一种响应面法优化韭黄色素提取工艺及其应用的制作方法

[0001]
本发明属于植物提取技术领域，具体地说是涉及一种响应面法优化韭黄色素提取工艺及其应用。


背景技术：

[0002]
韭黄来源于百合科葱属植物韭菜allium tuberosum rottb. ex spreng.的根茎叶，其具有健胃、提神、止汗固涩、补肾助阳等功效，作为高档蔬菜食用。韭黄含丰富的蛋白质，糖，矿物质钙、铁和磷，维生素a原、维生素b2、维生素c和尼克酸，以及甙类和苦味质等。韭黄具有驱寒散瘀，增强体力作用，并能增进食欲，还能续筋骨，疗损伤。但阴虚内热及目疾之人忌食。据《本草纲目》记载“韭黄”有固肾缩尿之功效。韭菜根味辛，性温；入肝、胃、肾经。有温中开胃、行气活血、补肾助阳、散瘀的功效。韭菜叶味甘、辛、咸，性温，入肝、胃、肾经。温中行气，散瘀解毒。韭菜种子味辛、咸、性温，入肝、肾经。补肝肾，暖腰膝，壮阳固精。全韭可补肾益胃，充肺气，散瘀行滞，安五脏，行气血，止汗固涩，干呃逆。韭黄还可以起到主治阳痿、早泄、遗精、多尿、腹中冷痛、胃中虚热、泄泻、白浊、经闭、白带异常、腰膝隐痛和产后出血等病症。
[0003]
韭黄含有挥发性精油及硫化物等特殊成分，散发出一种独特的辛香气味，有助于疏调 肝气，增进食欲，增强消化功能。截止目前，贵州省普定县韭黄的推广种植面积达10万亩， 普定白旗韭黄已通过国家地理标示认证，药理研究表明具有抗氧化、增强免疫、抗菌等作用， 其药食两用开发利用价值大。
[0004]
目前有许多天然色素开发的相关研究，其中色素的研究报道较多，其中不乏以紫菜、洋葱和苋菜等富含色素的植物为原料进行的研究，但是有关于韭黄色素提取应用的技术并未见报道，由此可以预见，韭黄色素具有更广阔的市场空间。因此，为充分开发和利用韭黄，如何提供一种响应面法优化韭黄色素的提取工艺及其应用，是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明为了解决现有技术中存在的问题，从而提供一种操作简单、易于工业化生产的提取工艺，以韭黄为原料，通过有效利用韭黄的叶和茎来进行色素提取，增加韭黄的经济效益，并且提取方法安全高效，使所得的色素具有纯度高、稳定性好等优点，具体地说是一种响应面法优化韭黄色素提取工艺及其应用。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种响应面法优化韭黄色素提取工艺，所述韭黄色素提取工艺包括以下步骤：(1)将韭黄清洗干净，沥干表面水分后，切成段，然后平铺于蒸笼中，采用隔水控温蒸制后，得熟韭黄备；(2)将上述步骤(1)制得熟韭黄放置真空烘箱中，加热烘至干燥，得熟韭黄干制品备用；(3)将上述步骤(2)制得熟韭黄干制品置于万能粉碎机中进行粉碎处理，得熟韭黄粉过
筛后备用；(4)将上述步骤(3)制得熟韭黄粉末称取1.0g，加入乙醇溶液，采用200w的功率超声提取3次，提取结束后，提取溶液进行抽滤，合并清液，用该浓度的乙醇水溶液定容到50ml，然后稀释50倍，在420nm波长测定吸光度，滤液透过微滤膜，得流出液，回收乙醇后得浓缩液，再将浓缩液进行低温冷冻，即得所述韭黄色素成品。
[0007]
进一步地，本发明所述的一种响应面法优化韭黄色素提取工艺，其中在所述步骤(1)中，将清洗干净，并沥干表面水分后的韭黄切段为长1～2cm，而在隔水控温蒸制过程中，隔水蒸的水蒸气温度为100～110℃，蒸制时间为10～15min。
[0008]
进一步地，本发明所述的一种响应面法优化韭黄色素提取工艺，其中在所述步骤(2)中，真空烘箱的烘干温度控制为60～65℃，烘干后熟韭黄干制品的含水量≤6％。
[0009]
进一步地，本发明所述的一种响应面法优化韭黄色素提取工艺，其中在所述步骤(3)中，粉碎后的韭黄粉过20～40目筛。
[0010]
进一步地，本发明所述的一种响应面法优化韭黄色素提取工艺，其中在所述步骤(4)中，韭黄粉中加入浓度为40～50%的乙醇，得料液比为1:10～20g/ml的溶液，超声提取工艺为，提取温度为60～70℃，提取时间为20～30min,微滤膜的滤孔径为0.1～0.5μm，低温冷冻的温度为0～-10℃，冷冻时间为50～60min，经低温冷冻即得所述韭黄色素成品。
[0011]
