Optimization of Ultra-high Pressure Extraction and the Antioxidant Activity of Anthocyanins from Blueberry Pomace
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摘要: 本文旨在优化蓝莓渣花色苷的超高压提取工艺并考察其抗氧化活力。本文以蓝莓渣为原料，采用单因素实验和Box-Behnken响应面分析法对蓝莓渣花色苷的提取工艺进行优化，以维生素C（VC）为阳性对照，通过DPPH自由基清除率、羟基自由基清除率和FRAP铁离子还原能力的测定，评估蓝莓渣花色苷的体外抗氧化活性，并采用高效液相色谱法（HPLC）对蓝莓渣花色苷组分进行分析。结果表明：蓝莓渣花色苷的最佳提取工艺条件为：提取压力400 MPa，提取时间9 min，乙醇浓度60%，料液比1:20 g/mL，此条件下花色苷的提取量为5.93±0.06 mg/g，与传统溶剂浸提法（CSE）、超声波辅助提取法（USE）相比，超高压辅助提取（UPE）法的提取效果更好，花色苷提取量分别提高25.11%、10.02%；蓝莓渣花色苷对DPPH•清除能力最强，与同浓度的VC相比，无显著性差异（P>0.05）；其对•OH的清除率以及FRAP铁离子还原能力则显著弱于同浓度VC（P<0.05）；HPLC分析结果表明，蓝莓渣花色苷包含13种花色苷单体，其中锦葵色素-3-半乳糖苷含量最高。因此，超高压辅助提取是一种高效的蓝莓渣花色苷提取方法，且蓝莓渣花色苷因其较强的抗氧化活性具有较好的应用价值。Abstract: The objective of this study was to optimize the ultra-high pressure extraction (UPE) process of anthocyanins extracted from blueberry pomace and to investigate the antioxidant activity of the anthocyanin extracts. In the present study, the extraction process of anthocyanins was optimized by single factor experiments and Box-Behnken response surface methodology, using blueberry pomace as raw extraction material. The DPPH free radical scavenging rate, hydroxyl radical scavenging rate, and FRAP iron ion reducing ability of the extracts were determined to evaluate the in vitro antioxidant activity of blueberry pomace anthocyanins, with vitamin C (VC) used as a positive control. The components of anthocyanins extracted from blueberry pomace were analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC). The optimum conditions of the anthocyanins extraction from blueberry pomac were as follows: extraction pressure at 400 MPa, extraction time for 9 min, 60% ethanol concentration, solid-liquidratio at 1:20 g/mL. Under these conditions, the extraction yield of blueberry pomace anthocyanins was 5.93±0.06 mg/g. Compared to conventional solvent extraction (CSE) and ultrasonic-assisted extraction (USE), ultra-high pressure-assisted extraction (UPE) had the better extraction effect, with the extraction yield of blueberry pomace anthocyanins increased 25.11% and 10.02%, respectively. Blueberry pomace anthocyanins had strong DPPH free radical scavenging effect, which was comparable to the same concentration of VC (P>0.05). However, the hydroxyl radical scavenging activity and the FRAP iron ion reducing ability of blueberry pomace anthocyanins were significantly lower than those of VC at the same concentration (P<0.05). The 13 peaks of the anthocyanin extracts from blueberry pomace were tentatively identied by HPLC analysis, among which the content of malvidin-3-galactoside was the highest. These results indicated that UPE was an efficient method for extracting blueberry pomace anthocyanins which have potential application value to be used as a functional food ingredient or nutraceutical due to their antioxidant activity.
