山竹壳色素的不同提取方法比较

徐洪宇，赵烊，藏梁，朱丽荣*

1. 吉林化工学院生物与食品工程学院（吉林 132022）；2. 重庆市第九人民医院药剂科（重庆 400700）

山竹（Garcinia Mangostana）为藤黄科（Guttiferae）藤黄属（Garcinia），是热带常绿乔木，别名莽吉柿、凤果，莽吉柿、倒捻子、山竺、山竹子[1]。山竹果实（Mangosteen）为热带五大名果之一，具有解热清凉、化解脂肪、润肤降火等功效[2]。山竹可食用部分仅占鲜重的30%左右，食用山竹果肉后，剩余的山竹壳，大多作为废弃物处理，既浪费资源又污染环境。

近年来关于山竹壳的研究，主要集中在含量较高的山竹壳色素的提取、稳定性及应用上。山竹壳色素是一种醇溶性色素，耐日光及耐热性强，适宜于偏酸性、中性和弱碱性条件下使用，有较强的耐氧化性和一定耐热性，各种金属离子对其影响较小[3-6]。山竹壳色素具有较强的抗氧化[7-8]及抑菌活性[3,8]，可将其应用在饮料和白酒的着色上[9]及锦纶[10]、真丝[11]、羊毛[12]和棉织物[13-14]的染色上。山竹壳色素的提取工艺优化方面，主要采用微波辅助法提取[15-16]和超声波辅助法提取[17-18]，关于研究不同提取方法对山竹壳色素提取效果，研究报道较少。

此次试验选取溶剂浸提法、超声波辅助法、微波辅助法和复合酶法共4种提取方法，在前期单因素的基础上，利用正交试验优化各提取工艺，比较并筛选出提取效果最好的方法，为山竹壳色素在食品、医药保健品、纺织等领域的开发利用提供理论基础。

1 试验方法

1.1 材料与仪器

山竹壳（山竹壳洗净，烘箱烘干，粉碎机粉碎，80目过筛备用）。无水乙醇（天津市大茂化学试剂厂）；盐酸、植物复合酶（北京盛世嘉明科技开发有限公司）；磷酸氢二钠（南京化学试剂股份有限公司）；磷酸二氢钠（南京化学试剂股份有限公司）。

FA1004A分析天平（广州沪瑞明仪器有限公司）；HH-S8A恒温水浴锅（上海仪器表有限责任公司）；PHS-W系列pH计（上海理达仪器厂）；KQ3200DE型数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；美的微波炉（佛山美的微波电器制造有限公司）；旋转蒸发器：RE-52B型（上海亚荣生化仪器厂）；UNICUV-2102PCS紫外可见分光光度计（上海谱振生物科技有限公司）。

1.2 色素提取工艺

山竹壳粉→70%乙醇提取→过滤→稀释滤液→在478 nm下测吸光度

1.3 溶液浸提法提取的正交试验设计

采用L9(33)正交试验，在前期单因素试验的基础上，考察提取温度、提取时间、料液比对山竹壳色素提取效果的影响因素，试验设计的因素和水平见表1。

表1 溶液浸提法提取试验的因素及水平

1.4 超声波辅助法提取的正交试验设计

采用L9(33)正交试验，在前期单因素试验的基础上，考察提取温度、提取时间、料液比对山竹壳色素提取效果的影响因素，试验设计的因素和水平见表2。

表2 超声波辅助法提取试验的因素及水平

1.5 微波辅助法提取的正交试验设计

用L9(33)正交试验，在前期单因素试验的基础上，考察提取功率、提取时间、料液比对山竹壳色素提取效果的影响因素，试验设计的因素和水平见表3。

表3 微波辅助法提取试验的因素及水平

1.6 复合酶辅助浸提法提取的正交试验设计

用L9(33)正交试验，在前期单因素试验的基础上，考察提取温度、提取时间、料液比对山竹壳色素提取效果的影响因素，试验设计的因素和水平见表4。

表4 复合酶法提取试验的因素及水平

2 结果与分析

2.1 溶液浸提法提取的正交试验结果

溶液浸提法是利用不同物质在溶剂中的溶解度不同，从而实现物质分离的一种操作，属于萃取的一种。根据所提取物的组分的不同，利用相似相溶的原理，分离得到山竹壳色素。在单因素的基础上，通过正交试验设计对工艺进行优化，结果见表5和表6。由表5可知，溶液浸提法提取山竹壳色素的最优条件为A2B2C2；通过极差R值大小得出，对山竹壳色素提取效果影响最大的因素为A（提取温度），其次是B（提取时间），最后是C（料液比）。表6中，浸提温度对浸提效果的影响达到显著水平（p＜0.05），料液比和浸提时间对浸提效果的影响不显著（p＞0.05）。因此，最优提取工艺条件为提取温度70 ℃，提取时间70 min，料液比1∶30（g/mL）。

