超声辅助提取紫薯中花青素的工艺优化研究

摘 要：目的：以紫薯为材料，优化紫薯花青素的提取工艺。方法：利用超声波辅助提取法以提取时间、液料比、乙醇体积分数、超声功率为考察因素，以花青素的提取量为评价指标，通过单因素实验和正交实验得到最佳提取工艺。结果：在液料比为1∶10（g∶mL）、乙醇体积分数为70%、超声功率为150 W，提取时间为30 min时紫薯花青素的提取量最高，为60.8 mg/100 g。结论：工艺稳定，适用于紫薯花青素的提取。

关键词：紫薯；花青素；单因素实验；正交实验

Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction of Anthocyanins from Purple Potato

MAO Huiling， ZHAO Huiqin， MU Qier， XIN Mingjie

（Zhengzhou Institute of Industrial Application Technology， Zhengzhou 450000， China）

Abstract： Objective： To optimize the extraction process of anthocyanins from purple potato. Method： Using ultrasonic assisted extraction method， the extraction time， liquid-solid ratio， ethanol volume fraction and ultrasonic power were investigated， and the extraction amount of anthocyanin was evaluated， the optimal extraction process was obtained by single factor experiment and orthogonal experiment. Result： When the ratio of liquid to solid was 1∶10 （g∶mL）， ethanol volume fraction was 70%， the ultrasonic power was 150 W and the extraction time was 30 min， the extraction amount of anthocyanins was the highest （60.8 mg/100 g）. Conclusion： The extraction process was stable， and it was suitable for the extraction of anthocyanins from purple potato.

Keywords： purple potato; anthocyanins; single factor test; orthogonal test

紫薯是旋花科番薯属一年生草本植物，薯形长纺锤，薯肉呈紫色至深紫色，性平，味甘，归脾、胃、肺经。紫薯富含蛋白质、淀粉、膳食纤维、多种维生素和矿物质[1]，特别是硒元素和花青素这两种具有生物活性的物质，具有预防疾病、抗氧化、平稳血压、促进消化等健康功效[2]。

紫薯中的花青素含量较高，具有较强的抗氧化作用，能够有效地清除自由基，其抗氧化效果与市场上的某些合成抗氧化剂相当[3]。紫薯花青素是一种天然的抗氧化剂，相比人工合成的抗氧化剂，其具有更高的安全性[4-5]。紫薯花青素能够调节糖脂代谢，这对于预防和治疗与代谢相关的疾病具有重要意义。目前，紫薯花青素存在提取工艺复杂、成本较高等问题，需要研究更加经济有效的提取方法，以便在商业化生产中降低成本。本研究旨在开发工艺简单、成本低廉的紫薯花青素提取方法，以提高紫薯花青素在医药和化妆品行业的应用价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫薯，采购于郑州市农贸市场；乙醇，分析纯，天津市富宇精细化工有限公司；柠檬酸，分析纯，上海凯茵化工有限公司；矢车菊素-3-O-葡萄糖苷，分析纯，天津市德恩化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

SPX-350恒温水浴锅，常州恒隆仪器有限公司；XA-1粉碎机，深圳市莱博仪器有限公司；HR-150A分析天平（0.000 1 g），亚速旺（上海）商贸有限公司；752N型紫外可见光分光光度计，上海精密仪器仪表有限公司；Starter2100型pH计，奥豪斯仪器（上海）有限公司；TGL-16M低速台式大容量离心机，常州金坛良友仪器有限公司；GZX-9070 MBE电热恒温鼓风干燥箱，惠州荣晟仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

将采购的新鲜紫薯洗净，置于50 ℃烘箱中烘干8 h。将烘干后的紫薯取出晾晒1 h，在研钵中研磨成紫薯粉。将紫薯粉过60目筛，取过筛后的紫薯粉作为待用的紫薯样品。

1.3.2 标准曲线建立

精密称定标准品矢车菊素-3-O-葡萄糖苷62.5 mg，加入20 mL 70%乙醇溶液溶解后定容至250 mL，配制成250 µg·mL-1标准原液；分别取1.00 mL、5.00 mL、10.00 mL、20.00 mL、30.00 mL、40.00 mL标准原液于50 mL容量瓶中，用70%乙醇溶液定容至刻度线，配制成5 µg·mL-1、25 µg·mL-1、50 µg·mL-1、100 µg·mL-1、150 µg·mL-1、200 µg·mL-1的系列梯度标准溶液，依次测定各标准溶液的吸光度，根据溶液浓度和吸光度绘制标准曲线。

1.3.3 花青素的提取及含量计算

准确称取2.00 g紫薯样品，加入一定量酸性乙醇溶剂（用5%的柠檬酸调节pH=3），在常温下超声一段时间提取紫薯中的花青素，经离心后取出上清液，测定吸光度值。根据回归方程计算样品花青素浓度，按照公式（1）计算花青素提取量。

（1）

式中：Q为紫薯中花青素的提取量，mg/100 g；C是根据标准曲线计算得到的花青素浓度，µg·mL-1；D为紫薯样品稀释的体积，mL；m为原料的质量，g。

1.3.4 最大吸收波长的确定

取1 mL紫薯花青素提取液稀释5倍，扫描400～600 nm波长范围的紫外-可见吸收光谱，并对比矢车菊素-3-O-葡萄糖苷标准品的最大吸收波长，确定实验采用的最大吸收波长。