进一步地，作为优选技术方案，本发明所述的一种响应面法优化韭黄色素的提取工艺，其中所述韭黄色素的超声提取最佳工艺为：乙醇浓度47%、提取时间25min、提取温度62℃和料液比1:15g/ml。
[0012]
采用本发明所提供的一种响应面法优化韭黄黄色素的提取工艺，其主要优点在于：(1)本发明采用韭黄切段经蒸煮后烘干并粉碎所得的韭黄粉为原料提取黄色素，有效利用韭黄茎和叶部位产生经济效益，并且韭黄经过蒸煮后，能进一步减少后期成品的杂质，提升产品的纯度，降低脂溶性成分对产品的影响。
[0013]
(2)本发明采用超声辅助提取和冷冻技术，有效提取韭黄中的色素，并且使所得的色素具有一定活性，提升产品的品质。
[0014]
(3)本发明所得韭黄色素来源于纯天然蔬菜韭黄，其安全性高，并且将提取粗品经过滤膜处理，使得产品颜色纯正、品质好、纯度高，并且具有较高的稳定性。
[0015]
本发明所要解决的另一个技术问题，是还提供了一种所述提取工艺得到的韭黄色素在食品制备中的应用，所述韭黄色素及制得的色素食品需在ph=4.0～8.0条件下避光贮存。
[0016]
所述色素食品制备过程中各食品添加剂添加量为：抗氧化剂0～0.4ml/l，甜味剂0～1.5ml/l，防腐剂0～1.0ml/l，酸味剂0～1.0ml/l，增稠剂0～1.0ml/l，澄清剂0～1.0ml/l。其中所述抗氧化剂为维生素c，甜味剂为蔗糖，防腐剂为山梨酸钾，酸味剂为柠檬酸，增稠剂为海藻酸钠，澄清剂为单宁酸。
[0017]
采用本发明所述的一种响应面法优化韭黄黄色素的提取工艺及其应用，与现有技术相比，其有益效果在于：本发明提取工艺简单，提取效率较高，易于推广应用，采用响应面法超声辅助法并优化各个提取条件，使韭黄色素的提取具有最佳的效果；并提供了韭黄色素在食品制备中的应用范围，且限定了具体的应用及保存条件，进一步确保韭黄色素的稳
定性，拓宽天然植物色素的来源，具有较高的实际应用价值。
附图说明
[0018]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0019]
图1是本发明乙醇浓度对韭黄色素提取效果影响图；图2是本发明提取温度对对韭黄色素提取效果影响图；图3是本发明提取时间对对韭黄色素提取效果影响图；图4是本发明料液比对对韭黄色素提取效果影响图；图5是本发明提取次数对对韭黄色素提取效果影响图；图6是本发明乙醇浓度和料液比交互作用下对韭黄色素提取效果的等高线图；图7是本发明乙醇浓度和料液比交互作用下对韭黄色素提取效果的响应曲面图；图8是本发明提取时间和料液比交互作用下对韭黄色素提取效果的等高线图；图9是本发明提取时间和料液比交互作用下对韭黄色素提取效果的响应曲面图；图10是本发明料液比和提取温度交互作用下对韭黄色素提取效果的等高线图；图11是本发明料液比和提取温度交互作用下对韭黄色素提取效果的响应曲面图；图12是本发明提取时间和乙醇浓度交互作用下对韭黄色素提取效果的等高线图；图13是本发明提取时间和乙醇浓度交互作用下对韭黄色素提取效果的响应曲面图；图14是本发明提取温度和乙醇浓度交互作用下对韭黄色素提取效果的等高线图；图15是本发明提取温度和乙醇浓度交互作用下对韭黄色素提取效果的响应曲面图；图16是本发明提取温度和提取时间交互作用下对韭黄色素提取效果的等高线图；图17是本发明提取温度和提取时间交互作用下对韭黄色素提取效果的响应曲面图。
具体实施方式
[0020]
为了更充分的解释本发明的实施，以下结合具体实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021]
采用本发明所述提取工艺制备的韭黄色素，并对其中数据进行优化，具体制备及实验过程所采用的技术方案如下：一种响应面法优化韭黄黄色素的提取工艺，所述韭黄黄色素的提取工艺包括以下步骤：(1)将韭黄清洗干净，沥干表面水分后，切成段，平铺于蒸笼中，隔水蒸一段时间，得熟韭黄备用；(2)将上述熟韭黄段置于烘箱中进行烘干，得干韭黄段备用；(3)将上述干韭黄段，置于粉碎机中进行粉碎处理，得韭黄粉过筛后备用；(4)将步骤(3)制得的韭黄粉末称取1.0g,按料液比(g/ml)为1:10～20溶于体积浓度为40～50％的乙醇中，在温度为60～70℃条件下，采用200w的功率超声提取3次，每次提取20～30min后，提取溶液进行抽滤，合并清液，用该浓度的乙醇水溶液定容到50ml，然后稀释50倍，采用420nm波长测定吸光度，滤液透过微滤膜，得流出液，回收乙醇后得浓缩液，再将浓
