红甜菜根中甜菜红素的超声辅助连续提取

(1．东营市一中国际部，山东东营257000；2．中国石油大学胜利学院化学工程学院，山东东营257000)[摘要]分别利用对常规间歇溶剂提取、超声辅助间歇提取和超声辅助连续提取三种方法对红甜菜根粉中甜菜红素进行了提取。通过对提取率、提取时间的测定发现，超声辅助能够有效提高甜菜红素的提取率，而使用连续提取工艺，可进一步缩短提取时间，提高提取率，同时避免甜菜红素的热分解。在300W的超声功率，50℃的提取温度，4mL/min的溶剂流速下，能够在15min左右完全提取红甜菜根粉中的甜菜红素，最高提取率可达7.95%。[关键词]甜菜红素；超声辅助提取；间歇法；连续法[中图分类号]O69[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2019)16-0072-02纪沈毅1，徐鸣2*Ultrasound-assistedContinuousExtractionofBetacyaninfromRedBeetroot

JiShenyi1,XuMing2*

(1.InternationalDepartment,DongyingNo.1MiddleSchool,Dongying257000；2.SchoolofChemicalEngineering,ShengliCollege,ChinaUniversityofPetroleum,Dongying257000,China)Abstract:BetacyaninwasextractedfromRedbeetrootpowderbythreemethods:conventionalbatchsolventextraction,ultrasound-assistedbatchextractionandultrasound-assistedcontinuousextraction.Thedeterminationofextractionrateandextractiontimewasfoundthatultrasound-assistedextractioncouldeffectivelyimprovetheextractionrateofBetacyanin,whilethecontinuousextractionprocesscouldfurthershortentheextractiontime,improvetheextractionrateandavoidthethermaldecompositionofBetacyanin.Under300Wultrasoundpower,50℃and4mL/minsolventflowrate,Betacyanininredbeetrootpowdercanbecompletelyextractedinabout15minutes,withthehighestextractionrateof7.95%.Keywords:Betacyanin；ultrasound-assisted；batchextraction；continuousextraction甜菜红色素是从藜科植物如红甜菜、火龙果等中提取出的水溶性色素，一般为红紫或深紫色粉末，色泽鲜艳，著色均匀、无异味，作为天然食用色素广泛应用于汽水、糖果、糕点等食品饮料特别是低温食品的着色。甜菜红色素是红甜菜中所有的有色化合物总称，主要由红色的甜菜花青素和黄色的甜菜黄素所组成。甜菜花青素中主要的甜菜甙属糖类衍生物，分子式为C24H26N2O13，分子量550.48，占红色素的75%~95%，其余尚有异甜菜甙、前甜菜甙和异前甜菜甙。甜菜黄素包括甜菜黄素I和甜菜黄素II。甜菜红色素在pH=3.0~7.0之间比较稳定，pH=4.0~5.0最稳定。pH=7.0时，溶液颜色亦相应地由红变紫，pH＞10.0时甜菜苷转化为甜菜黄素，溶液颜色迅速变黄[1]。传统提取甜菜红色素的方法是以经干燥的红甜菜根粉为原料，以水或水-乙醇混合溶剂为原料，经浸渍、索氏提取浓缩干燥得到甜菜红色素。例如熊勇[2]等探索的最佳提取条件为常温下，pH=4.5，料液比为1∶5(g/mL)，5h可达最大提取率。这种提取方法简单且成本低，但提取时间过长，提取效率较低。而超声波辅助萃取技术是通过超声波的空泡效应传递能量促进溶剂渗透并加大固相液相接触面积，近年来在甜菜红色素的提取中得到了许多应用[3]。例如任文明[4]等得到的超声辅助的最佳提取条件为超声波浸提功率500W、时间25min、温度30℃、料液比1∶5.02。但当前的提取方式一般仍使用间歇法，仍然存在着提取时间长，规模化提取效率偏低的问题。因此，开发连续提取方法，是降低大规模工业生产成本的重要方向。1实验仪器和试剂

智能温控双频超声波合成萃取仪(XH-2008DE，北京祥鹄科技发展有限公司)；紫外可见分光光度仪(T1901，上海精密科学仪器有限公司)，分配型蠕动泵(YZⅡ15，保定兰格恒流泵有限公司)甜菜红色素(分析纯，河南凤凰生物科技有限公司)；甜菜根粉；去离子水；盐酸(AR)2实验步骤

