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        蘿卜紅色素的提取工藝研究

        2014-10-16 08:53:56劉海軍孫井坤
        關(guān)鍵詞:紅色素紅心乙酸

        劉海軍,孫井坤

        (1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院,大慶163319;2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院)

        紅心蘿卜成本低,來源豐富,蘿卜紅色素可廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)以及藥品外表著色等。按食品工業(yè)生產(chǎn)使用著色,最大用量不限,可作為天然食用色素逐步取代合成色素的最優(yōu)品種[1]。具有抗氧化功能的天然食用色素。色素的提取方法主要有溶劑浸提法[2]、超聲波萃取法[3]和微波萃取法[4]。微波萃取法速度最快,但是微波控制不好極易使色素分解,而溶劑浸提法可以減少溶劑消耗,操作簡單方便,學(xué)者用此方法對(duì)不同物料如紫心蘿卜[5]、紫甘薯[6-7]、辣椒[8-9]、紫茄皮[10]、紅葉甜菜[11]和火龍果[12]等的紅色素提取工藝進(jìn)行了大量研究,但是,這種提取時(shí)間較長,耿明江等[13]在提取桃花紅色素時(shí),優(yōu)選浸提溶劑后,以超聲方法輔助提取,結(jié)果表明,這種方法優(yōu)選所得工藝穩(wěn)定可行。

        因此,采用溶劑方法,輔助超聲波加快提取速度,以紅心蘿卜為原料提取紅色素,對(duì)影響紅色素提取的因素和最佳提取條件進(jìn)行研究。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        新鮮紅心蘿卜購于大慶當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場;蘿卜紅色素膠質(zhì)、冰乙酸均為分析純,購于天津市天大化學(xué)試劑廠。

        1.2 儀器設(shè)備

        TDL8D-2B型臺(tái)式離心機(jī):上海安亭科學(xué)儀器廠;BSA-224S-CW型電子天平:北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;FW型高速萬能粉碎機(jī):天津市泰斯特儀器有限公司;KQ-500DV型數(shù)控超聲波清洗器:昆山市超聲儀器有限公司;TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計(jì):北京普析通用有限責(zé)任公司;SHB-3循環(huán)水多用真空泵:鄭州杜甫儀器廠;202-2A型電熱恒溫干燥箱:天津市泰斯特儀器有限公司;ZKF035型電熱真空干燥箱:上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司。

        1.3 試驗(yàn)方法

        1.3.1 蘿卜紅色素提取工藝流程

        將新鮮胭脂蘿卜洗凈,去皮,切成細(xì)丁狀,將切成細(xì)丁狀的紅心蘿卜破碎,加入一定濃度的乙酸提取劑中,在一定溫度下,經(jīng)400W功率的超聲輔助提取一定時(shí)間,取出放入離心機(jī)中,在4 000 r·min-1下旋轉(zhuǎn)離心10min,得到澄清的色素上清液,取1mL定容至100mL容量瓶中,在530 nm下測其吸光度值。

        1.3.2 紅色素提取量的計(jì)算

        用1%的鹽酸甲醇溶液,準(zhǔn)確配制系列濃度的紅色素溶液,在530 nm波長下測其吸光度A,根據(jù)濃度C與吸光度A的關(guān)系,擬合得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為A=1.934C-0.048 5(決定系數(shù)R2=0.998 9),花青素萃取率的計(jì)算公式如式(1):

        式中:D——試樣中紅色素的含量(μg·g-1);

        C——紅色素濃度(μg·mL-1);

        V——定容體積(mL);

        n——稀釋倍數(shù);

        W——試樣重量(g)。

        1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        1.3.3.1 溫度對(duì)色素提取量的影響

        在5.00 g紅心蘿卜樣品中,加入5.00 mL濃度為20%的乙酸,浸提10min,對(duì)提取量在不同提取溫度下的變化進(jìn)行試驗(yàn)。

        1.3.3.2 料液比對(duì)色素提取量的影響

        在5.00 g紅心蘿卜樣品中,加入一定體積的濃度為20%的乙酸,浸提10 min,對(duì)提取量在不同乙酸體積下的變化進(jìn)行試驗(yàn)。

        1.3.3.3 乙酸濃度對(duì)色素提取量的影響

        在5.00 g紅心蘿卜樣品中,加入5.00 mL不同濃度的乙酸,在浸提溫度40℃下浸提10 min,對(duì)提取量在不同乙酸濃度下的變化進(jìn)行試驗(yàn)。

