張在花，常大勇，孫明明，丁瑋琳，王 琳

（煙臺凱多海洋生物研究院有限公司，山東煙臺 264000）

花青素又稱花色素，主要以糖苷形式存在，因此也被稱為花色苷，是構成果實和花瓣顏色的主要色素之一，常存在于植物的花、莖、葉及果實的表皮層細胞中，是使用范圍最廣的天然色素之一[1-3]?；ㄇ嗨氐奶崛》椒ㄖ饕腥軇┨崛》?、超聲波提取法[4]、酶解法、高壓輔助提取法等[5]。其中，因花青素在酸性條件下比較穩(wěn)定，通常選擇酸化乙醇、醋酸、檸檬酸、甲酸等來提取花青素，該法工藝簡單、成本低，因而應用較為廣泛[6]。紫薯，旋花科一年生草本植物，是生產(chǎn)花青素的主要原料之一，用紫薯提取花青素具有來源豐富、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，開發(fā)前景較好。有研究表明，花青素具有很好的抗氧化、抗突變、抑菌、護肝等功效，在化工、食品、醫(yī)藥及化妝品行業(yè)均有很高的應用價值[2-3]。但是目前對紫薯花青素抑菌、防腐及食品保鮮方面的報道較少[7-11]。

關于柑橘保鮮，目前廣泛應用化學和生物保鮮法[12]。苯甲酸鈉作為一種價格低廉的食品防腐劑，在水果保鮮中應用廣泛[13]，將花青素與苯甲酸鈉組合能進一步增強對柑橘的貯藏保鮮效果。本實驗通過酸性溶劑浸提法提取紫薯中花青素，優(yōu)化提取工藝，測定紫薯中花青素含量，并研究其對柑橘保鮮效果，為紫薯花青素作為天然水果保鮮劑的開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮紫薯，臨沂沂蒙薯業(yè)種植；新鮮柑橘，當?shù)厥袌霾少彙?/p>

無水乙醇、醋酸、苯甲酸鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司公司生產(chǎn)；實驗用水均為18.2 MΩ·cm 的去離子水，實驗室自制。

1.2 儀器與設備

DK-98-1 數(shù)顯恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司；BSM220 電子天平，上海越平科學儀器有限公司；UV-5 紫外可見分光光度計，青島維思設備儀器有限公司；DZF-6020 電熱恒溫鼓風干燥箱，上海三發(fā)科學儀器有限公司；TG16W13 離心機，青島維思設備儀器有限公司；阿貝折光儀，上海卓光儀器科技有限公司；滴定管、CM-RO-C2 超純水機，青島維思設備儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 紫薯花青素的提取

將新鮮紫薯清洗干凈，切成薄片，50 ℃低溫干燥至恒質量，粉碎，過1 mm 篩子，備用。采用恒溫水浴酸性溶劑浸提法[13]。向盛有一定量的酸化乙醇中準確加入稱好的5.00 g 紫薯粉末，搖勻置于恒溫水浴鍋中，一定溫度下加熱提取一定時間，將提取液移至離心管中，4500 r/min離心15 min，上清液保存于4 ℃冰箱中。

1.3.2 紫薯花青素提取的單因素試驗

乙醇濃度分別為0、15%、30%、45%、60%、80%，pH為3.5，料液比1∶15（g/mL），60 ℃提取2 h，離心，測上清液吸光度A530，每個乙醇濃度平行試驗3 次，考察不同乙醇濃度對花青素提取效果的影響。

提取溶劑pH 分別為2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5，乙醇濃度45%，料液比1∶15（g/mL），60 ℃提取2 h，離心，測上清液吸光度A530，每個pH 平行試驗3 次，考察提取溶劑不同pH 對花青素提取效果的影響。

料液比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶50（g/mL），乙醇濃度45%，pH 為3.5，60 ℃提取2 h，離心，測上清液吸光度A530，每個料液比平行試驗3 次，考察不同料液比對花青素提取效果的影響。

提取溫度分別為30、40、50、60、70、80 ℃，乙醇溶度45%，pH 為3.5，料液質量體積比1∶15（g/mL），提取2 h，離心，測上清液吸光度A530，每個溫度平行試驗3 次，考察不同提取溫度對花青素提取效果的影響。

1.3.3 正交試驗

以乙醇濃度、提取劑pH、料液比、提取溫度為試驗要素，依據(jù)單因素試驗結果，選擇3 個最佳水平，以花青素吸光度A530為指標，采用L9(34)正交試驗，確定紫薯花青素的最佳提取條件。正交試驗設計見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.3.4 紫薯花青素含量測定

