微波辅助提取紫甘薯色素的工艺研究(附件)
摘 要紫甘薯属旋花科一年生草本植物，是近年来新开发出来的一类具有优良特异的甘薯品种，其富含的天然色素安全无毒、色泽鲜艳，同时还具有明显的抗突变、抗氧化、减轻肝脏功能障碍等生理功能。因此紫甘薯色素是一种极具开发价值和应用前景广阔的天然色素资源。本文采用微波辅助的方法从紫甘薯中提取色素，利用正交试验研究微波提取时间、微波辐射功率、料液比、提取剂种类这几个因素对紫甘薯中色素提取的影响，然后通过正交试验优化最佳的提取工艺条件。实验结果表明影响紫甘薯色素提取效果的因素首先是提取剂种类，其次是辐射功率，再次是提取时间与料液比。且四个因素各自对紫甘薯色素提取量的影响均具有显著性差异，微波辅助提取紫甘薯色素的最佳工艺参数是1mol/L柠檬酸溶液、微波辐射功率为700w、微波提取时间为2h、料液比为1:20，所得出总色素含量为1.841mg/g。提取工艺简便、具有较高的重现性和可行性。
目 录
1文献综述 1
1.1紫甘薯色素的结构和成分 1
1.1.1紫甘薯色素的结构 1
1.1.2紫甘薯色素的成分 2
1.2紫甘薯色素的生物学性质 2
1.2.1抗氧化及清除自由基功能 3
1.2.2减轻肝脏阻碍功能 3
1.2.3抗肿瘤功能 3
1.2.4抗突变功能 3
1.2.5降血糖功能 4
1.2.6抑菌功能 4
1.2.7改善记忆功能 4
1.2.8高安全性 4
1.3紫甘薯色素的提取方法 4
1.3.1酶法水解 5
1.3.2有机溶剂提取法 5
1.3.3超声辅助提取法 5
1.3.4微波辅助提取法 6
1.4紫甘薯色素的含量测定方法 6
1.4.1产率法 6
1.4.2色价法 6
1.5紫甘薯色素的应用前景 7
1.5.1食品行业 7
1.5.3药品行业 7
1.6选题的意义和选题思路 8
2实验部分 9
2.1实验仪器与实验材料 9
2.1.1 主要实验仪器 9 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.1.2 实验材料 9
2.2实验方法 9
2.2.1原料预处理 9
2.2.2吸收波长的确定 10
2.2.3 单因素的考察 10
2.3结果与讨论 10
2.3.1紫甘薯色素最大吸收波长的确定 10
2.3.2提取剂对紫甘薯色素提取效果的影响 11
2.3.3液料比对紫甘薯色素提取效果的影响 12
2.3.4微波辐射功率对紫甘薯色素提取效果的影响 13
2.3.5提取时间对紫甘薯色素提取效果的影响 13
2.4正交实验 14
2.5正交实验验证性实验结果 16
结 论 16
参考文献 17
致 谢 20
1文献综述
紫甘薯是属旋花科一年生草本植物，原产于日本。它的薯肉呈紫红，外观颜色鲜艳诱人，是红薯中一种特有的品种。紫甘薯的口感非常细腻，品质和营养成分相对于其他红薯来说也极佳。薯肉又富含大量的硒和碘等各类微量元素，所以有抗癌、降压、抗肿瘤等功效，则可作为开发保健食品的原料。并且种植紫甘薯，它的市场价格要比普通的甘薯高出数倍，每亩收入均在30006000元[1]，经济效益非常高。