1.3.5 紫薯花青素提取的单因素实验

（1）提取时间。料液比1∶10（g∶mL），乙醇体积分数70%，超声功率150 W，考察提取时间10 min、20 min、30 min、40 min及50 min对紫薯花青素提取的影响。

（2）料液比。乙醇体积分数70%，超声功率

150 W，提取时间30 min，考察料液比1∶10、1∶20、1∶30、1∶40及1∶50（g∶mL）对紫薯花青素提取的影响。

（3）乙醇体积分数。料液比1∶10（g∶mL），超声功率150 W，提取时间30 min，考察乙醇体积分数40%、50%、60%、70%及80%对紫薯花青素提取的影响。

（4）超声功率。料液比1∶10（g∶mL），乙醇体积分数70%，提取时间30 min，考察不同超声功率100 W、150 W、200 W、250 W及300 W对紫薯花青素提取的影响。

2 结果与分析

2.1 最大吸收波长与标准曲线的确定

扫描400～600 nm波长范围的紫薯提取液吸收光谱，并对比矢车菊素-3-O-葡萄糖苷标准品的最大吸收波长，吸光度值最大处所对应的波长为517 nm，后续均在517 nm处测定溶液吸光度。以吸光度值（A）为纵坐标，以矢车菊素-3-O-葡萄糖苷的浓度（c）为横坐标，得到标准曲线A=0.005 6c-0.015 3，相关系数R2=0.999 9，线性关系良好。

2.2 单因素实验

2.2.1 提取时间对花青素提取效果的影响

如图1所示，提取时间为30 min时，溶液吸光度最大，即此时样品溶液中花青素含量最高，提取量最大。紫薯花青素的提取量随着时间的延长表现为先逐步上升，达到一个峰值之后开始逐渐降低。其可能是花青素不稳定，会随着提取时间的延长而分解。因此，以20 min、30 min、40 min为工艺优化的选择时间。

2.2.2 料液比对花青素提取效果的影响

如图2所示，在料液比为1∶20（g∶mL）时，样品的吸光度最大，吸光度的整体变化趋势为先升高后降低。随着对花青素溶出有帮助的乙醇用量逐渐增多，花青素溶出量增加，然而在溶出量趋于饱和的条件下，乙醇用量的不断增加反而导致花青素浸出率略有降低，造成了溶液中花青素的稀释。因此，选择1∶10、1∶20、1∶30（g∶mL）3个水平进行正交实验。

2.2.3 提取溶剂组成对花青素提取效果的影响

如图3所示，随着乙醇体积分数的增加，样品吸光度呈现先升后降的变化趋势，吸光度最大时乙醇体积分数为60%。因为花青素属于黄酮类物质，具有水溶性，当乙醇浓度超过60%后，水的占比减少，不利于花青素从紫薯中溶出。所以，选择乙醇体积分数60%、70%和80% 3个水平进行正交实验。

2.2.4 超声功率对花青素提取效果的影响

如图4所示，随着超声波功率的逐渐增大，样品的吸光度先增大后减小，当超声波功率达到200 W时紫薯中花青素提取量最高，超过200 W后提取量逐渐减小。这是因为功率过大会破坏花青素原来的化学结构，导致花青素含量减少。因此，选择150 W、200 W、250 W作为正交实验的水平设置。

2.3 正交实验结果

正交实验设计见表1，通过SPSSAU处理正交数据，结果见表2。从表2中极差数据可以看出，料液比对花青素的提取量影响最大，乙醇体积分数影响最小，最佳组合为A2B1C3D1，即料液比1∶10（g∶mL）、超声功率150 W、提取时间30 min、乙醇体积分数70%。在该工艺条件下平行实验3次，紫薯花青素提取量分别为61.3 mg/100 g、60.8 mg/100 g、60.4 mg/100 g，平均为60.8 mg/100 g。

3 结论

本研究选择超声波辅助提取工艺，以提取时间、料液比、溶剂组成、超声功率为考察因素，以花青素的提取量为评价指标，得到最佳提取工艺为料液比1∶10（g∶mL）、超声功率150 W、乙醇体积分数70%，提取时间30 min。对该参数进行验证，得出紫薯花青素的最大提取量为60.8 mg/100 g。

参考文献

[1]金梁燕.紫薯花色苷的制备及降血脂和调节肠道菌群活性研究[D].厦门：集美大学，2024.

[2]韩海华，梁名志，王丽，等.花青素的研究进展及其应用[J]. 茶叶，2011，37（4）：217-220.

[3]马孟佳，赵娟，陈鹏飞，等.4种不同来源花青素的稳定性及抗氧化性比较[J].食品研究与开发，2024，45（4）：31-39.

[4]张在花，常大勇，孙明明，等.紫薯花青素的提取及在柑橘保鲜中的应用研究[J].中国果菜，2023，43（5）：11-16.

[5]李辰，韩宏昌，王海峰，等.紫薯花青素提取及其在pH响应显色WPU涂层的应用[J].塑料工业，2022，50（8）：164-169.

作者简介：毛会玲（1993—），女，河南周口人，硕士，助教，研究方向：食品药品分析。