常温下进行，对甜菜红素这样的热敏性色素来说比较有利，但是外加电场提取对脉冲发生器的电压、脉冲波的技术参数以及提取室的要求都比较高，设备投入以及维护成本也较高。超声波作为一种弹性波，能产生强烈振动、高加速度、强烈空化效应和搅拌作用等，可加速有效成分的溶出。本研究采用超声波技术对盐地碱蓬红色素的提取进行试验研究。

1 材料与方法

1.1 试验材料

盐地碱蓬，采自黄河三角洲滨海盐碱地。

1.2 主要仪器

756PC紫外-可见光分光光度计，上海光谱仪器厂;KQ-1000DE型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司;HH-8数显恒温水浴锅，江苏金坛市荣华仪器制造有限公司;PH-S-3精密数显酸度计，浙江象山县石铺海天电子仪器厂;ALl04电子天平，梅特-托利多仪器上海有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 盐地碱蓬红色素的超声波辅助提取

将盐地碱蓬植株用蒸馏水洗净，取其地上部，晾干、磨碎。精确称取盐地碱蓬粉末若干份，每份0.50 g，分别加入10mL蒸馏水作为提取溶剂［3］，按照设计方案进行超声波辅助提取，提取液过滤，定容至100mL。甜菜红素的测定一般用可见光538 nm吸收峰来表示［7－8］。试验均以538 nm作为色素的检测波长，以比较不同因素对碱蓬红色素提取效果的影响。

1.3.2 单因素实验

1.3.2.1 不同提取时间的选择

在超声功率为800 W，提取温度30℃，液固比(mg∶L)20∶1，研究提取时间分别为 10、20、30、40、50、60 min时对盐地碱蓬红色素提取效果的影响。

1.3.2.2 提取温度的确定

在超声功率为800 W，提取时间为40 min，液固比 20∶1，研究提取温度分别为 20、30、40、50、60℃时对盐地碱蓬红色素提取效果的影响。

1.3.2.3 液固比对的选择

在超声功率为800 W，提取时间为40 min，提取温度 30℃，研究液固比分别为 10、20、30、40、60、80、100 20∶1时对盐地碱蓬红色素提取效果的影响。

1.3.2.4 超声功率的选择

在提取时间为40 min，提取温度30℃，液固比为20∶1，研究超声功率分别为 400、600、800、1 000 W 时对盐地碱蓬红色素提取效果的影响。

1.3.3 正交实验

在单因素试验结果的基础上，利用四因素三水平正交试验分析提取时间、提取温度、液固比和超声功率对盐地碱蓬红色素提取效果的影响，确定提取条件。因素水平安排如表1。

表1 正交试验因素水平表

2 结果与讨论

2.1 单因素实验结果

2.1.1 时间对盐地碱蓬红色素提取效果的影响

图1 时间对盐地碱蓬红色素提取效果的影响

由图1可知，在超声波作用下，色素溶液的吸光度在提取时间为10～50 min内逐渐增加，在30～40 min间增加较显著，提取50 min后吸光度降低。这可能是随着时间的延长色素逐渐分解。在超声波作用下，提取时间以30～50 min为宜。

2.1.2 温度对盐地碱蓬红色素提取效果的影响

由图2可知，在超声波作用下，提取温度在20～60℃范围内，盐地碱蓬红色素吸光值呈先逐渐上升，随后下降的趋势。提取温度为50℃时，盐地碱蓬红色素溶出最多。由于盐地碱蓬红色素的热稳定性较差，随着温度的升高，色素的降解也随之加快，温度超过50℃色素溶液吸光度开始下降。因此，在超声波辅助作用下，提取温度以40～60℃为宜。

2.1.3 液固比对盐地碱蓬红色素提取效果的影响

图2 温度对盐地碱蓬红色素提取效果的影响

由图3可知，随着液固比的增加，盐地碱蓬红色素溶液吸光度逐渐降低，但降低幅度逐渐减小。从传质速率的角度讲，液固比大，提取过程中液相浓度增加慢，两相间的浓度差减少变慢，从而使传质推动力衰减变慢［9］，而导致其降低幅度逐渐减小。虽然液固比越小，盐地碱蓬红色素浸提液吸光度越高，但在实际操作过程中，液固比为10∶1时，由于盐地碱蓬粉末对水的吸收，浸提液析出量很少，影响提取效果，故液固比选20∶1左右为宜。

图3 液固比对盐地碱蓬红色素提取效果的影响

2.1.4 超声功率对盐地碱蓬红色素提取效果的影响

由图4可知，随着超声功率增加，盐地碱蓬红色素吸光值先略有升高，后又下降。超声波功率小，盐地碱蓬红色素提取不完全，功率太大可能造成红色素降解，含量下降。超声功率可选600～800 W。

图4 超声功率对盐地碱蓬红色素提取效果的影响

2.2 正交实验结果

为了研究各因素水平对提取的综合影响效果并将提取条件优化，在单因素试验的基础上，对4个主要参数:提取时间、提取温度、液固比、超声功率，进行L9(34)正交试验。结果如表2所示。

实验结果表明，超声波辅助提取盐地碱蓬红色素液固比对色素提取效率的影响最大，其次是提取温度和超声波功率，提取时间影响最小;最佳工艺组合为A3B2C1D3，即超声波辅助提取盐地碱蓬红色素的最佳工艺为:提取时间为50 min，提取温度为50℃，液固比(mg∶L)为15∶1，超声功率为800 W。

表2 超声波辅助提取碱蓬红色素正交实验及其结果

3 结论

盐地碱蓬富含色素，又具有一定的医疗保健功能，是一种较为理想的天然食用色素资源，具有广阔的生产前景和应用价值。将单因素和正交实验相结合对超声波辅助提取盐地碱蓬红色素工艺条件进行优化，根据实际生产情况，获得最佳提取工艺为:超声功率800 W，液固比(mg∶L)为 15∶1，提取温度为50℃，提取时间为50 min。超声波对盐地碱蓬红色素提取有一定的强化作用，至于更深入的浸提动力学机理研究以及超声波对盐地碱蓬红色素结构的影响等问题有待进一步研究。

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Optimization of Ultrasonic-assisted Extraction of Red Pigment from Suaeda salsa

Wu Tao1，2，Yao Zhi-gang1，2，Xu Jie3，Wang Xiu-peng1
1(Department of Life Sciences，Binzhou University，Binzhou 256600，China)2(Key Laboratory for Food Safety of Binzhou，Binzhou 256600，China)3(Department of Bioengineering，Binzhou Vocational College，Binzhou 256603，China)

Suaeda salsa were taken as raw materials and the ultrasonic-assisted extraction technology was used to extract red pigment from Suaeda salsa.The single factor and orthogonal experiments were adopted to study the effects of such factors as ultrasonic power，liquid-solid ratio，time and temperature on extraction of red pigment.The optimal technological condition of red pigment extraction from suaeda salsa by ultrasonic was determined.The order of factors that influence the extraction of red pigments was as follows:liquid-solid ratio＞extraction temperature＞ultrasonic power＞extraction time.The optimal extraction parameters were as follows:extraction time 50min，extraction temperature 50℃，liquid-solid ratio 15mL/g，ultrasonic power 800W.In addition，ultrasonic improved the pigment extraction in this experiment.

ultrasonic，Suaeda salsa，red pigment，extraction technology

硕士，讲师(姚志刚教授为通讯作者)。

*山东省高等学校科技计划项目资助(J09LC57);滨州学院科研基金项目(BZXYLG200702)

2009－06－13，改回日期:2010－08－13