紫甘薯色素水提工艺参数的研究

粮油食品科技第21卷2013年第3期

粮食加工

紫甘薯色素水提工艺参数的研究

李

霞，张丽珍，周宝磊，李

宇，文志勇，董新荣

(湖南农业大学理学院，湖南长沙410128)

摘要：采用水溶液提取紫甘薯色素。选择pH值、料液比、浸提时间和浸提温度作为单因素进行

梯度试验，确定其条件范围，通过正交试验确定紫甘薯色素提取的最佳工艺条件:pH值3(HCl)、料液比1∶2(g/mL)、浸提时间2h、温度25℃，共提取3次，紫甘薯色素提取率可达94．85%。关键词：紫甘薯;色素;水提工艺

中图分类号：TS202．3文献标识码：A

文章编号：1007－7561（2013）03－0015－03

Studyontheextractionofpigmentfrompurplesweetpotato

bywaterextractiontechnology

LIXia，ZHANGLi－zhen，ZHOUBao－lei，LIYu，WENZhi－yong，DONGXin－rong

（CollegeofScience，HunanAgriculturalUniversity，ChangshaHunan410128）

Abstract：Thepurplesweetpotatopigmentwasextractedbywaterextraction．Thesinglefactortestsof

pH，material/liquidratio，extractiontimeandtemperaturewereperformedtoascertainthecondition．Theoptimaltechnicalconditionswereobtainedbyorthogonaltest，whichwerepH3（HCl），material/liquidratio1∶2（g/mL），at25℃for2h，andextractingforthreetimes，theextractionrateofpigmentwas94．85%．

