王歡

（咸陽師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

紫甘藍(lán)色素最佳提取工藝條件的研究

王歡

（咸陽師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

以微波輻射法和超聲波輔助法分別對(duì)紫甘藍(lán)色素的提取進(jìn)行研究，通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)得到紫甘藍(lán)色素的提取的最佳工藝條件為采用微波輻射功率600W、提取時(shí)間3min、提取液濃度0.45mol/L的鹽酸溶液、液固比為10∶1。

紫甘藍(lán)色素；微波輻射法；超聲波法；提取工藝

食用色素是食品添加劑的一個(gè)重要分支，廣泛應(yīng)用于食品、日化、醫(yī)藥等行業(yè)。隨著醫(yī)學(xué)毒理學(xué)和生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)化學(xué)合成色素中不少品種具有嚴(yán)重的慢性毒性和致癌性，因此，合成色素逐漸被天然色素所取代。天然色素作為食品添加劑，具有安全性高、色澤自然鮮艷等特點(diǎn)，而且有些天然色素對(duì)人體的多種疾病還具有預(yù)防、治療等藥理作用和保健功能[1]。

紫甘藍(lán)，又名紫卷心菜（Brassia olerocea Var CapitataⅠ），為十字花科（Cruciferae），原產(chǎn)歐洲地中海地區(qū)。紫甘藍(lán)紅色素是從紫甘藍(lán)中提取的一種天然有色物質(zhì)，具備色澤鮮艷、原料豐富、再生性強(qiáng)、環(huán)保安全、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的開發(fā)價(jià)值。目前，研究紫甘藍(lán)色素提取工藝的文獻(xiàn)不多，大多采用傳統(tǒng)的浸提法[2-7]，同時(shí)以微波輻射法和超聲波輔助法2種提取方法進(jìn)行比較，得出紫甘藍(lán)色素的最佳提取工藝，為開發(fā)和利用色素資源提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與試劑

1.1.1 材料

紫甘藍(lán)取自本地，洗凈切碎后備用。

1.1.2 主要儀器

MAS-Ⅱ型微波萃取儀器：上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；KQ5200DE型（250W）數(shù)控超聲清洗儀器：江蘇昆山市超聲儀器有限公司；TD型電子天平：余姚市金諾天平儀器有限公司；PHS-4CT型酸度計(jì)：上?？祪x儀器有限公司；7230型紫外可見分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.1.3 試劑

所用試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 色素提取方法

以鹽酸為提取液，分別采用微波輻射法和超聲波輔助法，選擇功率、時(shí)間、提取液濃度、溶劑用量4個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，2種方法進(jìn)行比較，確定最佳提取工藝。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫甘藍(lán)色素的提取

2.1.1 提取液的選擇

準(zhǔn)確稱取5份切碎的紫甘藍(lán)，每份5.000 g于5個(gè)干凈的錐形瓶中，分別加入無水乙醇、丙酮、0.35 mol/L的鹽酸、20%的冰醋酸及蒸餾水各50 mL，室溫浸提4 h，觀察其色澤，試驗(yàn)現(xiàn)象如表1所示。

表 1 提取劑的選擇Table 1 Effect of different solvents on pigment extraction

由表1可得出，0.35 mol/L鹽酸和20%冰醋酸作為提取劑時(shí)顏色均為鮮紅色且相對(duì)穩(wěn)定，不易變色，均可作為紫甘藍(lán)色素提取劑。

2.1.2 最大吸收波長的選擇

測得0.35 mol/L鹽酸和20%冰醋酸在530 nm處的吸光度值分別為A=0.046和A=0.023，因此選擇浸提劑為0.35 mol/L鹽酸溶液較為理想。以0.35 mol/L鹽酸為浸提劑測其最大波長，紫甘藍(lán)色素的吸收光譜如圖1所示。

由圖1可知，紫甘藍(lán)色素在波長520 nm～530 nm間存在1個(gè)波峰，最大吸收波長為525 nm。

2.2 微波輻射輔助提取紫甘藍(lán)色素

2.2.1 單因素試驗(yàn)

2.2.1.1 溶劑濃度對(duì)色素提取效果的影響

用電子天平準(zhǔn)確稱取5.000 g 5份粉碎的紫甘藍(lán)于5個(gè)干凈的錐形瓶中，分別加入50 mL 0.05、0.15、0.25、0.35、0.45 mol/L的鹽酸溶液，在600 W的微波輻射功率下微波輻射2 min，趁熱抽濾，取5 mL濾液，用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A(chǔ)，溶劑濃度對(duì)吸光度值A(chǔ)的影響如圖2所示?？芍?，提取液鹽酸的濃度為0.25 mol/L時(shí)，提取效果最好，所以取0.25 mol/L鹽酸溶液為提取液濃度。

