陳潤強(qiáng)，稅珺，梁日高，馬錫權(quán)，劉一貞，李妙嫦，袁全孫

(廣東江門市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東江門529000)

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動(dòng)態(tài)浸提提取梔子黃色素工藝研究

陳潤強(qiáng)，稅珺*，梁日高，馬錫權(quán)，劉一貞，李妙嫦，袁全孫

(廣東江門市林業(yè)科學(xué)研究所，廣東江門529000)

以除油梔子粉為原料，乙醇水溶液為浸提溶劑，進(jìn)行乙醇回流動(dòng)態(tài)浸提提取梔子黃色素，考察各個(gè)因素對(duì)梔子黃色素的提取率的影響，并與傳統(tǒng)浸提提取工藝對(duì)比，說明動(dòng)態(tài)浸提提取工藝的先進(jìn)性。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定最佳工藝條件為：60%乙醇溶液為浸提溶劑、溶液pH值7.0、提取溫度60℃、每次提取時(shí)間1h、固液比1∶10g/mL、提取次數(shù)2次，在此條件下梔子黃色素的提取率達(dá)到94.23%，精制后梔子黃色價(jià)70、梔子苷含量0.2%(以色價(jià)10計(jì)進(jìn)行換算)；同時(shí)得到梔子苷和綠原酸，提取率分別為90.81 %和85.32 %。

梔子黃色素；動(dòng)態(tài)浸提；提取工藝

1　實(shí)驗(yàn)

1.1材料、儀器與試劑

采用的梔子果實(shí)產(chǎn)自江門市林業(yè)科學(xué)研究所苗圃地，將剝殼后的梔子果實(shí)粉碎至80目(孔徑約0.18mm)、經(jīng)石油醚動(dòng)態(tài)浸提提取梔子油后得到的除油梔子粉，置真空干燥箱干燥后備用。

752Pro紫外可見分光光度計(jì)，上海棱光技術(shù)有限公司；HH-1型數(shù)顯單孔恒溫水浴鍋，常州澳華儀器有限公司；LY90型微型磁驅(qū)動(dòng)齒輪泵，佛山市南海區(qū)利宇節(jié)能設(shè)備廠；PHS-3C精密/數(shù)顯pH計(jì)，上海佑科儀器儀表有限公司；萬分之一分析天平BSM-220.4，上海卓精電子科技有限公司；150T多功能粉碎機(jī)，永康市石柱鉑歐五金廠。

無水乙醇，AR，天津大茂化學(xué)試劑廠；鹽酸、氫氧化鈉，均為AR，廣州化學(xué)試劑廠。

1.2分析方法

1.2.1分光光度法確定最大波長

根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]可知440nm為梔子黃色素的最大吸收波長，238nm為梔子苷的最大吸收波長，325nm為綠原酸的最大吸收波長。

根據(jù)朗伯-比爾定律[4]A=εbc可知，吸光度在一定范圍內(nèi)與溶液的濃度成正比，即

A÷Kc=C

(1-1)

式(1-1)中，A為吸光度，Kc為與濃度有關(guān)的系數(shù)常數(shù)(mol/L)，C為溶液的濃度(mol/L)。

又由C×V=N可以推出

A×V=N/Kc

(1-2)

式(1-2)中，V為溶液的體積(L)，N為溶液中物質(zhì)的量(mol)。

由于Kc在一定范圍內(nèi)是常數(shù)，所以用A×V代替物質(zhì)的量、吸光度A代替溶液的濃度進(jìn)行分析[5]。

1.2.2梔子黃色素吸光值的測定

梔子黃色素粗提液經(jīng)離心后，定容，取一定量的上清液，稀釋相同倍數(shù)，在440nm處測定梔子黃色素溶液的吸光值。

A=A測×F

(1-3)

式(1-3)中，A測為提取液稀釋后在440nm測得的吸光度，F(xiàn)為稀釋倍數(shù)。

1.2.3梔子黃色素色價(jià)的測定[6]