Keywords：purplesweetpotato；pigment；waterextractiontechnology紫甘薯为旋花科一年或多年生草本植物，薯形

［1］

富含色素、维生素、硒等微量元素。紫甘薯纺锤，

［2］

色素是一类用作食用色素的天然花青素类色素，

［3－4］

，不仅有良好的热稳定性和光稳定性而且具有［5］［6］

抗氧化、活性氧消除能力，对于较强的抗突变、

［7］

缓解肝功能障碍、调节血压有显著作用。由于无

法无论从安全或经济的角度都优于醇提法，本文以

水为提取溶剂对紫甘薯色素提取工艺进行改良，为紫甘薯天然色素工业化提取及规模化应用奠定基础。

1

1．1

材料与方法

材料、试剂与仪器

毒副作用，根据FAO/WHO联合食品添加剂专家委

员会1977年第21次报告规定：紫甘薯色素可用作安全无毒的食品着色剂，广泛用于食品、化妆品、医

［1］

是一类极具前途的功能型食品添加剂药等方面，

和保健食品基料。

近十年来，国外（主要日本）关于紫甘薯的研究主要集中在其营养品质，常量、微量元素含量（有机对紫甘薯硒）等领域的开发；而国内由于引进较晚，

的研究多集中在产品改良与抗氧化性能研究方面，关于紫甘薯有效成分的提取、分离较少，且多采用醇

［8－14］

溶剂提取，这对于食用色素的提取存或醇－酸

在操作工艺复杂，溶剂易残留的隐患。由于目前尚

未见水提紫甘薯色素工艺研究的相关报道，且水提

收稿日期：2012－08－10

1979年出生，作者简介：李霞，女，讲师，硕士．1963年出生，通讯作者：董新荣，男，教授，博士．

紫甘薯原料采于湖南农业大学紫甘薯基地；

HCl、柠檬酸、醋酸均为分析纯。

Vis－7220可见分光光度计：北京瑞利分析仪器公司；DK－S24电热恒温水浴锅：上海精宏实验设备有限公司。1．2方法

1．2．1紫甘薯色素的检测方法紫甘薯色素总含

15］的方法，通过测得吸光度大小量测定参照文献［

判断色素的含量（取3次平均值）。1．2．2紫甘薯色素的提取方法1．2．2．1

浸提溶剂的筛选称取6份经洗净切碎

的紫甘薯10g，分别放入锥形瓶中，各加入50mL的0．5%醋酸、0．5%盐酸、0．5%柠檬酸、0．5%醋酸－

0．5%盐酸－乙醇和0．5%柠檬酸－乙醇溶乙醇、液，室温浸提1h，过滤，以相应的浸提液为空白对照，测其吸光度，筛选最佳溶剂。

粮食加工

pH值对色素提取的影响称取10g洗

分别放入三角瓶中加1．2．2．净切碎的紫甘薯5份，

1中筛选的最佳溶剂50mL，3、4、5、6，调pH值为2、室温浸提1h，过滤，以相应的浸提液为空白对照，测其吸光度。

1．2．2．3浸提料液比对色素提取的影响

称取10

g洗净切碎的紫甘薯5份，分别放入三角瓶中，按料

1∶3、1∶4、1∶5、1∶6加1．2．2．1中筛选的液比为1∶2、

最佳溶剂，调节溶液pH值为1．2．2．2所选，室温浸1．2．2．2

2．2

粮油食品科技第21卷2013年第3期

pH值对色素提取的影响

由图1可以看出紫甘薯色素在一系列不同pH

值的提取液中，吸光度随pH值的增大而迅速增加，当pH值到达3以后趋于稳定，考虑色素在酸性条件下较稳定，为防止色素溶液在提取过程中损失和原料腐烂，试验中选择pH值3的条件浸提紫甘薯色素

。

提1h，过滤，测其吸光度。

1．2．2．4浸提时间对色素提取的影响称取10g洗净切碎的紫甘薯5份，分别放入三角瓶中，按1．2．2．3中所选料液比加入1．2．2．1中筛选的最佳溶剂，1、调节溶液pH值为1．2．2．2所示，室温浸提0．5、

1．5、2、2．5h，过滤，测其吸光度。

1．2．2．5温度对色素提取的影响称取10g洗净切碎的紫甘薯5份，分别放入三角瓶中，按1．2．2．3中所选料液比加入1．2．2．1中筛选的最佳溶剂，调

30℃、40节溶液pH值为1．2．2．2所示，于20℃、

℃、50℃、60℃浸提1．2．2．4中优选出的时间，过滤，测其吸光度。1．2．3

紫甘薯色素提取正交试验按照正交试验表进行正交试验，确定紫甘薯色素提取的最佳工艺。1．2．4浸提次数的确定称取10g洗净切碎的紫

按1．2．3中所优选的条件提取6次，考察浸提甘薯，

次数对紫甘薯色素提取率的影响。

1．2．5最佳工艺验证试验称取10g洗净切碎的紫甘薯，按1．2．3和1．2．4的优化条件浸提5次，考察重现性。

图1

pH值对紫甘薯色素提取的影响

2．3

浸提料液比对色素提取的影响由图2可知，随着料液比的增大，吸光度也随之增大，当料液比达到3以后，吸光度上升趋势逐渐变缓，考虑实际生产的综合成本及生产效率，所以单次提取实验中料液比选1∶3

。

2

2．1

结果与分析

图2

浸提溶剂的筛选从表1可以看出，浸提剂为0．5%醋酸溶液、0．5%盐酸溶液、0．5%柠檬酸的酸－水体系时紫甘薯色素提取明显高于相应醇－酸体系，其中0．5%盐酸溶液提取效果最明显，因为考虑到食用色素的安全性和经济性，故选择0．5%盐酸水溶液作为提取剂。

