全 文 ：工艺技术 食品工业科技Vol.29, No.06, 2008
2008年第 06期 183
超声波辅助提取紫苏叶中花色素苷的
工艺研究
胡晓丹 1 ,孙爱东 1 ,王彩霞 1 ,张德权 2, ＊
(1.北京林业大学生物科学与技术学院 ,北京 100083;
2.中国农业科学院农产品加工研究所 ,北京 100094)
摘 要:比较了不同提取剂对紫苏叶花色素苷的提取效果 ,确定 6%乙酸为选用的提取剂 ,其对紫苏叶花色素苷的组成
影响很小。通过正交实验 ,得到了超声波辅助提取的最佳工艺条件:以 6%乙酸为提取溶剂 ,料液比为 1∶10(g/mL),在
室温(25℃)下经 225W超声波提取 2次 ,每次 20min。在此条件下 ,紫苏叶花色素苷的得率为 5.95%,粗提物中花色素
苷的含量为 29.44%。
关键词:超声波辅助提取 ,紫苏叶 ,花色素苷
Studyonextractionofanthocyaninsfromperilaleavesby
ultrasonicassistedextraction
HUXiao-dan1 , SUNAi-dong1 , WANGCai-xia1 , ZHANGDe-quan2 , ＊
(1.ColegeofBiologyScienceandTechnology, BeijingForestryUniversity, Beijing100083 , China;
2.InstituteofAgro-foodScienceandTechnology, ChineseAcademyofAgriculturalSciences, Beijing100094 , China)
Abstract:Theeffectofdiferentextractingsolventsonextractionofanthocyaninsfromperilaleaveswasstudied.
Theresultsshowedthat6% acidicwaterwassuitableforextractionofanthocyaninstoincreaseextractionyield
andavoiddegradation.Throughorthogonaldesigntest, theoptimumtechnologicalconditionsusedforextraction
ofanthocyaninsbyultrasonicassistedextraction(UAE)wereasfolows:theratioofmaterialto6% aceticacid
was1∶10.Itwasextractedbyultrasonicwaveatthepowerof225Wfortwotimesunderroomtemperature(25℃),
andtheextractiontimewas20minforeachtimes.Underthiscondition, theextractingrateofanthocyaninswas
5.95% andthecontentofanthocyaninsincrudeextractwas29.44%.
Keywords:ultrasonicassistedextraction;perilaleaves;anthocyanin
中图分类号:TS201.1 文献标识码:B 文 章 编 号:1002-0306(2008)06-0183-04
收稿日期:2007-11-21 ＊通讯联系人
作者简介:胡晓丹(1974-),男 ,博士 ,讲师 , 研究方向:食品化学与天
然产物化学。
基金项目:中德基金资助项目(051/4)。
紫苏 [ Perilafrutescens(L.)Brit]属唇形科一年