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蓝莓（Vaccinium spp.）又称越橘、蓝浆果，呈蓝色，口感酸甜，具有较高的食用及保健价值，是联合国粮农组织（FAO）推荐的五大健康食品之一[1]。蓝莓渣作为蓝莓产品加工的主要副产物，通常作为废物被处理掉，造成资源的极度浪费。有研究报道，蓝莓渣中含有维生素、花色苷、氨基酸、黄酮、多酚、膳食纤维等营养成分[2]。其中蓝莓花色苷作为天然的抗氧化剂，具有抗炎、抗癌、护肝、抗衰老、保护心血管、降血糖等多种生理功能[3]。因此，蓝莓渣具有较高的开发与利用价值。
随着科技的发展，目前，花色苷的提取技术主要有热回流法、有机溶剂浸提法[4]、超声波辅助提取法[5]、微波辅助提取法[6]和酶解法[7]等。花色苷性质极不稳定，其结构易受到提取过程中温度和pH等因素的影响，导致降解而失去其生物活性，因此，在追求操作简便的提取过程的同时，还要防止花色苷生物活性失活[8]。超高压提取技术为新兴非热加工技术，超高压提取法是通过升高压力对原料细胞形成较大的作用力，造成细胞壁的破裂，加速基质内活性成分与溶剂的接触，从而活性成分更易溶于提取溶剂中[9]。超高压提取技术具有短时、节能、操作简单、高效等优点，能够很好地保持热敏性及小分子物质的活性[10]。目前不仅用于果酱、果酒等的灭菌处理及中药材营养成分等物质的提取，还可用于植物中活性物质的提取，比如花青素/花色苷等。Corrales等[11]采用超高压技术提取葡萄皮中的花青素，并发现在50%乙醇浓度、70 ℃和600 MPa条件下获得的葡萄皮花青素具有最高的抗氧化能力，且得率是对照组的三倍。陈亚利等[12]采用超高压辅助提取紫薯花色苷，在柠檬酸溶液浓度为2.0%、料液比1:40 g/mL、保压时间3 min、提取压力200 MPa时，花色苷得率为82.85 mg/100 g。杜月娇[13]采用超高压技术提取“双红”山葡萄花青素，在料液比为8.5:1、压力200 MPa、保压时间2 min下，花青素含量最高为0.304±0.007 g/100 g。目前，采用超高压技术对蓝莓渣花色苷进行提取尚未见报道。
本文通过响应面分析法，确定蓝莓渣花色苷的最佳提取工艺参数，采用高效液相色谱（HPLC）法对花色苷提取物的组分进行分析鉴定，并通过分析蓝莓渣花色苷的抗氧化活性，从而为蓝莓渣的高值开发利用提供理论和实验依据。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
兔眼蓝莓渣 蓝莓饮料生产副产物，句容万山红遍生物科技有限公司；氯化钾 分析纯，西陇科学股份有限公司；无水乙醇、苯酚、浓硫酸、三氯化铁、硫酸亚铁、水杨酸 均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；DPPH、维生素C、2，4，6-三吡啶基三嗪 上海源叶生物科技有限公司；过氧化氢 分析纯，天津市大茂化学试剂厂；乙酸钠 分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；乙腈、甲醇 分析纯，美国ROE公司。
D-8紫外可见分光光度计 上海奥析科学仪器有限公司；HPP 600 MPa超高压食品处理装置 包头科发高压科技有限责任公司；KQ-400 DE超声波设备 昆山市超声仪器有限公司；FE-20 pH酸度计 梅特勒-托利多仪器有限公司；TGL-16B台式离心机 上海安亭科学仪器厂；D-RE-600A旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；FDU-1200 冷冻干燥机 日本EYELA公司；DK-8D电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司；Agilent 1200高效液相色谱仪 美国安捷伦公司。
1.2 实验方法
1.2.1 样品预处理
2020年7月30日，在句容万山红遍生物科技有限公司获得兔眼蓝莓果渣。将蓝莓渣置于40 ℃烘箱中烘干至恒重，然后用细胞破壁机将烘干的果渣粉碎，过60目筛，于20 ℃冰箱中进行低温避光密封保藏备用。
1.2.2 超高压辅助法提取莓渣花色苷
参照陈亚利等[12]的研究方法并稍作修改，准确称取蓝莓渣50 g置于聚乙烯袋中，按照一定的料液比加入适当体积的盐酸酸化的乙醇溶液（pH3.0），封口后置于超高压设备中，于一定压力下保压处理一段时间。然后于4500 r/min下离心15 min，利用旋转蒸发仪对上清液加以浓缩，将浓缩样品用pH3.0蒸馏水重新定容至500 mL待用。
1.2.3 超高压辅助提取法单因素实验
在预实验的基础上，固定蓝莓渣重量为3.0 g，乙醇溶液的pH3.0，分别探究乙醇浓度、提取压力、提取时间、料液比和温度这五个因素对蓝莓渣花色苷提取量的影响。
1.2.3.1 不同乙醇浓度对花色苷提取量的影响
