－＝＝２２８ 第３１卷第９期 ２０１０年９月 食品研究与开发 天然食品添加剂 黑青稞花色素的提取工艺 赵桃，马林，李嘉佳。杜静君，杨娟。杨凡 （上海工程技术大学化学化工学院，上海２０１６２０） 摘要：研究青稞花色素的提取工艺，以黑青稞为原料，考察提取溶剂、酸化剂、提取温度、提取时间、料液比、提取次 数和籽粒粉碎度等７个单因素对其花色素提取率的影响，并采用二次回归正交旋转组合设计法建立和优化青稞色素 提取的乙醇浓度、温度、时间的回归方程。试验结果表明，在试验范围内各因子对青稞色素提取率的作用大小依次为： 乙醇浓度＞时间＞温度。根据优化的回归方程，青稞色素的最佳提取工艺条件为：乙醇浓度５Ｏ％．温度５３ ，时间３ ｈ， 此时最大提取率为１０８．３３ Ｐ￣ｇ／ｇ。试验所建立的回归模型在试验范围内能较准确的预测青稞色素的提取率。 关键词：青稞；花色素；提取工艺；二次回归正交旋转组合设计 Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ ｆｒｏｍ Ｂｌａｃｋ Ｈｕｌｌｅｓｓ Ｂａｒｌｅｙ ＺＨＡＯ Ｔａｏ，ＭＡ Ｌｉｎ，ＬＩ Ｊｉａ－ｊｉａ，ＤＵ Ｊｉｎｇ－ｊｏｎ，ＹＡＮＧ Ｊｕａｎ，ＹＡＮＧ Ｆａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｌａｃｋ ｈｕｌｌｅｓｓ ｂａｒｌｅｙ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ ｆｒｏｍ ｈｕｌｌｅｓｓ ｂａｒｌｅｙ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｓｏｌｖｅｎｔ，ａｃｉｄｉｆｙｉｎｇ ａｇｅｎｔ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｉｍｅ，ｓｏｌｉｄ－ｓｏｌｖｅｎｔ ｒａｔｉｏ，ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ ｆｒｏｍ ｈｕｌｌｅｓｓ ｂａｒｌｅｙ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｌｙ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ，ａ ｔｈｒｅｅ—ｆａｃｔｏｒ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ １ｏ ｅｓｔｉｍａｔｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｍａｘｉｍａｌ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ：ｅｔｈａｎｏｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ＞ｔｉｍｅ＞ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ 基金项目：上海市教委优秀青年教师基金资助项目（Ｂ一８５００—０８—０¨２）；上海工程技术大学科研启动基金（校启０８—２５）；上海工程技术大学大学 生创新活动计划项目（ＣＳ０９０４００３） 作者简介：赵桃（１９８２一），女（汉），讲师，博士，研究方向：植物活性成分。 ●『◆ｒｉｉ●●●◆ｉｉ◆ｉ［ｉ●ｉ◆ｉ●● ◆ｉｉ◆¨●●ｉ１：●●◆１●ｉｉ● ◆ ！●ｉ◆●ｌｉ◆◆ｉ●◆●◆◆◆◆●●●ｉ◆● ●ｉ◆●●◆● ｌ● ［８】何方奕，张捷莉，程钰杰．菠萝色素的提取及其稳定性的研究ｆＪ］． 鞍山师范学院学报：综合版，１９９８，１９ｆ４）：３１—３４ 【９］司新超，黄和．菠萝皮色素的提取及稳定性研究Ⅲ．广西热带农业， ２００７．２：１－４ ｗａｓｔｅ ｂｉｏｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｂｙ Ｒｈｉｚｏｐｕｓ ｏｌｉｇｏｓｐｏｒｕｓ［Ｊ１．Ｆｏｏｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔ，＇３ｒ， ２００４，２８：４１９－４３４ ［１ ６］丁道福．菠萝加工和综合利用［Ｍ］，北京：中国轻工业出版社，１９８０： ２４３ 【ｌＯ】Ｌ Ｈ ＭｃＫＥＥ，Ｔ Ａ Ｌａｔｎｅｒ．Ｕｎｄｅｒｎｔｉｌｉｚｅｄ ｓｏｕｒｃｅｓ ｏｆ ｄｉｅｔａｒｙ ｆｉｂｅｒ：Ａ ［１７】杨礼富，谢贵水．菠萝加工废料——果皮渣的综合利用【ＪＪ．热带农 业科学，２００２，２２（４）：６７—７ ｌ ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ Ｆｏｏｄｓ ｆｏｒ Ｈｕｍａｎ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ，２０００，５５：２８５—３０４ ［１ １］Ｔ Ｐｒａｋｏｎｇｐａｎ，Ａ Ｎｉｔｉｔｈａｍｙｏｎｇ，Ｐ Ｌｕａｎｇｐｉｔｕｋｓａ．Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｅｔａｒｙ Ｆｉｂｅｒ ａｎｄ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｆｒｏｍ Ｐｉｎｅａｐｐｌｅ Ｃｏｒｅｓ［Ｊ］． ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆｆｏｏｄ ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２，６７（４）：１３０８—１３１３ ［１８］苑艳辉．菠萝皮的综合利用【Ｊ］．食品与发酵工业，２００５，３１（２）：１４５— １４７ 【ｌ２］严浪，田海军，张树明，等．菠萝半纤维素多糖的提取纯化及免疫 活性研究【Ｊ】．食品科学，２００８，２９（２）：３５—３８ ［１３】Ｃ Ｔ Ｔｒａｎ，Ｌ Ｉ Ｓｌｙ，Ｄ Ａ Ｍｉｔｃｈｅｌ１．Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｔｒａｉｎ ｏｆ Ａｓｐｅ ｌｌｕｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ ｆｒｏｍ ｐｉｎｅａｐｐｌｅ ｗａｓｔｅ ｉｎ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ［１９】周立国．食用天然色素及其提取应用［Ｍ】．山东：山东科学技术出 版社，１９９３：１ ［２Ｏ］全国食品添加剂标准化技术委员会．ＧＢ ８８１８—２００８食品添加剂 可可壳色素（ｓ］．中国标准出版社，２００９ ［２１］中华人民共和国国家标准．ＧＢ／Ｔ １２２９１—９０水果、蔬菜汁类胡萝 素全量的测定（Ｓ】．中国标准出版社，１９９０ 【２２］刘良忠．天然红心蛋中红色类胡萝ｈ素的结构表征及其生物活性 ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ【Ｊ】．Ｗｏｒｌｄ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ＆Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９８。１４：３９９—４０３ 【１４】Ｃｏｒｒｅｉａ，ＲｏｂｅｒｔａＴＰ，ＭｃＣｕｅ，ｅｔ ａ１．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆｐｈｅｎｏｌｉｃ ａｎｔｉｏｘｉｄａｎ－ ｔｓ ｂｙ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ ｂｉｏｃｏｎｖｅｍｉｏｎ ｏｆ ｐｉｎｅａｐｐｌｅ ｗａｓｔｅ ｍｉｘｅｄ ｗｉｔｈ ｓｏｙ 评价［ＤＩ．华中农业大学，２００４ ［２３】毛跟年，许牡丹．功能食品生理特性与检测技术【Ｍ】．北京：化学＿Ｔ 业出版社，２００５：５５７ ｌｆｏｕｒｕｓｉｎｇＲｈｉ－ｚｏｐｕｓ ｏｌｉｇｏｓｐｏｒｕ＂ｓ啪．Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００４，３９ （１２）：２１６７—２１ ７２ ［１５】Ｒｏｂｅｒｔａ Ｔ Ｐ Ｃｏｒｒｅｉａ，Ｐａｔｒｉｃｋ Ｍｃｃｕｅ，Ｄｈｉ ｒａｊ Ａ．Ｖａｔｔｅｍ．ｅｔ ａ１．ａｍｙｌａｓｅ ａｎｄ ｈｅｌｉｃｏｂａｃｔｅｒ ｐｙｌｏｒｉ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｂｙ ｐｈｅｎｏｌｉｃ ｅｘｔｒａｃｔｓ ｏｆ ｐｉｎｅａｐｐｌｅ 收稿日期：２００９—０９—２７ 天然食品添加剂 食品研究与开发 第３２０１１卷第９期 ０年９月 ２２９＝＝＝一 ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｏ ｂｅ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ５０％ｅｔｈａｎｏｌ ａｔ ５３℃ｆｏｒ ３ ｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｙｉｅｌｄ ０ｆ ｔｈｅ ａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ ｗａｓ １０８．３３ ｇ儋．Ａｔ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｃｏｕｌｄ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ ｆｒｏｍ ｈｕｌｌｅｓｓ ｂａｒｌｅｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｕｌｌｅｓｓ ｂａｒｌｅｙ；ａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ 青稞（Ｈｏｒｄｅｕｍ ｖｕｌｇａｒｅ ｓｓｐ．ｖｕｌｇａｔｅ）又称裸大麦，是 多功能”的天然色素资源提供参考。 禾本科大麦属作物，在世界许多国家和地区作为主要 粮食作物已有几千年历史。２０世纪以后，随着稻米和 小麦的食用量增加，大麦的食用量急剧减少。然而２０世 纪８０年代以来，由于青稞丰富的营养成分和特有的保 健品质以及在燃料工业中的潜力，在发达国家日趋受 到重视，掀起综合研究利用的热潮【ｌ＿５】。我国青藏高原 地区是青稞的起源中心之一，拥有占全世界２／３以上 的裸大麦资源，尤其富藏黑色、紫色、灰色等深色品种， 如能科学合理的利用，将带来巨大的经济效益和社会 效益，且对藏区农业种植结构的调整都将具有潜在意义。 现代研究发现，黑色食品中的天然色素（花色苷 类物质）具有较强的消除体内自由基和抗氧化作用，具 有延缓衰老、预防癌症等功效 】。此外，相对于合成色 素，天然色素主要来源于动植物和微生物，具有安全、 健康的特点 ，利用天然物质提取食用、化妆品和医用 色素，成为当今世界色素研究和发展的主要趋势ｌｌｑ。裸大 麦种皮色素同属花色苷类色素，Ｄｅｇｕｃｈｉ Ｔ．等【ｌ１］从紫色 裸大麦麸皮的发酵物中提取的花色素——单宁类紫色 素，可消除机体代谢过程中产生的过多自由基，具有较 强的抗氧化、抗突变和抗肿瘤等功能。目前关于对我国 青稞中天然色素的相关研究还鲜报道，但通过对从西 藏黑青稞种皮中的黑色素的研究发现，该类色素也具 有优异的抗氧化性ｆ结果另文发表）。天然色素的提取 受多个因素的影响，为使提取达到最大效率，本试验采 用单因素试验设计与二次回归正交旋转组合设计相结 合的方法优化青稞色素提取工艺。二次回归正交旋转 组合设计是将回归正交设计与旋转设计组合起来的一 种方法，它不仅保留了回归正交设计的优点，如试验布 点分散均匀，试验次数少，还部分地消除了回归系数间 的相关性，虽然牺牲部分的正交性但是获得旋转性，可 直接找出预测值相对较优的区域，降低了试验成本，缩 短了研究周期。它以回归方程作为函数估算的工具， 克服了正交试验只能给出最佳因素水平组合，而无法 找出整个区域上因素的最佳组合和试验结果的最优值 的缺陷旧。