尚澤仁，盧志紅，尚學(xué)軍

(1.河北師范大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，河北 石家莊　050024；2.華北制藥股份有限公司，河北 石家莊　050015)

微波法提取棗皮中紅色素及其穩(wěn)定性研究

尚澤仁1，盧志紅2*，尚學(xué)軍2

(1.河北師范大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，河北 石家莊050024；2.華北制藥股份有限公司，河北 石家莊050015)

摘要：通過微波技術(shù)提取棗皮中的紅色素，綜合單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)，探究微波提取棗皮中紅色素的最優(yōu)反應(yīng)條件，即微波功率200W，NaOH濃度0.20mol/L，萃取時(shí)間60s，料液比1∶20(g/mL)。在酸性環(huán)境中棗皮紅色素遭到破壞而易產(chǎn)生沉淀；在堿性的溶液中可增加其穩(wěn)定性，從而呈現(xiàn)出棗紅色，同時(shí)發(fā)現(xiàn)Zn2+、Mg2+、Ca2+也對(duì)紅色素具有增色效果。該方法具有萃取率高，時(shí)間短，綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，為工業(yè)化生產(chǎn)紅色素奠定了良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：棗皮；紅色素；微波萃?。桓咝?；綠色環(huán)保

0引言

色素可用作著色劑和食品防腐劑，而天然色素在食品方面的需求更大。同時(shí)天然紅色素具有醫(yī)療方面的潛力，尤其是棗皮中的紅色素因?yàn)閾碛锌寡趸?，免疫性，抗致畸性，抗微生物，抗?xì)胞毒性和抗腫瘤活性，而成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)[1-5]。目前，棗皮中紅色素的提取方法主要有溶劑法、超聲波法和微波法。溶劑法提取率低，操作復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，并且使用對(duì)環(huán)境有污染的有機(jī)物作溶劑。雖然超聲波法相比溶劑法提高了產(chǎn)率和效率，但是還不能滿足提取紅色素的工藝需求[6-8]。微波法[9-11]作為一種現(xiàn)代提取技術(shù)，具有萃取完全、效率高、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。因而廣泛地應(yīng)用到色素的提取工藝中。

通過以京唐紅棗為實(shí)驗(yàn)材料，以正交試驗(yàn)法為原理，利用微波萃取法提取棗皮中的紅色素，同時(shí)就穩(wěn)定性方面進(jìn)行探討，旨在獲得最佳提取工藝，為食品開發(fā)中紅色素的處理提供參考。

1材料與方法

1.1材料與試劑

紅色素標(biāo)準(zhǔn)品(上海源葉生物科技有限公司)；紅棗樣品(京唐紅棗)；NaOH，KCl，ZnCl2，MgCl2，CaCl2(所有的藥品均為分析純)(重慶市漢科化工試劑廠)。

1.2儀器與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)中所涉及到的儀器與設(shè)備見表1所示。

表1　實(shí)驗(yàn)中儀器與設(shè)備

1.3方法

1.3.1樣品的預(yù)處理

棗→洗凈煮沸7分鐘去皮→烘干→粉碎→棗皮粉，密封保存。

1.3.2標(biāo)準(zhǔn)曲線制備及回歸方程建立

以不加對(duì)照品的空白做參比，340nm作為測(cè)定波長(zhǎng)，測(cè)出紅色素標(biāo)準(zhǔn)品的吸光度。以標(biāo)準(zhǔn)品濃度為橫坐標(biāo)，測(cè)定的吸收度為縱坐標(biāo)，進(jìn)行回歸分析，繪制回歸曲線。

圖1　紅色素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1　Standardized curve of red pigment

以濃度對(duì)用紫外分光光度法在340nm處測(cè)定的紅色素標(biāo)準(zhǔn)品的吸光度進(jìn)行直線回歸，得到回歸方程A=1.408 7C+0.087 51(C：mg/mL)，R2=0.999 81，結(jié)果見圖1所示。

1.3.3提取方法與提取量

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的京唐紅棗皮粉末，加入一定濃度NaOH，在一定溫度下，微波提取。提取后，樣品溶液用離心機(jī)在2 800r/min的條件下離心12min，再經(jīng)0.22μm微孔濾膜過濾得澄清透明液體，濾液用紫外-可見分光光度計(jì)，以標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定紅色素含量，計(jì)算提取量。

1.3.4單因素試驗(yàn)

按微波功率、料液比、微波提取時(shí)間，NaOH濃度等進(jìn)行單因素試驗(yàn)，探究其影響提取量的程度。

1.3.5正交優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)作為正交試驗(yàn)法的4個(gè)考察因素：微波提取時(shí)間、微波功率、料液比、NaOH濃度進(jìn)行考察，并選取3個(gè)水平進(jìn)行探究。采用L9(34)正交表進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定提取棗皮中紅色素的最優(yōu)反應(yīng)條件。

1.3.6對(duì)比試驗(yàn)