称取3.0 g蓝莓渣于聚乙烯袋中，以料液比1:25 g/mL加入不同浓度（40%、50%、60%、70%、80%）的乙醇溶液，在提取压力为400 MPa、温度为25 ℃下提取6 min，考察不同乙醇浓度对花色苷提取量的影响。
1.2.3.2 不同提取压力对花色苷提取量的影响
称取3.0 g蓝莓渣于聚乙烯袋中，料液比为1:25 g/mL，乙醇浓度为60%，温度为25 ℃，在不同提取压力（100、200、300、400、500 MPa）下提取6 min，考察不同提取压力对花色苷提取量的影响。
1.2.3.3 不同提取时间对花色苷提取量的影响
称取3.0 g蓝莓渣于聚乙烯袋中，以料液比为1:25 g/mL加入浓度为60%的乙醇溶液，在提取压力为400 MPa、温度为25 ℃下，考察不同提取时间（3、6、9、12、15 min）对花色苷提取量的影响。
1.2.3.4 不同料液比对花色苷提取量的影响
称取3.0 g蓝莓渣于聚乙烯袋中，按照不同料液比（1:10、1:15、1:20、1:25、1:30 g/mL）加入乙醇溶液（浓度为60%），设置提取压力为400 MPa、提取时间为9 min、温度为25 ℃，考察不同料液比对花色苷提取量的影响。
1.2.3.5 不同温度对花色苷提取量的影响
称取3.0 g蓝莓渣于聚乙烯袋中，按照料液比120 g/mL加入乙醇溶液（浓度为60%），设置提取压力为400 MPa、提取时间为9 min，考察不同温度（35、40、45、50、55、60 ℃）对花色苷提取量的影响。
1.2.4 超高压辅助法提取响应面试验
采用RSM分析法，选取乙醇浓度（A）、提取压力（B）、提取时间（C）及料液比（D）四个试验因素，每个因素设三个水平，以（Y）花色苷提取量为响应面值，进行响应面分析，试验因素和水平设计见表1。
表 1 因素及水平编码表Table 1. Factors and levels table水平 因素 A 乙醇浓度
（%）B 提取压力
（MPa）C 提取时间
（min）D 料液比
（g/mL）−1 50% 300 6 1:15 0 60% 400 9 1:20 1 70% 500 12 1:25 1.2.5 花色苷最大吸收波长的测定
研究表明[14]，花色苷在500~530 nm波长范围内有特征吸收峰。将蓝莓渣花色苷提取液稀释后，采用酶标仪在400~700 nm波长范围内对提取液进行扫描，采用Origin 2019软件作光谱曲线图，得到蓝莓渣花色苷的最大吸收波长。
1.2.6 花色苷提取量的测定
采用pH示差法测定花色苷提取量，参照Chiou等[15]方法略有改动。取蓝莓渣花色苷提取液1 mL，分别加入pH1.0和pH4.5缓冲液9 mL，平衡20 min后于520 nm和700 nm处测吸光度值，花色苷提取量的计算公式如下。
A=(A520−A700)pH1.0−(A520−A700)pH4.5 花色苷提取量(mg/g)=A×Mw×Df×1000×Vε×L×m 式中：Mw—相对分子质量，442.9；Df—稀释倍数；V—提取液体积（L）；ε—摩尔消光系数，26900；L—光程，1 cm；m—样品质量（g）。
1.2.7 不同提取方法得到的花色苷提取量的比较
1.2.7.1 传统溶剂浸提法提取蓝莓渣花色苷
参照金丽梅等[16]方法略作修改，准确称取蓝莓渣50 g置于聚乙烯袋中，以料液比1:20 g/mL加入盐酸酸化的乙醇溶液（pH3.0，60%乙醇），封口后于60 ℃水浴锅中保温60 min。然后于4500 r/min下离心15 min，采用旋转蒸发仪对上清液加以浓缩，将浓缩样品用pH3.0蒸馏水重新定容至500 mL待用。
1.2.7.2 超声辅助法提取蓝莓渣花色苷
参照Tan等[17]方法略作修改，准确称取蓝莓渣50 g置于聚乙烯袋中，以料液比1:20 g/mL加入盐酸酸化乙醇溶液（pH3.0，60%乙醇），封口后于超声设备中处理，超声功率300 W，超声时间60 min，温度为25 ℃。然后于4500 r/min下离心15 min，收集上清液通过旋转蒸发仪加以浓缩，将浓缩样品用pH3.0蒸馏水重新定容至500 mL待用。
测定以上两种提取方法得到的花色苷提取量，与超高压辅助提取法在最优工艺条件下的花色苷提取量进行比较。
1.2.8 蓝莓渣花色苷组分分析
1.2.8.1 样品制备
按照1.2.4中优化得到的超高压最佳提取工艺，制备蓝莓渣花色苷提取液，采用AB-8大孔树脂进行吸附解吸后，收集解吸液于旋转蒸发仪中浓缩，将浓缩液置于冷冻干燥机中冻干，得到干燥的蓝莓渣花色苷样品。进行液相色谱分析之前，称取样品5 mg，使用超纯水溶解样品，样品浓度为2.5 mg/mL，并用0.22 µm的微孔过滤膜过滤，备用。
1.2.8.2 高效液相色谱（HPLC）分析
参照Hutabarat等[18]方法，采用Agilent 1200高效液相色谱仪对蓝莓渣花色苷组分进行色谱分析。色谱条件：反相色谱柱Eclipse XDB-C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 µm），流动相包括A（含1%磷酸的超纯水）和B（100%乙腈）。梯度洗脱如下：5%流动相B（0~5 min），5%~10%流动相B（5~15 min），10%流动相B（15~25 min），10%~12%流动相B（25~35 min），12%~15%流动相B（35~50 min），15%~18%流动相B（50~60 min），18%~25%流动相B（60~80 min），25%~30%流动相B（80~90 min）。流速为0.6 mL/min；检测波长520 nm；进样量为10 µL；柱温25 ℃。使用矢车菊素-3-葡萄糖苷作为标准品，用双蒸水将其配制成不同的浓度（5、10、100、1000 µg/mL），以标准品质量浓度x为横坐标，峰面积y为纵坐标，绘制标准曲线，根据标准曲线计算每种花色苷单体的当量浓度，结果以矢车菊素-3-葡萄糖苷（µg）/蓝莓渣冻干粉（g）表示[19]。由于所用高效液相色谱仪相同，色谱条件相同，根据文献[18]对比出峰时间与顺序对蓝莓渣花色苷组分进行鉴定。
