CN105885469A - 超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺 - Google Patents

超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺 Download PDF

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程森耀
张长成
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Abstract

为解决蓝靛果花色苷提取效率低问题，本发明提供了超声波‑微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺，该具体过程为：步骤a,原料预处理；步骤b,酸化乙醇与原料混合；步骤c,超声波‑微波协同处理；步骤d,分离；步骤e,定容；步骤f,测吸光值。该工艺设置4个变量：乙醇浓度、处理时间、微波功率和料液比；利用design expert软件根据Box‑Behnken设计优化出最佳提取工艺为乙醇浓度58.51％，处理时间3.21min，微波功率287.08W，料液比1:59.60g/mL，花色苷含量为33.5887mg/g蓝靛果粉末。本发明以长白山产蓝靛果为原料，以0.1％(v/v)盐酸乙醇为提取剂，经超声波‑微波协同处理，可大大缩短提取时间，有效提高花色苷含量，为蓝靛果花色苷提取提供一种新方法，具有较好的应用价值和广阔的开发前景。

Description

超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺
技术领域:本发明涉及一种蓝靛果花色苷提取方法，特别涉及一种超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺。
背景技术：蓝靛果(Loniceraedulis)别称蓝靛果忍冬、黑瞎子果(黑龙江)、狗奶子(大兴安岭)、羊奶子(大兴安岭)、山茄子(勃利县)等，在植物分类学上属忍冬科(Caprifoliaceae)忍冬属(Lonicera L.)。蓝靛果为多年生灌木，生于湿草地、林间或山溪附近，是一种纯天然、无污染的优质野生果，东亚特有的植物之一，为长白山植物药志所记载，被世界粮农组织定为世界稀有珍贵野生浆果。
蓝靛果果实营养丰富，果实中含有大量的花色苷，具有清除自由基、抗异变、抗衰老、抗炎症、抗肿瘤、改善视力、预防和治疗心血管疾病、提高免疫力等多种生理活性功能，是一种值得研究和开发的天然食用色素资源，具有广阔的开发前景。
近年来对蓝靛果花色苷的提取进行了大量研究，蓝靛果花色苷的提取方法主要有传统有机溶剂萃取、超声波辅助提取、微波辅助提取、超临界CO2萃取，然而这些方法均存在一定的缺陷，传统有机溶剂萃取操作简单，但得率低、溶剂消耗量大、生产周期长；超声波辅助提取和微波辅助提取得率高于传统有机溶剂萃取，但是生产周期长，成本高；超临界CO2萃取得率高，但生产成本过高。现今，超声波-微波联用被广泛用于生物活性物质的提取，具有明显的效果，多数研究表明，其主要原因是声空化作用产生的强烈声冲流和超声波的剪切作用以及微波的热效应和辐射作用会加速细胞壁的破裂利于活性物质的释放，同时，超声波-微波具有简便、重复性好、效率高、各项参数易调控等优点。
基于此，本发明提供了一种超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷的方法，利用超声波-微波协同作用的优势，实现蓝靛果花色苷的高效快速提取。
发明内容：基于上述现有技术存在的缺陷，本发明提出一种超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷的方法，以克服传统提取方法提取时间长、耗能多、得率低等缺点。
其工艺流程及其控制条件如下：
a.原料预处理：将置于-20℃冰柜冷冻保存的蓝靛果取出放于冷冻干燥机中冷冻干燥，干燥后的果实破碎成粉末过1mm尼龙筛网后储存在室温下备用。
b.酸化乙醇混合：取一定量的蓝靛果粉末，按照比例加入0.1％(v/v)盐酸乙醇。
c.超声波-微波协同处理：将上述混合液移至反应瓶置于超声波-微波协同处理室中，在一定处理时间(min)和微波功率(W)条件下进行超声波-微波协同处理。