缩液进行低温冷冻，即得本发明所述的韭黄色素。
[0022]
一、采用响应面法优化提取条件对提取效果的影响(一)、乙醇浓度对韭黄色素提取效果的影响称取韭黄粉1.0g，加入10ml的体积分数分别为：20％、30％、40％、50％、60％、70％的乙醇，在温度为40℃条件下，采用200w的功率超声处理20min，抽滤，用该浓度的乙醇水溶液定容到50ml，然后稀释50倍，采用420nm波长测定吸光度；其结果如图1所示。当乙醇浓度40～50％时，提取效果较好，当低于40％时，由于提取液浓度较低色素提取不充分；乙醇浓度70％时，高浓度的乙醇极性增加与色素的极性有差异使色素溶解度降低。
[0023]
(二)、提取温度对韭黄色素提取效果的影响称取韭黄粉末1.0g，加入10ml体积分数50％的乙醇，在超声温度分别为：30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，在功率为200w的条件下超声20min，抽滤，用该浓度的乙醇水溶液定容到50ml，然后稀释50倍，采用420nm波长测定吸光度；其结果如图2所示，当超声温度达到60～70℃时，提取效果较好，温度低，色素不能被充分利用，导致提取效果差；温度过高，色素结构变性，且高温使乙醇挥发，影响提取效果。
[0024]
(三)、提取时间对韭黄色素提取效果的影响称取韭黄粉末1.0g，加入10ml体积分数为50％的乙醇，在温度为60℃、功率为200w的条件下分别超声：10min、15min、20min、25min、30min、40min，抽滤，用该浓度的乙醇水溶液定容到50ml，然后稀释50倍，采用420nm波长测定吸光度；其结果如图3所示，超声时间为20～30min时，提取效果较好，提取时间短，色素未被充分提取，细胞破坏不充分、浸泡时间不够长，随着时间的延长色素降解或结构被破坏。
[0025]
(四)、料液比对韭黄色素提取效果的影响称取韭黄壳粉末1.0g，加入液料比(g/ml)分别为：1:5、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30的体积分数为50％的乙醇，在温度为60℃，功率为200w下超声25min，抽滤，用该浓度的乙醇水溶液定容到50ml，然后稀释50倍，采用420nm波长测定吸光度；其结果如图4所示，液料比为1:10～20时，具有较好的提取效果。
[0026]
(五)、提取次数对韭黄色素提取效果的影响称取韭黄粉末1.0g，加入15ml体积分数50％的乙醇，在温度60℃、功率200w的条件下，超声25min，分别提取：1次、2次、3次、4次、5次、6次。抽滤，用该浓度的乙醇水溶液定容到50ml，然后稀释50倍，采用420nm波长测定吸光度；结果如图5所示，提取次数为3次时，提取效果较好。
[0027]
二、因素水平选取及响应面法设计在单因素试验的基础上，设计响应面试验，以韭黄色素吸光度（a）作为响应值，以料液比（a）、乙醇浓度（b）、提取时间（c）、提取温度（d）作为自变量，选取3个水平（0，
±
1），采用 design expert 8.0.5.0建立模型对超声辅助提取韭黄色素工艺进行优化，实验因素与水平设定见表1所示，响应面试验设计与结果见表2所示。
[0028]
表1 实验因素与水平设定
表2 响应面试验设计与结果编号料液比(a)乙醇浓度(b)提取时间(c)提取温度(d)吸光度(a)1104025600.6412204025600.6683105025600.7014205025600.7065154520500.7146154530500.7037154520700.7108154530700.7299104525500.68910204525500.69611104525700.69412204525700.70413154020600.66014155020600.72815154030600.67816155030600.71217104520600.68618204520600.69819104530600.68020204530600.69221154025500.66922155025500.72123154025700.68124155025700.73125154525600.73726154525600.73927154525600.740
