全 文 ：玫瑰茄花青素提取条件优化研究
李升锋 , 徐玉娟 , 张友胜 , 吴继军 , 唐道邦 , 温 靖
(广东省农科院蚕业与农产品加工研究所/广东省农产品加工公共实验室 , 广东 广州 510610)
摘 要:运用四因素二次回归正交旋转组合设计试验方案 , 研究了温度 、时间 、液料比 、乙醇浓度对玫瑰茄干花萼花
青素提取率的影响 ,确定了花青素的较优提取范围。通过贡献率法计算表明 ,在试验范围内各因子对花青素提取率作用
的大小依次为提取温度>液料比>提取时间>乙醇浓度。频率分析得到花青素提取率高于 0.05%的优化条件:温度为
70.27 ～ 74.06℃, 时间为 1.57 ～ 1.76 h , 液料比为 24.12 ～ 26.18 ,乙醇浓度为 39.84%～ 44.94%。
关键词:玫瑰茄;干花萼;花青素;提取
中图分类号:TS255.36 文献标识码:A 文章编号:1004-874X(2006)11-0083-03
Studies on the optimum conditions in ex tracting mono-
anthocyanin in Hibiscus sabdarif fa L.
LI Sheng-feng , XU Yu-juan , ZHANG You-sheng , WU Ji-jun , TANG Dao-bang , WEN Jing
(Sericulture and Farm Produce Processing Research Institute , Guangdong Academy of Agricultural Sciences ,
Guangdong Open Acess Laboratory of Agricultural Product Processing , Guangzhou 510610 , China)
Abstract:By means of orthogonally ro tational combination design , a four-factor(temperature , time , ratio of so lvent to
dry flow er , ethanol concentration)substrate cultiva tion experiment w as conducted by using of Hibiscus sabdarif fa L.dry flow-
er.The regression equations of the relationship be tw een temperature , time , ratio o f solvent to dry flower , ethanol concentration
and etraction ra te of polyphenols w ere established.The results indicated that the ex traction rate of mono-anthocyanin was af-
fected obviously in successive order by temperature , ratio o f solvent to dry flow er , time and ethanol concentration.Considering
the high ex traction rate , the optimum ex traction conditions of temperature , time , ratio of solvent to dry flower , ethanol con-
centr ation were 70.27～ 74.06℃, 1.57～ 1.76 hours , 24.12～ 26.18 , 39.84%～ 44.94%, respectively.
Key wo rds:Hibiscus sabdarif fa L;dry flower;mono-anthocyanin;extraction
玫瑰茄(Hibiscus sabdari f fa L .)属锦葵科木槿属
1年生草本植物 ,主要分布于印度 、东南亚 、非洲和南
美等地 ,目前 ,我国云南 、福建 、广东 、广西等地已大面
积种植[ 1] 。玫瑰茄花萼为紫红色 ,化学组成主要是有
机酸 、碳水化合物 、粗蛋白 、粗脂肪 、花青素和类黄酮类
物质 。玫瑰茄花萼有机酸含量高达 15%～ 30%,主要