本研究首次对青稞总花色素提取工艺进行 探索，为开发利用深色裸大麦作为新型“天然、营养、 １材料与方法 １．１材料与试剂 试验所用青稞材料由农科所唐亚伟惠赠。 ＨＨ一数显恒温水浴锅：上海逸龙科技有限公司； ｐＨＢ一４便携式ｐＨ计：上海精密科技仪器有限公司； ＨＲ１７２７型搅拌机：飞利浦公司；ＳＨＺ—Ｄ型循环水式真 空泵：巩义市英峪予华仪器厂；ＡＢ１０４一Ｎ型分析天平： 梅特勒一托利上海有限公司；ＵＶ一７５０４型单光束紫外 可见分光光度计：上海欣茂仪器有限公司。 试验所用试剂均为国产分析纯。 １．２试验设计 １．２．１单因素试验设计 分别单独考察提取剂（不同浓度甲醇、乙醇和 水）、酸化剂（盐酸、三氯乙酸、酒石酸、甲酸、酒石酸、柠 檬酸）、提取温度（３０、４０、５０、６０、７０、８０、９５℃）、提取时 间（１、２、３、４、５ ｈ）、料液比（１：５、１：１０、１：２０、１：３０、１：４０、 １：５０ ｇ／ｍＬ）、提取次数（１、２、３、４）及粉碎度（完整籽粒， ２０、４０，６０、８０、１００目）对青稞黑色素提取率的影响。 １．２．２二次回归正交旋转组合试验设计 根据单因素试验结果，选择对提取率影响显著的 因子（温度、时间、乙醇浓度）作为二次回归正交旋转组 合试验的因素并确定其零水平和间距。 １．３色素提取方法 称取除杂后的青稞种子３ ｇ置于２５０ ｍＬ圆底烧 瓶中，加入一定体积的提取剂，于水浴锅中回流提取。 提取结束后，趁热过滤，并收集滤液，避光放置待测。 １．４色素提取率的测定 滤液避光冷却至室温后，将ｐＨ值调节为２，以提 取剂作为空白，于５３５ ｎｍ处测定吸光度，色素的提取 率按以下公式计算［１３】： 色素提取率＝ 式中：色素提取率，（ ｇ）； ３５为５３５ ｎｌｎ下的吸 光度， 为稀释后的体积，ｍＬ；Ｎ为稀释倍数： ｌ ０００为 单位换算倍数（ｍｇ／ｇ－－％ｚｇ／ｇ）；９８．２为花色素的平均消 —＝＝＝２３０ １．５数据分析 第卷第期 ３１ ９ ’食品研究与开发 瓦明研九司丌矾 ２．１．２ ｐＨ值及酸化剂的选择 天然食品添加剂 光系数；ｍ为样品重量，ｇ。 花色苷在中性和弱碱性溶液中不太稳定，因此， 所有试验均设置３次重复，单因素试验数据用 ｓｐｓｓｌ １．５进行分析，二次回归正交旋转组合试验结果 用ＤＰＳ ｖ８．０１软件进行分析。 ２结果与分析 提取过程通常要采用酸性溶剂。酸性溶剂在破坏植物 细胞膜的同时溶解水溶性色素，但过低的ｐＨ值能改 变色素的原始状态，为了获得更接近于天然状态的花 色苷一般可采用有机酸作为酸化剂 。此外，根据青稞 色素的稳定性研究，其在ｐＨ ３时稳定性较好（另文报 ２．１单因素试验 道），因此试验选择在此ｐＨ条件下，研究不同酸化剂 ２．１．１提取剂的选择 溶剂法提取活性成分时，选择适宜的溶剂非常关 键。天然谷物色素属黄酮类花色苷色素，具有较强极 性。因此，在提取时问为１ ｈ，料液比为ｌ：ｌＯ（ｇ／ｍＬ）的室 温条件下，对常用的极性溶剂对黑青稞籽粒中花色苷 的提取能力进行测定见图１。 Ｏ－１５ ｏ．１ｏ 譬ｏ．０５ ０ｌ００ ｌ＿ｌ 。－ 甲醇７Ｏ％甲醇乙醇７０％乙醇水 提取剂 圈１提取剂对黑青稞色素提取率的影响 Ｆｉｇ．１ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｏｌｖｅｎｔ Ｏｉｌ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ 结果如图ｌ所示，乙醇一水溶液（７０％乙醇）的提 取率最高，甲醇一水溶液（７０％甲醇）和水溶液次之，纯 甲醇和乙醇的提取率极低。乙醇安全廉价，提取液黏 度小、易过滤、回收方便，不易发霉变质，所以选择乙 醇一水溶液（７０％甲醇）作为提取剂。 进一步考察乙醇浓度对提取率的影响见图２。 立 褂 乙醇浓度／％ 图２ 乙醇浓度对黑青稞色素提取率的影响 Ｆｉｇ．２ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｔｈａｎｏｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ 结果发现，色素提取率随乙醇浓度的增加而增加， 当乙醇浓度达到６０％时提取率最高，随后又逐渐降 低。