儀器和設(shè)備：采用分光光度計(jì)。

稱取精制后梔子黃約0.15g粉末試樣(精確至0.0002g)或稱取約1g浸膏或液體試樣(精確至0.0002g)，用水溶解，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，加水定容至刻度，搖勻。然后再吸取10mL試樣液，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，加水定容至刻度，搖勻。取此試樣液置于1cm比色皿中，以水做空白對(duì)照，用分光光度計(jì)在(440nm±5nm)范圍內(nèi)的最大吸收波長處測定吸光度。(吸光度應(yīng)控制在0.3～0.7，否則應(yīng)調(diào)整試樣液濃度，再重新測定吸光度。)

(1-4)

式(1-4)中，A為實(shí)際測定試樣液的吸光度，c為被測試樣液的濃度，單位:g/mL。

1.2.4梔子苷的測定[6]

儀器和設(shè)備：采用高效液相色譜儀：配紫外檢測器(檢測波長238nm)。

稱取約0.01g梔子苷標(biāo)準(zhǔn)品(精確至0.0001g)，用流動(dòng)相(乙腈水溶液)溶解并定容至50mL，得到標(biāo)樣貯存液A。吸取0.25、0.75、1.25、2.0、2.5mL貯存液A，分別用流動(dòng)相(乙腈水溶液)稀釋并定容至50mL，得到5個(gè)標(biāo)樣。在參考色譜條件下，對(duì)梯度濃度的標(biāo)樣進(jìn)行測定，重復(fù)實(shí)驗(yàn)2次，得到標(biāo)樣平均峰面積值。以標(biāo)樣峰面積為縱坐標(biāo)，標(biāo)樣的梔子苷質(zhì)量濃度(g/mL)為橫坐標(biāo)，做標(biāo)準(zhǔn)曲線。

稱取適量試樣(精確至0.0001g)，用流動(dòng)相(乙腈水溶液)溶解并定容至25mL，所得溶液用0.45μm濾膜過濾，濾液備用。

在參考色譜條件下，對(duì)試樣液進(jìn)行測定，根據(jù)梔子苷標(biāo)準(zhǔn)品的保留時(shí)間定性。重復(fù)進(jìn)樣1次，得到梔子苷平均峰面積值。根據(jù)標(biāo)樣峰面積和標(biāo)樣的梔子苷質(zhì)量濃度之間的線性關(guān)系，得到試樣液中梔子苷的質(zhì)量濃度(g/mL)。若試樣液中梔子苷濃度(g/mL)不在標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍內(nèi)，則應(yīng)調(diào)整試樣液的濃度或者重新設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)曲線。

(1-5)

式(1-5)中X1為試樣中梔子苷的含量，單位為%；c1為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得的梔子苷濃度，單位:g/mL；c2為試樣液的濃度，單位:g/mL。最后將上述計(jì)算結(jié)果換算成以色價(jià)10計(jì)的梔子苷含量。

1.3梔子黃色素的提取方法

準(zhǔn)確稱取50.00g的除油梔子粉放入1000mL的四口燒瓶中，按一定的固液比r加入乙醇水溶液作提取溶劑、進(jìn)行乙醇回流動(dòng)態(tài)浸提和傳統(tǒng)浸提提取梔子黃色素，用恒溫水浴鍋加熱并控制溫度。提取完畢，將抽濾后所得的濾液置于1000mL西林瓶中，避光保存；按1.2.2的方法測定提取液在440nm處的吸光度，并按公式(1-6)計(jì)算各條件下梔子黃色素的提取率。

總提取量=A總×V總

(1-6)

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于藏花素和藏花酸的純品難以獲得，無法直接計(jì)算出浸出液中的梔子黃色素的濃度C，此時(shí)在計(jì)算提取率時(shí)可用吸光度A值來代表濃度C[5]。

(1-7)

式(1-7)中，A總為除油梔子粉提至幾乎無黃色時(shí)，總提取液在440nm處的吸光度，V總為除油梔子粉提至幾乎無黃色時(shí)，提取液的總體積(mL)；A為單次試驗(yàn)除油梔子粉總提取液在440nm處的吸光度，V為單次試驗(yàn)除油梔子粉總提取液的體積(mL)。

1.4單因素試驗(yàn)

以除油梔子粉為原料進(jìn)行動(dòng)態(tài)浸提和傳統(tǒng)浸提，分別考察溶液pH值1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0，提取次數(shù)(次)1、2、3、4、5，乙醇濃度(%)40、50、60、70，提取溫度(℃)30、40、50、60、70，提取時(shí)間(h)0.5、1.0、1.5、2.0、2.5，固液比(g/mL)1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14，共6因素對(duì)梔子黃色素提取率的影響。

