紫甘薯色素提取工艺条件的优化

关晴月，邹宇

(大连民族大学 生命科学学院，辽宁 大连 116600)

紫甘薯色素提取工艺条件的优化

关晴月，邹宇*

(大连民族大学 生命科学学院，辽宁 大连 116600)

以紫甘薯为试材，采用响应面实验设计的方法研究其色素最优提取工艺条件。结果表明：最优紫甘薯色素提取条件为提取温度77.79 ℃，提取时间20.76 min和液料比 37.25 (mL/g)。验证实验结果表明：实测值与预测值相一致，在最优的紫甘薯色素提取工艺条件下，色素色价达到最大值205.81 U/mL。

紫甘薯；色素；提取条件；响应面；优化

紫甘薯属旋花科一年生草本植物，其肉质块根呈紫红色，富含花色苷色素。紫甘薯色素作为一种天然色素，不仅安全无毒，而且着色能力强、色泽艳丽、稳定性好[1]。研究表明：紫甘薯色素在抗氧化[2]、抑菌[3,4]、抗肿瘤[5]、降血糖[6]、降血脂和保护肝脏[7]等方面具有良好的作用，能够作为食品添加剂用于饮料、调味品和酒类食品中，应用前景十分广阔。我国自20世纪90年代从日本引进紫甘薯后，先后培育出多种适合国内栽培的新品种[8]。目前，我国紫甘薯的种植面积和产量均居世界前列，丰富的紫甘薯资源为紫甘薯天然色素的开发利用提供了保障。本文采用响应面实验设计的方法优化紫甘薯色素的提取工艺条件，并分析提取工艺条件各因素对紫甘薯色素提取液色价的影响，旨在为植物源天然食用色素的开发和利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

紫甘薯 贵州省铜仁市农贸市场；95%乙醇(分析纯) 天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器设备

YQ-3电动匀浆机 江苏同君仪器科技有限公司；TDL-40B离心机 上海安亭科学仪器厂；UV-2802紫外可见分光光度计 美国尤尼科公司；GHH-6型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司；AL204电子分析天平 梅特勒-托利多有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 紫甘薯色素的提取和色价的计算

取新鲜无腐烂变质的紫甘薯，清水冲洗后，晾干切碎，准确称取1 g样品，加入提取溶剂(95%乙醇)打浆，恒温水浴浸提，浸提液4000 r/min离心10 min，取上清液，适当稀释，测定525 nm处吸光度值[9]。

色价(U/mL)= A525×稀释倍数/提取溶剂体积。

1.3.2 色素提取的响应面实验设计

选取提取温度、提取时间和液料比为自变量，选择Box-Behnken响应面实验设计优化紫甘薯色素提取工艺条件，实验因素水平设计见表1。

表1 实验因素与水平表

2 结果与分析

2.1 响应面实验设计和结果

采用响应面实验设计方法，对紫甘薯色素提取工艺条件中的提取温度、提取时间和液料比进行优化，以获得最大色素提取液色价。提取工艺条件的实验设计和结果见表2。

表2 紫甘薯色素提取工艺条件实验设计和结果

利用Design Expert软件预测紫甘薯色素色价的最大值，得到拟合实验结果的响应面回归模型：

Y=-2183.77+48.42A+0.29B+25.61C-0.29A2-0.03B2-0.29C2-0.03AB-0.05AC+0.07BC。

表3 响应面回归模型的方差分析

由表3可知，该响应面回归模型显著(p<0.05)，决定系数(R2)为0.9015，说明响应面回归模型中90.15%的色素色价变化归因于提取工艺条件。这些结果表明根据实验结果所建的响应面回归模型可以用来预测紫甘薯色素提取液中的色价。

