※工艺技术
良晶科学
２０１４，Ｖ０１．３只Ｎｏ．１０
２３
响应面法优化酶．超声波辅助同步提取
紫薯花青素工艺
张慢１，潘丽军垃木，姜绍通Ｌ２，莫玉稳１
（１．合肥工业大学生物与食品工程学院，安徽合肥
２３０００９；２．安徽省农产品精深加工重点实验室，安徽合肥
２３０００９）
摘要：为提高紫薯花青素得率，采用酶．超声波辅助同步对紫薯花青素的提取效果进行研究。通过Ｂｏｘ．Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计和响应面分析确定酶．超声波辅助提取最佳工艺条件：体积分数０．１％的ＨＣＩ—Ｃ：Ｈ，ＯＨ为溶剂（酸醇比为５０：５０），纤维素酶提取温度５１℃、料液比ｌ：２０、酶添加量５４Ｕ／ｍＬ、超声功率１０ＧＷ、时间３３ｍｉｎ，此条件下花青素得率可达到（３．５８１±０．０１６）‰。酶．超声波辅助提取法与传统的有机溶剂浸提法相比，缩短了提取时间，花青素得率提高了２．７３倍；与微波法、超声波法相比，花青素得率分别提高了３２．４％和１７．８％。
关键词：紫薯；花青素；纤维素酶；超声波；响应面法
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ－ＡｓｓｉｓｔｅｄＥｎｚｙｍａｔｉｃＥｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆＡｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓｆｒｏｍＰｕｒｐｌｅＳｗｅｅｔＰｏｔａｔｏｂｙ
ＲｅｓｐｏｎｓｅＳｕｒｆａｃｅ
Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
ＺＨＡＮＧＭａｎｌ，ＰＡＮ
Ｌｉ－ｊｕｎｌ甜，ＪＤＪ、ＩＧＳｈａｏ－ｔｏｎｇｕ，ＭＯＹｕ．ｗｅｎｌ
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＦｏｏｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｄｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ
２３０００９，Ｃｈｉｎａ；
２．ＡｎｈｕｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｎｓｉｖｅ
Ｐｒｏｃｅｓｓ吨ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｈｅｆｅｉ
２３０００９，Ｃｌｇｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ・ａｓｓｉｓｔｅｄｅｎｚｙｍａｔｉｃｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ矗－ｏｍｐｕｒｐｌｅｓｗｅｅｔｐｏｔａｔｏｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙＢｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅ
ｏｂｔａｉｎｅｄａｓ
ｆｏｌｌｏｗｓ：ｉｎ
ａ
ｓｏｌｖｅｎｔｍａｄｅｕｐｏｆ０．１％ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ
ａｎｄｅｔｈａｎｏｌ（５０：５０，Ｖ／功ａｔ
５１℃，ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｗｉｔｈ５４Ｕ／ｍＬｃｅｌｌｕｌａｓｅｆｏｒ３３ｒａｉｎａｔ
ａ
ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
ｐｏｗｅｒｏｆｌｏＧ
Ｗ：ＴｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓＷａｓｌｌｐ
ｔｏ
（３．５８１４－０．０１６）％ｅｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ
ｗｉｔｈ
ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｏｌｖｅｎｔｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｄｕｒａｔｉｏｎ
ＷａｓｓｈｏｒｔｅｎｅｄａｎｄｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓＷａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ２．７３ｆｏｌｄｓｕｓｉｎｇｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｂｙ３２．４％ａｎｄ１７．８％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｃｏｍｐａｒｅｄ
ｗｉｔｈｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄｍｅｔｈｏｄ
ａｎｄｕｌｌｒａｓｏｎｉｃ－ａｓｓｉｓｔｅｄｍｅｔｈｏｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｕｒｐｌｅｓｗｅｅｔｐｏｔａｔｏ；ａｎｔｈｅｃｙｕｎｉｍ；ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
中图分类号：ＴＳ２０２．３
文献标志码：Ａ文章编号：１００２－６６３０（２０１４）１０－００２３－０６
ｄｏｉ：１０．７５０６／ｓｐｋｘｌ００２—６６３ｍ２０１４１０００５
目前，随着全球范围内消费者对饮食与健康之间关健功鲥们，受到广泛关注。紫薯花青素是从紫薯的茎叶或
系关注的日益加剧及对人工合成色素危害性的认识，天块根中提取出来的一种水溶性的天然花青素类红色素。然色素的研发与使用成为世界食品工业发展的新趋势。有研究表明，紫薯花青素较其他同类花青素，如葡萄花与合成色素相比，天然色素一般从植物中提取出来，其青素、李花青素和黑米花青素的理化性质稳定，且具有优势在于：对人体无毒害，安全性高；能更好地模仿天显著的生物学活性ｐ】。
然物颜色，色调比较自然；部分天然色素具有生理活性紫薯花青素主要提取方法包括溶剂浸提法、酶水解及保健作用。而紫薯中所含有的花青素是一种天然食用法、树脂法、超声波萃取法、微波萃取法、超滤法、吸水溶性红色素。
附精制法等睁１１】。目前，国内对紫薯花青素的提取主要采花青素是一类广泛存在于自然界植物中的水溶性天用传统的有机溶剂浸提法，但该方法存在提取时间长、然色素，因其食用安全、色泽鲜亮自然、无特殊气味，产率低、产品稳定性差等缺陷。研究［１２－１４］表明，将超声且兼具抗氧化Ⅲ、保护肝脏∞１、抗突变［４１、降血脂嗍等保
波技术应用于天然活性成分的提取具有明显的优势。超