1.2.9 蓝莓渣花色苷抗氧化活性测定
按1.2.8.1制得冻干的蓝莓渣花色苷样品，在使用前用蒸馏水将蓝莓渣花色苷样品复溶并稀释成所需的质量浓度，通过DPPH自由基清除能力、羟基自由基清除能力和FRAP铁离子还原能力的测定，评价蓝莓渣花色苷的抗氧化活性。
1.2.9.1 DPPH•清除能力的测定
参照Jiang等[20]方法，分别取浓度为0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.14 mg/mL的蓝莓花色苷溶液2 mL，然后分别向试管中加入2 mL DPPH乙醇溶液，用涡旋仪混匀后避光静置30 min，测定波长为517 nm。
DPPH⋅清除率(%)=(1−A1−A2A0)×100 式中：
A1 表示样品加DPPH乙醇溶液的吸光度；A2 表示样品加乙醇溶液的吸光度；A0 表示乙醇溶液加DPPH乙醇溶液的吸光度。1.2.9.2 •OH清除能力测定
参考Tai等[21]研究方法并略有修改，取1 mL（9 mmol/L）硫酸亚铁溶液，按顺序加入1 mL水杨酸-乙醇溶液（1.5 mg/mL），1 mL不同浓度的花色苷样品溶液（0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 mg/mL），1 mL的过氧化氢（1%），37 ℃水浴1 h，于510 nm波长处进行检测，
⋅OH 清除率计算如下：⋅OH清除率(%)=(1−A1−A2A0)×100 式中：
A1 表示样品组的吸光度；A2 表示无水乙醇取代水杨酸-乙醇溶液的吸光度；A0 表示蒸馏水代替样品溶液的吸光度。1.2.9.3 Fe3+还原能力的测定
参照Jing等[22]方法，分别配制醋酸钠缓冲液、FeCl3溶液和TPTZ溶液，按照10:1:1的体积比制备得到FRAP储备溶液。FeSO4标准曲线的制作：将配好的FeSO4溶液稀释为100、200、400、800、1600 µmol/L几个不同浓度，取0.3 mL FeSO4溶液，加入2.7 mL FRAP储备溶液，将混合液置于37 ℃水浴10 min后，于593 nm处进行读数。花色苷样品溶液的Fe3+还原能力检测步骤同标准曲线测定。
1.3 数据处理
重复试验3次，采用Excel 2010、Design-Expert 8.0.6.1、Origin 2019软件等进行数据分析与作图。
2. 结果与分析
2.1 蓝莓渣花色苷最大光吸收波长的确定
如图1所示，UPE、USE、CSE三种提取方法得到的花色苷提取液均在520 nm波长处具有吸收峰，此为花色苷的特征吸收峰。因此，蓝莓渣花色苷的最大吸收波长为520 nm。
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图 1 蓝莓渣花色苷提取液光谱扫描曲线图Figure 1. Spectral scanning curve of blueberry pomace anthocyanin extracts2.2 单因素实验结果与分析
2.2.1 乙醇浓度对花色苷提取量的影响
由图2可见，随着乙醇在提取溶剂中比例不断增大，花色苷提取量先增大后减小。当乙醇浓度为60%的时候，提取效果最好，提取量为5.87±0.04 mg/g；当继续增大乙醇浓度，花色苷提取量出现显著下降的趋势（P<0.05）。与王鑫等[23]采用超高压提取蓝莓花青素的研究结果相似。其原因是60%乙醇与花色苷极性相似，在这种相似相溶的情况下，花色苷提取量最大[24]；乙醇浓度继续增大，溶液极性降低，花色苷的溶解度降低，甚至还会出现花色苷降解的情况，可能产生许多醇溶性的杂质[25]。因此，选择范围在50%~70%的乙醇浓度进行优化。
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2.2.2 提取压力对花色苷提取量的影响
如图3所示，随着压力的升高，花色苷提取量增大，当提取压力增大到400 MPa时，提取量最高（5.89±0.05 mg/g）；继续增加提取压力，花色苷提取量略微下降。与姜秀杰等[26]提取黑豆花青素的结果具有相似趋势。分析其原因，蓝莓渣原本完整的细胞膜上的结构蛋白在高压压迫下会遭到破损，细胞膜的通透性增大，提取溶剂更容易进入到细胞中，而花色苷也更容易溶解到细胞外，导致花色苷提取量提高[27]。但压力过大时，提取量反而下降，因其高压可能破坏花色苷的结构，进而影响花色苷的溶出，而且，超高压设备的压力设置过高会承受更大的负担[28]。因此，最适提取压力在300~500 MPa范围内。
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图 3 不同提取压力对花色苷提取量的影响Figure 3. Effect of different extraction pressure on extraction amout of anthocyanins2.2.3 提取时间对花色苷提取量的影响
如图4所示，提取时间在3~9 min时，随着时间增加，花色苷提取量增大，在提取时间为9 min时，提取量最大（5.86±0.05 mg/g）；当提取时间超过9 min后，花色苷的提取效果减弱。该结果和张唯等[29]采用超高压提取玫瑰花色苷的特点相符合。原因是初始提取时蓝莓渣细胞内外的浓度梯度较大，具有较大驱动力，有利于花色苷溶出，使得花色苷提取效果得到加强[22]。但继续增加提取时间，会导致花色苷的降解，从而导致花色苷提取量降低[30]。因此，选取6~12 min的提取时间。