2.2 影响色素提取液色价的工艺条件分析

当液料比为40 (mL/g)时，提取温度(A)和提取时间(B)对紫甘薯色素提取液色价的影响见图1。

图1 提取温度和提取时间对紫甘薯色素色价影响的响应面图

提取温度的一次项和二次项对紫甘薯色素提取液色价有显著影响(p<0.05)，而提取时间以及提取温度和提取时间的交互作用对色素色价的影响并不显著(p>0.05)，见表3。当提取时间保持固定不变时，随着提取温度的逐渐升高，紫甘薯提取液色素色价呈现先增大后减小的变化趋势。当提取温度保持固定不变时，随着提取时间的延长，紫甘薯提取液色素色价呈现逐渐减小的变化趋势，这可能是由于提取过程中长时间的高温作用促使一部分色素发生了降解，所以色素提取液色价有所下降。

提取时间为30 min的工艺条件下，提取温度(A)和液料比(C)对紫甘薯色素色价的影响见图2。

图2 提取温度和液料比对紫甘薯色素色价影响的响应面图

液料比的二次项对紫甘薯色素提取液色价有显著影响(p<0.05)，但其一次项以及提取温度和液料比的交互作用对色素色价的影响并不显著(p>0.05)，见表3。当液料比保持固定不变时，随着提取温度的逐渐升高，紫甘薯色素提取液色价逐渐增大，直到提取温度为80 ℃左右时达到色素色价最大值，然后逐渐下降。当提取温度保持固定不变时，随着液料比的逐渐增大，紫甘薯色素提取液色价呈现先增大后减小的变化趋势，这和Zou等[10]的实验结果相一致。

当提取温度为80 ℃时，提取时间(B)和液料比(C)对紫甘薯色素色价的影响见图3。

图3 提取时间和液料比对紫甘薯色素色价影响的响应面图

提取时间和液料比的交互作用对色素色价的影响并不显著(p>0.05)，见表3。当提取时间保持固定不变时，随着液料比逐渐增大，紫甘薯色素提取液色价呈现先增大后减小的变化趋势。当液料比保持固定不变时，随着提取时间的延长，紫甘薯色素色价呈现逐渐减小的变化趋势，这也说明紫甘薯经长时间的高温提取，其色素色价并不能进一步提高。

2.3 响应面回归模型的优化和验证

根据实验结果，经设计软件优化后，得到紫甘薯色素提取的最优工艺条件：提取温度77.79 ℃，提取时间20.76 min和液料比37.25 (mL/g)。响应面回归模型预测，在此工艺条件下最大紫甘薯色素提取液色价为204.59 U/mL。

为确定实验中建立的响应面回归模型的准确性，对模型预测的最优提取工艺条件进行验证性实验，见表4。紫甘薯色素色价的实测值与预测值相一致，说明实验中建立的响应面回归模型有效且可靠。在最优的紫甘薯色素提取工艺条件下，最大色素色价达到205.81 U/mL。

表4 验证实验设计与结果

3 结论

紫甘薯色素提取优化实验结果表明：在提取温度77.79 ℃、提取时间20.76 min和液料比37.25 (mL/g)的提取工艺条件下，响应面回归模型预测紫甘薯色素提取液色价达到最大值204.59 U/mL。验证实验结果表明：在此提取工艺条件下，紫甘薯色素色价为205.81 U/mL，与预测值相一致，说明实验得到的响应面回归模型有效且可靠。

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Optimization of Extraction Technology Conditions of Pigment from Purple Sweet Potato

GUAN Qing-yue, ZOU Yu*

(College of Life Science, Dalian Nationalities University, Dalian 116600, China)

The extraction technology conditions of pigment from purple sweet potato are optimized. The response surface experimental results show that the optimum extraction conditions are as follows: extraction temperature is 77.79 ℃, extraction time is 20.76 min and liquid-solid ratio is 37.25 (mL/g). Verification test results show that the measured value is consistent with the predicted value. Under the optimized extraction conditions, the largest color value of pigment extracted from purple sweet potato is 205.81 U/mL.

purple sweet potato;pigment;extraction condition;response surface;optimization

2017-01-14 *通讯作者

国家科技支撑计划项目(2012BAD38B05)；大连民族大学2017年度“大学生创新创业训练计划”项目

关晴月(1997-)，女，辽宁丹东人，主要从事天然食用色素方面的研究； 邹宇(1979-)，男，吉林通化人，讲师，主要从事食品生物技术方面的研究。

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.06.033

1000-9973(2017)06-0149-03