收稿日期：２０１３－０８－０７基金项目：
“十二五”国家科技支撑计划项目（２０１ｌＢＡＤ０２８０４）
作者简介：张慢（１９８６一），女，硕士研究生，研究方向为农产品资源综合利用。Ｅ－ｍａｉｈ
ｚｈａｎｇｍａｎ．ｏｐｑ＠１６３．ｃｏｍ
・通信作者：潘丽军（１９５５一），女，教授，学士，研究方向为农产品资源综合利用。Ｅ－ｍａｒｌ：ｐａｎｌｉｊｕｎｌ９５５＠１６３．ｃｏｒｎ
万方数据
２４
２０１４，Ｖ０１．３５，Ｎｏ．１０
目品科掌
※工艺技术
声波技术是利用超声辐射压强产生的强烈空化、扰动效应，高加速度的击碎和搅拌等综合作用，增大物质分子运动频率和速度，增强溶剂穿透力，从而加速活性
成分渗出，有效缩短提取时间，提高提取得掣”】。酶解
法【１６】主要是利用纤维素酶、果胶酶等对植物细胞进行破壁，以利于有效成分最大限度的溶出。本实验采用酶－超声波法对紫薯花青素的提取效果进行研究，通过Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计和响应面分析，获得最佳提取工艺条件，为紫薯花青素的生产以及紫薯资源的综合利用提供参考依据。
１
材料与方法
１．１
材料与试剂
新鲜无霉变的块状紫薯
市购；乙醇、浓盐酸、正
丁醇、硫酸铁铵（均为分析纯）
国药集团化学试剂有
限公司。
１．２
仪器与设备
ＦＺｌ０２型植物组织粉碎机
天津市泰斯特仪器有限公司：２０２—１型电热恒温干燥箱
上海浦东荣丰科学仪器有限公司；ＡＲｌｌ４０／Ｃ型电子天平
上海奥豪斯公司；
Ｈｅｉ—ＶＡＰ
Ｖａｌｕｅ型旋转蒸发器
上海申胜生物技术有限公
司：ＪＫ．３００ＤＵＢ型三频数控超声波清洗器合肥金尼克机械制造有限公司：７２１分光光度计上海精密科学仪
器有限公司；ＨＣ．３０１８Ｒ型高速冷冻离心机安徽中科
中佳科学仪器有限公司；Ｔｕ．１９０１型双光束紫外．可见分
光光度计
北京普析通用仪器有限责任公司。
１．３
方法
１．３．１
紫薯花青素的提取及工艺优化
新鲜的紫薯洗净，去除病虫害部分，切成条状，置
于５０℃烘箱中烘制１２ｈ，粉碎后过１００目筛，将筛出的紫薯粉放置到干燥器中避光保存，备用。
以紫薯为原料，体积分数为０．１％的ＨＣＩ—Ｃ：Ｈ，ＯＨ为溶剂（酸醇比为５０：５０），在料液比为ｌ：１０（ｇ／ｍＬ）
时，按照１００Ｕ／ｍＬ用量加入不同的酶（甜淀粉酶、纤维
素酶、果胶酶、中性蛋白酶），于２００Ｗ、４０℃的超声波清洗机中提取３０ｒａｉｎ，提取过后以５
０００
ｒ／ｍｉｎ的转速离
心１５ｍｉｎ，取上清液浓缩，５５℃条件下旋转蒸发除去乙
醇，定容后测定紫薯花青素粗提液的吸光度，计算紫薯花青素的得率。
在单因素试验的基础上，以紫薯花青素得率为响应
值，确定Ｂｏｘ．Ｂｅｈｎｋｅｎ响应面设计的因素为提取温度、提取时间、液料比、酶添加量。根据Ｂｏｘ．Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计原理，采用响应面分析法对酶．超声波辅助同步提取的工艺参数进行优化，获得最优提取条件。每组试验重复３次，结果取其平均值。设计的四因素三水平组合试验的各因素水平编码见表ｌ。
万方数据
表１
Ｂｅｘ－Ｂｅｌｍｋｅｎ试验设计因素水平编码表
Ｔａｂｌｅ１
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｒｉａｂｌｅｓａｎｄｌｅｖｅｌｓｆｏｒＢｏｘ－Ｂｅｈａｋｅｎｄｅｓｉｇｎ
１．３．２
紫薯花青素最大吸收波长的确定
准确移取提取液稀释适当倍数，以体积分数为０．１％
的ＨＣｌ作参比液，于双光束紫外．可见分光光度计在波长
２００＂－６００
ｎｉｎ范围内进行全波长光谱扫描，确定其最大吸
收峰。
１．３．３
花青素含量的测定１．３．３．１
标准曲线的绘制
准确配制０．５０ｍｇ／ｍＬ的原花青素标准溶液（称取原
花青素标准品５．００ｍｇ溶于ＣＨ３０Ｈ中，定容至１０
ｍＬ），
吸取０、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５ｍＬ分别置于６支１０ｍＬ
具塞试管中，各加入甲醇溶液至１．０ｍＬ，加入９．０
ｍＬ
反应混合液（反应混合液：取Ｃ。Ｈ。ｏＯ、浓ＨＣｌ、质量分数为１０％的ＮＨ４Ｆｅ（Ｓ０４）２・１２Ｈ２０体积比为８３：６：１混合均匀。质量分数为１０％的ＮＨ．Ｆｅ（Ｓ０４）２・１２Ｈ２０：称取
１０．０ｇＮＨ４Ｆｅ（Ｓ０４）２・１２Ｈ２０，用２ｍｏｌ／ＬＨＣＩ溶解定容至
１００
ｍＬ），塞紧塞子，摇匀，置于沸水浴中加热４０ｍｉｎ
后，立即取出用冰水冷却４～５ｍｉｎ，取出，恢复至室温
后（约１５ｒａｉｎ），于最大吸收波长处以试剂空白调零，
测定其吸光度旧。
１．３．３．２
样品中花青素得率的测定
取１．０ｍＬ定容后的紫薯花青素的浓缩液，按标准曲
线绘制方法测定其吸光度值，根据回归方程计算样品中紫薯花青素的浓度，按照下式获得样品中紫薯花青素的
得率。
紫薯花青素得率肠。：型×１
０００
ｍ
式中：Ｃ为紫薯花青素质量浓度／（ｍｇ／ｍＬ）；瞒溶
液体积／ｍＬ；ｍ为样品质量／ｇ。
１．３．４
单因素试验
以紫薯为原料，体积分数为０．１％的ＨＣｌ一Ｃ：Ｈ，ＯＨ为溶
剂（酸醇比为５０：５０），在料液比１：１０（ｇ／ｍＬ）、４０℃
时，按照１００Ｕ／ｍＬ的用量加入纤维素酶，于１００Ｗ超声
波清洗器中提取３０ｍｉｎ，固定其他因素，考察单一因素对紫薯花青素得率的影响。
１．４
数据处理
单因素试验结果采用Ｅｘｃｅｌ中单因素方差分析，
Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ响应面试验设计采用Ｄｅｓｉｇｎ・Ｅｘｐｅｒｔ８．０软件
分析。
※工艺技术
２
食品科学
２０１４，Ｖ０１．３５，Ｎｏ．１０
２５
结果与分析
紫薯花青素提取液的吸收光谱
的含量相对很少，使果胶酶和中性蛋白酶的作用不明显。因此，选择纤维素酶进行紫薯花青素的提取试验。
２．１
３．５３．０２．５２．Ｏ
趟
果整
１．５１．００．５Ｏ．０
２００２５０３００３５０４００４５０５００５５０６００
波Ｙ，￡．／ｎｍ
图１
紫薯花青素光谱扫描图
隐ｌ
Ｕｖ
ｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓｆｒｏｍｐｕｒｐｌｅｓｗｅｅｔｐｏｔａｔｏ
由图ｌ可知，紫薯花青素有３个峰，分别在３００、
３２５、５２０ｎｍ左右。其中３００
ｎｍ为多酚类物质羟基的特
逮
褥醺
征吸收峰，３２５ｎｍ为有机酸类物质羧基的特征吸收峰，
５２０
ｎｌｎ为花色苷类物质的特征吸收峰【ｌ引。由于花青素具
有特征性很强的Ｃ。一Ｃ，一Ｃ。碳骨架和相同的生化合成来源，因此人们也将花青素视为黄酮类化合物。但花青素因强烈吸收可见光而区别于其他天然黄酮类化合物【ｌ９１，故可以选择５２０ｎｍ作为花青素的最大吸收波长。在此波长下的吸光度可视为花青素的吸光度。
２．２
ＦＩＩ｝４
温度，℃
图４
提取温度对花青素得率的影响
Ｏｎ
Ｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｔｈｅ：ｄｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ
标准曲线制作
１．００．９０．８
由图４可知，花青素的得率随温度的升高而增加，当温度达到５０℃时，紫薯中花青素的得率达到最大，当温度继续升高时，花青素的得率反而减少。因为在最适合的温度条件下酶促反应速度最快，在较低温度下，底物的分子热能较低，酶促反应速度慢，当温度过高时，酶易变性失活。因此，纤维素酶的提取温度选取５０℃较为
适宜。
２．３．３
琵
０．３Ｏ．２Ｏ．１０．Ｏ
提取时间对花青素得率的影响
４．０
原花青素质量浓度，（坞，ｍＬ）
图２
ｎｇ．２
Ｓｔａｎｄａｒｄ
原花青素标准曲线
ｃｕｒｖｅ
ｏｆｐｒｏａｎｔｈｏｃｙａｎｉｄｉｎｓ
线性回归分析吸光度（】，）与原花青素质量浓度剧
（ｇｇ／ｍＬ）的回归方程为：Ｙ＝Ｏ．００３Ｚ—Ｏ．０３ｌ，相关系数帮＝ｏ．９９９，线性范围５０～３００“ｇ／ＩＩ儿。
２．３
琏瓣瞳
３．Ｏ
单因素试验酶的选择试验
２．５
５
１０
１５
２０
２５
３０
３５
４０
２．３．１时间／ｍｉｎ
图５
由图３可知，加入酶后，紫薯中花青素的提取得率增
加。其中，纤维素酶使花青素的得率增加显著，果胶酶
ｎｇ．５
提取时阃对花青素得率的影响
ｔｉｍｅ
ＯＲ
Ｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
ｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ
和中性蛋白酶作用较弱，花青素提取得率提高不明显。紫薯植物的细胞壁是由纤维素构成的，植物的有效成分往往包裹在细胞壁内，纤维素酶是复合酶，能够水解纤维使植物细胞壁破坏，充分释放细胞内含物，加速花青素的释放。紫薯中淀粉的含量很多，但ａ．淀粉酶对紫薯花青素的提取效果低于纤维素酶；紫薯中果胶和蛋白质
由图５可知，花青素的提取得率随着提取时间的延长而增加，并在３０ｍｉｎ时达到最大，之后基本上保持不
变。因为纤维素酶与底物的作用需要一定的时间，当酶促反应充分发生后，酶的效率得到充分利用，继续增加
时间，花青素的提取不再增加。因此，纤维素酶的提取时间选取３０ｍｉｎ较为适宜。
万方数据
２６
２０１４，Ｖ０１．３５，Ｎｏ．１０
食品斟字
※工艺技术
２．３．４
酶添加量对花青素得率的影响
述瓣难
酶添加量，（Ｕ／ｍＬ）
图６
酶添加量对花青素得率的影响
ｎｇ石
Ｆ．￥１ｒｅｅｔｏｆｅｎｚｙｍｅ
ｅｏｎｅｅｎｔｒａｔｌｏｎ蚰ｆｉｌｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｌａｏｅｙｍｌｍ
由图６可知，当纤维素酶用量达到５０Ｕ／ｍＬ后，继续增加酶用量，花青素的得率不再增加。因为酶作用的底物量是一定的，当底物被酶充分作用后，继续增加酶的用量不会导致花青素释放量的增加。因此，纤维素酶的加入量选取５０Ｕ／ｍＬ较为适宜。
２．３．５
料液比对花青素得率的影响
运得贬
料液比
图７
辩浪比对花青素得率的影响
ｌ氇ｇ．７
ｌ￡ｆｌｔｅｅｔｏｆｓｏｌｉｃｌ－ｔｏ－ＩＩ‘ｌｕｉｄ
ｒａｌｔｏ∞ｔｈｅ妒砌ｏｔｔｍｔｌａ叼ｕｔｍ
由图７可知，花青素的提取得率随着料液比的增加先上升后下降，在料液比１：２０时达到最大值，再增大料液比得率反而下降。过量溶剂的使用使酶的浓度降低，从而降低了酶与底物的接触，因而使花青素的提取得率下
降。因此，料液比选择ｌ：２０较为适宜。
２．４响应面试验
２．４．１
响应面试验设计与结果
结合单因素的试验结果，采用Ｂｏｘ—Ｂｅｈｎｋｅｎ响应面试验设计，考察提取温度、提取时间、液料比、酶添加量对花青素得率的影响，试验结果见表２。
表２
Ｂ啦・Ｂｌｉｌｌｌｋｅｎ试验设计及相应结果
Ｔａｂｌｅ２
Ｂｏｘ．１ｌｅｌｍｌｋｅｎ山嫡扣ａｎｄ
ｅｘｏｅｒｉｍｅｎａｔａｌ嗍№
试验号置
五
墨
五
得率刀‰
万方数据
续表ｌ
试验号
蜀
置
墨
五
得率聊‘ｏ
８一ｌ
Ｏ０ｌ２．９１５±０．０２７
９ｌ０ｌＯ３．０９ｌ±０．０４７１０ＯＯ—ｌｌ２．９３２±０．０３６ｌｌ
—ｌ—ｌＯ０２．６１０±０．０３５
１２ＯｌＯｌ３．０１６±０．０３８１３０ｌｌＯ２．８２７±０．０５１
１４一ｌｌＯＯ２．８９６±０．０６２１５
ＯＯｌ—ｌ２．７６７±０．０３６１６一ｌＯｌＯ２．６２８±Ｏ．０５３
１７Ｏ—ｌｌＯ２．８２０±０．０４９１８Ｏｌ—ｌ０２．８７６±０．０２９１９ｌ—ｌ００３．０１９±０．ｏ：２５２０ｌＯ—ｌＯ２．８１４±０．０１２２ｌ—ｌＯ０—１２．７３０±ｏ．０５４
２２Ｏ０００３．６９ｌ±０．０５５２３一ｌ０一ｌ０２．８２６±Ｏ．０４ｌ２４０一ｌ一１Ｏ２．７２９士Ｏ．０４９２５ＯＯｌｌ２．９６２±０．０３４２６０Ｏ一１一ｌ２．７３０士０．０２６２７ＯＯＯ０３．６７８±０．０１７２８ｌＯＯ—ｌ２．９０４±０．０３８
２９
Ｏ
Ｏ
Ｏ
０
３．７１４±０．０１９
２．４．２
回归模型的建立及显著性检验
利用Ｄｅｓｉｇｎ．Ｅｘｐｅｒｔ８．０软件，通过对多项式回归分
析，得到的拟合全变量二次回归方程模型为：
，ｒ＿一５４．７４２４＋１．６０９８１７Ｘ，＋０．６５３５９６ｘ２＋Ｏ．５４３１１９ｘ３＋
０．０１３９８４Ｘ４－－０．００２６６ＸⅨ＋０．００４７４６Ｘ墨＋４．６６ｘ１０一次出一
０．０００
９３Ｘ２Ｘ３－－３．４ｘ１０一！弛一３．８ｘｌＯ一？五０五一０．０１６０６ｘ，２—
０．００７
６５霹一ｏ．０１８６５Ｘ３２—３．８ｘｌＯ—Ｗ
回归方程及偏回归系数方差分析结果见表３。
表３
回归模型方差与分析Ｔａｂｌｅ３
Ａｎａｎｙｓｔｓ
ｏｌｔｖａｒｉｌｍｅｅｔｏｔｆｉｌｅｎｔｔｅｄｌ－ｉ罂＂ｍｄｏｎｍｏｄｅｌ
变异源平方和
ｄｆ
均方差Ｆ值
Ｐ值显著性
３．３３９３０．２３８５４０７．０２４＜０．０００ｌ¨０．１４３２０．１４３３
２４４．４６９＜０．０００ｌ
¨０．００９６３８
Ｏ．００９６３８１６．４４６５４０．００ｌ２¨
０．∞２９３６
０．００２９３６５．０１００３８０．０４２０
。
０．１４４７０．１４４７２４６．８８３９＜Ｏ．０００ｌ¨０．０３９８２０．０３９８２６７．９５ｌ２＜０．ｏｏＯｌ
¨０．０５６３ｌ０．０５６３ｌ
９６．０９哩４３＜０．咖ｌ
¨
０．００２１７５０．００２１７５３．７１２０２４０．０７４６０．００４９０６０．００４９１０６８．３７１１６６Ｏ．Ｏｌｌ８。
２．６ｘ１０—５
２．６ｘ１０～０．０４４３８５０．８３６２１．４１ｘ１０—５１．４ｌＸｌ０—０．０２４１２５０．８７８８
１．０４５１．０４５ｌ７８３．７５＜０．０００１¨１．２０２１．２０２２０５１．０６４＜０．Ｏ∞ｌ¨１．４ｌｌ１．４１１２４０７．４６５＜Ｏ．ＯＯＯｌ¨０．９１６
０．９１６
ｌ
５６３．１８９＜Ｏ．Ｏ∞１
¨
Ｏ．∞８２５．８６ｘｌＯ－．
Ｏ．∞６６９４
ｍ
６．６９×１０１１．７７２５５２０．３０５７
撇五墨五龋讯龋鼬矸∥砰雅蝴燃脚
０．∞ｌ
５ｌｌ
３．７８ｘ１０－．
３．３４７４勰
注：・．差异显著，Ｐ＜Ｏ．０５；Ｉｌｎｌ－．差异极显著，Ｐ＜Ｏ．０ｌ。
※工艺技术
食品科学
２５：ｌ一２３：１
２０１４，ｖｏＬ３５，Ｎｏ．１０
２７