有草酸 、酒石酸 、苹果酸 、琥珀酸 、原儿茶酸 、柠檬酸 、丙
二酸 、木槿酸。玫瑰茄花萼中含有丰富的花青素 ,花青
素主要是飞燕草素(Delphinidin)和矢车菊素(Cyani-
din)的糖甙 ,玫瑰茄花萼还含有一些类黄酮类物质 ,这
些都是具有抗氧化活性的物质 。传统医学认为 ,玫瑰
茄花萼具有清热 、解渴 、止咳和降血压作用。在埃及 ,
广泛用于治疗心脏和神经的疾病;在印度 ,作为利尿 、
抗坏血病等药物;在塞内加尔 ,玫瑰茄被推荐为杀菌
收稿日期:2006-10-17
基金项目:广东省农业攻关项目(2004B20401015)
作者简介:李升锋(1976-), 男 ,硕士 , 助理研究员
剂 、驱肠虫剂和降血压剂[ 2] 。近年来 ,国内外对玫瑰
茄花萼的保健功能和药理作用进行了广泛深入的研究
和报道 ,进一步确定玫瑰茄具有抗氧化 、抗肿瘤 、降血
压 、保护肝脏和心血管等药理作用和药用价值[ 3-7] 。
本研究以玫瑰茄干花萼为原料 ,对其花青素提取工艺
进行初步探索 ,为分离纯化玫瑰茄花青素奠定前期理
论基础 ,同时为玫瑰茄的综合利用提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试的玫瑰茄干花萼由广东省乳源瑶族自治县提
供 ,没食子酸(标准品)由中国药品生物制品检定所提
供 ,乙醇 、碳酸钠等试剂均为分析纯;主要试验仪器设
备有 UV-1700型分光光度计(日本 SHIMADZU 公
司生产)、 JC101-1A型数显鼓风干燥箱(上海嘉程仪
器设备厂生产)、TDA-8002型水浴锅(河北省黄骅航
天仪器厂生产)、QYQ-100-U L型移液器(北京青云
卓立精密设备有限公司生产)。
83广东农业科学 2006 年第 11 期
DOI :10.16768/j.issn.1004-874x.2006.11.029
1.2 试验方法
1.2.1 玫瑰茄提取液制取 将玫瑰茄花萼烘干后磨
成粉末 ,过 200目筛网 ,称取一定质量的干花萼粉进行
提取试验 ,过滤后得提取液。
1.2.2 花青素含量测定及其提取效率 采用 pH 值
示差法[ 8] ,扫描玫瑰茄提取液的吸收曲线 ,最大吸收
波长为 517 nm 。花青素含量(mg/ L)=〔(Aλ517 -
Aλ700)pH1.0 -(Aλ517-Aλ700)pH4.5〕×MW×DF ×1000/
(ε×1);λVis-max 为λ517nm , MW 为分子量(MW=
449.2),DF 为稀释因子 ,ε为摩尔吸光度(ε=26900 L/
mol·cm)。
花青素的提取效率(%)=V×A/M ×10-3×100;
V 为玫瑰茄浸提液体积(L), A 为浸提液花青素含量
(mg/L),M 为玫瑰茄干花萼质量(g)。
试验数据采用DPS v3.01专业版软件进行统计分
析。
2 结果与分析
2.1 花青素提取效率回归方程的建立与检验
试验因素和水平见表 1 ,利用二次回归正交旋转
组合设计试验方案 ,其试验组合及花青素提取率见表
2。
根据表 2结果 ,计算各项回归系数 ,以这些回归系
数建立花青素提取率与温度 、时间 、液料比 、乙醇浓度
四因子的数学回归模型:y =0.05416-0.00323 x1 +
0.00180 x 2+0.00489 x3+0.00108 x4-0.00271 x 12-
0.00200 x 22 + 0.00108 x 32 - 0.00491 x42 -
0.00018 x 1 x 2 + 0.00174x1 x 3 + 0.00005 x 1 x 4 +
0.00035 x 2 x 3-0.00008 x 2 x 4+0.00002 x 3 x 4……(1)
试验结果方差分析表见表 3 。由方差分析可知:
回归方程的失拟性检验 F 1 =2.149(F0.05(10 ,11)=
2.94)不显著 ,说明所选用的二次回归模型是适当的;
回归方程的显著性检验 F2 =40.228(F 0.01(14 , 21)=
3.49)极显著 ,说明模型的预测值与实际值非常吻合 ,
模型成立;对回归系数显著性检验 ,在α=0.10显著水
平剔除不显著项 ,得到优化后的方程为:y =0.05416
-0.00323 x 1 +0.00180 x 2 +0.00489 x 3+0.00108 x 4
-0.00271 x 12 - 0.00200 x 22 + 0.00108 x32 -
0.00491 x 42+0.00174x 1 x 3 。