1.5正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇乙醇濃度、提取溫度、提取時(shí)間、固液比4個(gè)主要因素，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化提取梔子黃色素工藝，確定各個(gè)因素對(duì)其提取率影響。

2　結(jié)果與討論

2.1提取梔子黃色素單因素試驗(yàn)

2.1.1溶液pH值對(duì)梔子黃色素提取率的影響。準(zhǔn)確稱取50.00g的除油梔子粉放入1000mL的四口燒瓶中，按1∶10的固液比加入50%乙醇水溶液，提取溫度60℃、分別在不同的溶液pH 值進(jìn)行動(dòng)態(tài)浸提和傳統(tǒng)浸提提取梔子黃色素，提取2次，每次1(或1.5)h，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1　溶液pH值對(duì)梔子黃色素提取率的影響

試驗(yàn)條件：T=60℃，EtOH%=50%，r=1∶10、t=1(或1.5)h，n=2。

梔子黃色素主要成分為藏花素和藏花酸，顯弱酸性至中性。若在堿性條件下浸提OH-與梔子黃色素的藏花酸反應(yīng)，導(dǎo)致發(fā)生一定程度的降解；若在酸性條件下浸提，則梔子黃色素不穩(wěn)定而易沉淀。因此調(diào)節(jié)溶液pH值在7.0浸提最好。

2.1.2提取次數(shù)對(duì)梔子黃色素提取率。準(zhǔn)確稱取50.00g的除油梔子粉放入1000mL的四口燒瓶中，按1∶10的固液比加入50%乙醇水溶液，提取溫度60℃，在溶液pH值7.0進(jìn)行動(dòng)態(tài)浸提和傳統(tǒng)浸提提取梔子黃色素，分別提取不同次數(shù)，每次1(或1.5)h，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

試驗(yàn)條件：T=60℃，EtOH%=50%，r=1∶10，t=1(或1.5)h，pH=7.0。

在其他因素相同的條件下考慮提取次數(shù)對(duì)梔子黃色素提取率的影響，由圖2可以看出，梔子黃色素的提取率隨著提取次數(shù)的增加而增大；當(dāng)提取次數(shù)達(dá)到2次以后，提取率隨次數(shù)的增加而緩慢增大，故提取次數(shù)選擇2次。

2.1.3乙醇濃度對(duì)梔子黃色素提取率的影響。準(zhǔn)確稱取50.00g的除油梔子粉放入1000mL的四口燒瓶中，按1∶10的固液比分別加入不同濃度乙醇水溶液，提取溫度60℃、在溶液pH值7.0進(jìn)行動(dòng)態(tài)浸提和傳統(tǒng)浸提提取梔子黃色素，提取2次，每次1(或1.5)h，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

試驗(yàn)條件：T=60℃，r=1∶10，t=1(或1.5)h，n=2，pH=7.0。

由圖3可以看出，隨著乙醇濃度的增大梔子黃色素的提取率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當(dāng)乙醇濃度從40%到60%時(shí)，梔子黃色素提取效果明顯上升，乙醇濃度超過70%，梔子黃色素提取率呈現(xiàn)下降趨勢。這是由于梔子黃色素為水溶性色素，易溶于水,梔子苷易溶于乙醇；采用濃度高的乙醇水溶液無法有效地提取梔子黃色素，而是浸提出大量的梔子苷，從而影響梔子黃色素的提取率；乙醇濃度過低，提取液中還含有較多的果膠等水溶性雜質(zhì)。試驗(yàn)表明，60%乙醇水溶液提取梔子黃色素，效果最好。