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图 4 不同提取时间对花色苷提取量的影响Figure 4. Effect of different extraction time on extraction amout of anthocyanins2.2.4 料液比对花色苷提取量的影响
由图5可知，当料液比从1:10 g/mL增加到1:30 g/mL时，花色苷提取量在逐渐增加，当料液比为1:30 g/mL时，其提取效果最佳（5.90±0.04 mg/g）。与Chen等[31]利用超高压提取人参皂苷的研究结果趋势一致。这是因为溶剂体积的增大使得蓝莓渣和提取溶剂之间的界面浓度梯度增大，花色苷受到溶剂的浸润更容易扩散到溶剂中。然而，过多溶剂的加入会增加其他醇溶性杂质的溶解，并破坏花色苷的结构[32]，而且，使用过多的溶剂也会造成资源的浪费且花色苷提取量没有显著性差异（P>0.05）。因此，最适料液比在1:15~1:25 g/mL范围内。
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图 5 不同料液比对花色苷提取量的影响Figure 5. Effect of different liquid ratio on extraction amout of anthocyanins2.2.5 温度对花色苷提取量的影响
如图6所示，花色苷提取量随温度升高而增加，有研究报道这是因为温度的升高可以增加溶剂的溶解性能，加快分子扩散的速率，从而使花色苷提取量增加[33]。但是温度范围在35~60 ℃之间时，花色苷提取量从5.76±0.05 mg/mL增加到5.88±0.06 mg/mL，提取量升高的趋势不显著（P>0.05）。这可能是因为在超高压提取过程中提取时间短，温度对花色苷的提取效果不明显。通常随着压力的升高，水的温度也在升高，但是由于高压容器壁与周围环境有热交换，水的温度升高不到3 ℃，高压提取可以维持在接近常温的条件下进行，同时有利于保持热敏性物质的活性[34]。因此，选择在常温下进行后续试验。
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图 6 不同温度对花色苷提取量的影响Figure 6. Effect of different temperature on extraction amout of anthocyanins2.3 响应面优化结果与分析
2.3.1 模型建立与显著性分析
在单因素实验的基础上，通过Design-Expert 8.0软件Box-Behnken模式对蓝莓渣花色苷提取工艺进行设计，根据A：乙醇浓度、B：提取压力、C：提取时间、D：料液比四个因素，Y：花色苷提取量作为响应值，试验设计方案及结果见表2所示。
表 2 Box-Behnken方案及结果Table 2. Box-Behnken protocol and results序号 A
乙醇浓度B
提取压力C
提取时间D
料液比Y花色苷提取量
（mg/g）1 1 −1 0 0 4.90 2 −1 0 0 −1 4.59 3 0 1 1 0 5.27 4 0 0 0 0 5.86 5 −1 0 0 1 5.30 6 1 0 0 −1 5.23 7 0 1 0 −1 5.02 8 0 −1 0 1 4.83 9 0 0 1 −1 5.41 10 0 0 0 0 5.96 11 0 0 0 0 5.91 12 −1 0 −1 0 5.22 13 0 1 −1 0 4.86 14 −1 0 1 0 5.06 15 0 0 −1 1 5.61 16 1 1 0 0 5.11 17 1 0 −1 0 5.24 18 1 0 0 1 5.13 19 0 −1 −1 0 5.13 20 0 0 −1 −1 5.01 21 1 0 1 0 5.43 22 0 0 0 0 6.01 23 −1 1 0 0 4.84 24 0 −1 1 0 4.76 25 0 1 0 1 5.01 26 −1 −1 0 0 4.50 27 0 0 1 1 5.48 28 0 0 0 0 5.91 29 0 −1 0 −1 4.56 利用Design-Expert 8.0.6软件设计试验方案，得到二次回归方程：Y=5.93+0.13A+0.12B+0.028C+0.13D−0.034AB+0.088AC−0.20AD+0.20BC−0.070BD−0.13CD−0.046A2−0.68B2−0.22C2−0.38D2
回归模型分析如表3所示。该回归模型极显著（P<0.0001），失拟项不显著（0.1529>0.05），决定系数R2=0.9798，说明二次回归方程拟合度高，试验的精确度高。调整系数R2Adj=0.9597，变异系数CV=1.65%，说明试验操作可靠性高，模型可用于分析和预测蓝莓渣花色苷的超高压提取工艺结果。另外，A、B、D、AD、BC、CD、A2、B2、C2、D2对花色苷提取效果影响均极显著（P<0.01），通过对比Ｆ值可见对蓝莓渣花色苷提取效果的影响程度强弱顺序为乙醇浓度（A）>料液比（D）>提取压力（B）>提取时间（C）。这与李腾[35]对黑果腺肋花楸花色苷的研究结果一致，即采用超高压辅助提取黑果腺肋花楸花色苷时，发现提取压力和料液比对提取效率的影响程度要大于提取时间。综上所述，可采用该模型对超高压辅助提取蓝莓渣花色苷进行预测。