d.分离：将经超声波-微波协同处理的混合液置于低速离心机中离心(4000r/min，15min)，取上清液，即为花色苷提取液。
e.定容：准确吸取1.25mL花色苷提取液，加入50mL容量瓶中，分别用pH1.0的氯化钾-盐酸缓冲溶液和pH4.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液定容备用。
f.测定吸光值：分别取适量上述溶液置于试管中，于40℃恒温水浴中水浴40min后，以蒸馏水为空白对照分别在510nm和700nm下测定吸光值，计算花色苷含量。
本发明具有以下优点和效果:
1.本发明首次采用超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷，在超声波和微波协同作用下，植物细胞破壁裂解，细胞结构被破坏，促进蓝靛果细胞内花色苷活性成分的释放，提高花色苷得率，缩短提取时间，减少耗能，真正达到高效提取。
2.本发明的方法具有操作工艺简单、易行,生产成本低,提取效率高,产品质量好等显著优点。
3.本发明得到的蓝靛果花色苷，可作为一种天然食品添加剂应用于食品和保健食品等各领域。
附图说明:
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是乙醇浓度变化对蓝靛果花色苷含量的影响规律图；
图2是处理时间变化对蓝靛果花色苷含量的影响规律图；
图3是微波功率变化对蓝靛果花色苷含量的影响规律图；
图4是料液比变化对蓝靛果花色苷含量的影响规律图；
具体实施方式
实施例1、超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺响应面优化试验
1、样品准备与试验过程
(1)将置于-20℃冰柜冷冻保存的蓝靛果取出放于冷冻干燥机中冷冻干燥，干燥后的果实破碎成粉末过1mm尼龙筛网后储存在室温下备用。
(2)取一定量的蓝靛果粉末，按照比例加入0.1％(v/v)盐酸乙醇后移至反应瓶置于超声波-微波协同处理室中，在一定处理时间(min)和微波功率(W)条件下进行超声波-微波协同处理。
(3)离心(4000r/min,15min)，准确吸取1.25mL上清液即花色苷提取液，加入50mL容量瓶中，分别用pH1.0的氯化钾-盐酸缓冲溶液和pH4.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液定容。
(4)分别取适量定容后的溶液置于试管中，于40℃恒温水浴中水浴40min后，以蒸馏水为空白对照分别在510nm和700nm下测定吸光值，通过pH示差法计算花色苷含量。
(5)花色苷含量计算公式为：
试验设计与统计分析
(1)单因素试验
以乙醇浓度、处理时间、微波功率和料液比为主要影响因素，花色苷含量为评价指标进行单因素试验，每次试验平行测定三次，取其平均值。
(2)响应面法优化设计
根据单因素试验结果，选取对蓝靛果花色苷含量响较显著的乙醇浓度、处理时间、微波功率和料液比这四个因素，根据Box-Behnken设计原则设计试验，并利用design expert软件进行数据处理，建立二次多项回归模型，对试验结果进行预测分析。设计因素水平表见表1。
表1响应面试验变量与编码表
以乙醇浓度(X1)、处理时间(X2)、微波功率(X3)和料液比(X4)为自变量，以蓝靛果花色苷含量为响应值(Y)，响应面试验设计方案及结果见表2。
表2响应面试验设计及结果
(3)模型的建立和统计分析
利用design-expert软件对表2试验数据进行多元回归分析，去除不显著项后，得到响应变量(乙醇浓度、处理时间、微波功率和料液比)与响应值(花色苷含量)之间的二次多项回归方程:
Y＝-105.46000+2.07542X1+21.47083X2+0.052525X3+1.21758X4-0.095000X1X2-2.30000E-004X1X3-1.27500E-003X1X4-6.25000E-004X2X3-0.10325X2X4+2.52500E-004X3X4-0.013913X1 2-1.49000X2 2-9.07500E-005X3-7.41250E-003X4
F检验可判定各因子与响应值之间线性关系显著性，P值越小，说明变量越显著。由方差分析表(表3)可知，,其因变量和全体自变量之间的线性关系显著(R2＝0.9927)，模型显著水平小于0.0001，所以该回归方差模型极显著；失拟项p＝0.0855>0.05，表明该模型相对于绝对误差不显著，回归方程不失拟，可以用于超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺研究。
