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        火龍果果皮色素提取工藝及穩(wěn)定性研究

        2013-05-02 14:47:10宋珊珊蔡國(guó)躍孫延斌吳天祥
        食品與機(jī)械 2013年2期
        關(guān)鍵詞:紅色素吸光原液

        宋珊珊 譚 沙 蔡國(guó)躍 孫延斌 吳天祥 朱 威

        SONG Shan-shan1 TAN Sha1 CAIGuo-yue1 SUN Yan-bin1 WU Tian-xiang1 WU Wei2

        (1.貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550025;2.浙江大學(xué)工業(yè)技術(shù)研究院,浙江 杭州 310058)

        (1.College of life science,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025,China;2.ChinaZhu Wei,Industrial Technology Research Institute,Zhejiang University,Hangzhou,Zhejiang 310058,China)

        火龍果是仙人掌科量天尺屬的多年生多漿植物的果實(shí),又叫仙人果、紅龍果,有紅皮白肉、紅皮紅肉和黃皮白肉之分[1],原產(chǎn)于巴西、墨西哥等中美洲熱帶沙漠地區(qū)[2],現(xiàn)在中國(guó)海南、福建、廣東、廣西、貴州等地均有一定規(guī)模種植[3]。

        貴州羅甸因其獨(dú)特的地理環(huán)境和氣候成為火龍果的重點(diǎn)種植基地,截止2011年底火龍果種植面積達(dá)2 026 hm2[4]?;瘕埞拇罅糠N植,使其供過(guò)于求,降低了火龍果的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,而火龍果酵素產(chǎn)品、天然色素、果酒、低糖果脯、果醋等產(chǎn)品的研究,能擴(kuò)大火龍果的應(yīng)用市場(chǎng),增加火龍果果品的附加值[5-7]。

        火龍果果皮富含甜菜苷類色素[8],該色素在1960年被允許用于食品著色,它具有抗氧化、抗輻射和消炎的作用[9]。本試驗(yàn)以火龍果果皮為研究對(duì)象,采用溶劑萃取法提取果皮中的天然紅色素,并研究其在不同溫度、pH和金屬離子等環(huán)境下的穩(wěn)定性,為該色素的使用和儲(chǔ)存提供科學(xué)的依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        火龍果:紅皮白肉火龍果,購(gòu)于貴州羅甸;

        無(wú)水乙醇、甲醇、異丙醇、丙酮、檸檬酸、磷酸氫二鈉、磷酸氫鈣、氯化鈉、硫酸鎂、乙酸鋅、硫酸鐵等:分析純,重慶茂業(yè)化學(xué)試劑有限公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        紫外可見(jiàn)光光度計(jì):T6新世紀(jì)型,北京普析通用儀器有限公司;

        離心機(jī):TDL-40B型,上海安亭科學(xué)儀器廠;

        電熱恒溫水浴鍋:DK-98-Ⅱ型,天津泰斯特儀器有限公司;

        榨汁攪拌機(jī):GW-308A型,佛山市鋸華電器有限公司;

        恒溫?fù)u床:TS-2102C型,上海天呈實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司。

        1.3 試驗(yàn)方法

        1.3.1 色素提取工藝

        火龍果→清洗→取皮→絞碎→稱重→提取→過(guò)濾→濾液→濃縮→色素濃縮液

        (1)紅色素含量的測(cè)定:稱取一定量的火龍果果皮,稀釋一定倍數(shù),以相應(yīng)試劑為空白,于534 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光值。按照式(1)計(jì)算紅色素含量[10]。

        式中:

        C——待測(cè)樣品中甜菜苷濃度,g/L;

        A——最大吸收波長(zhǎng)下吸光值;

        DF——稀釋倍數(shù);

        MW——標(biāo)準(zhǔn)甜菜苷摩爾分子質(zhì)量,550.46;

        ε——標(biāo)準(zhǔn)甜菜苷摩爾消光系數(shù),61 600。

        (2)確定火龍果果皮色素最大吸收波長(zhǎng):取2 g絞碎后火龍果果皮溶于40 mL蒸餾水中,25℃,200 r/min振蕩2 h,4 000 r/min離心5min。過(guò)濾,取濾液,用蒸餾水稀釋至一定倍數(shù),于波長(zhǎng)200~800 nm范圍內(nèi)掃描。