（1）pH 1.0 緩沖溶液

準確配制0.2 mol/L 鹽酸溶液，0.2 mol/L 氯化鉀溶液，以67∶25 比例混合后用氯化鉀溶液調節(jié)其pH 為1.0，4 ℃冰箱保存待用。

（2）pH 4.5 緩沖溶液

準確配制0.2 mol/L 醋酸溶液，0.2 mol/L 醋酸鈉溶液，以1∶1 比例混合，4 ℃冰箱保存待用。

（3）紫薯花青素含量測定

采用pH 示差法[14]。計算公式見式（1）。

式中，A為；MW為矢車菊素-3-葡萄糖苷的分子量449.2；DF為稀釋倍數(shù)；ε為矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù)26900；L為表示比色皿的光路直徑，cm；V為最終體積，mL；Wf為紫薯粉末質量，g。

1.3.5 紫薯花青素對柑橘保鮮效果研究

挑選果實大小均一、無病蟲害、無機械損傷、成熟度一致、外觀品質基本相同的柑橘120 個，分成4 組，其中3 個處理組分別用10 mg/mL 紫薯花青素溶液、1 mg/mL苯甲酸鈉溶液、10 mg/mL 的紫色馬鈴薯花青素+1 mg/mL苯甲酸鈉溶液（體積比為1∶1）浸泡25 min；對照組為無菌水處理。各組處理后用濾紙吸干水分，放置于溫度25℃，濕度50%～55%環(huán)境中，每隔24 h 測定失重率、腐爛率等，連續(xù)測定7 d。所有指標均重復測定3 次，取平均值。其中，柑橘表面有霉斑、褐變或有汁水流出判斷為腐爛。計算公式見式（2）。

式中，w為失重率，%；m0為果實的原始質量，g；m為測定時的質量，g。

腐爛率：腐爛程度分為1 級（腐爛面積＜10%），2 級（輕微腐爛，11%＜腐爛面積＜30%），3 級（中度腐爛，31%＜腐爛面積＜50%），4 級（嚴重腐爛，腐爛面積＞51%）。記錄柑橘的腐爛面積，并統(tǒng)計腐爛個數(shù)，計算其腐爛率。計算公式見式（3）。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 乙醇濃度對花青素提取效果的影響

由圖1 可知，隨著乙醇濃度的增加，花青素溶液的吸光度逐漸升高，當乙醇濃度大于60%時，花青素溶液的吸光度隨著乙醇濃度的增加而下降。這可能是由于乙醇濃度大于60%，提取液中的雜質不斷析出，導致吸光度下降。因此，乙醇濃度為60%，提取效果較好。此外，由圖1 可以看出，當乙醇濃度為30%、45%、60%時，花青素含量呈上升趨勢，45%與60%提取效果差不多，當濃度增加到75%時，花青素的含量呈明顯下降趨勢，且提取含量低于45%時的含量，因此，正交試驗選擇30%、45%、60%。

圖1 乙醇濃度對花青素提取效果的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on anthocyanin extraction

2.1.2 提取液pH 對花青素提取效果的影響

由圖2（見下頁）可知，隨著pH 的增加，花青素溶液的吸光度先升高后降低，當提取液pH 為2.5 時，花青素溶液的吸光度最大。主要是因為花青素在酸性條件下穩(wěn)定，酸性越弱，穩(wěn)定性越差，進而導致吸光度越低，含量越低。因此，提取液pH 為2.5 時，提取效果較好。

圖2 提取液pH 對花青素提取效果的影響Fig.2 Effect of pH of extraction solution on anthocyanin extraction

2.1.3 料液比對花青素提取效果的影響

由圖3 可知，隨著料液比的減小，花青素溶液的吸光度先升高后降低，當料液比為1∶15 時，花青素溶液的吸光度最高。因此，料液比1∶15 時提取效果較好。

圖3 料液比對花青素提取效果的影響Fig.3 Effect of material liquid ratio on anthocyanin extraction

2.1.4 提取溫度對花青素提取效果的影響

由圖4 可知，隨著提取溫度的增加，花青素溶液的吸光度先升高后降低，當提取溫度為60 ℃時，花青素溶液的吸光度最高，主要是因為高溫會使花青素結構發(fā)生變化，導致含量降低。因此，提取溫度60 ℃時，提取效果較好。

圖4 提取溫度對花青素提取效果的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on anthocyanin extraction

