黑桑色素提取工艺的优化研究

通信作者：张帆，男，博士，教授，博士生导师，研究方向：中药与民族药资源,E-mail:zhangfan596@163.com。

黑桑色素提取工艺的优化研究

周倩1， 施洋2， 兰卫1,3， 张帆1,3， 王红丽1

(1新疆医科大学中医学院中药系；2新疆医科大学；3新疆名医名方与特色方剂重点实验室， 乌鲁木齐830011)

摘要：目的以色素色价为指标，研究从黑桑中提取色素的较佳提取工艺。方法在单因素实验基础上，采用L-9(3+4)正交试验设计安排实验，采用紫外光谱法测定黑桑中色素的色价。选用乙醇浓度、提取时间、提取温度及提取pH值作为研究因素，以提取液中色素的色价为考察指标。结果各因素对色素提取率的影响程度大小顺序为：乙醇浓度>提取温度>提取pH>提取时间，乙醇浓度对色素提取的影响具有显著性，而提取时间、提取温度及提取pH值的影响不显著。经L-9(3+4)正交试验和方差分析，确定从黑桑中提取色素较佳工艺条件为：乙醇浓度为60%，温度为25℃，时间为6 h,pH值为6。结论优化工艺合理可行，提取效率高，稳定成本低，重现性好，适合于大规模生产。

关键词：黑桑； 色素； 色价； 提取工艺优化

基金项目：国家自然科学基金(81160547)

作者简介：周倩(1991-)，女，在读硕士，研究方向：药食两用资源。

中图分类号：R282.5

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2015.03.009

[收稿日期：2014-11-01]

The study on the optimization of Morus nigra Linn

Pigment extraction technique

ZHOU Qian1, SHI Yang2, LAN Wei1,3, ZHANG Fan1,3, WANG Hongli1

(1ChineseMedicineDepartment,XinjiangMedicalUniversity;2XinjiangMedicalUniversity;

3XinjiangLaboratoryofFamousPrescriptionandScienceofFormulas,Urumqi830011,China)

Abstract:ObjectiveTo study the optimal technique of pigment extraction from Morus nigra Linn, and to mensurate its colored value. MethodsOn the basis of single factor experiments, L-9(3+4) orthogonal experiments were performed. The ultraviolet spectrophotometry method was used for mensurate pigment colored value from M. nigra Linn. The ethanol concentration, extraction time, extraction temperature and pH value of extraction were studied with the colored value in content as the index. ResultThe influence order was as follows: ethanol concentration> extraction temperature >pH value of extraction> extraction time. The ethanol concentration had a significant effect on pigment extraction, while extraction time, extraction temperature and pH value of extraction had mot. The optimal conditions were as follows: 60% of ethanol concentration, 25℃ of extraction temperature, 6 h of extraction time and 6 of extraction pH value. ConclusionThe optimization process is reasonable and feasible. The method developed here is efficient, stable, repeatable and with lower cost

Key words:MorusnigraLinn; Pigment; Colored value; Optimization of extraction process

黑桑椹俗称桑枣与桑子，为桑科桑属植物黑桑(Morus nigra Linn)的成熟聚花果[1]，黑桑果色泽通常为紫红色或紫黑色，质地油润富有弹性，味微酸而甜[2]。早在1993年国家卫生部把桑椹列为“既是食品又是药品”的农产品之一。桑椹因其含有多种营养物质，和沙棘、悬钩子等一起被誉为“第三代水果”[3]。1988年药桑椹被国家卫生部列为首批药食同源植物，被医学界誉为“民间圣果”和“21世纪的最佳保健果品”[4]。

黑桑果汁呈红棕色，因其鲜艳的颜色，在喀什及和田地区黑桑果汁长期应用于糕点食品的着色。黑桑红色素具有补血、利肝、利尿、抗氧化及消除自由基等作用。可广泛用于食品工业、保健品、医药工业及化妆品工业中[5-6]。随着人们对人工合成色素毒性的认识，越来越多的国家限制在食品中使用合成色素，从而为天然色素的发展提供了空间[7]。为了进一步开发黑桑色素在工业生产中应用，将其开发成天然色素制品提供技术依据，本研究采用溶剂浸提法提取黑桑中的色素，紫外光谱法测定色素色价。选用提取浓度、提取时间、提取温度、提取pH值及料液比作为研究因素，通过L-9(3+4)正交试验对黑桑中色素提取工艺进行了优化。

1仪器与试药

1.1仪器GBC Cintra 40 紫外可见分光光度计(澳大利亚GBC科学仪器公司)，AL204电子天平(上海梅特勒-托利多仪器有限公司)，PHSJ-3F型实验室pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)。