用溶劑提取法得到的產(chǎn)量與微波法的提取量對(duì)比，比較兩者的提取效果。

1.3.7穩(wěn)定性研究

1)取一定量的紅色素溶液，并加入5mL HCl(1mol/L)溶液，靜置10min后，觀察現(xiàn)象。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，另加入其它酸性物質(zhì)，觀察現(xiàn)象；

2)另取一定量的紅色素溶液，加入5mL NaHCO3(1mol/L)溶液，觀察現(xiàn)象。重復(fù)實(shí)驗(yàn)，加入其它堿性物質(zhì)，觀察現(xiàn)象；

3)取5mL的紅色素溶液于6支試管中，分別加入適量的KCl溶液、ZnCl2溶液、MgCl2溶液、CaCl2溶液、甜味劑、防腐劑，觀察現(xiàn)象。

2結(jié)果與討論

2.1單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1提取溶劑的選擇

根據(jù)文獻(xiàn)資料，棗皮中紅色素易溶于堿性溶劑，在NaOH中溶解性較高，所以選擇NaOH為提取溶劑。

2.1.2NaOH濃度對(duì)提取量的影響

準(zhǔn)確配置濃度為0.00～0.30mol/L的NaOH溶液，分別準(zhǔn)確吸取10mL于錐形瓶中，再加入1.000g樣品，在微波功率200W下提取60s。離心過濾后測(cè)其吸光度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。結(jié)果表明，在較低濃度條件下，隨著NaOH濃度的增加，棗皮中紅色素的提取量逐漸提升。0.20mol/L的NaOH為溶劑時(shí)，紅色素的提取量達(dá)到峰值。之后，紅色素的提取量隨著NaOH濃度的增加而降低。因此選擇0.20mol/L的NaOH作為提取劑。

圖2　NaOH濃度對(duì)提取量的影響Fig.2　Effect of sodium hydroxide concentration on the extractive quantity

圖3　料液比對(duì)提取量的影響Fig.3　Effect of solid-liquid ratio on the extractive quantity

2.1.3料液比對(duì)提取量的影響

準(zhǔn)確稱取樣品1.000g，分別加入5.0～25.0mL范圍內(nèi)的0.20mol/L NaOH，微波功率為200W時(shí)提取60s，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，液料比從1∶5增長(zhǎng)到1∶20時(shí)，紅色素提取量隨比值增大而增大，當(dāng)料液比為1∶20時(shí)達(dá)到最大值。當(dāng)繼續(xù)增大料液比，提取量反而下降。在液料比少于1∶20時(shí)使用更多的提取溶劑可得到更多的紅色素，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是溶解在提取溶劑中的某些物質(zhì)可提高紅色素的溶解度。如果提取溶劑量顯著增加，這些物質(zhì)溶解在溶劑中的量明顯降低，增加紅色素溶解度的能力也明顯下降，這將導(dǎo)致在提取中紅色素的產(chǎn)量下降。因此，選擇1∶10、1∶15、1∶20作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

2.1.4微波提取時(shí)間對(duì)提取量的影響

準(zhǔn)確稱取京唐紅棗皮粉末1.000g，加入20mL NaOH(0.20mol/L)，在微波功率為200W時(shí)分別微波提取40～90s，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。紅色素提取量在60s前隨著時(shí)間的增加而增加，在60s時(shí)達(dá)到峰值。之后，隨著時(shí)間的增加，紅色素提取量降低。這或許是紅色素在微波輻射下分解造成的，所以提取量在峰值后隨微波時(shí)間的增加反而降低了。因此，選擇40s、50s、60s作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

圖4　微波時(shí)間對(duì)提取量的影響Fig.4　Influence of microwave time on the extractive quantity

圖5　微波功率對(duì)提取量的影響Fig.5　Influence of microwave power on the extractive quantity

2.1.5微波功率對(duì)提取量的影響

準(zhǔn)確稱取京唐紅棗皮粉末1.000g，加入20mL NaOH(0.20mol/L)，在微波功率分別為200～500W時(shí)提取60s。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明，隨著微波功率的增大，紅色素的提取量變化較大。當(dāng)微波功率為200W時(shí)，紅色素提取量達(dá)到最大。當(dāng)功率為300W時(shí)，紅色素的提取量可能是由

于吸附作用而下降。功率為400W時(shí)，紅色素的提取量略有上升。當(dāng)功率為500W時(shí)，可能有少量紅色素結(jié)構(gòu)遭到破壞，因此紅色素的提取量再次有下降的趨勢(shì)。因此，選擇200W、400W、500W作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

2.2棗皮中紅色素的微波提取工藝正交試驗(yàn)

以單因素試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，選取影響棗皮中紅色素萃取收益的各因素中有參考價(jià)值的水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，并對(duì)結(jié)果展開極差分析，以確定最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件。采用L9(34)正交表以提取時(shí)間(A)、微波功率(B)、料液比(C)、NaOH濃度(D)作為4個(gè)考察因素，確定其中3個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，因素及水平、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