2.1.4提取溫度對(duì)梔子黃色素提取率的影響。準(zhǔn)確稱取50.00g的除油梔子粉放入1000mL的四口燒瓶中，按1∶10的固液比加入50%乙醇水溶液，分別在不同溫度、溶液pH值7.0進(jìn)行動(dòng)態(tài)浸提和傳統(tǒng)浸提提取梔子黃色素，提取兩次，每次1(或1.5)h，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出梔子黃色素的提取率隨著提取溫度的升高而升高，溫度達(dá)到50℃，提取率變化較為顯著。由于梔子黃色素對(duì)熱不穩(wěn)定，高溫易造成色素?fù)p失，在70℃附近，提取率有下降趨勢。由此可以說明溫度過高或過低均不利于梔子黃色素的提取。溫度過低，梔子黃色素不易溶出；溫度過高，又有可能造成梔子黃色素不穩(wěn)定而帶來的損失。試驗(yàn)表明，60℃是從除油梔子粉中提取梔子黃色素的合適溫度。

圖4　溫度對(duì)梔子黃色素提取率的影響

試驗(yàn)條件：EtOH=50%，r=1∶10，t=1(或1.5)h，n=2，pH=7.0。

2.1.5提取時(shí)間對(duì)梔子黃色素提取率的影響。準(zhǔn)確稱取50.00g的除油梔子粉放入1000mL的四口燒瓶中，按1∶10的固液比加入50%乙醇水溶液，提取溫度60℃、在溶液pH值7.0進(jìn)行動(dòng)態(tài)浸提和傳統(tǒng)浸提提取梔子黃色素，提取2次，每次分別提取不同時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5　時(shí)間對(duì)梔子黃色素提取率的影響

試驗(yàn)條件：T=60℃，EtOH%=60%，r=1∶10，pH=7.0，n=2。

由圖5可以看出，采用動(dòng)態(tài)浸提和傳統(tǒng)浸提從提取開始到1(或1.5)h，提取物中梔子黃色素的提取率達(dá)到最高；然后隨著時(shí)間延長浸提液中梔子黃色素的提取率反而緩慢下降。這可能是梔子的化學(xué)成分較為復(fù)雜、達(dá)100多種[7]，加熱時(shí)間過長，梔子黃色素的結(jié)構(gòu)遭到破壞或其他雜質(zhì)如綠原酸、果膠、蛋白等大量浸出，而使梔子黃色素的提取率出現(xiàn)降低。為防止梔子黃色素長時(shí)間受熱發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，影響產(chǎn)品純度和提取率，并提高效率，動(dòng)態(tài)浸提每次提取時(shí)間選擇1h作為提取梔子黃色素的最佳條件。

2.1.6固液比對(duì)梔子黃色素提取率的影響。準(zhǔn)確稱取50.00g的除油梔子粉放入1000mL的四口燒瓶中，分別按不同的固液比加入60%乙醇水溶液，提取溫度60℃、在溶液pH值7.0進(jìn)行動(dòng)態(tài)浸提和傳統(tǒng)浸提提取梔子黃色素，提取2次，每次1(或1.5)h，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6　固液比對(duì)梔子黃色素提取率的影響

試驗(yàn)條件：T=60℃,EtOH%=60%,t=1(或1.5)h,n=2,pH=7.0。

根據(jù)液固萃取的基本理論，固液比太小，浸提不充分，浸提液過濾也很困難；固液比越大溶劑與溶質(zhì)接觸越充分，提取效果越好，但過大的固液比會(huì)增加溶劑的成本和后續(xù)濃縮干燥成本。由圖6可以看出，當(dāng)固液比大于1∶10時(shí)，繼續(xù)增加固液比，提取率提高較少。綜合考慮梔子黃色素提取率和溶劑用量、選擇固液比為1∶10。

2.2正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇乙醇濃度、提取溫度、提取時(shí)間、固液比4個(gè)主要因素，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化提取梔子黃色素工藝，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行極差分析和方差分析，確定各個(gè)因素在提取梔子黃色素過程中對(duì)其提取率影響。正交試驗(yàn)結(jié)果見表1、方差分析結(jié)果見表2。

表1　正交試驗(yàn)結(jié)果

表2　方差分析表[8]