由表３可知，模型Ｐ＜０．０００１，表明回归模型高度显著；失拟项Ｐ＝０．３０５７＞０．０５，即模型失拟项不显著，表明模型合适，即试验数据有意义。决定系数尺２是参数变
量和总变量的比值，也是检测数据合理性的指标。当彤
得率，％。
Ｖ
菩：川
接近１时，表明模型与真实数据拟合度好【２０１。本试验的
尺２＝０．９９５
薹１９：１
楚１７：１
１５：１
４５
４７
４９
５１
）ｊ
）５
１，因此该回归方程拟合度较好。回归方程系数
的显著性分析结果表明：Ｘ、五、ｘ４、五置、五墨、五２、五２、置２、五２对花青素得率影响高度显著；五、五也对
得率影响显著。各试验因素对紫薯花青素得率大小的影
图９
提取温度／℃
提取温度（墨ｊ和液科比Ｌ墨）对花青索得率影响的
响应面及等高线图
响依次是酶添加量（咒）＞提取温度（ｘ１）＞提取时间
（五）＞液料比（墨）。
２．４．３
Ｆｉｇ．９
Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒ［８０ｅａｎｄｃｏｎｔｏｕｒｐｌｏｔｓｆｏｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
墨ａｎｄｓｏｌｉｄ－ｔｏ－ｌｉｑｕｉｄｒａｔｉｏ墨ｏｎｔｈｅ
ｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ
响应面交互作用分析
根据上述回归方程绘出响应曲面图及等高线图，见
图８～１０，分析提取温度、提取时间、液料比、酶添加量
４个因素对紫薯花青素提取得率的交互作用。
著
蚤
萎
提取时间／ｒａｉｎ
图１０
提取时间（五）和液科比（置）对花青素得率影响的
响应面及等高线图
Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎｄｃｏｎｔｏｕｒｐｌｏｔｓｆｏｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
Ｆｉｇ．１０
ｔｉｍｅ五ａｎｄｓｏｌｉｄ・ｔｏ－Ｈｑｕｉｄｒａｔｉｏ墨ｏｎｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ
提取温度，℃
图８
由图８提取温度和提取时间的交互作用可知，随着提取时间和提取温度的增加，花青素的得率先增加后降低，响应曲面的坡度陡峭，表明这两个因素的交互效应
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
提取温度（五）和提取时间（墨）对花青素得事影响的
响应面及等高线图
Ｆｉｇ．８
Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆｓｃｅａｎｄｃｏｎｔｏｕｒｐｌｏｔｓｆｏｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆ
显著，当提取时间在３２ｒａｉｎ左右、提取温度为５０℃左右时花青素得率较高；由图９可知，随着提取温度和液料比的增加，花青素的得率呈先增加后减小的趋势，响应曲面的坡度陡峭，表明这两个因素的交互效应显著，当液料比在２０：ｌ（ｍＬ／ｇ）左右时，花青素的得率较高；由图ｌＯ可知，随着提取时间和液料比的增加，花青素得率增加到最大值后下降，等高线呈椭圆形，说明两因素的交互作用较强。比较以上各图可以看出，提取温度（ＸＩ）和提取时间（五）对花青素得率的影响高度显著，表现为曲线相对较陡；其次液料比（五）曲线较平滑，对花青素得率的影响较显著。
．《ａｎｄｔｉｍｅ．《Ｏｉｌｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ
万方数据
２８
２０１４，Ｖ０１．３５，Ｎｏ．１０
食品斛学
※工艺技术
２．４．４
响应面因素水平优化结果及模型验证
对回归模型进行响应面分析，得到花青素得率预
测最大值时各因素水平为提取温度５０．７２℃、提取时间
３２．６１
ｒａｉｎ、液料比２０．１７：１、酶添加量５３．７５Ｕ／ｍＬ，预测
得率可达到３．７１９％０。
为检测响应面法所得结果的可靠性，将上述最优条件调整为：提取温度５１℃，提取时间３３ｒａｉｎ，液料比
２０：ｌ，酶添加量５４Ｕ／ｍＬ，进行３次重复试验，其得率的
实测值为（３．５８１±０．０１６）‰，该值落在响应值的９５％预
测区间［３．５３２９％０，３．９０４８％０】内，表明所建回归模型具有良好的预测效果。
２．５
不同提取方法的比较
称取紫薯粉２．０ｇ，分别用盐酸一乙醇浸提法、微波法、超声波法、酶．超声波辅助提取方法提取花青素，不同方法的提取时间和花青素得率结果见表４。
表４
不同提取方法的比较Ｔａｂｌｅ４
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ａｎｎ剃ｏｎｍｅｔｈｏｄｓ
由表４可知，酶．超声波辅助同步提取法较单纯盐酸一乙醇浸提法，花青素得率提高了２．７３倍，而提取时间缩短了７５％；在相同的条件下，酶一超声波辅助同步提取法较单纯微波法和超声波法，花青素得率分别提高了３２．４％和１７．８％；酶．超声波辅助法提取花青素得率较高。
３
结论紫薯花青素经双光束紫外．可见分光光度计光谱扫描分析，得到其最大吸收波长为５２０ｎｍ。在单因素的基础上，采用Ｂｏｘ—Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计和响应面分析法，得到酶－超声波辅助法提取紫薯花青素的最佳工艺条件为提取温度５ｌ℃、提取时间３３ｍｉｎ、液料比２０：１、酶添加量５４Ｕ／ｍＬ，此条件下，花青素得率可达到３．５８１％０。传统的有机溶剂浸提法花青素得率为０．９６％０，酶．超声波辅助法与传统方法相比，花青素得率提高了２．７３倍；与微波法、超声波法相
比，花青素得率分别提高了３２．４％和１７．８％。
万方数据
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响应面法优化酶-超声波辅助同步提取紫薯花青素工艺
作者：作者单位：
张慢， 潘丽军， 姜绍通， 莫玉稳， ZHANG Man， PAN Li-jun， JIANG Shao-tong， MO Yu-wen
张慢,莫玉稳,ZHANG Man,MO Yu-wen(合肥工业大学生物与食品工程学院,安徽合肥,230009)， 潘丽军,姜绍通,PAN Li-jun,JIANG Shao-tong(合肥工业大学生物与食品工程学院,安徽合肥 230009;安徽省农产品精深加工重点实验室,安徽合肥 230009)食品科学Food Science2014,35(10)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_spkx201410005.aspx
※工艺技术
良晶科学
２０１４，Ｖ０１．３只Ｎｏ．１０
２３
响应面法优化酶．超声波辅助同步提取
紫薯花青素工艺
张慢１，潘丽军垃木，姜绍通Ｌ２，莫玉稳１
（１．合肥工业大学生物与食品工程学院，安徽合肥
２３０００９；２．安徽省农产品精深加工重点实验室，安徽合肥