生草本植物 ,现主要分布于中国 、印度 、日本 、朝鲜等
国 ,在我国已有 2000多年的栽培历史 ,是国家卫生
部首批颁布的既是食品又是药品的 60种中药之
一 [1 ] 。花色素苷(Anthocyanin)是水溶性黄酮类色素
中最重要的一类 ,赋予水果 、蔬菜 、花卉等五彩缤纷
的颜色 [2 ] 。研究证明 ,花色素苷有降低冠状动脉心脏
病(CHD)发病率的作用。欧洲越橘中的花色素苷已
被长时间用于改善视敏度和用于调理血液循环的紊
乱。此外 ,花色素苷还对糖尿病和口腔溃疡有治疗
作用 ,同时还具有抗病原体和抗微生物的活性 [ 3 ] 。紫
苏叶中含有丰富的花色素苷 ,其中包括 9种花色素
苷及顺式异构体 ,含量最高的是丙二酰基紫苏宁和
紫苏宁 ,不仅可以用于食品的着色 ,而且具有潜在的
生理活性 [4 ] 。本文研究超声波辅助提取紫苏叶花色
素苷 ,采用正交实验筛选出最佳提取条件 ,可用于保
健食品和天然色素的研制开发 ,为紫苏叶的利用提
供了客观的实验依据 。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
紫苏叶 产自浙江杭州 ,采收后冷冻干燥备用 ,
使用前磨碎过 60目筛;甲醇 、乙醇 、三氟乙酸 、乙酸 、
盐酸等 均为分析纯;乙腈 、甲酸等 均为色谱纯;
紫苏叶花色素苷对照品 德国不伦瑞克理工大学食
品化学研究所提供;去离子水。
KQ-250D型超声波仪 ,德国产 ALPHA1-4型冷
冻干燥机 ,日本岛津 LC-20A型高效液相色谱仪 ,配
有二极管阵列检测器(DAD), PhenomenexLunaC18柱
(5μm, 250mm×4.6mm), 752型分光光度计 , pHS-2C
型精密酸度计 , R-201型旋转蒸发仪等 。
DOI :10.13386/j.issn1002-0306.2008.06.008
食品工业科技
ScienceandTechnologyofFoodIndustry 工艺技术
2008年第 06期184
1.2 实验方法
1.2.1 紫苏叶中花色素苷含量的测定
1.2.1.1 花色素苷最大吸收波长的测定 将紫苏叶
花色素苷对照品用稀盐酸溶解 ,使用 pH计调节 pH
至 2.5,溶液在紫外可见区 195～ 650nm范围内进行扫
描 ,得到紫外可见光谱图 ,确定花色素苷的最大吸收
波长为 530nm。
1.2.1.2 花色素苷标准曲线的制作 称取 0.2516g紫
苏叶花色素苷对照品 ,用稀盐酸溶解 ,使用 pH计调
节 pH至 2.5,并定容至 100mL,配制不同浓度的溶
液 ,在最大吸收波长处测吸光度 ,参比为蒸馏水。以
吸光度为横坐标 ,以浓度为纵坐标 ,绘制标准曲线 ,
得回归方程:C=1.3019A+0.02041, R2 =0.9968。
1.2.1.3 样品花色素苷总量的测定 称取适量样品 ,
用稀盐酸溶解 ,使用 pH计调节 pH至 2.5,并定容至
100mL,取适量的溶液在最大吸收波长处测吸光度 ,
参比为蒸馏水 ,利用标准曲线计算出样品中花色素
苷的总量 。
1.2.2 紫苏叶花色素苷的超声波辅助提取实验
1.2.2.1 提取剂种类对花色素苷得率及组成影响的
测定 称取 5.0g样品 ,按 1∶6(g/mL)料液比加入提
取剂 ,在室温(25℃)下经 200W超声波处理 30min,
过滤 ,滤液用 HPLC分析花色素苷的组成 ,放置 5h后
再分析花色素苷的组成 ,比较组成的差异 。将滤液
减压低温浓缩 ,冷冻干燥得到紫苏叶花色素苷粗提
物 ,称重 ,测定紫苏叶花色素苷的得率及粗提物中花
色素苷的含量 ,下同。每个样品做 3个平行 ,取平均
值 ,下同 。分别采用不同的提取剂 ,根据花色素苷的
组成变化和花色素苷的得率来确定选用的提取剂。
