紫叶李色素的超声辅助提取工艺研究

林妍佳，卢宇宸，方泓勋，张于弛

紫叶李色素的超声辅助提取工艺研究

林妍佳，卢宇宸，方泓勋，张于弛

（闽江学院 材料与化工学院，福建 福州 350108）

以天然紫叶李为原料，采用混合溶剂（石油醚与无水乙醇）超声波辅助浸取法从紫叶李叶片中提取紫叶李色素。在单因素实验的基础上，采用响应面法优化紫叶李色素提取工艺。结果表明，紫叶李富含类胡萝卜素，紫叶李色素的最优提取工艺为料液比1:11、溶剂配比（石油醚:无水乙醇）9:6、提取时间40 min。

紫叶李；超声波辅助浸取法；响应面优化

类胡萝卜素在高等植物中广泛存在，常与叶绿素共存，具有对叶绿素捕获光能的补充作用，还具有较好抗氧化能力[1-3]，能够抑制氧自由基活性，阻止氧自由基对正常细胞破坏，帮助人们预防肿瘤癌症、抗衰老等[4]。紫叶李是常见的园林绿化树种，叶片均为紫红色，具有很好的观赏性，同时其叶片滞尘效果好、耐污染[5]，叶片内除了富含类胡萝卜素以外，还含有叶绿素、矢车菊素及其他单体酚等[6]，具有很好的生态价值。借鉴其他植物色素的提取方案如研磨法、水浴法、超声波辅助提取法、微波辅助提取法等，以闽江学院校区天然栽培的紫叶李为原料，采用混合溶剂（石油醚与无水乙醇）超声波辅助浸取法提取紫叶李色素，在单因素实验基础上，采用Box-Behnken响应面分析优化提取工艺条件。

1 材料与方法

1.1 实验材料

紫叶李为闽江学院校区天然栽培。石油醚、无水乙醇、氢氧化钠，均为分析纯，购自阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 实验设备

HZ-HG502ND型电子天平，FA1104型电子天平，H1850台式高速离心机，DHG-9076A型电热恒温鼓风干燥箱，KQ5200DE型数控超声波清洗器，MCR-38常压微波合成萃取仪，SHA-CA水浴恒温振荡器，721可见分光光度计、UV2450紫外可见分光光度计（日本岛津），Nicolet iS5 FT-IR光谱仪（美国赛默飞），旋转蒸发仪，真空干燥箱。

1.3 实验方法

1.3.1 紫叶李色素的提取

冲洗干净的紫叶李叶片在55 ℃烘干后粉碎，取一定量的叶片粉末加入一定配比（石油醚:无水乙醇）的溶剂，超声波辅助提取一段时间得到紫叶李色素提取液。

1.3.2 紫叶李色素的纯化

先将紫叶李色素提取液置于500 ml烧瓶中真空旋转蒸发浓缩回收石油醚与无水乙醇，直至浓缩液变为浸膏为止。然后将10倍量的去离子水加入浓缩液中，震荡制成悬浊液，离心分离，重复10至15次保留沉淀。最后，将上述所得沉淀置于40℃真空干燥箱中干燥5 h即得紫叶李色素。

1.3.3 紫叶李色素检测波长的确定[3]

1.3.3.1 红外光谱分析

取2 mg紫叶李色素样品压片后，在400 cm-1～ 4 000 cm-1范围内进行红外光谱扫描。

例题分析 数与形是数学研究的两个重要方面,运用数形结合思想方法解决数学问题时,一方面,我们可以借助“形”的生动和直观性认识“数”,画出y=f(x)的图象,如图1.另一方面,我们还需将图形问题转化为代数问题,借助于“数”的精确,规范地阐明“形”的属性,以获得精确的结论．根据函数的单调性和极值,只能画出函数的“草图”,定性地分析函数两端的图象趋势,即当x→0时,f(x)→-∞；当x→+∞时,f(x)→-∞．由此得出f(a-1)>0,解得0