表1

紫甘薯在各种浸提剂下的吸光度

吸光度0．1280．3880．8740．1271．8460．308

料液比对紫甘薯色素提取的影响

2．4

浸提时间对色素提取的影响由图3可知，紫甘薯色素提取液随着浸提时间的延长，其吸光度逐渐增大，当浸提时间为1．5h

以

浸提剂0．5%醋酸0．5%盐酸0．5%柠檬酸0．5%醋酸－乙醇0．5%盐酸－乙醇0．5%柠檬酸－乙醇

注：0．5%盐酸测定吸光度为再次稀释10倍测定。

图3浸提时间对紫甘薯色素提取的影响

表3

试验号123456789K1K2K3

R

A1112223321．1971．2311．0980．044

B1231231231．5821．0830．8610．240表4

变异来源偏差平方和

A0．0032

BCD总和

0．09090．00400．00400．1020

正交试验结果

C1

232313121．0931．1871．2460．052

D1233122311．1841．0941．2480．051

吸光度0．5100．3450．3420．5740．4060．2510．4980．3320．268

后，吸光度上升趋势逐渐变缓，考虑实际生产的综合

所以单次提取实验中浸提时间选成本及生产效率，

1．5h。

2．5温度对色素提取的影响

由图4可以看出，随着浸提温度的升高，浸提液60℃时浸提液的吸光度最的吸光度也逐渐增大，

但考虑到实际操作中不仅因随着温度升高，紫甘大，

薯中淀粉大量溶出，溶液糊化严重，给后续分离工作带来困难；而且高温条件下色素稳定性降低。降低浸提温度既有利于色素的稳定又能减少能耗，因此选择40℃的条件下提取

。

方差分析表

均方

0．00160．04550．00200．0020

F值0．797722．78140．99481．0000

*显著水平

自由度22228

2．7

提取次数对紫甘薯色素提取率的影响在正交实验得到的优化条件下，以料液比1∶2（g∶mL）对紫甘薯进行提取，当提取至第六次时，提用上述方式提取2取液颜色近无色。由表5可知，次时，色素的累积提取率达到88．42%；提取3次时，色素累积提取率已达到94．85%，继续随着提取次数的增加，对紫甘薯色素提取率的影响不大。综合考虑提取率及生产成本，提取紫甘薯色素的料液比应为1∶2（g∶mL），提取3次。

图4浸提温度对紫甘薯色素提取的影响

2．6紫甘薯色素提取正交试验正交试验各因素水平见表2。

表2

L9（34）正交试验因素水平表

因素

水平

ApH值

B料液比

/（g∶mL）1∶21∶31∶4

C提取时间/h11．52

D提取温度/℃254055

表5浸提次数

1

23456

提取次数对紫甘薯色素提取率的影响

吸光度0．2220．6980．2120．1090．0480．013

提取率/%67．2721．156．423．301．450．39

123

2．533．5

为了确定多因素条件下最佳浸提pH值、料液比、浸提时间和浸提温度，设置了紫甘薯色素提取的正交试验。由表3和表4可知，比较各R值大小，RB＞RC＞RD＞RA，即浸提料液比对色素提取率最大，其次为浸提时间和浸提温度，而浸提pH值的影本试验的优化水平组合为响最小。通过k值分析，

A2B1C3D3，但考虑到浸提温度对紫甘薯色素提取的显著性较小，室温操作不仅节省能耗而且操作简单，故选择提取温度为25℃。因此从紫甘薯中提取色素的优化条件应为A2B1C3D1，即：pH值3、料液比为1∶2（g/mL）、浸提时间2h、温度为25℃。

×100；第一次测得吸

六次提取吸光度之和

光度值为1∶10稀释后所得。

注：单次提取率/%=

2．8

验证试验由表6可知，按照上述的优化条件进行紫甘薯

表6

次数12345

验证实验

吸光度0．7350．7260．7120．7370．717

1．51相对标准偏差/%

色素提取操作，方法稳定可行。

紫甘薯质量/g

10

10101010

（下转第61页）

子结构和组分的改变使得其食品功能特性得到改善。参考文献：

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检测结果表明，花生浓缩蛋白与原料冷榨花生饼相比β－转角结构比例提升，加热改性后花生浓缩蛋白的β－转角比例上升，α－螺旋变化不大，β－折叠减小，这样的空间结构可能因分子间可以容纳更多的水分子从而提升了其溶解性。

3结论

冷榨花生饼、高温花生饼粕经醇洗所得浓缩蛋

白的蛋白质含量都达到了65%以上，但前者较后者经加热改性后，前者的的蛋白NSI值要高出很多，

NSI值由20．78%升高至72．33%，比冷榨花生饼的NSI值（59．20%）还高出13．13%，而后者的NSI值仅从2．76%升高至18．25%。花生浓缩蛋白经加热改性后，其吸水性、吸油性、乳化性、乳化稳定性、起泡性等食品功能性都得到明显改善。冷榨花生饼醇洗浓缩蛋白与高温花生粕醇洗浓缩蛋白的氨基酸组成含量相比，前者的蛋白总必需氨基酸含量较后者高出2．91%。扫描电镜结果显示，花生浓缩蛋白经聚集体粒度加热改性后其蛋白分子聚集程度下降，

更小且排列均匀松散。凝胶电泳图谱显示，花生浓缩蛋白改性后解离出更多的小分子蛋白质。红外光谱图拟合曲线分析显示，花生浓缩蛋白改性后其二级结构β－转角比例上升，β－折叠减小。花生蛋白分

［J］．生物技术，2004，14（4）：47－50．●

檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪（上接第17页）

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3结论

采用单因素及正交试验设计对紫甘薯色素的提取工艺进行了优化，得到其最佳提取工艺条件为：以在pH值3（HCl）、料液比为1∶2（g∶水为提取剂，

mL）、25℃浸提2h、共提取3次。验证性实验表明，室温下水提紫甘薯色素的提取率可达94．85%。该提取方法操作简单、快速，与传统醇或醇－酸溶剂提取相比具有安全、经济的特点，更适用于工业化生产。参考文献：

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