1.2试药黑桑(M. nigra Linn)干果于2013年11月采购自乌鲁木齐市，经新疆医科大学中药系张帆教授鉴定为桑科桑属植物黑桑(Morus nigra Linn)的成熟果实。

2方法与结果

2.1原料的预处理将黑桑干果置于摇摆式中药粉碎机中粉碎后备用。

(A:吸光度； F:稀释倍数; 10:色价系数)。

2.3单因素考察[11]称取预处理的50 g黑桑乙醇浸提，在其他条件一致的情况下，分别考察乙醇浓度、提取时间、提取温度、提取pH值，以确定因素水平表。单因素考察结果显示：对于乙醇浓度的选择，在相同条件下较好提取溶剂的浓度为60%乙醇，故多因素水平中乙醇浓度可选为60%、70%与80%；较好提取时间为4 h，故多因素水平提取时间选为4 h、6 h与8 h；较好提取温度为20℃，故多因素水平提取温度选为20℃、25℃与30℃；较好提取pH值为6，故多因素水平提取pH值选为5、6与7；而对于提取料液比，较好提取料液比为1∶20，但因为相较于其他因素，料液比对色素的提取影响相对较小，故多因素水平设计时未考虑影像(表1)。

表1　单因素实验结果

2.4正交试验设计根据单因素实验结果，选用乙醇浓度、提取时间、提取温度及提取pH值作为考察因素，以提取液中色素的色价为考察指标，选用L-9(3+4)正交设计，因素水平见表2。

表2　因素水平表

对黑桑中色素提取的L-9(3-4)正交试验方案和结果进行检测计算，结果见表3，正交实验结果方差分析见表4。由直观分析可知，最优方案为A-1B-2C-2D-2，即乙醇浓度为60%，提取温度为25℃，提取时间为6 h,提取pH值为6。

表3　正交表设计及结果

表4　正交试验方差分析

由表4可以看出，各因素对色素色价的影响程度大小顺序为A>B>D>C，因素A对色素色价的影响具有显著性，而B、C与D的影响不显著。因此，最优提取条件为A-1B-2C-2D-2。

2.5验证试验为考察上述正交试验优选提取工艺的稳定性，在最佳条件下，即乙醇浓度为60%、提取温度为25℃、提取时间为6 h、提取pH值为6，重复实验3次，结果在最佳提取工艺下该工艺稳定可行,见表5。

表5　正交验证实验结果

3结论

相比考虑到微波提取、超声提取等生产设备相对昂贵，结合生产实际及色素的理化性质，可以确定采用乙醇浸提法对黑桑中色素进行大规模提取。

本实验考察了黑桑色素提取过程中工艺条件对提取过程的影响，采用正交试验方法对提取过程的工艺条件进行了优化，确定了黑桑色素的提取的最佳工艺参数为：乙醇浓度为60%、提取温度为25℃，提取时间为6 h，提取pH值为6。通过验证试验证明，所得提取工艺条件可靠。

参考文献：

[1]张帆, 武琳, 孙芸. 天然药桑色素的理化性质研究[J]. 新疆医科大学学报, 2010,33(8):897-898,901.

[2]郑建仙. 功能性食品(第二卷)[M]. 北京:中国轻工业出版社, 1999:72-74.

[3]杨海霞, 朱祥瑞, 房泽民. 桑椹的药用价值及开发利用[J]. 蚕桑通报, 2003, 34(3):5-8.

[4]张尽. 入夏时今话“桑椹”[J]. 健身科学, 2005, 9(5):41.

[5]Stintzing FC, Carle R. Functional properties of anthocyanins and betalains in plants, food and in human nutrition [J]. Trends Food Sci Technol, 2004, 15(1):19-38.

[6]肖更生, 徐玉绢. 桑椹的营养、保健功能及其加工利用[J].中药材, 2000, 24(1):70-72.

[7]夏洁如, 向晨茜, 王洪伟. 食用天然色素功能应用及发展趋势[J].中国酿造, 2008, 27(22):1-4.

[8]蔺定运. 食用色素的识别与应用[M]. 北京:中国食品出版社, 1987:105.

[9]刘学铭, 肖更生, 徐玉娟, 等. D101A大孔吸附树脂吸附和分离桑椹红色素的研究[J].食品与发酵工业, 2002,33(1):19-22.

[10]陈冠林, 胡坤, 邓晓婷, 等. 红肉火龙果果皮色素的纯化及稳定性的研究[J].中国农业通报, 2012, 28(27):211-282.

[11]段红莲, 徐建国, 徐怀德. 桑椹果渣中桑椹红色素的提取工艺研究[J].食品科技, 2007, 32(1):134-136.

(本文编辑施洋)