紫甘薯色素是从紫甘薯的块根部分中分离提取出来的一种天然的色素，它价格低廉，来源方便，提取成本较低，被作为一个重要的天然色素源而引起国内外许多学者的关注。并在未来市场上有望成为一种广泛使用的新型色素源。紫甘薯色素颜色鲜艳并且自然，无毒，无特殊气味，优于化学合成色素，具有多种营养、药理和保健的功能，是一种珍贵的天然食用色素，在食品、医药、化妆品、饮料方面有着较大的应用潜能。
国内学者陆国权[2]等人从1996年就开始了对紫甘薯色素的常规提取、纯化和稳定性进行研究。但常规的提取方法通常存在萃取时间长、劳动强度大、原料预处理能耗大、热敏性组分易破坏等缺点。微波作为一种新兴的应用技术，近年在植物化学领域得到广泛应用。它具有穿透力和选择性强、加热效率高等特点。由于它是一种瞬时穿透式加热方式，在微波场的作用下植物细胞被破壁，从而加快了萃取的速率和有效地提高了产品提取率[3]。
1.1紫甘薯色素的结构和成分
现国内外紫甘薯色素成分和化学结构的研究已经有了不少的报道：
1.1.1紫甘薯色素的结构
紫甘薯色素，属花色苷类化合物,它具有其典型结构（2苯基苯并吡喃阳离子）。但它的具体结构则是由其母核苯环中的取代基、羟基和甲氧基的数量及其位置决定的[4]。紫甘薯色素成分复杂，主要成分为氰定酰基葡糖和甲基花青素酰基葡糖对紫甘薯色素苷，经分析现已发现的化学结构包括以下10种：
1.1.1.1两种主要的花色苷化学结构
Odake等HPLC采用技术分离并鉴定了此类紫甘薯色素中2种主要花色苷的化学结构，分别为：30{6O一(E)咖啡酰一2一O一[6O一(E)一阿魏酰一β—D吡喃葡糖D基]β—D一吡喃葡糖苷}[5O一(β—D吡喃葡糖苷)]矢车菊素和芍药素[5]。
1.1.1.2八种酰化的花色苷化学结构
Terahara等进一步证实了这类品种的紫甘薯中共含有8种酰化的花色苷，其中6种为双酰化结构。除上述结构外，还有3—0一(6—0一(E)咖啡酰一2一O[6—O一(E)咖啡酰βD吡喃葡糖基]β一D吡喃葡糖苷}一[5一O—(βD吡喃葡萄糖苷)]矢车菊素和芍药素以及3—0一{6一O一(E)一咖啡酰一2—0一[6一O一(E)一对羟基苯甲酰βD吡喃葡糖基βD吡喃葡糖苷}[5O(βD吡喃葡糖苷)]矢车菊素和芍药素[6]。
1.1.2紫甘薯色素的成分
紫甘薯色素是呈红色至紫红色的粉末、糊状或者液体，略带特殊气味，是一种水溶性色素，它可以溶解于纯水、丙酮、甲醇、冰醋酸等，不溶于石油醚等有机溶剂，因为它的吡喃环上有四价氧原子，含有碱的性质，与此同时又含有酚羟基，具有酸的性质，所以紫甘薯色素的色泽对PH非常敏感。在酸性的条件下，它是呈深红色的，结构相对稳定，在碱性的条件下能够加速紫甘薯色素的损失，所以通常情况下，当PH<5时，呈现稳定的红色，当PH>5时，该色素由红色变成了紫色再变为蓝色，所以在酸性条件下呈现鲜红色，中性条件下呈红色至红紫色，碱性条件下呈现紫蓝色[7]。有研究表明，紫甘薯色素在PH3时它的热稳定性、光稳定性都较高，98℃条件下热降解的半衰期为4.6h,光照的条件下半衰期为6.5d[8]。而食品加工的PH值大多都在35的范围内，所以在食品工业中使用的是呈现稳定的红色。
1.2紫甘薯色素的生物学性质
近年来，紫甘薯的营养和保健价值引起了国内外学者们的重大关注。据本草纲目记载，甘薯有“补虚乏、益气力、健脾胃、强肾阴”的功效[9]。而且紫甘薯的块根除了含有普通甘薯的很多营养成分之外，还富含具有显著天然抗氧化和清除自由基等生理活性作用的天然色素，从而显示出它独特的一些生理活性。