紫苏叶花色素苷的得率(%)=(粗提物中花色
素苷的总量 /紫苏叶的质量)×100%
粗提物中花色素苷的含量(%)=(粗提物中花
色素苷的总量 /粗提物的质量)×100%
1.2.2.2 乙酸浓度对花色素苷得率影响的测定 以
2%、4%、6%、8%和 10%的乙酸水溶液为提取剂分
别进行提取 ,测得紫苏叶花色素苷的得率与提取剂
乙酸浓度的关系。
1.2.2.3 提取温度对花色素苷得率影响的测定 在
25、40、50、60、70℃下分别进行提取 ,测得紫苏叶花
色素苷的得率与温度的关系 。
表 2 不同提取剂的提取效果比较
提取剂 蒸馏水 1% HCl-甲醇 1% HCl-乙醇 0.1% HCl-60%甲醇 0.1% HCl-60%乙醇 3% TFA 4%乙酸
得率(%) 0.41 7.27 4.24 6.24 2.36 3.78 3.67
花色素苷
组成的变化 - ++ ++ + + - -
注:用 HPLC法分析 , “ -”表示变化小 , “ +”表示变化较大 , “ ++”表示变化大。
1.2.2.4 超声波功率对花色素苷得率影响的测定
在 150、175、200、225、250W超声波下分别进行提取 ,
测得紫苏叶花色素苷的得率与超声波功率的关系。
1.2.2.5 料液比对花色素苷得率影响的测定 按料
液比 1∶4、1∶6、1∶8、1∶10和 1∶12(g/mL)分别进行提
取 ,测得紫苏叶花色素苷的得率与料液比的关系 。
1.2.2.6 提取时间对花色素苷得率影响的测定 按
10、20、30、40、50min分别进行提取 ,测得紫苏叶花色
素苷的得率与提取时间的关系 。
1.2.2.7 正交实验 在单因素实验的基础上 ,对超声
波辅助提取花色素苷的主要影响因素 ,即提取温度 、超
声波功率 、料液比及提取时间进行 L16 (45 )正交实验 ,考
虑各因素之间的交互作用。各因素水平如表 1所示。
表 1 正交实验因素水平表
水平 A提取温度(℃)
B超声波
功率(W)
C料液比
(g/mL)
D提取时间
(min)
1 25 150 1∶4 10
2 40 175 1∶6 20
3 50 200 1∶8 30
4 60 225 1∶10 40
1.2.2.8 提取次数对花色素苷得率影响的测定 称
取 5.0g样品 ,按正交实验优化确定的提取温度 、超声
波功率 、料液比及提取时间 ,分别提取 1、2、3、4次 ,
测得紫苏叶花色素苷的得率与提取次数的关系。
1.2.2.9 花色素苷的得率及含量 称取 10.0g样品 ,
按前面确定的最佳工艺条件处理 ,得到紫苏叶花色
素苷粗提物 ,测定紫苏叶花色素苷的得率及粗提物
中花色素苷的含量。
2 结果与分析
2.1 提取剂种类对花色素苷得率及组成的影响
分别用蒸馏水 、1% HCl-甲醇 、1% HCl-乙醇 、
0.1% HCl-60%甲醇 、0.1% HCl-60%乙醇 、3%三氟
乙酸(TFA)和 4%乙酸进行提取 ,测定紫苏叶花色素
苷的得率 ,并用 HPLC分析提取剂对花色素苷组成的
影响(结果见表 2)。在 7种提取剂中 ,以 1%HCl-甲
醇提取效率最高 ,蒸馏水提取效率最低 ,分析原因是
1%HCl-甲醇对植物细胞的渗透能力比较强 。
HPLC的分析结果显示 ,含酸的醇溶液对紫苏叶
花色素苷的组成影响较大 ,而乙酸水及蒸馏水对其
组成影响很小 。在大多数文献中 ,提取紫苏叶花色
素苷最常用的浸提剂是含酸的醇溶液 ,特别是盐酸-
甲醇溶液 ,因为其提取效率较高同时成本较低 [ 5, 6] 。
但是 ,在此条件酰基化紫苏叶花色素苷容易发生脱
酰化反应 ,比如丙二酰基紫苏宁会脱酰化生成紫苏
宁 [ 7 ] 。用此提取剂提取得到的花色素苷并不是紫苏
叶中真实的花色素苷组成 ,所以提取剂不宜选择含