注：F0.05(2，2)=19.00，F(xiàn)0.01(2，2)=99.00；*、**分別表示差異在0.05和0.01水平上顯著。

由表1可知，各因素的影響主次順序是：乙醇濃度>提取溫度>提取時(shí)間>固液比，這說明要獲得良好的提取效果，在提取過程中對(duì)乙醇溶液的濃度控制是至關(guān)重要的。按照正交表的安排，試驗(yàn)后得到最佳因素組合是A1B2C2D2，即其他提取工藝條件相同時(shí)、50%乙醇溶液為浸提溶劑，動(dòng)態(tài)浸提1h梔子黃色素提取率為92.11%；而傳統(tǒng)浸提1.5h梔子黃色素提取率僅為85.29%。顯然，動(dòng)態(tài)浸提梔子黃色素提取率比傳統(tǒng)浸提提高8%、提取時(shí)間縮短1/3。經(jīng)綜合考慮，動(dòng)態(tài)浸提選擇較佳提取工藝條件為A2B2C2D2，即60%乙醇溶液為浸提溶劑、溶液pH值7.0、提取溫度60℃、每次提取時(shí)間1h、固液比1∶10g/mL、提取次數(shù)2次，動(dòng)態(tài)浸提梔子黃色素提取率為94.23%。

由表2方差分析表可知，乙醇濃度對(duì)梔子黃色素提取率有極顯著影響(P<0.01)，提取溫度有顯著影響(P<0.05)，提取時(shí)間、固液比均無顯著影響，得到驗(yàn)證。

3　結(jié)論

3.1動(dòng)態(tài)浸提提取梔子黃色素工藝的先進(jìn)性

由于動(dòng)態(tài)浸提使除油梔子粉固體界面處的浸提液流速大大增加，減少了固-液相界面處層流邊界層的厚度，因而增大了液體的擾動(dòng)，加大浸提過程的傳質(zhì)速率，加快達(dá)到浸提固液平衡，縮短了浸提時(shí)間，大大提高浸提裝置的生產(chǎn)能力；動(dòng)態(tài)浸提使浸提器物料無死角，浸提過程能平穩(wěn)進(jìn)行，比傳統(tǒng)浸提(無液體循環(huán)的煎煮式浸提[2])工藝浸提速度快，提取率高，具有明顯的先進(jìn)性和生產(chǎn)實(shí)用性。動(dòng)態(tài)浸提梔子黃提取率比傳統(tǒng)高8%、提取時(shí)間縮短1/3。

3.2動(dòng)態(tài)浸提提取梔子黃色素工藝條件的確定

通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定動(dòng)態(tài)浸提最佳工藝條件為：60%乙醇溶液為浸提溶劑、溶液pH值7.0、提取溫度60℃、每次提取時(shí)間1h、固液比1∶10g/mL、提取次數(shù)2次，在此條件下梔子黃色素的提取率達(dá)到94.23%，精制后梔子黃色價(jià)70、梔子苷含量0.2%(以色價(jià)10計(jì)進(jìn)行換算)；同時(shí)得到梔子苷和綠原酸，提取率分別為90.81%和85.32%。

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Study on Extraction Technology of Gardenia Yellow Pigment by Dynamic Extraction

Chen Runqiang, Shui Jun＊,Liang Rigao,Ma Xiquan,Liu Yizhen, Li Miaochang,Yuan Quansun

(Forestry Research Institute of Jiangmen City,Jiangmen,Guangdong,529000)

Taking Gardenia powder removing oil as raw material and ethanol solution as solvent, the extraction of gardenia yellow pigment by ethanol reflux extraction was carried out, to study the various factors influence on the rate of extraction of gardenia yellow pigment, And compared with the traditional extraction process , the advanced nature of the extraction process of dynamic extraction is described. Through single factor test and orthogonal test, the optimum conditions were determined as follows: 60% ethanol solution as extraction solution, solution pH value 7.0, extraction temperature 60 degrees C, extraction time 1 hours, solid-liquid ratio 1∶10g/ml, extraction times 2 times, Under these conditions, the extraction of gardenia yellow pigment rate reached 94.23%, 70 gradation, gardenia glycoside content of 0.2% (to gradation 10 conversion), and obtained geniposide and chlorogenic acid, extraction rate was 90.81% and 85.32 % respectively.

Gardenia yellow pigment; Dynamic extraction; Extraction process

2016-03-29

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2013KJCX014-07)

陳潤強(qiáng)(1966-)，男，工程師，主要從事林產(chǎn)化工研究，E-mail：crqlks@163.com；*通訊作者：稅珺，林業(yè)高級(jí)工程師，主要從事林業(yè)科研與調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)，E-mail：13822469635@163.com。

S574；TQ35

A

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2016.04.001