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。
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。
1.2.1 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
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。
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。
2.3.1 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。
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。
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。
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