２３０００９）
摘要：为提高紫薯花青素得率，采用酶．超声波辅助同步对紫薯花青素的提取效果进行研究。通过Ｂｏｘ．Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计和响应面分析确定酶．超声波辅助提取最佳工艺条件：体积分数０．１％的ＨＣＩ—Ｃ：Ｈ，ＯＨ为溶剂（酸醇比为５０：５０），纤维素酶提取温度５１℃、料液比ｌ：２０、酶添加量５４Ｕ／ｍＬ、超声功率１０ＧＷ、时间３３ｍｉｎ，此条件下花青素得率可达到（３．５８１±０．０１６）‰。酶．超声波辅助提取法与传统的有机溶剂浸提法相比，缩短了提取时间，花青素得率提高了２．７３倍；与微波法、超声波法相比，花青素得率分别提高了３２．４％和１７．８％。
关键词：紫薯；花青素；纤维素酶；超声波；响应面法
ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ－ＡｓｓｉｓｔｅｄＥｎｚｙｍａｔｉｃＥｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆＡｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓｆｒｏｍＰｕｒｐｌｅＳｗｅｅｔＰｏｔａｔｏｂｙ
ＲｅｓｐｏｎｓｅＳｕｒｆａｃｅ
Ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
ＺＨＡＮＧＭａｎｌ，ＰＡＮ
Ｌｉ－ｊｕｎｌ甜，ＪＤＪ、ＩＧＳｈａｏ－ｔｏｎｇｕ，ＭＯＹｕ．ｗｅｎｌ
（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＦｏｏｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｄｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ
２３０００９，Ｃｈｉｎａ；
２．ＡｎｈｕｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｎｓｉｖｅ
Ｐｒｏｃｅｓｓ吨ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｈｅｆｅｉ
２３０００９，Ｃｌｇｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ・ａｓｓｉｓｔｅｄｅｎｚｙｍａｔｉｃｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ矗－ｏｍｐｕｒｐｌｅｓｗｅｅｔｐｏｔａｔｏｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙＢｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｔｏｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅ
ｏｂｔａｉｎｅｄａｓ
ｆｏｌｌｏｗｓ：ｉｎ
ａ
ｓｏｌｖｅｎｔｍａｄｅｕｐｏｆ０．１％ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｄｅ
ａｎｄｅｔｈａｎｏｌ（５０：５０，Ｖ／功ａｔ
５１℃，ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｗｉｔｈ５４Ｕ／ｍＬｃｅｌｌｕｌａｓｅｆｏｒ３３ｒａｉｎａｔ
ａ
ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
ｐｏｗｅｒｏｆｌｏＧ
Ｗ：ＴｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓＷａｓｌｌｐ
ｔｏ
（３．５８１４－０．０１６）％ｅｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ
ｗｉｔｈ
ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｓｏｌｖｅｎｔｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｄｕｒａｔｉｏｎ
ＷａｓｓｈｏｒｔｅｎｅｄａｎｄｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓＷａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ２．７３ｆｏｌｄｓｕｓｉｎｇｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｂｙ３２．４％ａｎｄ１７．８％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｃｏｍｐａｒｅｄ
ｗｉｔｈｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄｍｅｔｈｏｄ
ａｎｄｕｌｌｒａｓｏｎｉｃ－ａｓｓｉｓｔｅｄｍｅｔｈｏｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｕｒｐｌｅｓｗｅｅｔｐｏｔａｔｏ；ａｎｔｈｅｃｙｕｎｉｍ；ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ
中图分类号：ＴＳ２０２．３
文献标志码：Ａ文章编号：１００２－６６３０（２０１４）１０－００２３－０６
ｄｏｉ：１０．７５０６／ｓｐｋｘｌ００２—６６３ｍ２０１４１０００５
目前，随着全球范围内消费者对饮食与健康之间关健功鲥们，受到广泛关注。紫薯花青素是从紫薯的茎叶或
系关注的日益加剧及对人工合成色素危害性的认识，天块根中提取出来的一种水溶性的天然花青素类红色素。然色素的研发与使用成为世界食品工业发展的新趋势。有研究表明，紫薯花青素较其他同类花青素，如葡萄花与合成色素相比，天然色素一般从植物中提取出来，其青素、李花青素和黑米花青素的理化性质稳定，且具有优势在于：对人体无毒害，安全性高；能更好地模仿天显著的生物学活性ｐ】。
然物颜色，色调比较自然；部分天然色素具有生理活性紫薯花青素主要提取方法包括溶剂浸提法、酶水解及保健作用。而紫薯中所含有的花青素是一种天然食用法、树脂法、超声波萃取法、微波萃取法、超滤法、吸水溶性红色素。
附精制法等睁１１】。目前，国内对紫薯花青素的提取主要采花青素是一类广泛存在于自然界植物中的水溶性天用传统的有机溶剂浸提法，但该方法存在提取时间长、然色素，因其食用安全、色泽鲜亮自然、无特殊气味，产率低、产品稳定性差等缺陷。研究［１２－１４］表明，将超声且兼具抗氧化Ⅲ、保护肝脏∞１、抗突变［４１、降血脂嗍等保
波技术应用于天然活性成分的提取具有明显的优势。超
收稿日期：２０１３－０８－０７基金项目：
“十二五”国家科技支撑计划项目（２０１ｌＢＡＤ０２８０４）
