紫玉米穗轴花青素提取工艺研究

紫玉米穗轴花青素提取工艺研究

植物色素广泛分布于植物中，种类繁多。花青素主要是花色素糖苷类化合物的水生色素。在自然状态下，各种单体糖与植物体内的糖结合形成糖苷，也称为糖苷。紫玉米(Purplecorn)原产南美山区,在原属印加帝国范围内的居民作为粮食食用,其大小与普通玉米相同,但其种子呈紫黑色,有的植株和叶片也带有紫色。紫玉米色素属于花青素类物质,研究表明,花青素不仅是良好的天然着色剂,而且还具有抗氧化、抗突变,预防心脑血管疾病等功能,在食品、药品、化妆品等领域有着广阔的应用前景。对于黑玉米色素提取方法前人已做了初步研究,高宛莉等利用正交组合设计法优化了红甘蓝色素提取工艺参数。以富含花青素的紫玉米穗轴为原料,研究了提取剂浓度、提取温度、提取时间及料液比等单因素对紫玉米穗轴花青素提取的影响,并利用四因素四水平正交设计法对提取工艺进行优化,以便在其最佳工艺条件下大量提取该色素,以进行后续的分离纯化、稳定性、抗脂质过氧化活性等的研究,为开发利用紫玉米花青素提供理论参考。1材料和方法1.1材料和机器1.1.1试验材料选用由沈阳农业大学特种玉米研究所选育的紫玉米组合SZ15为试材。将风干的紫玉米穗轴用粉碎机粉碎,过100目筛,避光保存备用。1.1.2仪器、试药和分散剂FZ102微型植物粉碎机、BSA233S-CW电子天平:北京赛多利斯仪器系统有限公司;PH-3C型精密酸度计:上海雷磁仪器厂;721型可见分光光度计:上海奥诺勒仪器有限公司;DZKW-S-4数显电热恒温水浴锅:北京市光明医疗仪器厂;SHB-Ⅲ真空循环水势多用泵:郑州长城科工贸有限公司;LGR16-W台式高速冷冻离心机:北京京立离心机有限公司;WD-9405B型水平摇床:北京市六一仪器厂沃德生物医学仪器公司。1.2主试剂盐酸、无水乙醇、甲醇、丙酮、柠檬酸,以上化学试剂均为分析纯。1.3方法1.3.1提取紫玉米穗轴的蓝色信号的方法1.3.2最大吸收波长测定采用比吸光度法:我国食品添加剂标准化委员会建议采用比吸光度E(λmax)表示花青素含量。E=A/m。式中:A为样品稀释至100mL时,用1cm比色皿测得最大吸收波长下的吸光度;m为样品质量,g。由上式可以看出,当样品质量相同时,花青素的比吸光度与吸光度成正比,为方便起见,直接用吸光度值(A)分析比较不同提取条件下花青素的提取率大小。1.3.3最大吸收波长的确定准确称取已粉碎并过100目筛的紫玉米穗轴粉末0.5g,用10mL5%柠檬酸-无水乙醇(1∶1)提取剂,于60℃恒温水浴下浸提8h,过滤,将滤液稀释100倍后,取花青素稀释液用721型可见分光光度计在400nm~700nm波长下进行波谱扫描,筛选紫玉米穗轴花青素的最大吸收波长。1.3.4从紫玉米穗轴的pepop中提取的单因素试验1.3.4.不同提取剂的紫玉米花青素检测称取1g粉碎的紫玉米穗轴8份,分别加入10mL不同的提取剂,于60℃恒温水浴下浸提6h,过滤,将滤液稀释至一定浓度,于紫玉米花青素最大吸收峰处测定其吸光值。1.3.4.紫玉米花青素提取剂溶液的筛选称取1g粉碎的紫玉米穗轴5份,加入10mL不同的提取剂,分别于不同水浴温度下恒温浸提6h,过滤,将滤液稀释至一定浓度,于紫玉米花青素最大吸收峰处测定其吸光值。1.3.4.紫玉米花青素提取称取1g粉碎的紫玉米穗轴6份,加入10mL不同的提取剂,于60℃恒温水浴下,采用不同的浸提时间提取后,将滤液稀释至一定浓度,于紫玉米花青素最大吸收峰处测定其吸光值。1.3.4.紫玉米花青素总吸收用量的测定称取1g粉碎的紫玉米穗轴4份,以不同的料液比加入提取剂,于60℃恒温水浴下浸提6h,过滤,将滤液稀释至一定浓度,于紫玉米花青素最大吸收峰处测定其吸光值。