各因素對(duì)棗皮中紅色素提取量的影響順序是根據(jù)極差分析得出的結(jié)果：NaOH濃度(D)>料液比(C)>時(shí)間(A)>微波功率(B)，最佳組合為A3B1C3D3，即微波時(shí)間60s、微波功率200W、料液比1∶20、NaOH濃度0.20mol/L。在最佳提取工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，棗皮中紅色素提取量為7.77mg/g，說明最佳提取工藝條件是可信的。

表2　正交試驗(yàn)因素、水平表及正交試驗(yàn)結(jié)果

2.3與溶劑提取法的對(duì)比

將微波法與溶劑提取法進(jìn)行比較研究，微波法使用的是通過L9(34)試驗(yàn)得出的最佳提取條件，即微波時(shí)間60s、微波功率200W、料液比1∶20、NaOH濃度0.20mol/L。溶劑提取法工藝條件是料液比1∶20、NaOH濃度0.20 mol/L、水浴溫度40℃、提取時(shí)間6h，用離心機(jī)在3 000r/min的條件下離心40min，再經(jīng)0.22μm微孔濾膜過濾得到澄清透明液體，濾液按紅色素標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定提取量。

通過與溶劑提取法相比較，微波法中紅色素提取量為7.77mg/g，而溶劑提取法紅色素提取量?jī)H為3.86mg/g，從這一結(jié)果來看，微波法明顯優(yōu)于溶劑提取法。

2.4紅色素穩(wěn)定性的研究

實(shí)驗(yàn)中通過加入酸性物質(zhì)(HCl、CH3COOH、H2SO4、HNO3)，觀察紅色素穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象均產(chǎn)生少量沉淀，可推測(cè)棗皮紅色素在酸性溶液中易受到破壞；加入堿性物質(zhì)(NaHCO3、K2CO3、Na2CO3、MgCO3)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象均無明顯變化，可推測(cè)紅色素在堿性環(huán)境中穩(wěn)定性未遭到破壞；加入其它物質(zhì)(KCl、ZnCl2、MgCl2、CaCl2、甜味劑、防腐劑)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中只有KCl的加入沒有引起明顯變化，而其它物質(zhì)的加入均使溶液顏色有一定程度的加深，可推測(cè)Zn2+、Mg2+、Ca2+、甜味劑、防腐劑對(duì)色素溶液的穩(wěn)定性無破壞作用，具有一定的增色效果。

3結(jié)論

1)實(shí)驗(yàn)采用微波提取法提取棗皮中的紅色素，研究了提取溶劑NaOH濃度、料液比、微波功率、提取時(shí)間對(duì)提取效果的影響，并用正交試驗(yàn)法確定了最佳提取工藝條件。

2)正交試驗(yàn)法優(yōu)選的最佳工藝條件為微波功率200W，NaOH濃度0.20mol/L，萃取時(shí)間60s，料液比1∶20(g/mL)，得到棗皮中紅色素的提取量為7.77mg/g。

3)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)棗皮紅色素在酸性溶液中容易發(fā)生變質(zhì)；在堿性的環(huán)境中可穩(wěn)定，并呈現(xiàn)棗紅色；Zn2+、Mg2+、Ca2+、甜味劑、防腐劑對(duì)紅色素均具有穩(wěn)定和增色效果。

4)微波提取法大大地縮短提取時(shí)間，能達(dá)到較高的提取量。因此，微波法是一種較為理想的提取紅棗棗皮中紅色素的方法，具有省時(shí)、高效的特點(diǎn)。

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Study on extraction technique and stability of the red pigment in jujube peel by microwave method

SHANG Zeren1,LU Zhihong2*,SHANG Xuejun2

(1.College of Chemistry and Material Science, Hebei Normal University, Shijiazhuang, He’bei 050024, China;2.North China Pharmaceutical Company Limited, Shijiazhuang, He’bei 050015, China)

Abstract:Microwave method is used to extract red pigment from jujube peel.By single factor experiment and orthogonal test, we find the best factors of microwave method to extract red pigment from jujube peel: microwave power (200W), CNaOH(0.20mol/L), extraction time (60s), solid to liquid ratio (1∶20,g/mL). Red Pigment from jujube peel is unstable in an acidic environment, and is easy to produce precipitation. When it is in an alkaline environment, its stability will increase. Pigment solution is purplish red, Zn2+、Mg2+、Ca2+can enhance the color of red pigment.This method is efficient, fast and environmental friendly.This experiment laid a good foundation for the industrial production.

Key words:jujube peel; red pigment; microwave method; efficient; environmental friendly

文章編號(hào)：1004—5570(2016)02-0084-05

收稿日期：2015-12-06

基金項(xiàng)目：河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(B2015205172)；河北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目(201510094027)

作者簡(jiǎn)介：尚澤仁(1994-)，男，學(xué)士，研究方向：藥物合成與分析，E-mail:18576212@qq.com. *通訊作者：盧志紅(1966-)，女，高級(jí)工程師，研究方向：藥學(xué)與機(jī)械化工，E-mail:major-general@sohu.com.

中圖分類號(hào)：O657.32

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A