表 3 回归模型分析Table 3. Regression model analysis方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型 5.010 14 0.360 48.59 <0.0001 ** A 0.200 1 0.200 26.53 0.0001 ** B 0.170 1 0.170 22.78 0.0003 ** C 0.010 1 0.010 1.29 0.2748 D 0.200 1 0.200 26.52 0.0001 ** AB 0.005 1 0.005 0.65 0.4353 AC 0.031 1 0.031 4.19 0.06 AD 0.170 1 0.170 22.55 0.0003 ** BC 0.150 1 0.150 20.83 0.0004 ** BD 0.020 1 0.020 2.69 0.1232 CD 0.071 1 0.071 9.59 0.0079 ** A2 1.370 1 1.370 185.72 <0.0001 ** B2 2.980 1 2.980 404.64 <0.0001 ** C2 0.310 1 0.310 41.99 <0.0001 ** D2 0.950 1 0.950 128.43 <0.0001 ** 残差 0.100 14 0.007 失拟项 0.091 10 0.009 2.97 0.1529 不显著 纯误差 0.012 4 0.003 总和 5.110 28 R2=0.9798 R2Adj=0.9597 注：*影响显著（P<0.05），**影响极显著（P<0.01）。 2.3.2 响应面交互作用分析
等高线图形呈椭圆形，响应面图呈抛物线且坡度陡峭说明响应面值受两变量之间的交互作用影响显著[36]。由图7可见，等高线图为椭圆形，响应面图的坡度较为陡峭，说明乙醇浓度与料液比、提取压力与提取时间、提取时间与料液比的交互作用显著（P<0.05）；而乙醇浓度与提取压力、乙醇浓度与提取时间、提取压力与料液比之间的交互作用不显著（P>0.05）。
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图 7 各因素交互作用对花色苷提取量影响的响应面图和等高线图Figure 7. Response surface plot and contour plot of the interaction of various factors on extraction amout of anthocyanins2.3.3 验证试验结果与分析
通过响应面优化试验得到UPE最佳提取工艺参数为：乙醇浓度61.21%，提取压力409.22 MPa，提取时间9.29 min，料液比1:20.55 g/mL，UPE花色苷提取量为5.95 mg/g。调整参数为：乙醇浓度60%，提取压力400 MPa，提取时间9 min，料液比20 g/mL，在这条件下UPE花色苷提取量为5.93±0.06 mg/g，与理论值吻合，由此说明该模型拟合效果良好，适用于蓝莓渣花色苷的UPE提取。
2.4 不同提取方法得到的花色苷提取量的比较
如图8所示，采用超高压辅助提取法，在最优提取工艺条件下所得花色苷提取量为5.93±0.06 mg/g，超声辅助提取法和传统溶剂浸提法的花色苷提取量分别为5.39±0.08 mg/g、4.74±0.11 mg/g。由此可见，UPE对蓝莓渣花色苷的提取效果最佳，其花色苷提取量较USE提高了10.02%，较CSE提高了25.11%。这三种提取方法中，超高压提取法大大缩短了提取时间，且具有最好的提取效果，因此，超高压辅助提取法适用于蓝莓渣花色苷的提取。
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图 8 不同提取方法对花色苷提取量的影响Figure 8. Effects of different extraction methods on extraction amout of anthocyanins2.5 HPLC分析UPE花色苷提取物
由图9和表4可知，从花色苷超高压提取物中共检测到13种不同结构的花色苷，分别为飞燕草色素-3-半乳糖苷、飞燕草色素-3-葡萄糖苷、矢车菊素-3-半乳糖苷、飞燕草色素-3-阿拉伯糖苷、矢车菊素-3-葡萄糖苷、牵牛花色素-3-半乳糖苷、牵牛花色素-3-葡萄糖苷、芍药素-3-半乳糖苷、牵牛花色素-3-阿拉伯糖苷、芍药素-3-葡萄糖苷、锦葵色素-3-半乳糖苷、锦葵色素-3-葡萄糖苷、锦葵色素-3-阿拉伯糖苷。将获得的蓝莓花色苷单体的峰面积代入矢车菊素-3-葡萄糖苷标准方程组（y=137.41x+38.185（R2=0.9977））中，计算每种花色苷的当量，由结果表4可见，锦葵色素在蓝莓渣花色苷中含量最高，峰面积占比为68.44%±0.14%，其中，锦葵色素-3-半乳糖苷含量最高，其矢车菊素-3-葡萄糖苷当量浓度为13953.90±81.08 µg/g。
表 4 UPE花色苷提取物的HPLC分析结果Table 4. HPLC chromatogram analysis results of UPE anthocyanin extract出峰顺序 种类 峰面积
占比（%）矢色菊素-3-葡萄糖苷
当量浓度（µg/g）1 飞燕草色素-3-半乳糖苷 4.99±1.66 1755.01±84.82 2 飞燕草色素-3-葡萄糖苷 0.50±0.12 181.41±6.87 3 矢车菊素-3-半乳糖苷 4.53±0.28 1627.50±52.64 4 飞燕草色素-3-阿拉伯糖苷 2.58±0.17 926.00±17.34 5 矢车菊素-3-葡萄糖苷 0.86±0.07 309.48±17.67 6 牵牛花色素-3-半乳糖苷 6.31±0.34 2264.11±33.77 7 牵牛花色素-3-葡萄糖苷 2.80±0.32 1009.57±21.24 8 芍药素-3-半乳糖苷 1.66±0.17 598.31±4.93 9 牵牛花色素-3-阿拉伯糖苷 3.18±0.18 1137.57±11.05 10 芍药素-3-葡萄糖苷 4.16±0.10 1489.78±15.14 11 锦葵色素-3-半乳糖苷 38.96±0.26 13953.90±81.08 12 锦葵色素-3-葡萄糖苷 8.64±0.26 3093.97±47.37 13 锦葵色素-3-阿拉伯糖苷 20.83±0.38 7451.24±64.68 2.6 抗氧化活性分析