2.2 试验因素的重要性分析
采用贡献率法对各试验因素的重要性进行分析:
δ= 0 (F ≤1) 1-1/F (F ≥1)
表 1 试验因素和水平
水平 温度(x 1 , ℃)
时间
(x 2 , h)
液料比
(x3)
乙醇浓度
(x4 , %)
-2 55 0.5 10 0
-1 65 1.0 15 20
0 75 1.5 20 40
1 85 2.0 25 60
2 95 2.5 30 80
表 2 试验设计及花青素提取率
处理 x1 x 2 x 3 x4 花青素提取率(%)
1 1 1 1 1 0.0523
2 1 1 1 -1 0.0490
3 1 1 -1 1 0.0378
4 1 1 -1 -1 0.0346
5 1 -1 1 1 0.0493
6 1 -1 1 -1 0.0465
7 1 -1 -1 1 0.0375
8 1 -1 -1 -1 0.0342
9 -1 1 1 1 0.0549
10 -1 1 1 -1 0.0524
11 -1 1 -1 1 0.0485
12 -1 1 -1 -1 0.0458
13 -1 -1 1 1 0.0531
14 -1 -1 1 -1 0.0493
15 -1 -1 -1 1 0.0466
16 -1 -1 -1 -1 0.0437
17 -2 0 0 0 0.0487
18 2 0 0 0 0.0365
19 0 -2 0 0 0.0384
20 0 2 0 0 0.0525
21 0 0 -2 0 0.0481
22 0 0 2 0 0.0675
23 0 0 0 -2 0.0334
24 0 0 0 2 0.0342
25 0 0 0 0 0.0574
26 0 0 0 0 0.0548
27 0 0 0 0 0.0538
28 0 0 0 0 0.0521
29 0 0 0 0 0.0561
30 0 0 0 0 0.0534
31 0 0 0 0 0.0524
32 0 0 0 0 0.0538
33 0 0 0 0 0.0544
34 0 0 0 0 0.0534
35 0 0 0 0 0.0528
36 0 0 0 0 0.0554
84
表 3 试验结果方差分析
变异来源 平方和 自由度 均方 比值 F 显著水平 P
x 1 0.0002 1 0.0002 65.32551 0.00000
x 2 0.0001 1 0.0001 20.26658 0.00020
x 3 0.0006 1 0.0006 149.97647 0.00000
x 4 0.0000 1 0.0000 7.29639 0.01337
x 1
2 0.0002 1 0.0002 61.69558 0.00000
x 2
2
0.0001 1 0.0001 33.37421 0.00001
x 3
2 0.0000 1 0.0000 9.84032 0.00498
x 4
2 0.0008 1 0.0008 201.99630 0.00000
x 1 x 2 0.0000 1 0.0000 0.13488 0.71710
x 1 x 3 0.0000 1 0.0000 12.72848 0.00182
x 1 x 4 0.0000 1 0.0000 0.01263 0.91158
x 2 x 3 0.0000 1 0.0000 0.51324 0.48163
x 2 x 4 0.0000 1 0.0000 0.02656 0.87211
x 3 x 4 0.0000 1 0.0000 0.00171 0.96742
回归 0.0022 14 0.0002 F 2=40.228 0.00000
剩余 0.0001 21 0.0000
失拟 0.0001 10 0.0000 F 1=2.149 0.06716
误差 0.0000 11 0.0000
总和 0.0022 35
表 4 优化提取方案中 x i取值频率分布
水平 x1次数 频率
x 2
次数 频率
x 3
次数 频率
x 4
次数 频率
-2.00000 18 0.13433 8 0.05970 9 0.06716 0 0.00000
-1.00000 44 0.32836 24 0.17910 9 0.06716 29 0.21642
0.00000 40 0.29851 40 0.29851 16 0.11940 62 0.46269
1.00000 22 0.16418 40 0.29851 35 0.26119 41 0.30597
