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        天然楮果色素提取工藝的優(yōu)化

        2012-05-07 07:46:30李海亮欽傳光
        化學與生物工程 2012年4期
        關鍵詞:緩沖溶液色素光度

        李 洋,李海亮,張 媛,李 琳,欽傳光

        (西北工業(yè)大學生命學院,陜西 西安 710072)

        隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高,人們對色素安全問題日益重視。人工合成色素因具有毒性[1],應用受到限制,尤其是在食品、藥品、化妝品等行業(yè);而來自自然界的天然色素因無毒副作用,產(chǎn)銷量逐年增長[2],2005年天然色素的產(chǎn)量已達10 680 t[3]。目前,我國允許使用的食用天然色素有40多種[4],開發(fā)利用無毒副作用的天然色素已成為色素產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。

        楮果(BroussonetiapapyriferaL.Vent.)是??茦嫎鋵僦参飿嫎涞墓麑?,在我國民間用作中藥材。楮果橙紅色素色澤鮮艷、性質穩(wěn)定、安全性好[5],且構樹適應性強,在我國分布廣泛,來源充足。因此,楮果色素具有潛在的工業(yè)實用價值和經(jīng)濟價值,適合作為天然色素進行大規(guī)模生產(chǎn)和應用研究。徐子婷等[6]探討了用純水作溶劑的提取工藝條件,但采用純水作溶劑進行提取時,楮果富含的可溶性成分如果膠、糖類、蛋白質等也同時被大量地提取出來,嚴重干擾分析結果,并且對色素的進一步精制和純化帶來不利影響,步驟繁瑣,成本和能耗較高。

        為此,作者在此以乙醇為溶劑從楮果中提取色素,測定了楮果色素的最大吸收波長及pH值穩(wěn)定性,優(yōu)化了提取工藝條件,擬為開發(fā)利用楮果色素資源奠定基礎。

        1 實驗

        1.1 材料、試劑與儀器

        新鮮的成熟楮果,七月份采摘于西安地區(qū),塑料袋(桶)封裝,冷藏備用。

        無水乙醇、36%鹽酸、氯化鉀、甘氨酸、磷酸氫二鈉、檸檬酸、氫氧化鈉均為分析純。

        不同pH值的緩沖溶液(mol·L-1):

        pH值1:鹽酸+氯化鉀(0.04+0.05);

        pH值3:甘氨酸+鹽酸(0.05+0.0114);

        pH值5:磷酸氫二鈉+檸檬酸(0.103+0.0485);

        pH值7:磷酸氫二鈉+檸檬酸(0.1647+0.01765);

        pH值9:甘氨酸+氫氧化鈉(0.05+0.0088);

        pH值11:甘氨酸+氫氧化鈉(0.05+0.052)。

        U-3310型紫外可見分光光度計,日本日立公司;PB-10型pH計,德國Sartorius公司;N-1001型旋轉蒸發(fā)儀、SB-2000型水浴鍋,日本東京理化器械株式會社。

        1.2 方法

        1.2.1 楮果色素的提取

        選取新鮮、成熟的楮果,去核,按料液比1∶30(g∶mL,下同)加入80%(體積分數(shù),下同)乙醇,室溫浸提4 h;浸提液用濾紙過濾除去殘渣后,置于旋轉蒸發(fā)儀在30 ℃水浴減壓蒸餾,得到濃縮液;低溫避光保存。

        1.2.2 楮果色素最大吸收波長的測定

        將楮果色素濃縮液用80%乙醇稀釋5倍,使吸收波長位于紫外可見分光光度計的線性范圍內,在200~800 nm掃描,測定楮果色素的最大吸收波長。

        1.2.3 楮果色素pH值穩(wěn)定性的考察

        取0.2 mL楮果色素濃縮液,分別用不同pH值的緩沖溶液稀釋10倍,在200~800 nm掃描,測定楮果色素的pH值穩(wěn)定性(以相應緩沖溶液作參比)。

        1.2.4 楮果色素提取的單因素實驗

        1.2.4.1 乙醇體積分數(shù)對浸提效果的影響

        稱取5 g去核楮果,分別浸于50 mL 0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%的乙醇中,40 ℃浸提2 h,過濾,于485 nm下測定吸光度進行比較。

        1.2.4.2 料液比對浸提效果的影響

        稱取2 g去核楮果,與80%乙醇分別按料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶45、1∶50混合,40 ℃浸提2 h,過濾,于485 nm下測定吸光度進行比較。

        1.2.4.3 浸提時間對浸提效果的影響

        稱取2 g去核楮果,與80%乙醇按料液比1∶35混合,于40 ℃分別浸提1 h、2 h、3 h、4 h、5 h,過濾,于485 nm下測定吸光度進行比較。

        在工程項目管理當中應用價值工程分析方法,可以將其作為整體系統(tǒng),對項目進行功能性分析,還可以創(chuàng)造和評價方案,詳細分析用戶所需功能。因此,從某種意義上看,價值工程得本質在于采用低成本獲得高性能的建設項目。其次,價值工程主要在于功能性分析,所以在項目具體實施期間需要全面分析工程的功能性。由于價值工程借助集體智慧實現(xiàn),所以屬于一項具備領導組織的活動。

        1.2.4.4 浸提溫度對浸提效果的影響

        稱取2 g去核楮果,與80%乙醇按料液比1∶35混合,分別于20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃浸提2 h,過濾,于485 nm下測定吸光度進行比較。