2.2 超声波辅助法提取的正交试验结果

超声波辅助法提取主要是利用超声波振动与媒质之间引起热作用、机械作用和空化作用，从而促进细胞溶胀、强化传质速率、提高细胞壁的通透性，甚至在瞬间造成细胞壁及整个生物体破裂[19]，从而促进提取成分的溶出，提高提取效率。超声波辅助法提取的正交试验数据处理结果见表7和表8。由表7可知，提取山竹壳色素的最优条件为A2B2C3；3个因素的极差分析得到RA＞RB＞RC，即对山竹壳色素提取效果影响最大的因素为A（提取温度），其次是B（提取时间），最后是C（料液比）。由表8可知，提取温度和提取时间对提取效果的影响达到显著水平（p＜0.05），料液比的影响不显著（p＞0.05）。最优提取工艺条件为提取温度60 ℃，提取时间50 min，料液比1∶40（g/mL）。

表5 溶液浸提法正交试验设计与结果

表6 溶液浸提法正交试验方差分析

表7 超声波辅助法正交试验设计与结果

表8 超声波辅助法正交试验方差分析

2.3 微波辅助法提取的正交试验结果

微波辅助法主要利用热效应破壁的原理，提高提取效率。采用微波辅助法提取山竹壳色素，结果见表9和表10。表9中，由极差分析可知，各因素对山竹色素提取效果的影响为B（提取时间）＞A（提取功率）＞C（料液比）。由表10可知，提取温度和提取功率对提取效果的影响达到显著水平（p＜0.05），料液比对浸提效果的影响不显著（p＞0.05）。微波辅助法提取山竹壳色素的最优条件为A2B2C3，即提取功率900 W，提取时间40 s，料液比1∶40（g/mL）。

表9 微波辅助法正交试验设计与结果

表10 微波辅助法正交试验方差分析

2.4 复合酶法提取的正交试验结果

植物复合酶是由纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶等组成的混合酶系，可使细胞壁在酶的作用下软化、膨胀和崩溃等，进而改变细胞壁的通透性，从而提高目标物质的提取效率。试验采用复合酶法，对山竹壳色素进行提取，通过正交试验对工艺进行优化，结果见表11和表12。由表11中极差分析可知，对竹壳色素提取效果影响最大的因素为A（提取温度），其次是B（提取时间），C（料液比）影响最小。由表12可知，提取温度对提取效果的影响达到显著水平（p＜0.05），料液比和提取时间对提取效果的影响不显著（p＞0.05）。植物复合酶法提取山竹壳色素的最优条件为A2B3C3，即提取温度30 ℃，提取时间100 min，料液比1∶35（g/mL）。

2.5 最佳工艺条件的验证

分别选择上述溶剂浸提法、超声波辅助法、微波辅助法及复合酶法共4种方法，对山竹壳色素提取的最优条件进行3次验证，结果见表13。4种不同提取方法存在显著性差异（p＜0.05），其中超声波辅助法提取的山竹壳色素吸光度最大，为0.811。

表11 复合酶法正交试验设计与结果

表12 复合酶法正交试验方差分析

表13 山竹壳色素在最佳工艺条件下的提取结果

3 结论

此次试验选择溶剂浸提法、超声波辅助法、微波辅助法及复合酶法共4种方法，对山竹壳色素提取效果进行研究。在前期单因素的基础上，利用正交试验设计分别得到了每种提取方法的最优提取条件，得到以下结果：

1) 溶剂浸提法的最佳提取工艺为提取温度70 ℃，提取时间70 min，料液比1∶35（g/mL）。

2) 超声波辅助法的最佳提取工艺为提取温度60℃，提取时间50 min，料液比1∶40（g/mL）。

3) 微波辅助法的最佳提取工艺为提取功率900 W，提取时间40 s，料液比1∶40（g/mL）。

4) 复合酶法的最佳提取工艺为提取温度30 ℃，提取时间100 min，料液比1∶40（g/mL）。

5) 4种提取方法中，超声波辅助法提取效果最好，其次为微波辅助法，溶剂浸提法提取效果最差。