        (3)提取劑的選擇:分別取2 g絞碎后火龍果果皮溶于40mL蒸餾水、異丙醇、0.25mol/L檸檬酸、50%丙酮、50%甲醇、50%乙醇中,25 ℃,200 r/min振蕩 2 h,4 000 r/min離心5min,過(guò)濾,取濾液。以相應(yīng)提取劑為空白,于534 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光值。

        (4)料液比的選擇:取4 g絞碎后火龍果果皮,按料液比為 1∶4,1∶8,1∶12,1∶16,1∶20,1∶24,1∶28(m∶V)加入提取劑。25℃,200 r/min振蕩 2 h,4 000 r/min離心 5min。過(guò)濾,取濾液。以相應(yīng)提取劑為空白,于534 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光值,按式(1)計(jì)算其紅色素含量。

        (5)提取時(shí)間的選擇:取2 g絞碎后火龍果果皮,加40mL提取劑,25 ℃,200 r/min 分別振蕩 10,20,30,40,50 min 和1,2 h,4 000 r/min離心5min。過(guò)濾,取濾液,于534 nm 波長(zhǎng)下測(cè)其吸光值。

        (6)提取溫度的選擇:取2 g絞碎后火龍果果皮,加40mL提取劑,于 20,30,40,50,60 ℃溫度下 200 r/min 振蕩提取50min,4 000 r/min離心 5 min,過(guò)濾,取濾液,于 534 nm 波長(zhǎng)下測(cè)其吸光值。

        (7)pH的選擇:配置一定濃度的色素液,取該色素液10mL,用檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液調(diào)節(jié)其pH后定容至50mL,于534 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光值。

        取2 g絞碎后火龍果果皮,加40 mL pH分別為2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0 的提取劑(用檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液調(diào)節(jié)pH),25℃,200 r/min振蕩提取50 min,4 000 r/min離心5min,過(guò)濾,取濾液,于534 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光值。

        1.3.2 色素的穩(wěn)定性研究 色素原液:在最佳提取工藝下制備的色素液。

        (1)溫度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響:100 mL色素原液分別置于 5,25,45,65,85,100 ℃溫度下,當(dāng)保溫 1,2,3,6,24 h 時(shí),取色素液放置至室溫,于534 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光值。

        (2)光照對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 取100 mL色素原液,于不同環(huán)境(日光、暗箱)下靜置,1,6,24,48,72,120 h 時(shí)分別測(cè)其色素液在534 nm波長(zhǎng)下吸光值。

        (3)糖濃度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響:取100 mL色素原液,按2%,4%,6%,8%,10%的濃度加入蔗糖。在室溫下放置1,6,12,24,48,72,100 h,分別測(cè)其色素液在 534 nm 波長(zhǎng)下的吸光值。

        (4)氧氣對(duì)色素穩(wěn)定性的影響:取50mL離心管加入10mL色素原液,通純氮?dú)?10 min,放置 1,6,12,24,48,72,100 h分別測(cè)其色素液在534 nm波長(zhǎng)下吸光值。另取10mL色素原液,通純氧氣10min,重復(fù)上述操作。

        (5)食鹽對(duì)色素穩(wěn)定性的影響:取100 mL色素原液,分別加入 3,5,6 g 食鹽。在室溫下,放置 1,2,12,24,80 h 分別測(cè)其色素液在534 nm波長(zhǎng)下吸光值。

        (6)金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響:取100 mL色素原液,分別加入不同濃度 KCl(1.0,1.5,2.0 g/kg)、FeSO4(5,10,15mg/kg)、MgSO4(0.01,0.03,0.05 g/kg)、CaCl2(1,3,5 g/kg)、醋酸鋅(0.002,0.004,0.006 g/L),常溫放置 1,2,12,24,80 h 時(shí)分別測(cè)其色素液在534 nm波長(zhǎng)下吸光值。