2.1甜菜红色素紫外-可见光谱与标准工作曲线的绘制准确称取0.02g左右的甜菜红色素，以去离子水完全溶解后定容至500mL，配制成成0.01%的甜菜红素标准溶液，紫外可见分光光度仪以水为参比，波长200~800nm进行扫描.谱图如图1。由谱图可见，甜菜红色素在可见光区532nm处有最大吸收峰，与文献报道一致，且其浓度与吸光度有良好的线性关系，可用于甜菜红素浓度的测定。图1甜菜红素的紫外-可见光谱以及工作曲线Fig.1UVSpectraandWorkingCurveofBetacyanin2.2甜菜红素的超声间歇提取准确称取10.00g左右的甜菜根粉，加入以盐酸调至pH为5.0的去离子水50mL，摇匀后置于超声波合成萃取仪中，插入超声[收稿日期][基金项目][作者简介]探头，超声频率35KHz，在一定温度和一定超声功率下提取1h。静置过滤后，取样稀释后测定吸光度，根据工作曲线计算提取率。同时在相同条件下平行测定传统提取法的提取率。2019-07-21中国石油大学胜利学院2019年度大学生创新创业训练计划项目，项目编号：2019011纪沈毅(2002-)，男，东营人，高中生。*为通讯作者：徐鸣(1974-)，男，河南温县人，硕士，主要研究方向为精细化工、石油化学品研究。2019年第16期第46卷总第402期广东化工www.gdchem.com·73·2.3甜菜红素的超声连续提取准确称取10.00g左右的甜菜根粉，用滤纸包好后放入三颈烧瓶中，固定于超声萃取仪水浴槽，插入超声探头，设置超声频率35KHz。首先加入20mL以盐酸调至pH为5.0的去离子水，待滤纸包完全浸透后，用蠕动泵将酸性去离子水以一定流速滴入三口烧瓶，同时在另一端用另一台蠕动泵以相同流速将提取液抽出。以相同时间间隔取样稀释后测定吸光度并计算提取率。同样测定不同温度、不同流速、不同超声功率下对提取率的影响。33.1实验结果及分析