表3二次回归模型方差分析结果
(4)试验结果分析与优化
模型分析可知，超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷最佳工艺参数：乙醇浓度58.51％，处理时间3.21min，微波功率287.08W，料液比1:59.60g/mL，在此条件下，得到的花色苷含量为33.5887mg/g蓝靛果粉末。
试验1、超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷过程试验
(1)将置于-20℃冰柜冷冻保存的蓝靛果取出放于冷冻干燥机中冷冻干燥，干燥后的果实破碎成粉末过1mm尼龙筛网后储存在室温下备用。
(2)取一定量的蓝靛果粉末，按照比例加入0.1％(v/v)盐酸乙醇后后移至反应瓶置于超声波-微波协同处理室中，在一定处理时间(min)和微波功率(W)条件下进行超声波-微波协同处理。
(3)离心(4000r/min，15min)，准确吸取1.25mL上清液即花色苷提取液，加入50mL容量瓶中，分别用pH1.0的氯化钾-盐酸缓冲溶液和pH4.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液定容。
(4)分别取适量定容后的溶液置于试管中，于40℃恒温水浴中水浴40min后，以蒸馏水为空白对照分别在510nm和700nm下测定吸光值，通过pH示差法计算花色苷含量为33.51mg/g蓝靛果粉末。
试验2、乙醇浓度变化对蓝靛果花色苷含量的影响
在处理时间3min、微波功率200W、料液比1:80的条件下，将酸化乙醇浓度设定为40-80％共5个变化值；其余同试验1，结果如图1。
当酸化乙醇浓度小于60％时，蓝靛果花色苷含量随乙醇浓度的增大而提高，这可能是由于随着乙醇浓度的增大，溶剂的渗透能力也随之增大，有利于花色苷类水溶性物质的溶出；当酸化乙醇浓度大于60％时，蓝靛果花色苷含量下降，这可能是由于乙醇浓度过大时，极性过低反而不利于花色苷类物质的溶出，导致花色苷含量出现下降趋势。因此，最佳的酸化乙醇浓度为60％。
试验3、处理时间变化对蓝靛果花色苷含量的影响
在酸化乙醇浓度60％、微波功率200W、料液比1:80的条件下，将处理时间设定为1-5min共5个变化值；其余同试验1，结果如图2。
当处理时间小于3min时，蓝靛果花色苷含量随处理时间的延长而提高，这可能是由于在超声波-微波协同作用下，植物细胞破壁裂解，细胞结构被破坏，促进蓝靛果细胞内花色苷活性成分的释放，增加提取量；当处理时间大于3min时，蓝靛果花色苷含量下降，这可能是由于随着处理时间的延长，体系温度升高，热敏性花色苷活性成分遭到破坏并发生降解，使花色苷的提取量降低，导致花色苷含量出现下降趋势。因此，最佳的处理时间为3min。
试验4、微波功率变化对蓝靛果花色苷含量的影响
在酸化乙醇浓度60％、处理时间3min、料液比1:80的条件下，将微波功率设定为100-500W个共5个变化值；其余同试验1，结果如图3。
当微波功率小于300W时，蓝靛果花色苷含量随着微波功率增大而提高，这可能是由于增大微波功率，微波的热效应和辐射作用会相应的加强，从而加速细胞壁的破裂利于活性物质的释放，促进花色苷的溶出；当微波功率大于300W时，蓝靛果花色苷含量降低，这可能是由于随着功率的不断增加，产生的热效应逐渐增强，温度也随之升高，从而使热敏性花色苷活性成分遭到破坏并发生降解，使花色苷提取量降低，导致花色苷含量出现下降趋势。因此，最佳的微波功率为300W。
试验5、料液比变化对蓝靛果花色苷含量的影响
在酸化乙醇浓度60％、处理时间3min、微波功率300W的条件下，将料液比设定为1:40-1:80个共5个变化值；其余同试验1，结果如图4。
当料液比小于1:60时，蓝靛果花色苷含量随着料液比增大而提高，这可能是由于提取溶剂体积的增大扩大了组织细胞内外的浓度差，促进蓝靛果花色苷向提取溶剂中扩散，有利于花色苷溶出；当料液比大于1:60时，蓝靛果花色苷含量降低，这可能是由于溶剂过多影响了超声波微波与蓝靛果细胞间的作用，影响了花色苷的溶出，使花色苷提取量降低，导致花色苷含量出现下降趋势。因此，最佳的料液比为1:60。