        1.2.5 楮果色素提取的正交實驗

        在單因素實驗的基礎上,采用正交實驗進一步研究楮果色素的最優(yōu)提取工藝條件。選擇浸提溫度、浸提時間、料液比、乙醇體積分數(shù)為考察因素,進行L16(44)正交實驗,其因素與水平見表1。

        表1 正交實驗的因素與水平

        2 結果與討論

        2.1 楮果色素的最大吸收波長

        楮果色素在80%乙醇中的紫外可見吸收光譜如圖1所示。

        圖1 楮果色素的紫外可見吸收光譜

        由圖1可看出,楮果色素的可見光區(qū)最大吸收波長為485 nm。由比爾定律可知,吸光度與色素濃度成正比,因此本實驗采用485 nm處的吸光度間接表示色素濃度。

        2.2 楮果色素的pH值穩(wěn)定性

        圖2 楮果色素在不同pH值緩沖溶液中的紫外可見吸收光譜

        由圖2可看出,楮果色素在pH值 1、3、5、7、9的緩沖溶液中均穩(wěn)定存在,分子結構沒有發(fā)生變化;而在pH值為11的緩沖溶液中的吸收光譜變化較大。表明楮果色素在pH值1~9的溶液中穩(wěn)定性良好。

        2.3 楮果色素提取的單因素實驗結果

        2.3.1 乙醇體積分數(shù)對浸提效果的影響(圖3)

        圖3 乙醇體積分數(shù)對浸提效果的影響

        由圖3可知,乙醇體積分數(shù)達到80%時,吸光度最大、浸提效果最好;其次為70%和90%乙醇。這是因為,乙醇體積分數(shù)較低時,會在提取過程中引入部分果膠、糖類、蛋白質等雜質,增大色素純化難度,增加成本。因此,選擇80%左右乙醇作浸提液,既可減少色素浸提液中的雜質含量,又能方便色素浸提液濃縮及回收乙醇。

        2.3.2 料液比對浸提效果的影響(圖4)

        圖4 料液比對浸提效果的影響

        由圖4可知,料液比在1∶35時,吸光度最大、浸提效果最好。這是因為,料液比較高(溶劑用量較少)時,色素溶出量少,浸提效果差;料液比過低(溶劑用量過多)時,溶出的雜質相應增多[7],增大了后續(xù)濃縮工作量。因此,料液比選擇1∶35左右較為適宜。

        2.3.3 浸提時間對浸提效果的影響(圖5)

        圖5 浸提時間對浸提效果的影響

        由圖5可知,浸提時間短于2 h,色素濃度隨時間的延長逐漸升高;2 h后色素濃度趨于平穩(wěn),不再升高。因此,浸提時間選擇2 h左右較為適宜。

        2.3.4 浸提溫度對浸提效果的影響(圖6)

        圖6 浸提溫度對浸提效果的影響

        由圖6可知,浸提溫度為40 ℃時,吸光度最大、浸提效果最好;繼續(xù)升高溫度,吸光度略有降低。因此,浸提溫度選擇40 ℃左右較為適宜。

        2.4 楮果色素提取的正交實驗結果(表2)

        表2 正交實驗結果與分析

        由表2可知,各因素對楮果色素浸提效果的影響大小依次為:乙醇體積分數(shù)>浸提溫度>浸提時間>料液比,其中乙醇體積分數(shù)對楮果色素浸提效果的影響最大,料液比對提取效果的影響最小。最優(yōu)提取工藝條件為A3B2C3D3,即80%乙醇作浸提液、料液比1∶35(g∶mL)、浸提時間2 h、浸提溫度40 ℃。

        以料液比為誤差,在α=0.10水平進行方差分析,結果見表3。

        表3 正交實驗方差分析(α=0.10)

        由表3可知,因素D差異有顯著性。

        3 結論

        在乙醇溶液中,楮果色素在可見光區(qū)的最大吸收波長為485 nm,并在pH值為1~9的溶液中具有良好的穩(wěn)定性。通過單因素實驗和正交實驗確定楮果色素的最優(yōu)提取工藝條件為:以80%乙醇作浸提液、料液比1∶35(g∶mL)、浸提溫度40 ℃、浸提時間2 h。為大規(guī)模開發(fā)利用天然楮果色素資源奠定了基礎。

        參考文獻:

        [1] 李家玉,王海斌,林志華,等.合成色素的危害及其分析方法[J].中國園藝文摘,2009,25(10):165-167,178.

        [2] 李崇瑛,王安,楊濤,等.食用天然色素的純化與研究進展[J].中國調味品,2007,(9):18-22,38.

        [3] GB 2760-2011,食品添加劑使用標準[S].

        [4] 盧雪華,成堅,白衛(wèi)東.我國食用色素工業(yè)的現(xiàn)狀及對策[J].中國調味品,2010,35(5):35-39.

        [5] 欽傳光,丁焰,張湘瀟.楮果色素的提取和性質研究[J].食品與機械,1998,(5):33-34.

        [6] 徐子婷,周文美.楮果色素提取條件的研究[J].安徽農業(yè)科學,2010,38(27):14946-14947,14960.

        [7] 陳合,李世玉,舒國偉,等.黃姜色素提取條件的研究[J].陜西科技大學學報(自然科學版),2009,27(4):52-54,72.

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