1.2.1抗氧化及清除自由基功能
许多研究表明，自由基可以导致生物体的蛋白质、核酸、脂肪受到氧化损坏，而且这种损坏正是引起心血管疾病、神经性疾病、癌症的重要原因[10]。食用具有抗氧化功能的食物可以防止很多种疾病的发生。而紫甘薯色素具有很强的抗氧化活性，它是一种很好的氧自由基清除剂，它的抗氧化作用的主要活性基团是分子中的酚羟基。
目 录
1文献综述 1
1.1紫甘薯色素的结构和成分 1
1.1.1紫甘薯色素的结构 1
1.1.2紫甘薯色素的成分 2
1.2紫甘薯色素的生物学性质 2
1.2.1抗氧化及清除自由基功能 3
1.2.2减轻肝脏阻碍功能 3
1.2.3抗肿瘤功能 3
1.2.4抗突变功能 3
1.2.5降血糖功能 4
1.2.6抑菌功能 4
1.2.7改善记忆功能 4
1.2.8高安全性 4
1.3紫甘薯色素的提取方法 4
1.3.1酶法水解 5
1.3.2有机溶剂提取法 5
1.3.3超声辅助提取法 5
1.3.4微波辅助提取法 6
1.4紫甘薯色素的含量测定方法 6
1.4.1产率法 6
1.4.2色价法 6
1.5紫甘薯色素的应用前景 7
1.5.1食品行业 7
1.5.3药品行业 7
1.6选题的意义和选题思路 8
2实验部分 9
2.1实验仪器与实验材料 9
2.1.1 主要实验仪器 9 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.1.2 实验材料 9
2.2实验方法 9
2.2.1原料预处理 9
2.2.2吸收波长的确定 10
2.2.3 单因素的考察 10
2.3结果与讨论 10
2.3.1紫甘薯色素最大吸收波长的确定 10
2.3.2提取剂对紫甘薯色素提取效果的影响 11
2.3.3液料比对紫甘薯色素提取效果的影响 12
2.3.4微波辐射功率对紫甘薯色素提取效果的影响 13
2.3.5提取时间对紫甘薯色素提取效果的影响 13
2.4正交实验 14
2.5正交实验验证性实验结果 16
结 论 16
参考文献 17
致 谢 20
1文献综述
紫甘薯是属旋花科一年生草本植物，原产于日本。它的薯肉呈紫红，外观颜色鲜艳诱人，是红薯中一种特有的品种。紫甘薯的口感非常细腻，品质和营养成分相对于其他红薯来说也极佳。薯肉又富含大量的硒和碘等各类微量元素，所以有抗癌、降压、抗肿瘤等功效，则可作为开发保健食品的原料。并且种植紫甘薯，它的市场价格要比普通的甘薯高出数倍，每亩收入均在30006000元[1]，经济效益非常高。
紫甘薯色素是从紫甘薯的块根部分中分离提取出来的一种天然的色素，它价格低廉，来源方便，提取成本较低，被作为一个重要的天然色素源而引起国内外许多学者的关注。并在未来市场上有望成为一种广泛使用的新型色素源。紫甘薯色素颜色鲜艳并且自然，无毒，无特殊气味，优于化学合成色素，具有多种营养、药理和保健的功能，是一种珍贵的天然食用色素，在食品、医药、化妆品、饮料方面有着较大的应用潜能。
国内学者陆国权[2]等人从1996年就开始了对紫甘薯色素的常规提取、纯化和稳定性进行研究。但常规的提取方法通常存在萃取时间长、劳动强度大、原料预处理能耗大、热敏性组分易破坏等缺点。微波作为一种新兴的应用技术，近年在植物化学领域得到广泛应用。它具有穿透力和选择性强、加热效率高等特点。由于它是一种瞬时穿透式加热方式，在微波场的作用下植物细胞被破壁，从而加快了萃取的速率和有效地提高了产品提取率[3]。