Claims (6)

1.一种超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺，其特征在于，以蓝靛果为原料，利用超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷并借助响应面优化提取工艺，其工艺流程和操作步骤如下：
超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺流程:原料预处理→酸化乙醇混合→超声波-微波协同处理→分离→定容→测吸光值；
超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷操作步骤与要点如下：
(1)原料预处理：将置于-20℃冰柜冷冻保存的蓝靛果取出放于冷冻干燥机中冷冻干燥，干燥后的果实破碎成粉末过1mm尼龙筛网后储存在室温下备用；
(2)酸化乙醇混合:取一定量的蓝靛果粉末，按比例加入0.1％(v/v)盐酸乙醇；
(3)超声波-微波协同处理：将上述混合液移至反应瓶置于超声波-微波协同处理室中，在一定处理时间(min)和微波功率(W)条件下进行超声波-微波协同处理；
(4)分离：将经超声波-微波协同处理的混合液置于低速离心机中离心(4000r/min,15min)，取上清液，即为花色苷提取液；
(5)定容：准确吸取1.25mL花色苷提取液，加入50mL容量瓶中，分别用pH1.0的氯化钾-盐酸缓冲溶液和pH4.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液定容备用；
(6)测吸光值：分别取适量上述溶液置于试管中，于40℃恒温水浴中水浴40min后，以蒸馏水为空白对照分别在510nm和700nm下测定吸光值，计算花色苷含量。
2.如权利要求书1所述的超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺，其特征在于，所述酸化乙醇过程中，酸化乙醇浓度为40％-80％，蓝靛果粉末与酸化乙醇料液比为1:40-1:80g/mL。
3.如权利要求书1所述的超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺，其特征在于，所述超声波-微波协同处理条：处理时间为1-5min，微波功率为100-500W。
4.如权利要求书1所述的超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺，其特征在于，所述pH1.0的氯化钾-盐酸缓冲溶液和pH4.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液配制方法(1)pH1.0的氯化钾-盐酸缓冲溶液：按照25：67的比例将浓度为0.2mol/L的氯化钾溶液和0.2mol/L的盐酸溶液均匀混合，pH计校正；(2)pH4.5的醋酸钠-醋酸缓冲溶液：按照1：1的比例将浓度为0.2mol/L的醋酸溶液和0.2mol/L的醋酸钠溶液均匀混合，pH计校正。
5.如权利要求书1所述的超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺，其特征在于，所述花色苷含量计算方法为pH示差法:
式中：A－(A510－A700nm)pH1.0－(A510－A700nm)pH4.5
Mw－矢车菊素葡萄糖苷的摩尔质量，449.2g/mol；
b－光程的厘米数，1cm；
ε－矢车菊素葡萄糖苷的摩尔消光系数，26,900L·cm﹣1·mol﹣1；
n－样品总的稀释倍数；
V－提取液的总体积，mL；
V0－样品体积，mL。
6.如权利要求书1所述的超声波-微波协同辅助酸化乙醇提取蓝靛果花色苷工艺，其特征在于，所述的蓝靛果乙醇混合液经超声波-微波辅助提取设置4个变量(乙醇浓度、处理时间、微波功率和料液比)，根据Box-Behnken设计原理利用design expert软件进行数据处理及工艺优化。
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