作者简介：张慢（１９８６一），女，硕士研究生，研究方向为农产品资源综合利用。Ｅ－ｍａｉｈ
ｚｈａｎｇｍａｎ．ｏｐｑ＠１６３．ｃｏｍ
・通信作者：潘丽军（１９５５一），女，教授，学士，研究方向为农产品资源综合利用。Ｅ－ｍａｒｌ：ｐａｎｌｉｊｕｎｌ９５５＠１６３．ｃｏｒｎ
万方数据
２４
２０１４，Ｖ０１．３５，Ｎｏ．１０
目品科掌
※工艺技术
声波技术是利用超声辐射压强产生的强烈空化、扰动效应，高加速度的击碎和搅拌等综合作用，增大物质分子运动频率和速度，增强溶剂穿透力，从而加速活性
成分渗出，有效缩短提取时间，提高提取得掣”】。酶解
法【１６】主要是利用纤维素酶、果胶酶等对植物细胞进行破壁，以利于有效成分最大限度的溶出。本实验采用酶－超声波法对紫薯花青素的提取效果进行研究，通过Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计和响应面分析，获得最佳提取工艺条件，为紫薯花青素的生产以及紫薯资源的综合利用提供参考依据。
１
材料与方法
１．１
材料与试剂
新鲜无霉变的块状紫薯
市购；乙醇、浓盐酸、正
丁醇、硫酸铁铵（均为分析纯）
国药集团化学试剂有
限公司。
１．２
仪器与设备
ＦＺｌ０２型植物组织粉碎机
天津市泰斯特仪器有限公司：２０２—１型电热恒温干燥箱
上海浦东荣丰科学仪器有限公司；ＡＲｌｌ４０／Ｃ型电子天平
上海奥豪斯公司；
Ｈｅｉ—ＶＡＰ
Ｖａｌｕｅ型旋转蒸发器
上海申胜生物技术有限公
司：ＪＫ．３００ＤＵＢ型三频数控超声波清洗器合肥金尼克机械制造有限公司：７２１分光光度计上海精密科学仪
器有限公司；ＨＣ．３０１８Ｒ型高速冷冻离心机安徽中科
中佳科学仪器有限公司；Ｔｕ．１９０１型双光束紫外．可见分
光光度计
北京普析通用仪器有限责任公司。
１．３
方法
１．３．１
紫薯花青素的提取及工艺优化
新鲜的紫薯洗净，去除病虫害部分，切成条状，置
于５０℃烘箱中烘制１２ｈ，粉碎后过１００目筛，将筛出的紫薯粉放置到干燥器中避光保存，备用。
以紫薯为原料，体积分数为０．１％的ＨＣＩ—Ｃ：Ｈ，ＯＨ为溶剂（酸醇比为５０：５０），在料液比为ｌ：１０（ｇ／ｍＬ）
时，按照１００Ｕ／ｍＬ用量加入不同的酶（甜淀粉酶、纤维
素酶、果胶酶、中性蛋白酶），于２００Ｗ、４０℃的超声波清洗机中提取３０ｒａｉｎ，提取过后以５
０００
ｒ／ｍｉｎ的转速离
心１５ｍｉｎ，取上清液浓缩，５５℃条件下旋转蒸发除去乙
醇，定容后测定紫薯花青素粗提液的吸光度，计算紫薯花青素的得率。
在单因素试验的基础上，以紫薯花青素得率为响应
值，确定Ｂｏｘ．Ｂｅｈｎｋｅｎ响应面设计的因素为提取温度、提取时间、液料比、酶添加量。根据Ｂｏｘ．Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计原理，采用响应面分析法对酶．超声波辅助同步提取的工艺参数进行优化，获得最优提取条件。每组试验重复３次，结果取其平均值。设计的四因素三水平组合试验的各因素水平编码见表ｌ。
万方数据
表１
Ｂｅｘ－Ｂｅｌｍｋｅｎ试验设计因素水平编码表
Ｔａｂｌｅ１
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｒｉａｂｌｅｓａｎｄｌｅｖｅｌｓｆｏｒＢｏｘ－Ｂｅｈａｋｅｎｄｅｓｉｇｎ
１．３．２
紫薯花青素最大吸收波长的确定
准确移取提取液稀释适当倍数，以体积分数为０．１％
的ＨＣｌ作参比液，于双光束紫外．可见分光光度计在波长
２００＂－６００
ｎｉｎ范围内进行全波长光谱扫描，确定其最大吸
收峰。
１．３．３
花青素含量的测定１．３．３．１
标准曲线的绘制
准确配制０．５０ｍｇ／ｍＬ的原花青素标准溶液（称取原
花青素标准品５．００ｍｇ溶于ＣＨ３０Ｈ中，定容至１０
ｍＬ），
吸取０、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５ｍＬ分别置于６支１０ｍＬ
具塞试管中，各加入甲醇溶液至１．０ｍＬ，加入９．０
ｍＬ
反应混合液（反应混合液：取Ｃ。Ｈ。ｏＯ、浓ＨＣｌ、质量分数为１０％的ＮＨ４Ｆｅ（Ｓ０４）２・１２Ｈ２０体积比为８３：６：１混合均匀。质量分数为１０％的ＮＨ．Ｆｅ（Ｓ０４）２・１２Ｈ２０：称取
１０．０ｇＮＨ４Ｆｅ（Ｓ０４）２・１２Ｈ２０，用２ｍｏｌ／ＬＨＣＩ溶解定容至
１００
ｍＬ），塞紧塞子，摇匀，置于沸水浴中加热４０ｍｉｎ
后，立即取出用冰水冷却４～５ｍｉｎ，取出，恢复至室温
后（约１５ｒａｉｎ），于最大吸收波长处以试剂空白调零，
测定其吸光度旧。
１．３．３．２
样品中花青素得率的测定
取１．０ｍＬ定容后的紫薯花青素的浓缩液，按标准曲
线绘制方法测定其吸光度值，根据回归方程计算样品中紫薯花青素的浓度，按照下式获得样品中紫薯花青素的
得率。
紫薯花青素得率肠。：型×１
０００
ｍ
式中：Ｃ为紫薯花青素质量浓度／（ｍｇ／ｍＬ）；瞒溶
液体积／ｍＬ；ｍ为样品质量／ｇ。
１．３．４
单因素试验
以紫薯为原料，体积分数为０．１％的ＨＣｌ一Ｃ：Ｈ，ＯＨ为溶
剂（酸醇比为５０：５０），在料液比１：１０（ｇ／ｍＬ）、４０℃
时，按照１００Ｕ／ｍＬ的用量加入纤维素酶，于１００Ｗ超声
波清洗器中提取３０ｍｉｎ，固定其他因素，考察单一因素对紫薯花青素得率的影响。
１．４
数据处理
单因素试验结果采用Ｅｘｃｅｌ中单因素方差分析，
Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ响应面试验设计采用Ｄｅｓｉｇｎ・Ｅｘｐｅｒｔ８．０软件
分析。
※工艺技术
２
食品科学
２０１４，Ｖ０１．３５，Ｎｏ．１０
２５
结果与分析
紫薯花青素提取液的吸收光谱
的含量相对很少，使果胶酶和中性蛋白酶的作用不明显。因此，选择纤维素酶进行紫薯花青素的提取试验。
２．１
３．５３．０２．５２．Ｏ
趟
果整
１．５１．００．５Ｏ．０
２００２５０３００３５０４００４５０５００５５０６００
波Ｙ，￡．／ｎｍ
图１
紫薯花青素光谱扫描图
隐ｌ
Ｕｖ
ｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓｆｒｏｍｐｕｒｐｌｅｓｗｅｅｔｐｏｔａｔｏ
由图ｌ可知，紫薯花青素有３个峰，分别在３００、
３２５、５２０ｎｍ左右。其中３００
ｎｍ为多酚类物质羟基的特
逮
褥醺
征吸收峰，３２５ｎｍ为有机酸类物质羧基的特征吸收峰，
５２０
ｎｌｎ为花色苷类物质的特征吸收峰【ｌ引。由于花青素具
有特征性很强的Ｃ。一Ｃ，一Ｃ。碳骨架和相同的生化合成来源，因此人们也将花青素视为黄酮类化合物。但花青素因强烈吸收可见光而区别于其他天然黄酮类化合物【ｌ９１，故可以选择５２０ｎｍ作为花青素的最大吸收波长。在此波长下的吸光度可视为花青素的吸光度。
２．２
ＦＩＩ｝４
温度，℃
图４
提取温度对花青素得率的影响
Ｏｎ
Ｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｔｈｅ：ｄｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ
标准曲线制作
１．００．９０．８