2.2 正交試驗結果

由表2 可知，影響紫薯花青素提取效果的因素依次為提取液pH＞料液比＞乙醇濃度＞提取溫度，最佳組合為A2B2C2D2，即乙醇濃度為45%，提取液pH 為2.5，料液比1∶15，提取溫度60 ℃。經(jīng)驗證，該工藝條件下得到的紫薯花青素含量最高，為61.59 mg/100 g。

表2 正交實驗優(yōu)化結果Table 2 Optimization results of orthogonal experiment

2.3 紫薯花青素含量測定

由表3 可知，以乙醇濃度45%，提取液pH 2.5，料液比1∶15（g/mL），提取溫度60 ℃，提取時間2 h 為提取工藝，采用pH 示差法測定紫薯花青素含量，重復實驗3 次，花青素含量分別為61.86、60.34、61.86 mg/100 g，花青素含量平均值為61.35 mg/100 g，RSD 為1.43%。這表明該工藝條件的提取率較高，而且工藝穩(wěn)定。

表3 紫薯花青素含量測定Table 3 Determination of anthocyanin content in purple sweet potato

2.4 紫薯花青素對柑橘保鮮效果

2.4.1 紫薯花青素對柑橘失重率的影響

從圖5 可以看出，3 個處理和對照的柑橘隨著時間的延長均出現(xiàn)一定的失重現(xiàn)象，但3 個處理的失重率增加幅度明顯小于對照。對照組從第3 天開始失重率明顯增加，最高失重率達到9.65%，其次是花青素、苯甲酸鈉、花青素+苯甲酸鈉。說明花青素在一定程度上可以減緩柑橘中的水分流失，可作為一種安全的天然保鮮劑[12]。

圖5 不同處理對柑橘失重率的影響Fig.5 Effect of different treatments on weight loss rate of citrus

2.4.2 紫薯花青素對柑橘腐爛率的影響

采用不同方式處理的柑橘腐爛程度有明顯差異，結果如圖6，對照第2 天開始出現(xiàn)霉斑，第3 天開始出現(xiàn)水浸狀斑塊，第4 天腐爛現(xiàn)象明顯，第6 天腐爛率達到58%。防腐能力依次為花青素+苯甲酸鈉＞苯甲酸鈉＞花青素＞對照，表明花青素一定程度上可以降低柑橘腐爛率。

圖6 不同處理對柑橘腐爛率的影響Fig.6 Effect of different treatments on citrus rot rate

3 結論

紫薯中花青素類色素的含量一般為0.2%～0.8%，有些品種能高達1.2%[15]，其成分主要為矢車菊色素和芍藥色素[4]。由于紫薯花青素具有?；鶊F，相比于紅甘藍、葡萄皮和紫玉米等植物，其花青素對光、熱、空氣等的敏感度更低，性質更加穩(wěn)定[4,16]。生產(chǎn)上從植物如藍莓、葡萄、草莓等提取花青素，存在生產(chǎn)季節(jié)性強、造價高等問題，而從紫薯中提取具有原料來源廣、成本低廉的優(yōu)勢。因此，優(yōu)化紫薯花青素的提取工藝，推動花青素在生產(chǎn)上應用是當前的研究熱點。

研究表明，花青素在酸性條件下穩(wěn)定，所以通常采用酸化溶劑作為提取劑來提取花青素[13-16]。但若酸性太強，會導致紫薯中的其它纖維素在H+的作用下被水解，產(chǎn)生較多的副產(chǎn)物[17-21]，因此本研究采用加入酸性相對較弱的醋酸來調節(jié)提取劑的pH。提取溶劑過少，不利于花青素的溶出；而提取劑過多，則有更多淀粉及糖類等雜質溶出，使花青素發(fā)生聚合，提取效果下降，因此選擇料液比1∶15（g/mL）為最佳提取料液比。此外，由于高溫易導致花青素降解，所以選擇60 ℃為最佳提取溫度。隨著提取時間的增加，花青素長時間受熱易分解，更多的糖類及淀粉析出，不利于花青素的穩(wěn)定，因此選擇浸提時間為2h。

現(xiàn)代研究表明，花青素具有很顯著的抗氧化活性[21]，其抗氧化能力是維生素C 的20 倍，維生素E 的50 倍，不僅能清除自由基，還能延緩維生素E 的氧化和幫助維生素C 的再生[22-24]。由于花青素的抗氧化能力較強，在水果保鮮方面能夠影響微生物的代謝反應，阻礙微生物呼吸，抑制外來微生物的入侵，其保鮮能力強于對照，因此可以在一定程度上延緩水果腐爛，延長貯藏時間。