1.3.3.2 紫外光谱分析

取2 mg紫叶李色素粉末溶于一定量的无水乙醇中，取样，在300 nm～800 nm下进行紫外全波长扫描。

2 结果与讨论

2.1 紫叶李色素红外光谱与紫外吸收光谱

图1和图2分别为紫叶李色素的红外光谱与紫外吸收光谱。样品的红外特征吸收峰为：3 700～ 3 200 cm-1，（υO-H）；2 918 cm-1，2 849 cm-1（υCH3，υCH2）；1 740～1 710 cm-1（υ-COO-）；1 687 cm-1（υC=O）；1 670～1 600 cm-1（υC=C）；1 456 cm-1，1 375 cm-1（δCH3，δCH2）；1 164 cm-1，1 034 cm-1（υC-O）；719 cm-1（υO-H），且其3 100-3 000无峰，无苯环结构，符合文献描述的类胡萝卜素由8个异戊二烯单位首尾相连形成的特征[3,7]。样品中含有C=O、-COO-、C=C，归属于叶绿素的特征结构[3]。样品在300～800的紫外光谱扫描图中，在411 nm处附近具有明显的类胡萝卜素所特有的“三指峰”。411 nm处吸光度最大，665 nm处的吸光度次之，这两部分归属于类胡萝卜素和叶绿素特征波长[3,7]。选择411 nm最大吸收波长进行后续实验。

图1 紫叶李色素的红外光谱图

图2 紫叶李色素在300～800 nm处的吸收光谱图

2.2 紫叶李色素提取工艺的单因素实验

以类胡萝卜素的吸光度（411 nm）为考察指标，考察色素在不同提取手段、料液比、提取剂、提取时间下的吸光度变化。

2.2.1 提取方式的影响

在料液比为1:15，溶剂配比（石油醚:无水乙醇）为8:7的情况下，考察不同的提取方式对紫叶李色素提取效果的影响，结果见表1。

表1 提取方式对紫叶李色素提取效果的影响

由表1可知，超声波辅助提取法具有最高的提取效率，故后续的实验均采用超声波辅助提取法。

2.2.2 料液比的影响

图3 料液比对紫叶李色素提取效果的影响

由图3可知，随着料液比的增加，紫叶李色素的提取效果呈现明显的上升趋势，当料液比达到1:11后，紫叶李色素提取效果上升得不明显，故取1:11为最优料液比。

2.2.3 提取剂溶剂配比的影响

在料液比1:11，提取时间为50 min的条件下，分别在石油醚和无水乙醇不同配比下讨论提取剂对紫叶李色素提取效果的影响，结果见图4。

图4 提取剂溶剂配比对紫叶李色素提取效果的影响

由图4可知，在石油醚和无水乙醇配比为5:4时，紫叶李胡萝卜素的吸光度达到最大值。随着无水乙醇占比越来越少，紫叶李色素的提取效果越来越差；当无水乙醇占比与石油醚相同时，紫叶李色素的提取效果略有减少。因此，石油醚与无水乙醇配比5:4为最佳。

2.2.4 提取时间的影响

在料液比1:11，溶剂配比为5:4的情况下，考察不同提取时间对紫叶李色素提取效果的影响，结果见图5。

图5 提取时间对紫叶李色素提取效果的影响

由图5可知，随着提取时间的延长，紫叶李色素提取效果总体呈上升趋势，当时间到70 min时，紫叶李色素提取效果下降，降至与40 min相近。紫叶李色素的提取效果与提取时间密切相关，提取时间过短会使提取效果不够充分，达到一定提取时间后紫叶李色素几乎全被提取出来，再延长提取时间，提取效果不增反减。因此，提取时间优选为60 min。

2.3 响应面优化紫叶李色素的提取工艺

2.3.1 回归模型的建立和显著性检验

在单因素实验基础上，采用Box—Behnken模型，以胡萝卜素的吸光度（Y）为指标，选取料液比（g/ml）以A表示，溶剂配比（ml/ml）以B表示，提取时间（min）以C表示，设计三因素三水平共17个实验，响应面实验设计及结果见表2，回归模型方差分析见表3。