2.2.1.2 液固比對(duì)紫甘藍(lán)色素提取效果的影響

在5份5.000 g樣品中，分別加入50、75、100、125、150 mL 0.25 mol/L鹽酸，在600 W的微波輻射功率下微波輻射2 min，趁熱抽濾，依次分別取5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 mL濾液（即1/10濾液），用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A(chǔ)，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，提取液鹽酸取50 mL時(shí)色素提取率最好，所以確定液固比為10∶1。

2.2.1.3 微波輻射功率對(duì)紫甘藍(lán)色素提取效果的影響

在5份5.000 g樣品中，加入50 mL 0.25 mol/L的鹽酸，分別在微波輻射功率為400、500、600、700、800 W下輻射2 min，趁熱抽濾，取5 mL濾液，用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A(chǔ)，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，微波輻射的功率大小對(duì)提取效果有顯著的影響。當(dāng)輻射時(shí)間一定時(shí)，輻射功率越大，物系吸收的能量越多，物系的升溫越快，從而加快擴(kuò)散速度，溫度越高，對(duì)紫甘藍(lán)植物細(xì)胞的破壞作用越大，有利于天然色素成分的浸出。但是溫度太高，對(duì)紫甘藍(lán)色素的結(jié)構(gòu)有一定的破壞作用，所以選用較小的微波輻射功率較好。輻射功率為600 W時(shí)吸光度值變化最大，因此選擇600 W的微波輻射功率。

2.2.1.4 微波輻射時(shí)間對(duì)紫甘藍(lán)色素提取效果的影響在5份5.000 g樣品中，加入50 mL 0.25 mol/L的鹽酸，在微波輻射功率為600W下，分別輻射1、2、3、4、5min，趁熱抽濾，取5 mL濾液，用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A(chǔ)，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨著微波輻射時(shí)間的增加，提取效率下降，其主要原因是經(jīng)過長時(shí)間的加熱，紫甘藍(lán)色素成分部分活性損失，3 min時(shí)效果最好，所以最佳提取時(shí)間確定為3 min。

2.2.2 正交試驗(yàn)

2.2.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示。

表 2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表L9(34)Table 2 Design of the orthogonal experiment L9(34)

2.2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與討論

正交試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從極差分析R值可看出，四因素對(duì)紫甘藍(lán)天然色素提取效果的影響順序?yàn)椋何⒉ㄝ椛鋾r(shí)間>提取液濃度>微波輻射功率>液固比。

同時(shí)，從正交試驗(yàn)可以看出優(yōu)化方案為：微波輻射功率600 W、提取時(shí)間4 min、提取液濃度0.45 mol/L的鹽酸溶液，液固比為10∶1。但由于微波輻射的時(shí)間越長，色素成分會(huì)被破壞，所以最佳提取時(shí)間確定為3 min最合適。

表 3 正交試驗(yàn)安排表及試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of the orthogonal experiment L9(34)

2.3 超聲波輔助提取紫甘藍(lán)色素

2.3.1 單因素試驗(yàn)

2.3.1.1 溶劑濃度對(duì)色素提取效果的影響

用電子天平稱取5.000 g 4份粉碎的紫甘藍(lán)于4個(gè)干凈的錐形瓶中，分別加入50 mL 0.15、0.25、0.35、0.45 mol/L的鹽酸溶液，在超聲波功率為200 W時(shí)超聲8 min，趁熱抽濾，取5 mL濾液，用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A(chǔ)，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，提取液鹽酸的濃度為0.35 mol/L時(shí)，提取效果最好，所以取0.35 mol/L鹽酸溶液為提取液濃度。

2.3.1.2 液固比對(duì)紫甘藍(lán)色素提取效果的影響

稱取5.000 g 4份粉碎的紫甘藍(lán)于4個(gè)干凈的錐形瓶中，分別加入50、75、100、125 mL 0.35 mol/L鹽酸，在超聲波功率為200 W時(shí)超聲8 min，趁熱抽濾，依次分別取5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 mL濾液（即1/10濾液），用0.05mol/L鹽酸溶液定容至50mL，測其在最大波長525nm處的吸光度值A(chǔ)，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，提取液鹽酸取75 mL時(shí)色素提取率最好，所以確定液固比為15∶1。

2.3.1.3 超聲波功率對(duì)紫甘藍(lán)色素提取效果的影響

稱取5.000 g 4份粉碎的紫甘藍(lán)于4個(gè)干凈的錐形瓶中，分別加入75 mL 0.35 mol/L鹽酸，在超聲波功率為100、150、200、250 W時(shí)超聲6 min ，趁熱抽濾，取7.5 mL濾液（即1/10濾液），用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A(chǔ)，結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，超聲波功率為100 W時(shí)提取效果最好，所以確定100 W為最佳的超聲波提取功率。