2.6.1 DPPH自由基清除能力
如图10所示，浓度为0.02 mg/mL时，UPE提取物的DPPH•清除率（82.80%±0.23%）高于VC的DPPH•清除率（78.67%±0.62%）；浓度在0.04～0.14 mg/mL范围内，VC的DPPH•清除率在各浓度之间差异不显著（P>0.05），为94.57%~95.24%，而花色苷提取物的DPPH•清除率在90.05%~95.97%之间，呈浓度依赖性关系。经数据分析，VC和UPE提取物对•DPPH清除能力的IC50值（分别为0.004、0.003 mg/mL）基本接近，可见蓝莓渣花色苷对DPPH•清除能力与同浓度的VC相比，无显著性差异（P>0.05）。
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2.6.2 羟自由基清除能力
VC和UPE提取物的清除羟自由基能力见图11。在浓度为0.2~0.7 mg/mL范围内，UPE提取物对•OH的清除率显著上升（P<0.05）；当浓度在0.7~0.9 mg/mL之间，UPE提取物对•OH的清除率趋于稳定，各浓度之间差异不显著（P>0.05）。当质量浓度为0.9 mg/mL时，VC和UPE对•OH的清除率分别为：99.96%、98.62%，两者对羟基自由基的IC50分别为0.215、0.262 mg/mL，说明VC清除•OH的能力强于UPE花色苷提取物。据研究报道，陈云霞等[37]采用溶剂萃取法提取的蓝莓花色苷，当浓度在0.5%时，花色苷提取物清除•OH的能力强于VC，这可能由于花色苷提取方法的不同及花色苷结构差异导致的。
2.6.3 FRAP 铁离子还原能力的测定
如图12所示，VC和花色苷提取物铁离子还原力均显示出明显的剂量依赖效应，还原能力随着浓度的增大而显著增大（P<0.05），这与位路路等[38]研究黑果腺肋花楸花色苷的结论一致。在质量浓度200 μg/mL时，VC和UPE铁离子还原能力分别为2251.27、970.17 μmol/L FeSO4当量，说明蓝莓渣花色苷的铁离子还原能力比同浓度下VC的还原能力弱，这与彭丽莎[39]的研究结果一致。
3. 结论
以蓝莓渣为原料，采用单因素实验和响应面优化的方法，得到超高压提取花色苷的最佳工艺，并分析其花色苷组分和抗氧化活性。结果表明，蓝莓渣花色苷的的最佳提取条件为：乙醇浓度为60%，提取压力400 MPa，提取时间9 min，料液比1:20 g/mL，此条件下蓝莓渣花色苷的提取量为5.93±0.06 mg/g，与超声辅助提取法和传统溶剂提取法相比，花色苷提取量分别提高了10.02%、25.11%。蓝莓渣花色苷对DPPH自由基和•OH清除率的IC50值分别为0.003、0.262 mg/mL，质量浓度为200 μg/mL时，其FRAP铁离子还原能力为970.17 μmol/L FeSO4当量。由此可见，蓝莓渣花色苷对DPPH•清除能力最强，与同浓度的VC相比，无显著性差异（P>0.05）；其对•OH的清除率以及FRAP铁离子还原能力则明显弱于同浓度VC。采用高效液相色谱分析法测得蓝莓渣花色苷中含有13种花色苷成分，其中锦葵色素含量最高。可见，超高压辅助提取蓝莓渣花色苷具有提取量高、抗氧化能力强等优点，可为蓝莓渣的综合利用提供理论依据和技术参数。
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图 1 蓝莓渣花色苷提取液光谱扫描曲线图
Figure 1. Spectral scanning curve of blueberry pomace anthocyanin extracts
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图 3 不同提取压力对花色苷提取量的影响
Figure 3. Effect of different extraction pressure on extraction amout of anthocyanins
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图 4 不同提取时间对花色苷提取量的影响
Figure 4. Effect of different extraction time on extraction amout of anthocyanins
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图 5 不同料液比对花色苷提取量的影响
Figure 5. Effect of different liquid ratio on extraction amout of anthocyanins
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图 6 不同温度对花色苷提取量的影响
Figure 6. Effect of different temperature on extraction amout of anthocyanins
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图 7 各因素交互作用对花色苷提取量影响的响应面图和等高线图
Figure 7. Response surface plot and contour plot of the interaction of various factors on extraction amout of anthocyanins