28154525600.74129154525600.738三、回归模型的建立和统计分析采用 design expert 8.0.5.0软件对实验结果进行多项式拟合回归，得到二元回归方程：y=0.74+6.08
×
10-3
a+0.025b-1.67
×
10-4
c+4.75
×
10-3
d-5.50
×
10-3
ab+0.00ac+7.50
×
10-4
ad-8.50
×
10-3
bc-5.00
×
10-4
bd+7.50
×
10-3
cd-0.033a
2-0.028b
2-0.016c
2-9.83
×
10-3
d
2
。
[0029]
并利用二元回归方程进行模型方差分析，其结果如表3所示。
[0030]
表3模型方差分析方差来源平方和自由度均方fpr>fmode0.020141.39
×
10-3
161.85<0.0001a-料液比4.44
×
10-4
14.44
×
10-4
51.56<0.0001b-乙醇浓度7.60
×
10-3
17.60
×
10-3
882.42<0.0001c-提取时间3.33
×
10-7
13.33
×
10-7
0.0390.8469d-提取温度2.71
×
10-4
12.71
×
10-4
31.43<0.0001ab1.21
×
10-4
11.21
×
10-4
14.050.0022ac0.00010.0000.0001.0000ad2.25
×
10-6
12.25
×
10-6
0.260.6172bc2.89
×
10-4
12.89
×
10-4
33.55<0.0001bd1.00
×
10-6
11.00
×
10-6
0.120.7384cd2.25
×
10-4
12.25
×
10-4
26.120.0002a
2
7.10
×
10-3
17.10
×
10-3
824.27<0.0001b
2
5.07
×
10-3
15.07
×
10-3
588.67<0.0001c
2
1.70
×
10-3
11.70
×
10-3
197.85<0.0001d
2
6.27
×
10-4
16.27
×
10-4
72.82<0.0001残差1.21
×
10-4
148.61
×
10-6
ꢀꢀ
失拟项1.11
×
10-4
10 4.420.0824净误差1.00
×
10-5
42.50
×
10-6
ꢀꢀ
总离差0.02028
ꢀꢀꢀ
注：p<0.05为显著性差异，p<0.01为极显著差异。
[0031]
由表3可知，应用design-expert软件分析上述结果，其结果如图6～17所示。通过design expert软件进行试验优化方差分析，其结果表明，各因素显著程度为乙醇浓度＞料液比＞超声温度＞超声时间；实验模型“pr>f”值小于0.0001非常显著，即该模型用于评价本实验可信度非常高，结果显示a、b、d、ab、bc、cd、a
2
、b
2
、c
2
、d
2
对考察指标韭黄色素吸光度值影响极其显著，失拟项（p=0.0824>0.05）不显著，表明方差拟合度较好，误差较小。r
2
=0.9939，表明最佳条件下实测值与预测值的偏差较小;结论：最佳提取条件为料液比1:15.28g/ml,乙醇浓度47.27%,超声提取时间24.62min,超声提取温度62.04℃,吸光度预测值为0.745。结合生产实际，最后实验选取料液比为1:
15g/ml，乙醇浓度47%，超声提取时间25min，超声提取温度62℃。
[0032]
四、韭黄色素提取工艺验证实验根据提取条件对韭黄色素提取工艺进行验证，具体情况如表4所示：表4韭黄色素验证实验编号称样量吸光度（a）10.9956g0.73821.0005g0.74330.9987g0.739由表4可知，按照最优提取工艺重复提取三次，得韭黄色素吸光度为0.740，与预测值非常接近。
[0033]
(一)、测定还原剂维生素c和h
2
o
2
对韭黄色素稳定性的影响取1ml0.5%韭黄色素水溶液，分别加入一定量不同浓度的维生素c及h
2
o
2
溶液，用ph值为7.0的缓冲溶液定容至25ml，使体系中维生素c及 h
2
o
2