表2 响应面实验设计及结果

注：胡萝卜素的吸收峰位于411 nm。

表3 回归模型方差分析

注：P＜0.01，差异极显著；P＜0.05，差异显著。

利用Design-expert 10.0.3软件对表2数据进行回归分析，得到二次多项回归方程：

=10.66+0.91-0.067+8.375×10-3+0.27+0.11-0.45+0.322+0.232-0.152

由表3可见，模型的值为0.001 6，小于0.01，表明该模型极显著。模型的信噪比为11.825，说明该模型可用于预测；修正决定系数（2Adj）为86.38%，表明总变异中只有13.62%不能用该模型解释；决定系数（2）为94.04%，表明紫叶李胡萝卜素吸光度的预测值与实际值之间具有较好的拟合度。失拟项的值为0.105 2，不显著，也说明使用模型拟合的效果较好。因此，该模型可用于分析、预测紫叶李胡萝卜素的实际吸光度。

从表3还可以看出，一次项中A回归系数极显著，B和C的回归系数不显著，说明料液比对紫叶李胡萝卜素的提取有更为显著的影响。交互项中唯有BC显著，说明溶剂配比与提取时间对紫叶李色素的提取具有显著影响。二次项A2显著，B2和C2不显著。

2.3.2 最优提取工艺条件确定及模型验证

由分析软件可直接得出紫叶李胡萝卜素的最优提取工艺为料液比1:11、溶剂配比（石油醚:无水乙醇）9:6、提取时间40 min，在最佳条件下，紫叶李胡萝卜素的吸光度理论值为12.510。按上述最佳提取条件下重复实验3次，所得紫叶李胡萝卜素的吸光度分别为12.935、12.865、12.695，平均值为12.832，与预测值的误差为2.57%。说明由响应面法所得的紫叶李色素提取条件可靠。

3 结论

以紫叶李为原料，采用混合溶剂（石油醚与无水乙醇）超声波辅助浸取法提取紫叶李色素，用响应面法优化提取工艺。结果表明，紫叶李富含有类胡萝卜素，紫叶李色素的最优提取工艺为料液比1:11、溶剂配比（石油醚:无水乙醇）9:6、提取时间40 min。

[1] 努尔比亚·亚力坤.南瓜果皮色素提取纯化及其性质研究[D].乌鲁木齐:新疆大学,2015:9-13.

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[3] 施宝珠.柿皮色素成分鉴定与功能性评价[D].咸阳:西北农林科技大学,2018:10-12.

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Study on Ultrasonic Assisted Extraction of Purple Leaf Plum Pigment

LIN Yan-jia, LU Yu-chen, FANG Hong-xun, ZHANG Yu-chi

(College of Materials and Chemical Engineering, Minjiang University, Fuzhou350108, China)

Using the natural purple leaf plum as a raw material, purple leaf plum pigment was extracted from purple leaf plum leaves with the mixed solvent of petroleum ether and absolute ethanol. Based on single factor experiment , the extraction process of purple leaf plum pigment was optimized by response surface method, and its antioxidant activity was evaluated. The results showed that purple leaf plum was rich in carotenoids. The optimal extraction process was as follows: solid-liquid ratio of 1:11, solvent ratio (petroleum ether: absolute ethanol) of 9:6 and extraction time of 40 min. under these conditions, the absorbance of carotene was 12.832 and the error with the predicted value was 2.57%. The sample amounts of purple leaf plum pigment with half clearance of DPPH and ptio free radicals were 2.5 and 3 ml respectively, which had certain antioxidant activity.

purple leaf plum; ultrasonic assisted extraction; response surface optimization

O636

A

1009-9115(2022)03-0029-04

10.3969/j.issn.1009-9115.2022.03.009

福州市科技项目（2021SG040），闽江学院校长基金（103952021044），闽江学院教改项目（MJUJG2021B062）

2022-01-25

2022-04-24

林妍佳（2003-），女，泉州人，本科生，研究方向为化学教育。

（责任编辑、校对：琚行松）