盐地碱蓬 [微波辅助法提取盐地碱蓬红色素的工艺条件优化]

　　摘要：以盐地碱蓬为原料，采用微波辅助法提取盐地碱蓬红色素。通过单因素和正交试验确定微波辅助提取的最佳工艺条件。结果表明，盐地碱蓬红色素易溶于去离子水而不溶于纯有机溶剂，最大吸收峰在５３８ ｎｍ处，初步确定盐地碱蓬红色素为甜菜红素；最佳提取工艺参数为微波功率５６０ Ｗ、提取时间７０ ｓ、料液比１∶２０（ｍ／Ｖ，ｇ∶ｍＬ）、提取１次。与传统的浸提法相比，微波辅助提取色素具有时间短、耗能低、提取率高等优点。
　　关键词：微波；盐地碱蓬；红色素；提取
　　中图分类号：Ｑ９４９．７４５．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０11）09－1870-04
　　
　　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｄ Ｐｉｇｍｅｎｔ ｆｒｏｍ Ｓｕａｅｄａ ｓａｌｓａ
　　
　　ＸＵ Ｊｉｅ
　　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｉｎｚｈｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｂｉｎｚｈｏｕ ２５６６０３，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｓｕａｅｄａ ｓａｌｓａ ｂｙ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｗａｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｒｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔ ｗａｓ ｉｎｓｏｌｕｂｌｅ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｖｅｎｔｓ ｂｕｔ soluble ｉｎ ｗａｔｅｒ； ａｎｄ ｉｔｓ ｍａｘｉｍｕｍ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｐｅａｋ ｗａｓ ａｔ ５３８ ｎｍ， ｔｈｕｓ ｉｔ ｗａｓ ｐｒｉｍａｒｉｌｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ ａｓ ｂｅｔａｃｙａｎｉｎ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ， ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ， ５６０ Ｗ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ， ７０ ｓ； ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏ ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ，１∶２0（ｍ／Ｖ，ｇ∶ｍＬ） ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｏｎｃｅ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｈａｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｔｉｍｅ， ｌｏｗ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ， ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ．
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｗａｖｅ； Ｓｕａｅｄａ ｓａｌｓａ； ｒｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
　　盐地碱蓬（Ｓｕａｅｄａ ｓａｌｓａ）属黎科，一年生草本，一般生于海滨、湖边、荒漠等处的盐碱荒地上，在含盐量高达３％的潮间带也能稀疏丛生，是一种典型的盐碱地指示植物。盐地碱蓬幼苗可作蔬菜，种子可榨油，富含不饱和脂肪酸、维生素和微量元素，对人体具有重要的保健作用［１］。近年来一些研究表明，盐地碱蓬的提取物具有抗癌、抗衰老、抗炎、降血糖、降血压、调节内分泌等多种功能［２，３］。盐地碱蓬富含红色素，是一种较为理想的天然食用色素资源，具有广阔的开发应用前景。
　　微波萃取是近几年发展起来的新技术，其萃取过程以溶液内的离子、分子接受微波辐射获得能量而升温为基础，以提高溶质进入溶剂的能力。微波萃取技术具有作用时间短、速度快、提取效率高、节能等特点，现已广泛用于中药中黄酮类、皂甙类、多糖、挥发油等有效成分的萃取［４］，但对盐地碱蓬红色素的微波辅助提取则未见报道。试验采用微波技术对盐地碱蓬红色素的提取进行研究，通过单因素和正交试验选取最佳工艺参数，为进一步开发利用这一天然色素提供理论依据。
　　１材料与方法
　　１．１材料与试剂
　　１．１．１材料盐地碱蓬，采自黄河三角洲滨海盐碱地。
　　１．１．２主要试剂甲醇、乙醇、丙酮、乙醚、石油醚、氯仿、冰乙酸（以上均为分析纯）、去离子水。
　　１．２主要仪器
　　ＳＰ－７５６ＰＣ紫外－可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；ＨＨ－８数显恒温水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）；Ｈｅｒａｅｕｓ Ｂｉｏｆｕｇｅ Ｓｔｒａｔｏｓ高速冷冻离心机（德国Ｈｅｒａｅｕｓ公司）；ＡＬｌ０４电子天平［梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司］。格兰仕微波炉ＷＤ７００Ｇ（ＢＬ２０）（佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司）。