青稞色素易溶于乙醇，在水中溶解度相对较低，但 水起着穿透植物细胞的作用，有助于花色苷从细胞中 渗出㈣，因此选用醇一水混合物可提高提取率。根据试 验结果，确定最佳乙醇浓度为６０％。 对提取率的影响。 ０ ０．６ 三０．４ 甜 聋Ｏ．２ Ｏ ｆ Ｉ．Ｉ．－。－．－．Ｉ 。． 酸化剂 图３不ｌ司酸化剂对黑青稞色素提取翠的影响 Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｃｉｄｉｆｙｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ 结果如图３所示，相同ｐＨ值条件下以有机酸为 酸化剂时提取率普遍高于盐酸，其中以柠檬酸提取率 最高。该结果与在黑米色素中的研究结果一致 ，可 能是由于柠檬酸酸性柔和，不会破坏花色素的结构，对 色素无不良影响 １。因此，确定用柠檬酸为酸化剂。 ２．１．３提取温度的选择 提高温度是增大花色素溶解度和溶出速率的有 效途径，但温度过高也会加速活性成分的分解，尤其是 对黄酮类具有还原活性物质来说不宜用过高的温度 提取。此外过高的温度在实际生产中会使生产成本增 加。因此，选择合适的提取温度至关重要，结果见图４。 ｉ 铸 温度／（℃ 图４提取温度对黑青稞色素提取率的影响 Ｆｉｇ．４ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ 如图４所示，黑青稞提取率在３０℃～７０℃随温度 升高呈增加趋势，而大于８０℃后提取率反而有所下 降。这是由于温度过高情况下，色素发生一定程度的 降解，同时，温度较高促进可溶性蛋白质溶出变性，溶 液黏度增大影响细胞，阻碍了黄酮类物质的溶出， 从而降低了花色素的提取率㈣。综合考虑，确定最佳提 天然食品添加剂 食品研究与开发 第３２０１０年９月 卷第９期 取温度为７０℃。 ２．１．４提取时间的选择 以ｐＨ ３（柠檬酸）的６０％乙醇水溶液为提取剂， 提取率随时间的变化规律如图５所示。 瓣 时间／ｈ 图５提取时间对黑青稞色素提取率的影响 Ｆｉｇ．５ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ 在０．５ ｈ～５ ｈ时提取率逐渐增加。天然有机化合物 在提取过程中，时间过短难以有效提取，而时间过长有 效成分可能被破坏，并且造成成本的浪费。花色苷类 物质其本身易被氧化破坏，过长时间提取会导致其受 热降解＿１９１。因此将时间确定为时间为３ ｈ。 ２．１．５料液比的选择 料液比的选择见图６。 ０． 驰 ０． 料液比／（ｇ／ｍＬ） 图６料液比对黑青稞色素提取率的影响 Ｆｉｇ．６ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｏｌｉｄ－ｓｏｌｖｅｎｔ ｒａｔｉｏ ｏｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ 由图６可知，黑青稞色素提取率随料液比的增大 而升高，但当料液比大于１：ｌＯ（ｇ／ｍＬ）后，提取率逐渐下 降。这是由于液固两相存在溶解平衡和吸附平衡，低 温有利于吸附，由于料液比的增大，在产生相同热量的 条件下，提取液温度下降，吸附作用增强导致提取率下 降 ，同时考虑到从生产效率，耗能和节约成本等各方 面因素，确定ｌ：１０（ｇ／ｍＬ）应为最佳的料液比。 ２．１．６提取次数的选择 提取次数的选择见图７。 《１¨¨ ２． ＝＝＿－ 如图７所示，青稞籽粒在６０℃提取１ ｈ时，提取 率随提取次数增加而提高。假定提取４次的色素总量 为１００％，则１、２、３次提取率分别为８５．１％、９６．２％、 ９９．７％，差异不显著（Ｐ＞０．０５ ｏ因此从节约成本，生产 效率等各方面考虑确定进行一次提取。 ２．１．７籽粒粉碎度的选择 青稞籽粒含有５０％以上的淀粉，在温度较高的条 件下发生糊化【２Ｉ】’造成粉碎籽粒的提取液浑浊黏稠，难 以过滤及测定。此外青稞色素主要存在于其：种皮之中， 因此确定以完整籽粒进行色素提取。 ２．