        1.3.3.4 浸提時(shí)間對(duì)色素提取量的影響

        在5.00 g紅心蘿卜樣品中,加入5.00 mL濃度為20%的乙酸,在浸提溫度40℃下浸提,對(duì)提取量在不同提取時(shí)間下的變化進(jìn)行試驗(yàn)。

        以上所有試驗(yàn)均為重復(fù)3次,取平均值。

        1.3.4 正交實(shí)驗(yàn)

        在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)表1所列的條件進(jìn)行提取,將浸提液在4 000 r·min-1的離心機(jī)中離心后,取1mL的上清液定容至100mL的容量瓶中,測其在530 nm下的吸光度值,以提取量為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)蘿卜紅色素提取量影響的因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果,以料液比A(μg·g-1)、乙酸濃度B(%)、提取時(shí)間C(min)、溫度D(℃)為4因素,各取3水平,進(jìn)行蘿卜紅色素提取產(chǎn)量的L9(34)正交試驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

        表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table1 The factors and levels of orthogonal experiment

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1.1 溫度對(duì)色素提取量的影響

        提取量隨提取溫度的變化結(jié)果如圖1所示。

        由圖1可以看出:隨溫度的增加提取量逐漸增加,在提取溫度達(dá)到40℃時(shí)提取量達(dá)到最大值5.835μg·g-1,隨著溫度繼續(xù)升高,提取量下降。這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)促進(jìn)傳質(zhì)作用,有利于色素的提取,但是,過高的溫度會(huì)使紅色素分解,從而降低提取量,所以選擇40℃為最佳提取溫度。

        圖1 溫度對(duì)提取量的影響Fig.1 Effect of temperature on extraction quantity

        2.1.2 料液比對(duì)色素提取量的影響

        提取量隨料液比的值變化如圖2所示,由圖可以看出,提取量隨著料液比的增大提取量逐漸增大,5 g樣品質(zhì)量固定,料液比越大表明所加提取劑乙酸的體積越大,這使得提取出的紅色素質(zhì)量更多,綜合考慮,選擇料液比1∶1為宜,即5 g樣品中加入5mL乙酸。

        圖2 料液比對(duì)提取量的影響Fig.2 Effectof solid-liquid ratio on extraction quantity

        2.1.3 乙酸濃度對(duì)色素提取量的影響

        提取量隨乙酸濃度的變化如圖3所示。

        圖3 乙酸濃度對(duì)提取量的影響Fig.2 Effect of acetic acid concentration on extraction quantity

        由圖3可以看出:隨著乙酸濃度的增加,提取量逐漸增加,當(dāng)達(dá)到30%后開始下降,所以選取30%的乙酸作為提取劑,這與文獻(xiàn)的結(jié)論是一致的[14]。

        2.1.4 時(shí)間對(duì)色素提取量的影響

        提取量隨提取時(shí)間的變化如圖4所示。

        圖4 時(shí)間對(duì)提取量的影響Fig.4 Effect of time on extraction quantity

        由圖4可以看出,提取量隨著提取時(shí)間的增加先增后減小,在時(shí)間為20min時(shí)提取量達(dá)到最大值7.295μg·g-1,而后時(shí)間增大,提取量反而減小,因?yàn)殡S著浸提時(shí)間的增長色素可能分解,因此浸提時(shí)間確定在20 min。

        2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

        正交試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

        表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table2 Results of orthogonal experiment design

        續(xù)表2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Continued Table2 Results of orthogonal experiment design

        由表2可以看出,根據(jù)級(jí)差分析可知:利用乙酸作為提取劑提取蘿卜紅色素時(shí),各影響因素的順序?yàn)椋篋>C>B>A,即:料液比>時(shí)間>溫度>濃度。 最佳工藝為:A1B2C2D2即:料液比為1∶1、乙酸的濃度為30%、溫度為40℃、超聲波浸提20min最好。因?yàn)樽罴呀M合在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中,故不需要做驗(yàn)正試驗(yàn)。

        3 結(jié)論

        試驗(yàn)確定的色素提取重要條件為色素的實(shí)驗(yàn)室小量提取條件,與工業(yè)的提取條件有一定的差異和距離,可作為工業(yè)生產(chǎn)提取條件的參考和依據(jù)。在蘿卜紅色素的提取過程中,采用乙酸進(jìn)行浸提,提取量較高,同時(shí)乙酸成本相對(duì)較低,在大規(guī)模生產(chǎn)中切實(shí)可行。提取蘿卜紅色素的最佳工藝為:料液比為1∶1,乙酸的濃度為30%,在40℃的溫度下,浸提20min,提取量為7.295μg·g-1。

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