　　１．３方法
　　１．３．１提取剂选择试验将盐地碱蓬植株用去离子水洗净，取其地上部，晾干，切碎。称取９份０．５０ ｇ样品，分别溶于６０ ｍＬ去离子水、体积分数为５０％的乙醇、无水乙醇、石油醚、乙醚、氯仿、冰乙酸、丙酮、甲醇中，浸提５０ ｍｉｎ，４ ℃下以９ ８００ ｒ／ｍｉｎ离心１０ ｍｉｎ，上清液转入比色管中，观察上清液的颜色。对颜色较深者取１０ ｍＬ稀释２０倍，测定其吸收光谱，确定红色素的吸收峰，并依此初步判断其种类，确定提取剂。
　　１．３．２单因素试验
　　１）料液比的选择。在６个１００ ｍＬ的三角烧瓶中各装入２ ｇ预处理的盐地碱蓬样品和４０、６０、８０、１００、１２０、１４０ ｍＬ去离子水，分别在微波功率为５６０ Ｗ条件下浸提６０ ｓ，离心分离，取滤液２５ ｍＬ定容到５０ ｍＬ，在特征吸收峰５３８ ｎｍ处测定各样品的吸光度。
　　２）微波功率的选择。在５个１００ ｍＬ的三角烧瓶中各装入２ ｇ预处理的盐地碱蓬样品和４０ ｍＬ去离子水，分别在微波功率为７０、２１０、３５０、５６０、７００ Ｗ条件下浸提６０ ｓ，离心分离，取滤液２５ ｍＬ定容到５０ ｍＬ，在特征吸收峰５３８ ｎｍ处测定各样品的吸光度。
　　３）微波处理时间的选择。在６个１００ ｍＬ的三角烧瓶中各装入２ ｇ预处理的盐地碱蓬样品和４０ ｍＬ去离子水，在微波功率为５６０ Ｗ条件下，分别浸提５０、６０、７０、８０、９０、１００ ｓ，离心分离，取滤液２５ ｍＬ定容到５０ ｍＬ，在特征吸收峰５３８ ｎｍ处测定各样品的吸光度。
　　４）萃取次数的选择。在２ ｇ预处理的盐地碱蓬样品中加入去离子水４０ ｍＬ，在微波功率为５６０ Ｗ，提取６０ ｓ，离心分离，取滤液２５ ｍＬ定容到５０ ｍＬ，再按此法将盐地碱蓬样品连续萃取４次，在特征吸收峰５３８ ｎｍ处测定各次的吸光度。
　　１．３．３正交试验在单因素试验结果的基础上，利用三因素三水平正交试验分析料液比、微波功率、提取时间３种因素对盐地碱蓬红色素提取效果的影响，以确定在微波辅助条件下盐地碱蓬红色素的最佳提取条件。因素与水平安排如表１。
　　１．３．４传统溶剂法在５个１００ ｍＬ的三角烧瓶中各装入２ ｇ预处理的盐地碱蓬样品和４０ ｍＬ去离子水，常温下分别浸提１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ ｈ，离心分离，取滤液２５ ｍＬ定容到５０ ｍＬ，在特征吸收峰５３８ ｎｍ处测定各样品的吸光度。
　　２结果与分析
　　２．１盐地碱蓬红色素提取剂的选择
　　２．１．１盐地碱蓬红色素的性质由表２可知，盐地碱蓬红色素难溶于无水乙醇、石油醚、乙醚、氯仿等有机溶剂，易溶于去离子水和含去离子水的有机溶剂，表明盐地碱蓬红色素为水溶性色素。
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　　２．２料液比的选择
　　一般情况下，提取剂所占比例越小，两相间的浓度差小，传质推动力小。提取剂所占比例越大能在较大的程度上提高传质推动力，从而提高浸提率。由表３可以看出，随着提取剂所占比例的增大，浸提液的吸光度变小。综合考虑生产成本及后续处理的难度，初步确定最佳提取料液比为１∶２０。
　　２．３微波功率的选择
　　由表４可以看出，随着微波功率的增加，浸提液的吸光度先增加后又降低。这可能是由于随着微波功率的增大，分子振动加快，摩擦增加，有利于有效成分溶出，但是当功率过大时，由于温度升高造成色素损失，即初步确定最佳提取功率为５６０ Ｗ。
　　
　　２．４微波处理时间的选择
　　由表５可以看出，在微波辅助提取时间７０ ｓ以内，提取时间越长，浸提色素效果越好，吸光度逐渐增大，此后变化不明显。特别是在１００ ｓ时，有部分浸提液沸出，损失部分提取液。所以在没有冷凝装置下，处理时间不应超过７０ ｓ。提取时间过长还会影响到色素的稳定性，综合上述原因，初步确定提取时间为７０ ｓ。
　　
　　２．５提取次数的选择
　　由表６可以看出，随着提取次数的增加，提取液的吸光度降低。由各次的吸光度计算可知，当浸提２次时吸光度明显降低，而且浸提次数过多会浪费时间、试剂等资源，故可确定提取１次效果最佳。
　　２．６微波萃取最佳工艺条件的选择
　　为了研究各因素水平对提取的综合影响效果并将提取条件优化，在单因素试验的基础上，选取３个主要参数：料液比、提取时间、微波功率，进行三因素三水平正交试验。结果如表７所示。由表７可看出，在正交试验的３个因子中以料液比对盐地碱蓬红色素提取效率的影响较大。由极差数据Ｒ可知各因子对提取率的影响依次为：料液比＞提取时间＞微波功率。综合分析正交试验结果、单因素试验结果并考虑成本因素，确定微波辅助提取盐地碱蓬红色素的最佳工艺条件为：提取时间为７０ ｓ，微波功率为５６０ Ｗ，料液比为１∶２０，提取次数为１次。
　　２．７对比试验
　　由表5、8可以看出，利用微波辅助提取可以使固液浸取过程得到明显的强化，它的浸取效率要比传统方法的浸取效率高得多。当采用微波技术强化浸取过程时，仅需６０～７０ ｓ便可得到接近用传统方法使整个浸取过程达到平衡时的色素浸取量。但是传统方法需要１．５ ｈ左右才能达到浸取盐地碱蓬红色素的最大量，约为微波浸取时间的９０倍。
　　３结论
　　盐地碱蓬红色素属于水溶性色素，易溶于去离子水和含去离子水的乙醇，难溶于丙酮等纯有机溶剂。在５３８ ｎｍ附近有特征吸收峰，初步确定盐地碱蓬红色素为甜菜红素。采用去离子水为提取剂，用微波进行辅助提取盐地碱蓬红色素，其最佳工艺条件为提取时间７０ ｓ，微波功率５６０ Ｗ，料液比１∶２０，提取次数１次。与传统方法相比，微波辅助提取盐地碱蓬红色素，可以大大缩短生产周期，提高提取效率。综上所述，采用微波辅助提取盐地碱蓬红色素具有省时、高效、节能等优点，具有很好的应用前景。
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