超声波辅助提取黑白色素工艺优化

超声波辅助提取黑白色素工艺优化

黑莓（学名：美国）是水稻科的一种水果。黑莓中含有丰富的脂肪、蛋白质、养分、铁、锌、钙等养分，米末含有丰富的天然黑色素。已有研究表明,黑色素是人体内重要活性物质,与人体生长发育、健康都有密切联系。国内研究人员对不同材质中黑色素的提取做了大量工作,如黑米、黑芝麻及乌骨鸡中的黑色素;国外研究人员在基因水平上研究了红茶黑色素对磷脂酶的抑制作用及免疫受激活性。相比之下,人工合成黑色素不仅没有任何营养价值,更由于其食用的安全性越来越受到人们的排斥。因此,黑米中黑色素是生产天然保健食品较为理想的色素添加剂。本实验以食用黑米为原料,利用超声波技术,以乙醇溶液为浸提剂,采用正交试验法优化黑米中黑色素的最佳提取工艺,为进一步开发利用黑米黑色素提供一定的参考依据。1材料和方法1.1仪器和设备黑米市售;无水乙醇、盐酸(均为分析纯)。SK8200HP超声波清洗器南京昕航科学仪器有限公司;722N可见分光光度计杭州天钊科技有限公司;FA1604N电子天平上海精密科学仪器有限公司;SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵上海金鹏分析仪器有限公司;RE-52A型旋转蒸发器上海青浦沪西仪器厂;SQ2119多功能食品加工机上海帅佳电子科技有限公司;ZK-82B型真空干燥箱型号西安唯信检测设备有限公司。1.2方法1.2.1提取过程黑米→洗净烘干→粉碎→加入提取剂→超声浸泡提取→过滤黑色澄清透明液体→减压浓缩回收提取剂→真空干燥产品→计算提取率1.2.2最佳工艺条件的确定研究超声波功率、浸提剂的体积分数、料液比(黑米:乙醇溶液,m/V)及浸提时间对黑米黑色素提取率的影响,首先做单因素试验考察以上条件对提取率的影响,然后采用正交试验法优化最佳工艺条件。用分光光度计测定吸光度,作为色素提取率的标准。1.2.2.超声参数对激素提取率的影响准确称取2.50g粉碎的黑米,在常温条件下,料液比1:32,超声波功率300W,超声波处理30min,取体积分数分别为50%、60%、70%、80%、90%的乙醇溶液作为浸提剂,研究其对黑色素提取率的影响,在波长543nm处测定吸光度作为提取指标。1.2.2.超声用量对激素提取率的影响准确称取2.50g粉碎的黑米,在常温条件下,取70%的乙醇溶液作为浸提剂,料液比1:32,超声浸提时间30min,研究功率分别为150、200、250、300、350W时对黑色素提取率的影响,在波长543nm处测量吸光度作为提取指标。1.2.2.不同的料液比对激素提取率的影响准确称取2.50g粉碎的黑米,分别取20、40、60、80、100mL70%的乙醇溶液作为浸提剂,其对应的料液比分别为1:8、1:16、1:24、1:32、1:40(g/mL),超声波频率300W,浸提时间30min,研究不同的料液比对黑色素提取率的影响,在波长543nm处测量吸光度作为提取指标。1.2.2.不同超声浸提时间对激素提取率的影响准确称取2.50g粉碎的黑米,在常温下,取70%的乙醇溶液作为浸提剂,料液比1:32,超声波频率300W,浸提时间分别为10、20、30、40、50、60min,研究不同超声浸提时间对黑色素提取率的影响,在波长543nm处测量吸光度作为提取指标。1.2.2.最佳提取工艺的确定在单因素试验的基础上,为了获得以乙醇作为浸提剂,超声波辅助提取黑米中黑色素的最佳工艺条件,利用正交法“均衡分散”的特点,以乙醇体积分数、浸提时间、料液比、超声波功率4个因素为考察因素,以浸取样品中的黑色素提取率为主要考察目标,采用L9(34)正交表进行正交试验设计,以确定最佳提取条件,测定浸提液吸光度作为提取指标。1.2.5.6提取率计算式中:Y为黑米黑色素的提取率/%;m为黑米中提取的黑米黑色素的粗品质量/g;G为黑米质量/g。2结果与分析2.1渗透条件的选择2.1.1乙醇体积分数对提取率的影响从图1可知,乙醇体积分数在60%~80%时,有较高的提取率。体积分数达到80%以后,乙醇提取率略有降低。说明较高乙醇体积分数有利于提高黑色素提取率,但高体积分数乙醇使其醇溶性杂质的溶出增多,有效成分溶出反而减少。因此选定乙醇体积分数60%、70%、80%作为正交试验的3个水平。2.1.2超声功率的影响从图2可知,超声功率在250~350W时提取率较高。由于提取包括扩散、渗透、溶解等过程,提取功率愈大,提取愈完全,但当扩散达到平衡时,增大超声功率,提取率不再增大。因此选定超声波功率250、300、350W作为正交试验的3个水平。2.1.3料液比对激素提取率的影响由图3可知,在料液比1:8~1:24内降低料液比,黑色素提取率随之升高,而料液比小于1:24后,黑色素提取率略有下降,因此选定料液比1:16、1:24和1:32作为正交试验的3个水平。2.1.4色素提取率测定由图4可知,随着超声浸提时间的延长,黑色素提取率随之升高,但时间超过30min后,变化缓慢。因此选定浸提时间30、40、50min作为正交试验的3个水平。2.1.5超声条件对黑米中激素提取率的影响采用L9(34)正交表进行正交试验设计(表1),以确定最佳提取条件。按表1的正交因素水平设计L9(34)正交试验,结果见表2。由表2的方差分析可知,以上4个因素对黑米中黑色素提取率的影响大小依次为C(料液比)>A(乙醇体积分数)>B(超声功率)>D(浸提时间),料液比和乙醇体积分数对提取率的影响较为显著。超声提取黑米中黑色素的最佳条件为A3B1C3D3,即乙醇体积分数80%、超声波作用时间50min、料液比1:32、超声功率250W。按A3B1C3D3条件进行3次平行实验,黑色素提取后吸光度达到0.659,高于表2中每一组试验测定结果。2.2提取工艺取3份黑米各2.50g,采用上述最佳提取条件进行提取,得黑色素提取液,再按照1.2.1节的提取工艺流程,将黑色素溶液进行浓缩精制,得到黑色素精制品,称量计算得到色素平均质量为0.1125g,提取率为4.5%。传统的索式提取法以石油醚、乙醇为提取剂,在提取时间均较长的条件下,提取率仅为1.2%、1.44%。3超声辅助提取本实验采用正交试验法优选黑米中黑色素的最佳工艺条件,明显提高乙醇提取黑色素的效率,在最佳工艺条件下,即乙醇体积分数80%、超声波浸提时间50min、料液比为1:32、超声功率250W,测得黑色素提取率为4.5%。传统的索氏提取法的提取率只达到1.2%左右,本实验的提取率提高了近3倍。超声波辅助提取