的浓度分别为0、0.2、0.4、0.8、1.2ml/l。分别在室温条件下，避光放置 0h、1.5h、3h后，采用波长420nm测定吸光度a。其结果见表5和表6所示。
[0034]
表5还原剂维生素c对韭黄色素稳定性的影响依据表5可以看出，维生素c对韭黄色素影响不明显，但是使用时也需要限制用量。
[0035]
表6 还原剂h
2
o
2
对韭黄色素稳定性的影响
依据表6可知，过氧化氢加入后，短时间内对色素稳定性无明显影响，大量过氧化氢使韭黄色素溶液稳定性下降；随保存时间延长，色素的稳定性明显降低；加入量过氧化氢越多，色素吸光度下降幅度越明显。通过上述分析可知，抗氧化剂选择维生素c为最佳。
[0036]
(二)、测定不同ph值对韭黄色素稳定性的影响用0.1mol/l柠檬酸溶液、氢氧化钠溶液及盐酸溶液配制ph值分别为：2、4、6的缓冲溶液，用0.1mol/l的碳酸氢钠、碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液调配ph 值分别为8、10、12的缓冲溶液。取1ml0.5%韭黄色素溶液，分别用配好的缓冲溶液定容至25ml，室温条件下放置1h，于波长为420nm测定吸光度，其结果见表7所示。
[0037]
表7 ph对韭黄色素稳定性的影响ph246781012吸光度（a）0.7200.7450.7440.7440.7470.7210.597根据表7可知，韭黄色素应避免接触强酸强碱，护色ph为4～8。
[0038]
(三)、测定光照对韭黄色素稳定性的影响取10ml0.5%韭黄色素溶液于无色透明玻璃试管中，1组自然日光放置，2组放于室内灯光照的环境中，3组避光放置。分别室温保存 0h、12h、24h、36h、48h、60h、72h。定时观察溶液颜色变化，并于波长为420nm测定吸光度。其结果见表8所示。
[0039]
表8 光照对韭黄色素稳定性的影响时间日光室内灯光避光0h0.7320.7320.73212h0.6680.6850.70924h0.5630.6590.68336h0.5080.6120.65248h0.4540.5740.62960h0.4010.5310.59172h0.3560.4850.565根据表8可看出，避光条件下，韭黄色素较稳定，变化缓慢，因此，韭黄色素应避光保存和使用。
[0040]
(四)、测定食品添加剂对韭黄色素的稳定性的影响按照实验设计的浓度分别配制0、1.0、1.5、2.0ml/l的蔗糖溶液、葡萄糖溶液、柠檬酸溶液、单宁酸溶液、苯甲酸钠溶液、山梨酸钾溶液、海藻酸钠溶液。取1ml0.5%韭黄色素溶液，用以上食品添加剂溶液定容至25ml，于室温条件下避光放置0h、1.5h、3h后，采用波长为420nm测定吸光度。其结果见表9所示。
[0041]
表9 食品添加剂对韭黄色素的稳定性的影响
由表9可以看出，蔗糖的护色作用高于葡萄糖，因此，甜味剂选择蔗糖；苯甲酸钠加入时，色素溶液吸光度有一定程度增大，但随着用量增大，吸光度变化不明显；山梨酸钾的加
入量整体影响不大，大量加入时色素吸光度变化也趋势稳定；因此，防腐剂选择山梨酸钾；单宁酸使色素溶液的吸光度值下降，随着时间延长色素溶液吸光度下降，即单宁酸不利于色素的稳定，需限量；海藻酸钠加入量小对色素的吸光度影响不大，当加入量增多，色素溶液浓稠，吸光度明显增大；随着保存时间延长，吸光度明显下降；因此，海藻酸钠需限量；柠檬酸加入后色素溶液变得澄清透明；加入体积增大，色素溶液吸光度显著上升，随着保存时间延长吸光度降低，因此，柠檬酸也需限量。
[0042]
结合上述结果可知，采用本发明所述提取工艺所制备的韭黄色素，在应用时，对环境应具有合理的限定，以确保其具有最佳的稳定性及最优的保存时间。
[0043]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；本发明的保护范围不限于具体实施方式所公开的技术方案，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同替换、改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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