        (7)pH對(duì)色素穩(wěn)定性的影響:用檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)色素原液的 pH 至 3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0;在室溫下,放置2,4,6,8 d分別測(cè)其色素液在534 nm波長(zhǎng)下吸光值。

        1.4 數(shù)據(jù)分析

        IBM SPSSStatistics v19.0.0:數(shù)據(jù)顯著性分析;Microsoft Office Excel 2007:作圖。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 色素提取

        2.1.1 確定火龍果果皮色素最大吸收波長(zhǎng) 由圖1可知,火龍果果皮色素的最大吸收波長(zhǎng)為534 nm。

        2.1.2 確定提取劑 由圖2可知,蒸餾水對(duì)色素的提取效果最好,所以選擇蒸餾水為提取劑。

        圖1 火龍果果皮色素紫外—可見(jiàn)光譜圖Figure1 UV-visible spectra ofpigment from pitaya peel

        2.1.3 確定料液比 由圖3可知,增加料液比可顯著性的提高紅色素的單位濃度,提高提取效果;當(dāng)料液比為1∶20(m∶V)時(shí),繼續(xù)增加料液比不能帶來(lái)提取效果的顯著性增加。所以從色素提取效果和節(jié)約成本兩方面考慮,確定料液比為1∶20(m∶V)。

        圖2 提取劑對(duì)提取效果的影響Figure2 Effectofdifferentextratanton extracting pigment

        圖3 料液比對(duì)色素提取效果的影響Figure3 Effectofdifferentsolid-liquid ratioonextractingpigment

        2.1.4 確定提取時(shí)間 由圖4可知,色素提取效果隨提取時(shí)間的加長(zhǎng)有所提高,當(dāng)提取時(shí)間為50min時(shí),繼續(xù)延長(zhǎng)提取時(shí)間不能帶來(lái)提取效果的顯著性增加。因此確定提取時(shí)間為50min。

        圖4 提取時(shí)間對(duì)提取效果的影響Figure4 Effectof timeon extracting pigment

        2.1.5 提取溫度的確定 由圖5可知,當(dāng)提取溫度為30℃時(shí),色素提取效果最好,繼續(xù)增加提取溫度,色素提取效果呈顯著性下降。因此選擇30℃為提取溫度。

        2.1.6 確定提取pH 由圖6可知,相同濃度的色素液在不同pH下其吸光值無(wú)差異,因此圖7中色素吸光值的改變是色素濃度不同導(dǎo)致的,不同pH的提取劑對(duì)色素提取效果有影響;由圖7可知,當(dāng)pH為6時(shí),色素提取效果最好。

        圖5 提取溫度對(duì)色素提取效果的影響Figure5 Effectof temperatureon extracting pigment

        圖6 pH對(duì)色素的影響Figure 6 EffectofpH on pigment

        圖7 提取pH對(duì)色素提取效果的影響Figure 7 EffectofpH on extracting pigment

        2.1.7 火龍果果皮色素提取最佳提取工藝 提取劑:蒸餾水;料液比:1∶20(m∶V);提取時(shí)間:50min;提取溫度:30 ℃;提取pH 6。

        2.2 色素的穩(wěn)定性研究

        2.2.1 溫度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖8可知,當(dāng)溫度為5,25℃時(shí),24 h內(nèi)色素變化不顯著;當(dāng)溫度為45℃時(shí),24 h后色素吸光值下降了0.408,為原液色素吸光值的56%;當(dāng)溫度為65℃時(shí),24 h后色素吸光值下降了0.797,為原液色素吸光值的15%;當(dāng)溫度為85,100℃時(shí),6 h后色素液紅色褪去變?yōu)闊o(wú)色。因此常溫以下利于色素的儲(chǔ)存。

        2.2.2 光照對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖9可知,48 h內(nèi),光照對(duì)色素穩(wěn)定性的影響不大,隨著時(shí)間的增加,日光條件下色素吸光值下降更顯著。