1.3.5工艺条件正交试验设计为了综合考虑多因素对花青素提取过程的影响,根据单因素试验结果,采用L16(44)正交试验对提取工艺进行优化,筛选最佳的提取条件组合,每个处理组合做3次重复。2结果与分析2.1紫外玉米花青素吸收光谱制得紫玉米穗轴花青素的粗提液后,用721型分光光度计在400nm~700nm波长范围内,每隔2nm对紫玉米花青素的吸收光谱进行扫描,见图1。由图1可知,紫玉米穗轴花青素粗提液在526nm处有最大吸收峰。2.2紫玉米穗轴花青素提取不同提取剂对紫玉米穗轴浸提效果比较,见表1。已有研究表明,植物色素可分为脂溶性色素和水溶性色素2大类,水溶性色素主要为花青素糖苷类化合物,易溶于酸和有机溶剂,由表1可知,以5%HCl-乙醇1∶1混合液和5%柠檬酸-乙醇(1∶1)做提取剂时,吸光值最大,颜色最深,表明这2种提取剂提取效果较好,而以5%HCl-乙醇1∶1混合液提取时,吸光度达1.118,因此以5%HCl-乙醇1∶1混合液作为紫玉米穗轴花青素提取的最佳提取剂。2.3温度对花青素可溶性物质的影响不同温度对紫玉米穗轴花青素浸提效果的影响见图2。由图2可知,温度越高,花青素提取效果越好,这是由于温度升高,植物组织软化膨胀,从而增加花青素一类可溶性物质的溶解度和扩散速度,利于花青素的浸出。当温度超过50℃时,提取液的吸光值反而下降,这可能是由于温度的升高,长时间高温导致了花青素的降解,且温度越高,有机溶剂越容易挥发,从而使得提取率降低。2.4不同提取时间对粗提液的影响不同提取时间对紫玉米穗轴花青素浸提效果的影响见图3。由图3可以看出,随着提取时间的延长,提取效果越好,超过6h后,粗提液吸光值反而下降,可能由于提取的固液系统已经达到了平衡,而由于时间延长使花青素中一些糖苷的降解所致。2.5料液比a/g/l不同料液比对紫米穗轴花青素浸提效果的影响见图4。由图4可知,料液比为1∶10(g/mL)时,吸光值A最大。大于1∶10(g/mL)以后,吸光值又有降低趋势,说明色素在料液比为1∶10(g/mL)已基本提取完毕,如果再加大提取剂用量,反而对粗提液有稀释作用,从而对于粗提液的精制及提取液的回收利用造成困难。因此在提取色素时,应选最优料液比才能达到最大收益。2.6正交试验设计在单因素试验的基础上,设计了L16(44)正交试验来优化紫玉米穗轴花青素的提取工艺。L16(44)正交试验设计见表2。表3试验结果表明:影响因素中,料液比对紫玉米穗轴色素浸提影响最大,其次是温度,再次是时间,最后是提取液浓度。最优的浸提工艺条件是A4B4C4D1,即提取液浓度是20%,温度为70℃,时间8h,料液比1∶10(g/mL)。3紫玉米穗轴花青素提取的正交试验1)紫玉米穗轴花青素为水溶性色素。在酸性条件下比较稳定,用HCl-乙醇1∶1混合液做提取剂时呈鲜艳的红色。2)用721型分光光度计在400nm~700nm波长范围内,对紫玉米穗轴色素粗提液的吸收光谱进行扫描得出在526nm处有最大吸收峰。3)以紫玉米穗轴为原料,研究了不同提取剂、提取温度、提取时间、料液比对紫玉米穗轴花青素提取的影响,确定了最佳单因素提取条件:5%HCl-乙醇1∶1混合液、提取温度50℃、提取时间6h,料液比1∶10(g/mL)。4)用正交表L16(44)进行了四因素四水平的正交试验,确定了提取紫玉米穗轴花青素的最佳工艺条件为,用20%HCl-乙醇1∶1混合液,料液比按照1∶10(g/mL)的比例,在70℃恒温水浴下提取8h。料液比对紫玉米穗轴色素浸提影响最大,其次是温度,再次