1.1紫甘薯色素的结构和成分
现国内外紫甘薯色素成分和化学结构的研究已经有了不少的报道：
1.1.1紫甘薯色素的结构
紫甘薯色素，属花色苷类化合物,它具有其典型结构（2苯基苯并吡喃阳离子）。但它的具体结构则是由其母核苯环中的取代基、羟基和甲氧基的数量及其位置决定的[4]。紫甘薯色素成分复杂，主要成分为氰定酰基葡糖和甲基花青素酰基葡糖对紫甘薯色素苷，经分析现已发现的化学结构包括以下10种：
1.1.1.1两种主要的花色苷化学结构
Odake等HPLC采用技术分离并鉴定了此类紫甘薯色素中2种主要花色苷的化学结构，分别为：30{6O一(E)咖啡酰一2一O一[6O一(E)一阿魏酰一β—D吡喃葡糖D基]β—D一吡喃葡糖苷}[5O一(β—D吡喃葡糖苷)]矢车菊素和芍药素[5]。
1.1.1.2八种酰化的花色苷化学结构
Terahara等进一步证实了这类品种的紫甘薯中共含有8种酰化的花色苷，其中6种为双酰化结构。除上述结构外，还有3—0一(6—0一(E)咖啡酰一2一O[6—O一(E)咖啡酰βD吡喃葡糖基]β一D吡喃葡糖苷}一[5一O—(βD吡喃葡萄糖苷)]矢车菊素和芍药素以及3—0一{6一O一(E)一咖啡酰一2—0一[6一O一(E)一对羟基苯甲酰βD吡喃葡糖基βD吡喃葡糖苷}[5O(βD吡喃葡糖苷)]矢车菊素和芍药素[6]。
1.1.2紫甘薯色素的成分
紫甘薯色素是呈红色至紫红色的粉末、糊状或者液体，略带特殊气味，是一种水溶性色素，它可以溶解于纯水、丙酮、甲醇、冰醋酸等，不溶于石油醚等有机溶剂，因为它的吡喃环上有四价氧原子，含有碱的性质，与此同时又含有酚羟基，具有酸的性质，所以紫甘薯色素的色泽对PH非常敏感。在酸性的条件下，它是呈深红色的，结构相对稳定，在碱性的条件下能够加速紫甘薯色素的损失，所以通常情况下，当PH<5时，呈现稳定的红色，当PH>5时，该色素由红色变成了紫色再变为蓝色，所以在酸性条件下呈现鲜红色，中性条件下呈红色至红紫色，碱性条件下呈现紫蓝色[7]。有研究表明，紫甘薯色素在PH3时它的热稳定性、光稳定性都较高，98℃条件下热降解的半衰期为4.6h,光照的条件下半衰期为6.5d[8]。而食品加工的PH值大多都在35的范围内，所以在食品工业中使用的是呈现稳定的红色。
1.2紫甘薯色素的生物学性质
近年来，紫甘薯的营养和保健价值引起了国内外学者们的重大关注。据本草纲目记载，甘薯有“补虚乏、益气力、健脾胃、强肾阴”的功效[9]。而且紫甘薯的块根除了含有普通甘薯的很多营养成分之外，还富含具有显著天然抗氧化和清除自由基等生理活性作用的天然色素，从而显示出它独特的一些生理活性。
1.2.1抗氧化及清除自由基功能
许多研究表明，自由基可以导致生物体的蛋白质、核酸、脂肪受到氧化损坏，而且这种损坏正是引起心血管疾病、神经性疾病、癌症的重要原因[10]。食用具有抗氧化功能的食物可以防止很多种疾病的发生。而紫甘薯色素具有很强的抗氧化活性，它是一种很好的氧自由基清除剂，它的抗氧化作用的主要活性基团是分子中的酚羟基。
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