２三元二次回归正交旋转组合设计的试验结果 对单因素试验结果进行方差分析（ＡＮＯＶＡ），发现 提取时间、温度、和乙醇浓度对提取率的影响显著（ｐ＜ ０．０５），因此以这３个因素作为正交试验研究对象，固 定其它试验条件为：以酸化剂为柠檬酸，料液比１：１０ （ｇ／ｍＬ），完整籽粒提取一次。取试验中效果较好的水平 最为各正交试验研究因素的零水平，并设计因素水平 编码表，见表１。 表１因素水平表 Ｔａｂｌｅ １ ＦａｃｔＯｒｓ ａｎｄ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ 规范变量 提取温度／℃ 提取时间／ｈ 乙醇浓度／％ ２．２．１正交试验设计表及试验结果 采用ＤＰＳ软件编制二次正交旋转组合设计表，并 将试验结果列入表２。 表２黑青稞色素的回归旋转组合设计表和色素提取率 Ｔａｂｌｅ ２ Ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｅｌｄ Ｘ 提取温廖 提取时 Ｘ 乙醇浓度 提取率Ｈ 恸 ２３２ 第卷第期 ３１ ９ ’食品研究与开发 Ｒ明耵九司丌鼠 天然食品添加剂 续表２黑青稞色素的回归旋转组合设计表和色素提取率 Ｃｏｎｔｉｎｕｅ ｔａｂｌｅ ２ Ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｙｉｄｄ ２．２．２回归方程的建立和检验 利用ＤＰＳ软件对试验结果进行统计分析，得到影 响多糖提取率的回归方程： Ｙ＝９２．８９４ ７７—７。５１ １ ８７Ｘ１—３．０５３ ８７Ｘ２—５．９３０ ５４Ｘ３— １．３７０ ６２ —３．６６８ ７２Ｘ２２—３．１３３ ０９Ｘ３２—０．４８３ ７５ １Ｘ２＋ １．０４８ ７５ＸｌＸ厂４．１ ３３ ７５Ｘ２Ｘ３ 式中：ｙ为色素提取率（Ｉ．ｚｇ／ｇ）； 为提取温度，ｑＣ； 为提取时间，ｈ； 为乙醇浓度，％。 表３回归旋转组合设计试验方差分析表 Ｔａｂｌｅ ３ Ｖａｒｉａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ 表３由方差分析结果可知，回归方程的失拟性检 验：Ｆ ＞Ｆｎ∞（５，８）－１．６４不显著，即所选的回归模型不存 在失拟因子，回归模型是合适的。对回归方程进行显 著性检验：Ｆ２＞Ｆ０．∞ｆ９，１３）＝８．２７极显著，说明得到的回 归方程与试验数据是吻合的，该数学模型成立。对回 归系数进行显著性检验，在 ：０．１显著水平剔除不显 著项，得到优化后的回归方程： Ｙ＝９２．８９４ ７７—７．５ １ １ ８７Ｘ。一３．０５３ ８７Ｘ２—５．９３０ ５４Ｘ３— ３．６６８ ７２ ’２—３．１３３ ０９Ｘ３２－４．１３３ ７５Ｘ ２．２．３因素重要性分析 为进一步确定各因素色素提取率的影响程度，采 用贡献率法 对二次正交旋转组合设计结果进行分析。 值的标准转换值计算公式如下： ０ 若Ｆ≤１ １一＿＿１若Ｆ≥１ 贡献率计算公式如下： ｍ △ ＋ 岛蚂 ｉ≠ｊ 式中：△ 为第． 因素对提取效果的贡献的大小；△， 代表第 ．因素Ｆ值的标准转换值；△ 代表第ｉ因素与 第＿『因素交互作用Ｆ值的标准转换值 代表表第 因 素二次项Ｆ值的标准转换值。 据表３均方比Ｆ值，可知温度、时间、乙醇浓度对 提取率的贡献率分别为△ ＝１．１０８ ３，△。＝２．０８２ ２６６，△，＝ ２．１８６ ３８６。由于△ ＞△ ＞△ ，所以各因素对提取率的作用 大小依次为乙醇浓度＞时间＞温度。 ２．２．４提取条件的优化和验证 优化提取方案中ｘ 取值频率分布表见表４。 表４优化提取方案中ｘ。取值频率分布表 Ｔａｂｌｅ ４ Ｔｈｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｘｌ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＤＰＳ软件分析可得，黑青稞色素提取率最高时提 取方案为ｘｌ—１．６８２，Ｘ：，－－０，ｘ １，即温度５３ ｃＩ二，时间３ｈ， 乙醇浓度５０％。此时提取率为１０８．