2.00000 10 0.07463 22 0.16418 65 0.48507 2 0.01493
x
- -0.284 0.328 1.030 0.119
S x
- 0.097 0.097 0.105 0.065
95%置信区间 (-0.473 , -0.094) (0.138 , 0.519) (0.824 , 1.236) (-0.008 , 0.247)
提取条件 (70.27 , 74.06) (1.57 , 1.76) (24.12 , 26.18) (39.84 , 44.94)
设各回归系数显著性检验的均方比为 F(j)、
F(ij)、F(jj),各因素对指标的贡献率可表示为:
Δj =δj +12
m
i=1
j =1
δij +δjj
j=1 , 2 , ……, m
根据表 3均方比 F ,可知温度 、时间 、液料比 ,乙醇
浓度对提取率的贡献率分别为 Δ1 =2.42920 、Δ2 =
1.92069 、Δ3=2.35243 、Δ4=1.85800 ,可见对花青素提
取效率作用的大小依次为提取温度>液料比>提取时
间>乙醇浓度。
2.3 花青素提取条件的优化
采用频率分析方法寻优 。所有的浸提方案有 54
=625个 ,其中提取率高于 0.05%的方案有 134个 ,对
数学回归模型(1)进行频率分析的结果见表 4。由表 4
可知 ,在 95%置信区间内提取率大于 0.05%的优化方
案为:温度为 70.27 ～ 74.06 ℃,时间为 1.57 ～ 1.76 h ,
液料比为 24.12 ～ 26.18 , 乙醇浓度为 39.84%～
44.94%。取平均方案即温度 72.16℃、时间为 1.66
h 、液料比 25.15 、乙醇浓度 42.39%, 得理论条
件下花青素的提取率为0.0 579 %,实测提取率为
0.0531%,与理论值比较接近 ,同时也进一步验证了
数学回归模型的合适性。 (下转第 88页)
85
温度过高而发生焦糖化反应生成了褐色物质的原因。
2.2 微波灭酶处理的热效应与棱角效应
一般来说 ,存在于完整组织或匀浆中的酶 ,由于其
结构受其他胶体物质(蛋白质 、碳水化合物和果胶等)
保护 ,因此其耐热性较其纯化的存在形式强 ,但由于
PPO热变性还受到其样品组成和状态的影响 , 介质对
微波的吸收特性表现在微波能穿透深入到物料内部 ,
其深入距离与微波波长的数量级相同 ,透入物料内部
的微波能量被物料吸收转换成热能 ,物料整体被加热 ,
此时物料的表 、里层温度一致。随着物料表面水分不
断蒸发 ,物料表层温度略低于里层温度 ,形成的温度梯
度由内指向外 ,与加热过程中伴随发生的蒸汽压迁移
方向一致 。因此 ,中心温度高的香蕉片酶钝化较快 ,并
以此为中心向外递减。微波作为一种电波 ,其电场也
有尖角集中性 ,即棱角效应 ,这种效应使物料的边角升
温较快 ,甚至能将这些部分烤焦。微波加热处理较薄
的香蕉片时 ,其棱角效应比较明显 ,导致边角部位非酶
褐变加剧 。
3 结论
3.1 用微波辐射加热法抑制或破坏 PPO ,可达到减
缓香蕉褐变的目的。微波灭酶是由微波处理的热特性
和非热特性综合作用的结果。
3.2 相同微波功率处理下 ,相同质量而厚度不同的香
蕉片的 PPO的钝化速度 、效果相同 。微波灭酶的均一
性和及时性特点 ,可实现香蕉整条快速均匀灭酶。
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(上接第 85页)
3 结论
3.1 玫瑰茄花萼花青素提取条件的优化数学回归模
型为:y =0.05416 -0.00323 x 1 +0.00180 x 2 +
0.00489 x 3 +0.00108x 4 -0.00271 x 12 -0.00200 x 22
+0.00108x 32-0.00491 x 42+0.00174 x 1 x 3 。
3.2 在提取温度 55 ～ 95 ℃、提取时间 0.5 ～ 2.5 h 、液
料比 10 ～ 30 、乙醇浓度 0 ～ 80%范围内 ,对提取率作用
的大小依次为提取温度>液料比>提取时间>乙醇浓
度。
3.3 玫瑰茄花萼花青素提取条件较优(>0.05%)的
范围为:温度为 70.27 ～ 74.06 ℃, 时间为1.57 ～ 1.76
h , 液料比为 24.12 ～ 26.18 , 乙醇浓度为 39.84%～
44.94%。
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