提取温度对甜菜红色素间歇提取率的影响超声功率150W，提取时间1h，水浴温度分别为30℃、40℃、50℃、60℃下超声辅助提取与传统提取的甜菜红素提取率如图2所示。其中横坐标为提取时烧瓶内提取液的实测温度。图2不同温度下间歇提取甜菜红素的提取率Fig.2ExtractionrateofBetacyanintemperaturesbybatchextractionatdifferent由图2可见，超声波辅助可以明显提高甜菜红色素的提取率，在30℃左右1h时，提取率由常规萃取方法的4.08%提高到6.50%，提高了59.3%。在其它温度下也有相似的结果。同时由图也可以发现，随反应温度的提高，两种方法的甜菜红素提取率均有所下降。例如在超声波辅助下，甜菜红素提取率由6.50%下降至4.87%，而传统萃取法的提取率则从4.08%降低至2.97%。而由于超声波的空化效应会产生一定的热量，因此在较高的提取温度时会加剧甜菜红素的降解，提取率降低得更为明显。因此，这进一步说明甜菜红色素属于热不稳定色素，在使用间歇提取方式时应该在较低温度下进行提取。3.2超声功率对甜菜红色素间歇提取率的影响图3不同功率下超声辅助间歇提取甜菜红素的提取率Fig.3ExtractionrateextractionofBetacyaninatdifferentbyultrasound-assistedpowerbatch设定提取温度30℃，提取时间1h，超声功率分别为150W、300W、450W和600W时甜菜红素的提取率如图3。由数据可见，甜菜红素的提取率在150~450W区间内随功率的增加而上升，直至450W达到最大值4.95%。这是由于较大的超声功率可导致红甜菜的细胞破壁更完全，增大了提取剂与物料的接触面积。但更高功率的超声波一方面可能会造成细胞蛋白质变性阻碍有色物质的溶出，另一方面会导致色素分解率的增加，导致提取率下降。但总体来说，功率自150W提高2倍，提取率仅增加了0.41%，因此从能耗角度来看，低功率提取即可达到要求。3.3不同温度下超声辅助连续提取的提取率设置超声功率为150W，泵流速为1mL/min，水浴温度分别设为20℃、30℃、40℃、50℃对甜菜根粉进行超声辅助连续提取1h，提取液每3min取样测量其吸光度并计算提取率，结果如图4。图4不同温度下超声辅助连续提取甜菜红素的提取率-时间曲线ultrasound-assistedFig.4Extractioncontinuousrate-timeextractioncurveofatdifferentBetacyanintemperaturesby由图4可见，提取液的提取率随提取时间增加出现先上升再下降的趋势变化。这是由于随着提取的进行，甜菜红色素不断浸出进入溶剂，吸光度不断上升。当甜菜根粉中的色素全部浸出后，继续注入的溶剂起到了稀释作用，吸光度则开始下降。因此达到最大提取率的时间即为色素被完全提取的时间。20℃、30℃、40℃、50℃时分别在48、42、36、24min时出现最大值，最高提取率分别为5.28%、6.87%、7.18%和7.86%。对数据的分析可以发现，随提取温度提高，色素完全被提取所需时间减少，最大提取率提高；与间歇提取对比，相同温度下连续提取的最大提取率均高于间歇提取的1h提取率。说明连续萃取因不断将提取物分出体系，能够显著增加提取速度，提升提取率，同时，由于不断有温度相对较低的溶剂不断注入，平衡了超声所带来的局部过热，减少了甜菜红色素的热分解，因此可以在较高的温度下得到满意的提取率。3.4不同功率的超声辅助连续提取的提取率设置泵流速为1mL/min，水浴温度50℃，在超声功率为150W1h、，提取液每300W、4503minW三个功率下对甜菜根粉进行超声辅助连续提取取样测量其吸光度，计算提取率结果如图5。图5不同功率时超声辅助连续提取甜菜红素的提取率-时间曲线ultrasound-assistedFig.5Extractioncontinuousrate-timeextractioncurveofBetacyaninatdifferentbypower由图5的提取率-时间曲线可以发现，总体上不同的超声功率对最大提取率的影响并不大，仅是在达到最大提取率的时间上，高功率比低功率要早，但也仅仅提前了3min。此外，450W时的最大提取率反而较300W时有所降低，说明功率提高时超声的局部热效应更明显，即使在连续提取的情况下也会对甜菜红色素造成一定的破坏。因此，综合来看超声功率并非越大越好，150W就能满足提取要求。3.5不同泵流速下超声辅助连续提取的提取率在超声功率150W，水浴温度50℃，分别设置泵流速为1mL/min，2mL/min和4mL/min，对甜菜根粉进行超声辅助连续提取1h，每3min取样的提取率结果如图5。(下转第66页)·66·广东化工www.gdchem.com表6NS-6在焦页211-4井应用性能Tab.6ApplicationinJiaoye211-4井深336035353833416844114772512054355793ρ/(g·cm-3)1.451.451.471.491.501.491.511.511.51TV/s636365646262666669PV/(mPa·s)373740383737373642YP/Pa121313.51312.513111112Gel(Pa/Pa)初57998.59888终1314161517.519181818FLHTHP/mL2.81.61.62.02.22.02.22.02.02019年第16期第46卷总第402期Es/V62789510741202120912441321138013873.2现场施工方案在转换完油基钻井液正常施工后，在井浆中直接缓慢加入1%NS-6，以保证体系中NS-6分散均匀。在钻进过程中，随时监测钻井液高温高压滤失量、返砂和钻井液消耗情况补充。4结论及建议

(1)NS-6最佳配方为：10%G-5+48%C-3+32%Q-2+0.2%S-1；(2)现场钻井液密度为1.50g/cm3和2.30g/cm3时，NS-6最佳加量为1.5%，对钻井液流变性无影响，且有一定降滤失剂作用；抗温性达到160℃以上；(3)NS-6能满足在温度150℃、密度2.30g/cm3情况下的钻井施工要求。(4)在焦页211-4井的成功应用，说明NS-6具有很好的封堵作用，提高了井壁稳定性，可完全替代HX-1，具有很好的经济效益和推广应用价值。参考文献

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通过对常规间歇溶剂提取、超声辅助间歇提取和超声辅助连续提取三种方法对红甜菜根粉中甜菜红素的提取率、提取时间的测定与分析，可以得到如下结论。(1)超声辅助能够有效提高甜菜红素的提取率。由于超声能够在固液界面的局部形成微小的高温高压区域，更有利于原料的破碎和溶剂的进入，从而提高提取效果[5]。同时，由于这种促进作(本文文献格式：纪沈毅，徐鸣．红甜菜根中甜菜红素的超声辅助连续提取[J]．广东化工，2019，46(16)：72-73)