        2.2.3 糖濃度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖10可知,蔗糖的加入并沒(méi)有改變色素變化的趨勢(shì)。在1~12 h內(nèi),蔗糖濃度越高,色素分解越快,說(shuō)明蔗糖在此期間對(duì)色素有消色作用,在48~100 h時(shí),加糖對(duì)色素的穩(wěn)定性并沒(méi)有顯著性的影響。所以在色素的儲(chǔ)存或使用中,蔗糖對(duì)色素穩(wěn)定性的影響可忽略。

        圖8 溫度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Figure 8 Impactofdifferent temperature on the stability of the pigment

        圖9 光照對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Figure9 Impactofdifferent lighton thestabilityof thepigment

        圖10 糖濃度對(duì)色素穩(wěn)定的影響Figure10 Impactofdifferentsuger concentration on the stability of the pigment

        2.2.4 氧氣對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖11可知,純氧環(huán)境會(huì)加速色素的分解,無(wú)氧環(huán)境會(huì)增強(qiáng)色素的穩(wěn)定性。因此提高色素的穩(wěn)定性,可以添加抗氧化劑或?qū)⑸胤旁跓o(wú)氧條件下。

        2.2.5 食鹽對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖12可知,加入食鹽后1 h,吸光度急劇下降,即對(duì)色素的消色作用明顯(P<0.05)。但隨著時(shí)間的增加,食鹽對(duì)色素穩(wěn)定性影響不顯著(P>0.05)。所以在色素的儲(chǔ)存或使用中,食鹽對(duì)色素穩(wěn)定性的影響可忽略。

        2.2.6 金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖13~17可知,不同濃度K+、Fe2+、Mg2+對(duì)色素穩(wěn)定性的影響不顯著;而Ca2+能加快色素的降解,降低色素的穩(wěn)定性;Zn2+有護(hù)色作用,0.002 g/L Zn2+護(hù)色作用最佳。

        圖11 氧對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Figuee11 Impactofoxygen on the stability of the pigment

        圖12 食鹽對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Figuee12 Impactof table salton the stability of the pigment

        圖13 K+對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Figuee 13 ImpactofK+on the stability of the pigment

        圖14 Fe2+對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Figuee14 Impactof Fe2+on thestabilityof thepigment

        2.2.7 pH對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖18可知,當(dāng)pH在5~6時(shí),色素保留率最高,色素穩(wěn)定性最好;酸性環(huán)境比堿性環(huán)境利于色素穩(wěn)定。

        3 結(jié)論

        (1)火龍果果皮色素提取最佳工藝為以蒸餾水為提取劑,料液比1∶20(m∶V),提取時(shí)間50 min,提取溫度30℃,提取pH 6。與舒娜[11]的火龍果色素提取工藝相比,提取時(shí)間節(jié)約了30min,提取溫度降低了10℃。

        圖15 Mg2+對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Figure 15 ImpactofMg2+on the stability of the pigment

        圖16 Ca2+對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Figure16 ImpactofCa2+on the stability of the pigment

        圖17 Zn2+對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Figure17 Impactof Zn2+on the stability of the pigment

        圖18 pH對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Figure18 ImpactofpH on the stability of the pigment

        (2)火龍果紅色素?zé)岱€(wěn)定性差,常溫以下能較好的保持色素的穩(wěn)定,與杜志堅(jiān)等[12]研究的火龍果紅色素在80℃下較為穩(wěn)定有差別;pH在5~6時(shí)色素最穩(wěn)定,酸性環(huán)境(pH<7)比堿性環(huán)境(pH>7)利于色素穩(wěn)定,該色素可用于低酸食品的著色。日光和氧氣都可降低色素的穩(wěn)定性,最好避光、避氧儲(chǔ)存;2%~10%的糖和食鹽對(duì)色素穩(wěn)定性影響不顯著,可用于飲料、冰淇淋等加糖食品的著色;金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響:Ca2+可降低色素的穩(wěn)定性,K+、Fe2+、Mg2+對(duì)色素的作用不顯著,Zn2+有護(hù)色作用。

        本課題研究了一些物理、化學(xué)因素對(duì)火龍果果皮色素穩(wěn)定性的影響,找出了利于火龍果果皮色素使用和儲(chǔ)存的條件,但就如何護(hù)色,降低色素的降解率有待進(jìn)一步研究。

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