由图４可知，花青素的得率随温度的升高而增加，当温度达到５０℃时，紫薯中花青素的得率达到最大，当温度继续升高时，花青素的得率反而减少。因为在最适合的温度条件下酶促反应速度最快，在较低温度下，底物的分子热能较低，酶促反应速度慢，当温度过高时，酶易变性失活。因此，纤维素酶的提取温度选取５０℃较为
适宜。
２．３．３
琵
０．３Ｏ．２Ｏ．１０．Ｏ
提取时间对花青素得率的影响
４．０
原花青素质量浓度，（坞，ｍＬ）
图２
ｎｇ．２
Ｓｔａｎｄａｒｄ
原花青素标准曲线
ｃｕｒｖｅ
ｏｆｐｒｏａｎｔｈｏｃｙａｎｉｄｉｎｓ
线性回归分析吸光度（】，）与原花青素质量浓度剧
（ｇｇ／ｍＬ）的回归方程为：Ｙ＝Ｏ．００３Ｚ—Ｏ．０３ｌ，相关系数帮＝ｏ．９９９，线性范围５０～３００“ｇ／ＩＩ儿。
２．３
琏瓣瞳
３．Ｏ
单因素试验酶的选择试验
２．５
５
１０
１５
２０
２５
３０
３５
４０
２．３．１时间／ｍｉｎ
图５
由图３可知，加入酶后，紫薯中花青素的提取得率增
加。其中，纤维素酶使花青素的得率增加显著，果胶酶
ｎｇ．５
提取时阃对花青素得率的影响
ｔｉｍｅ
ＯＲ
Ｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
ｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ
和中性蛋白酶作用较弱，花青素提取得率提高不明显。紫薯植物的细胞壁是由纤维素构成的，植物的有效成分往往包裹在细胞壁内，纤维素酶是复合酶，能够水解纤维使植物细胞壁破坏，充分释放细胞内含物，加速花青素的释放。紫薯中淀粉的含量很多，但ａ．淀粉酶对紫薯花青素的提取效果低于纤维素酶；紫薯中果胶和蛋白质
由图５可知，花青素的提取得率随着提取时间的延长而增加，并在３０ｍｉｎ时达到最大，之后基本上保持不
变。因为纤维素酶与底物的作用需要一定的时间，当酶促反应充分发生后，酶的效率得到充分利用，继续增加
时间，花青素的提取不再增加。因此，纤维素酶的提取时间选取３０ｍｉｎ较为适宜。
万方数据
２６
２０１４，Ｖ０１．３５，Ｎｏ．１０
食品斟字
※工艺技术
２．３．４
酶添加量对花青素得率的影响
述瓣难
酶添加量，（Ｕ／ｍＬ）
图６
酶添加量对花青素得率的影响
ｎｇ石
Ｆ．￥１ｒｅｅｔｏｆｅｎｚｙｍｅ
ｅｏｎｅｅｎｔｒａｔｌｏｎ蚰ｆｉｌｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｌａｏｅｙｍｌｍ
由图６可知，当纤维素酶用量达到５０Ｕ／ｍＬ后，继续增加酶用量，花青素的得率不再增加。因为酶作用的底物量是一定的，当底物被酶充分作用后，继续增加酶的用量不会导致花青素释放量的增加。因此，纤维素酶的加入量选取５０Ｕ／ｍＬ较为适宜。
２．３．５
料液比对花青素得率的影响
运得贬
料液比
图７
辩浪比对花青素得率的影响
ｌ氇ｇ．７
ｌ￡ｆｌｔｅｅｔｏｆｓｏｌｉｃｌ－ｔｏ－ＩＩ‘ｌｕｉｄ
ｒａｌｔｏ∞ｔｈｅ妒砌ｏｔｔｍｔｌａ叼ｕｔｍ
由图７可知，花青素的提取得率随着料液比的增加先上升后下降，在料液比１：２０时达到最大值，再增大料液比得率反而下降。过量溶剂的使用使酶的浓度降低，从而降低了酶与底物的接触，因而使花青素的提取得率下
降。因此，料液比选择ｌ：２０较为适宜。
２．４响应面试验
２．４．１
响应面试验设计与结果
结合单因素的试验结果，采用Ｂｏｘ—Ｂｅｈｎｋｅｎ响应面试验设计，考察提取温度、提取时间、液料比、酶添加量对花青素得率的影响，试验结果见表２。
表２
Ｂ啦・Ｂｌｉｌｌｌｋｅｎ试验设计及相应结果
Ｔａｂｌｅ２
Ｂｏｘ．１ｌｅｌｍｌｋｅｎ山嫡扣ａｎｄ
ｅｘｏｅｒｉｍｅｎａｔａｌ嗍№
试验号置
五
墨
五
得率刀‰
万方数据
续表ｌ
试验号
蜀
置
墨
五
得率聊‘ｏ
８一ｌ
Ｏ０ｌ２．９１５±０．０２７
９ｌ０ｌＯ３．０９ｌ±０．０４７１０ＯＯ—ｌｌ２．９３２±０．０３６ｌｌ
—ｌ—ｌＯ０２．６１０±０．０３５
１２ＯｌＯｌ３．０１６±０．０３８１３０ｌｌＯ２．８２７±０．０５１
１４一ｌｌＯＯ２．８９６±０．０６２１５
ＯＯｌ—ｌ２．７６７±０．０３６１６一ｌＯｌＯ２．６２８±Ｏ．０５３
１７Ｏ—ｌｌＯ２．８２０±０．０４９１８Ｏｌ—ｌ０２．８７６±０．０２９１９ｌ—ｌ００３．０１９±０．ｏ：２５２０ｌＯ—ｌＯ２．８１４±０．０１２２ｌ—ｌＯ０—１２．７３０±ｏ．０５４
２２Ｏ０００３．６９ｌ±０．０５５２３一ｌ０一ｌ０２．８２６±Ｏ．０４ｌ２４０一ｌ一１Ｏ２．７２９士Ｏ．０４９２５ＯＯｌｌ２．９６２±０．０３４２６０Ｏ一１一ｌ２．７３０士０．０２６２７ＯＯＯ０３．６７８±０．０１７２８ｌＯＯ—ｌ２．９０４±０．０３８
２９
Ｏ
Ｏ
Ｏ
０
３．７１４±０．０１９
２．４．２
回归模型的建立及显著性检验
利用Ｄｅｓｉｇｎ．Ｅｘｐｅｒｔ８．０软件，通过对多项式回归分
析，得到的拟合全变量二次回归方程模型为：
，ｒ＿一５４．７４２４＋１．６０９８１７Ｘ，＋０．６５３５９６ｘ２＋Ｏ．５４３１１９ｘ３＋
０．０１３９８４Ｘ４－－０．００２６６ＸⅨ＋０．００４７４６Ｘ墨＋４．６６ｘ１０一次出一
０．０００
９３Ｘ２Ｘ３－－３．４ｘ１０一！弛一３．８ｘｌＯ一？五０五一０．０１６０６ｘ，２—
０．００７
６５霹一ｏ．０１８６５Ｘ３２—３．８ｘｌＯ—Ｗ
回归方程及偏回归系数方差分析结果见表３。
表３
回归模型方差与分析Ｔａｂｌｅ３
Ａｎａｎｙｓｔｓ
ｏｌｔｖａｒｉｌｍｅｅｔｏｔｆｉｌｅｎｔｔｅｄｌ－ｉ罂＂ｍｄｏｎｍｏｄｅｌ
变异源平方和
ｄｆ
均方差Ｆ值
Ｐ值显著性
３．３３９３０．２３８５４０７．０２４＜０．０００ｌ¨０．１４３２０．１４３３
２４４．４６９＜０．０００ｌ
¨０．００９６３８
Ｏ．００９６３８１６．４４６５４０．００ｌ２¨
０．∞２９３６
０．００２９３６５．０１００３８０．０４２０
。
０．１４４７０．１４４７２４６．８８３９＜Ｏ．０００ｌ¨０．０３９８２０．０３９８２６７．９５ｌ２＜０．ｏｏＯｌ
¨０．０５６３ｌ０．０５６３ｌ
９６．０９哩４３＜０．咖ｌ
¨
０．００２１７５０．００２１７５３．７１２０２４０．０７４６０．００４９０６０．００４９１０６８．３７１１６６Ｏ．Ｏｌｌ８。
２．６ｘ１０—５
２．６ｘ１０～０．０４４３８５０．８３６２１．４１ｘ１０—５１．４ｌＸｌ０—０．０２４１２５０．８７８８
１．０４５１．０４５ｌ７８３．７５＜０．０００１¨１．２０２１．２０２２０５１．０６４＜０．Ｏ∞ｌ¨１．４ｌｌ１．４１１２４０７．４６５＜Ｏ．ＯＯＯｌ¨０．９１６
０．９１６
ｌ
５６３．１８９＜Ｏ．Ｏ∞１
¨
Ｏ．∞８２５．８６ｘｌＯ－．
Ｏ．∞６６９４
ｍ
６．６９×１０１１．７７２５５２０．３０５７
撇五墨五龋讯龋鼬矸∥砰雅蝴燃脚
０．∞ｌ
５ｌｌ
３．７８ｘ１０－．
３．３４７４勰
注：・．差异显著，Ｐ＜Ｏ．０５；Ｉｌｎｌ－．差异极显著，Ｐ＜Ｏ．０ｌ。
※工艺技术
食品科学
２５：ｌ一２３：１
２０１４，ｖｏＬ３５，Ｎｏ．１０
２７
由表３可知，模型Ｐ＜０．０００１，表明回归模型高度显著；失拟项Ｐ＝０．３０５７＞０．０５，即模型失拟项不显著，表明模型合适，即试验数据有意义。决定系数尺２是参数变