酸的醇溶液 。 3%三氟乙酸和 4%乙酸的提取效率相
当 ,对紫苏叶花色素苷组成的影响都很小 ,但是考虑
到提取物的安全性 ,故本实验选用乙酸水溶液作为
紫苏叶花色素苷的提取剂 。
2.2 乙酸浓度对花色素苷得率的影响
由图 1可见 ,随着乙酸浓度的上升花色素苷的
得率增加 ,但是超过 6%后得率反而略有下降 ,可能
是紫苏叶花色素苷在高酸度条件下部分降解 ,故乙
工艺技术 食品工业科技Vol.29, No.06, 2008
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酸的使用浓度以 6%为佳。
图 1 不同乙酸浓度的提取效果比较
2.3 提取温度对花色素苷得率的影响
由图 2可见 ,随着温度的上升花色素苷的得率增
加 ,但是超过 50℃后得率反而下降 ,可能是紫苏叶花
色素苷在高温下部分降解 ,故提取温度以 50℃为佳。
图 2 不同温度的提取效果比较
2.4 超声波功率对花色素苷得率的影响
由图 3可见 ,随着超声波功率的增大得率也呈
上升趋势 ,但在 225W以后得率上升的速率明显减
慢。超声波功率的增大会增加细胞的破碎程度 ,从
而增加花色素苷的溶出量 , 因此理论上讲功率越大
越利于花色素苷的萃取。但是超声波功率过大会增
加能量的消耗 ,增加生产的成本。综合考虑 ,超声波
功率在 150～ 225W的范围内比较合适。
图 3 不同超声波功率的提取效果比较
2.5 料液比对花色素苷得率的影响
由图 4可见 ,随着料液比的增加花色素苷的得
率也增加 ,但是超过 1∶10后得率不再明显增加 ,故料
液比应不超过 1∶10。
图 4 不同料液比的提取效果比较
2.6 提取时间对花色素苷得率的影响
由图 5可见 ,得率随提取时间的增加而增大。
但是 ,当时间超过 40min后 ,得率增加的速率很缓
慢。从节省生产时间的角度考虑 ,提取时间在 10～
40min范围内比较合适。
图 5 不同提取时间的提取效果比较
2.7 正交实验结果
在单因素实验的基础上 ,选用提取温度 、超声波
功率 、料液比和提取时间这四个主要影响因素进行
正交实验 ,全面研究这四个因素的交互作用对紫苏
叶花色素苷得率的影响。选用 L16(45)正交实验表进
行实验设计 , 以紫苏叶花色素苷得率为实验指标。
正交实验结果显示 ,四种因素对紫苏叶花色素苷得
率的影响大小依次为:料液比 >超声波功率 >提取
时间 >提取温度 。方差分析表明 ,不同水平的料液
比对花色素苷得率的影响极显著 ,不同水平的超声
波功率对花色素苷得率的影响显著 ,而提取时间和
提取温度对得率的影响不显著。在实验设定的范围
内 ,最佳方案为 A1 B4 C4 D2 ,即以 6%乙酸为提取溶剂 ,
料液比为 1∶10(g/mL),在室温(25℃)下经 225W超
声波提取 20min。在此条件下 ,紫苏叶花色素苷的得
率为 5.37%,粗提物中花色素苷的含量为 29.46%,而
且对天然紫苏叶花色素苷的组成影响较小。
2.8 提取次数对花色素苷得率的影响
由图 6可见 ,随着提取次数的增加花色素苷的
得率也增加 ,但是超过 2次后得率的变化不大 ,从能
耗 、时间以及提取剂的经济角度来看 ,已没有多少实
际意义 ,故提取次数以 2次为佳 ,并且第 2次浸提的
母液可用于下一批次的第 1次浸提 ,也就是工业上
的套浸 。
图 6 不同提取次数的提取效果比较
2.9 花色素苷的得率及含量
在确定的最佳工艺条件下 ,紫苏叶花色素苷的
得率约为 5.95%, 粗提物中花色素苷的含量约为
29.44%,而且对天然紫苏叶花色素苷的组成影响
较小。
(下转第 188页)
食品工业科技
ScienceandTechnologyofFoodIndustry 工艺技术