2.3.1.4 超聲波時(shí)間對(duì)紫甘藍(lán)色素提取效果的影響

稱取5.000 g 4份粉碎的紫甘藍(lán)于4個(gè)干凈的錐形瓶中，分別加入75 mL 0.35 mol/L鹽酸，在超聲波功率為100 W時(shí)超聲4、6、8、10 min，趁熱抽濾，取7.5 mL濾液（即1/10濾液），用0.05 mol/L鹽酸溶液定容至50 mL，測其在最大波長525 nm處的吸光度值A(chǔ)，結(jié)果如圖9所示。

由圖9可確定超聲波時(shí)間為6 min時(shí)提取效果最好，所以最佳的超聲波時(shí)間為6 min。

2.3.2 正交試驗(yàn)

2.3.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表4所示。

表 4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 4 Design of the orthogonal experiment L9(34)

2.3.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與討論

正交試驗(yàn)結(jié)果與討論如表5。

表 5 正交試驗(yàn)安排表及試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of the orthogonal experiment L9(34)

從極差分析R值可看出，四因素對(duì)紫甘藍(lán)天然色素提取效果的影響程度依次為：B>C>D>A,即超聲波時(shí)間>提取液濃度>液固比>超聲波功率。

同時(shí)，綜合各因素的K值和直接比較，從正交試驗(yàn)可以得出最佳提取條件為：超聲波功率100 W、提取時(shí)間8 min、提取液濃度0.25 mol/L的鹽酸溶液、液固比為15∶1。但由于超聲波的時(shí)間越長，色素成分會(huì)被破壞，所以最佳提取時(shí)間確定為6 min最合適。

2.4 微波輻射和超聲波法的比較

分別稱取2份5.000 g晾干粉碎的紫甘藍(lán)葉，按照以上微波輻射和超聲波法所探索出的優(yōu)化方案，分別提取紫甘藍(lán)色素，對(duì)2份粗提液分別測其吸光度值。微波輻射法測得吸光度A=0.412，超聲波法測得吸光度A=0.197。由2組吸光度值可以看出微波輻射法較理想。

3 結(jié)論

微波輻射提取紫甘藍(lán)色素的各因素對(duì)色素提取效果的影響程度依次為微波輻射時(shí)間、提取液濃度、微波輻射功率、提取液用量。提取紫甘藍(lán)色素的最佳工藝為：采用微波輻射功率600 W、提取時(shí)間3 min、提取液濃度0.45 mol/L的鹽酸溶液、液固比為10∶1。

通過對(duì)比試驗(yàn)，證明微波輻射提取色素既可以提高色素得率，又可減少提取時(shí)間，它為紫甘藍(lán)色素的提取提供了一條新途徑，對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)具有一定的參考價(jià)值，為紫甘藍(lán)色素的開發(fā)利用提供了參考。

[1]項(xiàng)斌,高建榮.天然色素：實(shí)用天然產(chǎn)物手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:52-76

[2]劉敬蘭,陳連文.紫甘藍(lán)色素的提取及穩(wěn)定性研究[J].化學(xué)世界,1995(8):72-98

[3]劉穎,李連之.紫甘藍(lán)色素性質(zhì)的研究[J].聊城師范學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,1996(4):126-154

[4]王燕霞.傳統(tǒng)水浴提取紫甘藍(lán)紅色素工藝研究[J].食品研究與開發(fā),2007,28(1):119-122

[5]張玉敏,郭艷華,陳義鋒.紫甘藍(lán)色素最佳提取工藝條件的研究[J].華中師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,40(2):209-212

[6]米廣春,馬輝.紫甘藍(lán)色素作為酸堿指示劑的使用[J].化學(xué)教育，2008(3):69-85

[7]張建立,張翔宇.紫甘藍(lán)色素的提取及應(yīng)用[J].創(chuàng)新科技,2003(12):124-163

Study on the Best Extraction Technology of Pigment from Violet Cabbage

WANG Huan
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Xianyang Normal University，Xianyang 712000，Shaanxi，China）

The raw material is violet cabbage.The violet cabbage pigment in the method of microwave and ultrasound was studied .The result which investigated in single factor test and orthogonal test L9（34）shows that the optimum conditions are the extraction reagent is 0.45 mol/L hydrochloric acid，solvent/reagent ratio is 10∶1，radiant power at 600 W for 3 minutes in microwave irradiation.

violet cabbage pigment；microwave irradiation；ultrasonic wave；extraction technology

咸陽師范學(xué)院專項(xiàng)科研基金（08XSYK342）

王歡（1982—），女（漢），講師，碩士，研究方向：光譜分析。

2011-03-09