量和总变量的比值，也是检测数据合理性的指标。当彤
得率，％。
Ｖ
菩：川
接近１时，表明模型与真实数据拟合度好【２０１。本试验的
尺２＝０．９９５
薹１９：１
楚１７：１
１５：１
４５
４７
４９
５１
）ｊ
）５
１，因此该回归方程拟合度较好。回归方程系数
的显著性分析结果表明：Ｘ、五、ｘ４、五置、五墨、五２、五２、置２、五２对花青素得率影响高度显著；五、五也对
得率影响显著。各试验因素对紫薯花青素得率大小的影
图９
提取温度／℃
提取温度（墨ｊ和液科比Ｌ墨）对花青索得率影响的
响应面及等高线图
响依次是酶添加量（咒）＞提取温度（ｘ１）＞提取时间
（五）＞液料比（墨）。
２．４．３
Ｆｉｇ．９
Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒ［８０ｅａｎｄｃｏｎｔｏｕｒｐｌｏｔｓｆｏｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
墨ａｎｄｓｏｌｉｄ－ｔｏ－ｌｉｑｕｉｄｒａｔｉｏ墨ｏｎｔｈｅ
ｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ
响应面交互作用分析
根据上述回归方程绘出响应曲面图及等高线图，见
图８～１０，分析提取温度、提取时间、液料比、酶添加量
４个因素对紫薯花青素提取得率的交互作用。
著
蚤
萎
提取时间／ｒａｉｎ
图１０
提取时间（五）和液科比（置）对花青素得率影响的
响应面及等高线图
Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅａｎｄｃｏｎｔｏｕｒｐｌｏｔｓｆｏｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
Ｆｉｇ．１０
ｔｉｍｅ五ａｎｄｓｏｌｉｄ・ｔｏ－Ｈｑｕｉｄｒａｔｉｏ墨ｏｎｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ
提取温度，℃
图８
由图８提取温度和提取时间的交互作用可知，随着提取时间和提取温度的增加，花青素的得率先增加后降低，响应曲面的坡度陡峭，表明这两个因素的交互效应
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
提取温度（五）和提取时间（墨）对花青素得事影响的
响应面及等高线图
Ｆｉｇ．８
Ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆｓｃｅａｎｄｃｏｎｔｏｕｒｐｌｏｔｓｆｏｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆ
显著，当提取时间在３２ｒａｉｎ左右、提取温度为５０℃左右时花青素得率较高；由图９可知，随着提取温度和液料比的增加，花青素的得率呈先增加后减小的趋势，响应曲面的坡度陡峭，表明这两个因素的交互效应显著，当液料比在２０：ｌ（ｍＬ／ｇ）左右时，花青素的得率较高；由图ｌＯ可知，随着提取时间和液料比的增加，花青素得率增加到最大值后下降，等高线呈椭圆形，说明两因素的交互作用较强。比较以上各图可以看出，提取温度（ＸＩ）和提取时间（五）对花青素得率的影响高度显著，表现为曲线相对较陡；其次液料比（五）曲线较平滑，对花青素得率的影响较显著。
．《ａｎｄｔｉｍｅ．《Ｏｉｌｔｈｅｙｉｅｌｄｏｆａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎｓ
万方数据
２８
２０１４，Ｖ０１．３５，Ｎｏ．１０
食品斛学
※工艺技术
２．４．４
响应面因素水平优化结果及模型验证
对回归模型进行响应面分析，得到花青素得率预
测最大值时各因素水平为提取温度５０．７２℃、提取时间
３２．６１
ｒａｉｎ、液料比２０．１７：１、酶添加量５３．７５Ｕ／ｍＬ，预测
得率可达到３．７１９％０。
为检测响应面法所得结果的可靠性，将上述最优条件调整为：提取温度５１℃，提取时间３３ｒａｉｎ，液料比
２０：ｌ，酶添加量５４Ｕ／ｍＬ，进行３次重复试验，其得率的
实测值为（３．５８１±０．０１６）‰，该值落在响应值的９５％预
测区间［３．５３２９％０，３．９０４８％０】内，表明所建回归模型具有良好的预测效果。
２．５
不同提取方法的比较
称取紫薯粉２．０ｇ，分别用盐酸一乙醇浸提法、微波法、超声波法、酶．超声波辅助提取方法提取花青素，不同方法的提取时间和花青素得率结果见表４。
表４
不同提取方法的比较Ｔａｂｌｅ４
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ａｎｎ剃ｏｎｍｅｔｈｏｄｓ
由表４可知，酶．超声波辅助同步提取法较单纯盐酸一乙醇浸提法，花青素得率提高了２．７３倍，而提取时间缩短了７５％；在相同的条件下，酶一超声波辅助同步提取法较单纯微波法和超声波法，花青素得率分别提高了３２．４％和１７．８％；酶．超声波辅助法提取花青素得率较高。
３
结论紫薯花青素经双光束紫外．可见分光光度计光谱扫描分析，得到其最大吸收波长为５２０ｎｍ。在单因素的基础上，采用Ｂｏｘ—Ｂｅｈｎｋｅｎ试验设计和响应面分析法，得到酶－超声波辅助法提取紫薯花青素的最佳工艺条件为提取温度５ｌ℃、提取时间３３ｍｉｎ、液料比２０：１、酶添加量５４Ｕ／ｍＬ，此条件下，花青素得率可达到３．５８１％０。传统的有机溶剂浸提法花青素得率为０．９６％０，酶．超声波辅助法与传统方法相比，花青素得率提高了２．７３倍；与微波法、超声波法相
比，花青素得率分别提高了３２．４％和１７．８％。
万方数据
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ＳＩＮＨＮ，ＹＵＳＯＦ
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ｃｌａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｓａｐｏｄｉｌｌａｊｕｉｃｅｕｓｉｎｇｒｅｓｐｏｎｓｅｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｍ．
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作者：作者单位：
张慢， 潘丽军， 姜绍通， 莫玉稳， ZHANG Man， PAN Li-jun， JIANG Shao-tong， MO Yu-wen
张慢,莫玉稳,ZHANG Man,MO Yu-wen(合肥工业大学生物与食品工程学院,安徽合肥,230009)， 潘丽军,姜绍通,PAN Li-jun,JIANG Shao-tong(合肥工业大学生物与食品工程学院,安徽合肥 230009;安徽省农产品精深加工重点实验室,安徽合肥 230009)食品科学Food Science2014,35(10)
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