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表 6 感官指标检验结果
项目 草莓蛋乳饮料 国标
滋味和气味 风味协调 , 兼具鸡蛋草莓和发酵乳的香味 应具有加入物相应的香味 , 无任何不良滋味和气味
组织状态 质地均匀 ,柔和细腻 , 爽口润滑 质地均匀 ,无脂肪上浮 , 允许有少量加入物沉淀
色泽 色泽均匀 ,呈淡红色 具有加入物相应色泽
表 7 理化指标检验结果
项目 蛋白质含量(%) 脂肪含量(%) 总固体(%) pH
草莓蛋乳发酵饮料 1.2 1.1 14 3.8
国标 ≥1.0 ≥1.0 没做要求 3.8～ 4.0
结论 合格 合格 合格 合格
从表 6可以看到 ,草莓鸡蛋乳酸菌饮料颜色呈
浅红色 ,具有草莓 、鸡蛋特有的香味 ,感官指标符合
国家标准 。
从表 7可以看到 , 制品的理化指标符合国家
标准 。
表 8 微生物指标检验结果
项目 大肠杆菌 致病菌 细菌总数
草莓蛋乳发酵饮料
(cfu/mL) 34 未检出 7.9×103
国标(cfu/mL) ≤40 不得检出 ≤10000
结论 合格 合格 合格
从表 8所示可知 ,草莓蛋乳发酵饮料的细菌指
标符合国家标准。
4 结论
4.1 制备发酵乳时 , 牛乳中鸡蛋液的加入量为
30%,接种量为 3%, 蔗糖添加量 6%, 发酵温度
4 2℃,发酵时间 3.5h,制品稠度适中 ,有良好的乳香
和蛋香 。
4.2 用水调和发酵乳的稀释比例为 6∶4 ,柠檬酸添加
量为 1.4%,发酵蛋奶与草莓酱比例为 10∶1,蜂蜜添
加量为 7%,可获得良好的口感。
4.3 复合稳定剂为黄原胶 0.25%、卡拉胶 0.01%、单
甘酯 0.01%,产品稳定 ,无分层现象 ,风味良好。
4.4 产品营养全面 ,风味清新独特 ,易被人体消化吸
收 ,且不含任何防腐剂 、色素 、香精等化学合成物质 ,
具有较高的市场推广价值 。
参考文献:
[ 1] 赵法利 , 等 .鸡蛋中功能成分的研究 [ J] .食品科学 ,
2006(12):798～ 803.
[ 2] 王汉中 ,等 .发酵型酸乳饮料 [ J] .食品工业 , 1997(2):
26～ 27.
[ 3] 刘丽 ,等 .调配型酸乳饮料稳定剂及稳定性研究 [ J] .食
品工业科技 , 2002(3):24～ 25.
(上接第 185页)
3 结论
3.1 含酸的醇溶液对紫苏叶花色素苷的组成影响较
大 ,乙酸水是提取天然紫苏叶花色素苷的合适浸提
剂 ,具有较高的提取效率 ,而且对紫苏叶花色素苷的
组成影响很小 。通过对不同种类及浓度的提取剂提
取效果的比较 ,确定 6%乙酸为选用的提取剂 ,其具
有安全性高和成本低的优点 。
3.2 通过单因素实验和正交实验 ,得到了超声波辅
助提取紫苏叶花色素苷的最佳工艺条件:以 6%乙酸
为提取溶剂 ,料液比为 1∶10(g/mL),在室温(25℃)
下经 225W超声波提取 2次 ,每次 20min。在此条件
下 ,紫苏叶花色素苷的得率为 5.95%,粗提物中花色
素苷的含量为 29.44%,而且对天然紫苏叶花色素苷
的组成影响较小。
参考文献:
[ 1] 卫生部药典委员会编 .中国药典 [ M] .北京:化学工业
出版社 ,人民卫生出版社 , 1985.301.
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[ 7] StrackD, AkaviaN, ReznikH.Highperformanceliquid
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化研究 [ J].食品工业科技 , 2005, 26(12):99～ 100.
权威·核心·全面·领先·实用