３３ ｌｘｇ／ｇ，明显高于 原试验设计中所有处理组合的提取率。在此条件下对 结果进行验证，实际提取率为１０５．２７、１０６．１１、 １０５．５４ ，与理论值间误差小于３％，说明该回归方 程与实际情况吻合良好。 本试验为三因素五水平，共有５３＝１２５种组合方 式，其中大于８８．０４的方案有４５个，各变量取值的频 率分布如表４所示。在９５％的置信区间内提取率大于 ８８．０４的优化提取方案为：温度５７．２０℃～６１．１９ ｃＣ，时间 ２．５２８ ｈ～３．１８９ ｈ，乙醇浓度５１．５３％～５７．４４％。 天然食品添加剂 食品研究与开发 第３２０１１卷第９期 ０年９月 ２３３ 取优化后浸提条件的平均值方案，Ｘ ：一１．０８０ ５， Ｘ２＝一０．１４１ ５，Ｘ３：一０．５５１ ５，即温度为５９－２ ｃｃ，时间为 川．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＣｅｒｅａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ．１９９６，２４（２）：１６ｌ—ｌ ｆ４】Ｔｈｏｍａｓ Ｋ Ｃ，Ｄｈａｓ Ａ，Ｒｏｓｓｎａｇｅｌ Ｂ Ｇ．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕ ｅｌ ａｌｃｏｈｏｌ ｆｒｏｍ ｈｕｌｌ－ｌｅｓｓ ｂａｒｌｅｙ ｂｙ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ｇｒａｖｉｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｃｅｒｅａｌ ｃｈｅｍｉｓｔｙ，ｒ １９９５，７２（４）：３６０－３６４ ２．９ ｈ，乙醇浓度为５４．５％组合方案对优化结果验证。 此时理论值Ｙ＝１０３．３７ Ｉｘｇ／ｇ，与实测值１００．０６ ｛；／ｇ非常 接近（误差为３．２％），说明该回归模型可以较好的反 映实际规律，也进一步验证了其合理性。 ３结论 【５］尼玛扎西．青稞与高原地区的食物保障：优势与作用［Ｊ】．农业 科技，１９９８，２０（２）：２０—２５ 【６】付湘晋．我国天然色素研究概况［Ｊ】．粮食与油脂，２１Ｘ Ｄ５（１２）：４２—４５ ［７］王桃云，万承永，王飞．我国天然色素研发与初探【 浙江林业科 技，２００１，２１（２）：７１—７３ 【８］邓祥元，王淑军，李富超，等．天然色素的资源和应／－￣［Ｊ１．中国调味 品．２０００（１０）：４９—５３ 【９】Ｂｒｉｄｌｅ Ｐ，Ｔｉｍｂｅｒｌａｋｅ Ｃ Ｆ．Ａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ ａｓ ｎａｔｕｒａｌ ｆｏｏｄ ｃｏｌｏｕｒｓ— ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓｐｅｃｔｓ［Ｊ】．Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９７，５８（１／２）：１０３—１０９ 本研究采用经典溶剂提取法提取黑青稞色素，对 仪器设备要求不高。在设计试验时，考虑到众多因素 都对提取效率有着不同程度的影响，因此先进行了单 因素试验，筛选出对提取效率影响显著的因素，再通过 二次正交旋转组合试验确定最佳提取工艺，有效提高 了试验的严谨性和可靠程度。试验结论如下： 黑青稞中花色苷类色素提取条件的优化数 学回归模型为： Ｙ＝９２．８９４ ７７－７．５ １ ｌ ８７Ｘｌ一３．０５３ ８７Ｘ２－５．９３０ ５４Ｘ３— ３．６６８ ７２Ｘ２２—３．１３３ ０９Ｘ３。４．１３３ ７５Ｘ２Ｘ３ ［１０】左玉．天然色素的研究与应用［Ｊ】．粮食与油脂，２００６（１９）：４６—４８ ［１ ｌ】Ｄｅｇｕｃｈｉ Ｌ Ｏｈｂａ Ｒ，Ｕｅｄａ Ｓ．