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图 8 不同提取方法对花色苷提取量的影响
Figure 8. Effects of different extraction methods on extraction amout of anthocyanins
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表 1 因素及水平编码表
Table 1 Factors and levels table
水平 因素 A 乙醇浓度
（%）B 提取压力
（MPa）C 提取时间
（min）D 料液比
（g/mL）−1 50% 300 6 1:15 0 60% 400 9 1:20 1 70% 500 12 1:25 
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表 2 Box-Behnken方案及结果
Table 2 Box-Behnken protocol and results
序号 A
乙醇浓度B
提取压力C
提取时间D
料液比Y花色苷提取量
（mg/g）1 1 −1 0 0 4.90 2 −1 0 0 −1 4.59 3 0 1 1 0 5.27 4 0 0 0 0 5.86 5 −1 0 0 1 5.30 6 1 0 0 −1 5.23 7 0 1 0 −1 5.02 8 0 −1 0 1 4.83 9 0 0 1 −1 5.41 10 0 0 0 0 5.96 11 0 0 0 0 5.91 12 −1 0 −1 0 5.22 13 0 1 −1 0 4.86 14 −1 0 1 0 5.06 15 0 0 −1 1 5.61 16 1 1 0 0 5.11 17 1 0 −1 0 5.24 18 1 0 0 1 5.13 19 0 −1 −1 0 5.13 20 0 0 −1 −1 5.01 21 1 0 1 0 5.43 22 0 0 0 0 6.01 23 −1 1 0 0 4.84 24 0 −1 1 0 4.76 25 0 1 0 1 5.01 26 −1 −1 0 0 4.50 27 0 0 1 1 5.48 28 0 0 0 0 5.91 29 0 −1 0 −1 4.56
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表 3 回归模型分析
Table 3 Regression model analysis
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 P值 显著性 模型 5.010 14 0.360 48.59 <0.0001 ** A 0.200 1 0.200 26.53 0.0001 ** B 0.170 1 0.170 22.78 0.0003 ** C 0.010 1 0.010 1.29 0.2748 D 0.200 1 0.200 26.52 0.0001 ** AB 0.005 1 0.005 0.65 0.4353 AC 0.031 1 0.031 4.19 0.06 AD 0.170 1 0.170 22.55 0.0003 ** BC 0.150 1 0.150 20.83 0.0004 ** BD 0.020 1 0.020 2.69 0.1232 CD 0.071 1 0.071 9.59 0.0079 ** A2 1.370 1 1.370 185.72 <0.0001 ** B2 2.980 1 2.980 404.64 <0.0001 ** C2 0.310 1 0.310 41.99 <0.0001 ** D2 0.950 1 0.950 128.43 <0.0001 ** 残差 0.100 14 0.007 失拟项 0.091 10 0.009 2.97 0.1529 不显著 纯误差 0.012 4 0.003 总和 5.110 28 R2=0.9798 R2Adj=0.9597 注：*影响显著（P<0.05），**影响极显著（P<0.01）。
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表 4 UPE花色苷提取物的HPLC分析结果
Table 4 HPLC chromatogram analysis results of UPE anthocyanin extract
出峰顺序 种类 峰面积
占比（%）矢色菊素-3-葡萄糖苷
当量浓度（µg/g）1 飞燕草色素-3-半乳糖苷 4.99±1.66 1755.01±84.82 2 飞燕草色素-3-葡萄糖苷 0.50±0.12 181.41±6.87 3 矢车菊素-3-半乳糖苷 4.53±0.28 1627.50±52.64 4 飞燕草色素-3-阿拉伯糖苷 2.58±0.17 926.00±17.34 5 矢车菊素-3-葡萄糖苷 0.86±0.07 309.48±17.67 6 牵牛花色素-3-半乳糖苷 6.31±0.34 2264.11±33.77 7 牵牛花色素-3-葡萄糖苷 2.80±0.32 1009.57±21.24 8 芍药素-3-半乳糖苷 1.66±0.17 598.31±4.93 9 牵牛花色素-3-阿拉伯糖苷 3.18±0.18 1137.57±11.05 10 芍药素-3-葡萄糖苷 4.16±0.10 1489.78±15.14 11 锦葵色素-3-半乳糖苷 38.96±0.26 13953.90±81.08 12 锦葵色素-3-葡萄糖苷 8.64±0.26 3093.97±47.37 13 锦葵色素-3-阿拉伯糖苷 20.83±0.38 7451.24±64.68
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