Ｒａｄｉｃａｌ ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ａ ｐｕｒｐｌｅ ｐｉｇｍｅｎｔ，ｈｏｒｄｅｕｍｉｎ，ｆｒｏｍ ｕｎｃｏｏｋｅｄ ｂａｒｌｅｙ ｂｒａｎ－ｆｅｒｎ１ｅｎｔｅｄ ｂｒｏｔｈ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ａｎｄ Ｆｏｏｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０００，４８（８）：３１９８－３２０１ 【１２】杨德．试验设计与分析【Ｍ】．北京：中国农业出版社，２００２：２２１ ［１３］徐金瑞，张名位，刘兴华．黑大豆种皮花色苷的提取及其抗氧化作 用研究【Ｊ】．农业工程学报，２００５，２１（８）：ｔ６１—１６４ ［１４】唐洪波，马冰洁，李艳萍．葡萄籽中提取原花色素工艺的研究［Ｊ１． 粮油加工。２００８（１０）：７３—７６ 由回归方程可知，在酸化剂为柠檬酸（ｐＨ ３），料 液比１：１０ ｇ／ｍＬ，完整籽粒提取一次的条件下，黑青稞 【１５】卢钰，董现义，杜景平，等．花色苷研究进展【Ｊ】ｌ山东农业大学学报： 自然科学版，２００４，３５（２）：３１５—３２０ 花色素最佳提取工艺条件为：５３℃，时间３ ｈ，乙醇浓 度５Ｏ％，各因素对提取率的作用大小依次为乙醇浓 度＞时间＞温度。此数学回归模型在试验范围内能较准 ［１６】于长顺，杨婷婷，马春，等．黑米色素提取精制工艺的研究［Ｊ】＿大连 轻工业学院学报，２００５，２４（２）：ｌ２８—１３ｌ 【ｌ７】张晴．黑米色素提取精制工艺的研究【Ｊ１．青岛大学学报：Ｔ程技术 版。２０００．１５（２）：２４—２６ 确的预测总花色素的提取率。 参考文献： 【１】Ｅｈｒｅｎｂｅｒｇｅｒｏｖ＆Ｊ，Ｂｅｌｃｒｅｄｉｏｖ６ Ｎ，Ｐｒｙｍａ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃｕｈｉｖａｒ， ｙｅａｒ ｇｒｏｗｎ，ａｎｄ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｏｃｏｐｈｅｒｏｌｓ ａｎｄ 【ｌ８】严赞开，朱兰花．炮仗花色素的提取及稳定性［Ｊ】．食品科技，２００７， ３２（１）：１３７－１３９ ［１９】唐浩国．黄酮类化合物研究［Ｍ】．北京：科学出版社，２１）０９：３９—４０ 【２Ｏ］冯年平，郁威．中药提取分离技术原理与应用［ＭＩ．北京：中国医药 科技出版社，２００５：６—７ ｔｏｃｏｔｒｉｅｎｏｌｓ ｉｎ ｇｒａｉｎｓ ｏｆ ｈｕｌｌｅｄ ａｎｄ ｈｕｌｌｅｓｓ ｂａｒｌｅｙ［Ｊ１．Ｐｌａｎｔ Ｆｏｏｄｓ ｆｏｒ Ｈｕｍａｎ Ｎｕｔｉｒｔｉｏｎ，２００６，６１（３）：１４５—１５０ ［２ｌ】邹弈星，潘志芬，邓光兵，等．青藏高原青稞的淀粉特性［Ｊ１．麦类作 物学报，２００８，２８（１）：７４—７９ ［２】Ｌｉｕ Ｃ，Ｗｅｓｅｎｂｅｒｇ Ｄ，Ｈｕｎｔ Ｃ，ｅｔ ａ１．Ｈｕｌｌｅｓｓ ｂａｒｌｅｙ：Ａ ｎｅｗ ｌｏｏｋ ｆｏｒ ｂａｒｌｅｙ ｉｎ Ｉｄａｈｏ【Ｊ／ＯＬ］．１９９６．ｈｔｔｐ：／／ＷＷＷ．ｃａｌｓ．ｕｉｄａｈｏ．ｅｄｕ／ｅｄｃｏｍｍ／ ｐｄｆ／ＣＩＳ／ＣＩＳ１０５０．ｐｄｆ 【２２１巩发永，齐桂年，李静．四川边茶中茶多糖提取条件的优化研究 ［Ｊ】．福建茶叶，２００５，２５（３）：６—９ ［３］Ｏｓｃａｒｓｓｏｎ Ｍ，Ａｎｄｅｒｓｓｏｎ Ｒ，Ｓａｌｏｍｏｎｓｓｏｎ Ａ Ｃ Ｐ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｒｌｅｙ ｓａｍｐｌｅｓ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｄｉｅｔａｒｙ ｆｉｂｒｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ 收稿日期：２００９—１１－０７ ●●●●●●●●●●●●…●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●◆●●●●●●●●●…●一●●●● 《食品研究与开发》编辑部常年办理订阅手续 地址：天津市静海经济开发区（天字园）科技大道９号 邮编：３０１６０９ 邮汇收款人：《食品研究与开发》编辑部 电话：０２２—５９５２５６７ １
