劉淑晗，陳浩男，李雪芳，李大偉，全桂靜

(沈陽(yáng)化工大學(xué)制藥與生物工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110142)

超聲輔助稠李色素提取工藝及穩(wěn)定性研究

劉淑晗，陳浩男，李雪芳，李大偉，全桂靜*

(沈陽(yáng)化工大學(xué)制藥與生物工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110142)

摘要[目的]研究稠李色素的提取工藝及穩(wěn)定性，為稠李色素在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用提供參考。[方法]以超聲波技術(shù)為輔助，采用浸提法提取稠李色素，通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)研究最佳提取工藝。[結(jié)果]試驗(yàn)表明，稠李色素最佳提取條件為乙醇濃度50%，浸提溫度80 ℃，固液比1∶15 g/mL，浸提時(shí)間80 min；光照、氧化劑、還原劑、金屬離子對(duì)稠李色素的穩(wěn)定性基本無影響，pH、高溫對(duì)稠李色素的穩(wěn)定性有影響。[結(jié)論]稠李色素提取工藝簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性較好，作為天然食用色素有廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞超聲波；稠李色素；提??；穩(wěn)定性

近年來，隨著人們對(duì)健康生活品質(zhì)要求的提高，食用色素的開發(fā)和利用越來越受到人們的重視。食用色素分為天然食用色素和人工合成食用色素。人工合成食用色素著色力強(qiáng)，但長(zhǎng)期食用對(duì)健康有害；天然食用色素安全性高，兼具營(yíng)養(yǎng)功能[1]。所以，近些年來由天然產(chǎn)物中提取天然色素的研究成為熱點(diǎn)課題。花色苷類色素因其獨(dú)特的功能性，而被應(yīng)用于清除體內(nèi)自由基、抗腫瘤、抗癌等方面[2-3]。稠李(PadusracemosaGilib)為薔薇科稠李屬植物，果實(shí)呈卵球形，成熟時(shí)呈紫紅色或紫黑色，果皮光亮，澀，稍有甜味[4-5]，稠李中含有大量的花色苷類色素。王振宇等對(duì)紫葉稠李小果、紫葉稠李大果和稠李果色素的理化性質(zhì)進(jìn)行了研究，為稠李色素的開發(fā)利用提供了一定的參考[6]。目前，稠李因其較強(qiáng)的適應(yīng)能力，多用于景觀觀賞和城市綠化，果實(shí)大都自然凋落，很少被利用[7-8]。因此對(duì)稠李色素提取工藝及穩(wěn)定性的研究具有廣闊的發(fā)展前景。

稠李色素的提取，目前廣泛使用的是乙醇提取法[6]。近年來，超聲技術(shù)廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物中苷類、生物活性物質(zhì)等有效成分的提取，而利用微波、超聲等現(xiàn)代技術(shù)對(duì)稠李色素成分的提取研究較少。筆者通過利用超聲技術(shù)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)考察乙醇浸提稠李色素的最佳工藝條件，并研究稠李色素的穩(wěn)定性。

1材料與方法

1.1材料原料：稠李果實(shí)，采自沈陽(yáng)化工大學(xué)綠化區(qū)。主要試劑：無水乙醇(分析純)。主要儀器：UV1102紫外-可見分光光度計(jì)，上海天美科學(xué)儀器有限公司；超聲波清洗機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 ，常州國(guó)華電器有限公司；A11BS25研磨機(jī)，IKA。

1.2方法

1.2.1提取工藝流程。稠李果實(shí)→去核→研磨→超聲提取→過濾→減壓濃縮→真空干燥→成品[9]。取冷凍保存的稠李果實(shí)，自然解凍，去核，置于研缽中研磨5 min，取2.0 g稠李果實(shí)置于錐形瓶中，加入30 mL 60%乙醇水溶液，60 ℃超聲波輔助浸提40 min，60 ℃水浴浸提20 min，抽濾得提取液，經(jīng)減壓濃縮，真空干燥得成品。

1.2.2浸提條件的研究。研究浸提劑的濃度、固液比、浸提時(shí)間、浸提溫度、超聲波輔助時(shí)間及果實(shí)粉碎程度6個(gè)因素對(duì)稠李色素提取率的影響，用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)538 nm處測(cè)定吸光度值，作為色素提取率的指標(biāo)。

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以乙醇濃度、浸提溫度、浸提時(shí)間、固液比4個(gè)條件為考察因素，采用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)(表1)，以確定最佳提取條件。

表1　L9(34)正交因素水平設(shè)計(jì)

1.2.3穩(wěn)定性研究。研究pH、光照、溫度、氧化劑、還原劑、金屬離子6個(gè)因素對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響，測(cè)定A538值作為色素穩(wěn)定性的指標(biāo)。

2結(jié)果與分析

2.1浸提條件的研究

2.1.1浸提劑濃度對(duì)提取效果的影響。由圖1可知，隨著乙醇濃度的增加，吸光度值先升高后降低，乙醇濃度在50%～60%時(shí)吸光度值較高，說明乙醇濃度在此范圍內(nèi)對(duì)稠李色素的提取效果較好。

圖1　浸提劑濃度對(duì)稠李色素提取的影響 Fig.1　Effects of agent concentration on pigment extraction from P.racemosa

2.1.2固液比對(duì)提取效果的影響。由圖2可知，固液比在1∶15～1∶30 g/mL，對(duì)稠李色素提取效果最好。

圖2　固液比對(duì)稠李色素提取的影響 Fig.2　Effects of solid-liquid ratio on pigment extraction from P.racemosa

2.1.3浸提時(shí)間對(duì)提取效果的影響。由圖3可知，隨著浸提時(shí)間的增加吸光度值逐漸增加，浸提時(shí)間在60～100 min，對(duì)稠李色素提取效果最好。

圖3　浸提時(shí)間對(duì)稠李色素提取的影響Fig.3　Effects of extraction time on pigment extraction from P.racemosa

2.1.4浸提溫度對(duì)提取效果的影響。由圖4可知，隨著溫度的增加，吸光度值逐漸增加。浸提溫度在60～80 ℃時(shí)提取率較高，溫度大于80 ℃后提取率下降。

圖4　浸提溫度對(duì)稠李色素提取的影響Fig.4　Effects of extraction temperature on pigment extraction from P.racemosa

2.1.5超聲波輔助時(shí)間對(duì)提取效果的影響。由圖5可知，隨超聲波輔助時(shí)間的增加，其吸光度值先降低后上升，輔助時(shí)間越長(zhǎng)，吸光度值越高。

圖5　超聲波輔助時(shí)間對(duì)稠李色素提取的影響Fig.5　Effects of ultrasonic-assisted time on pigment extraction from P.racemosa

2.1.6果實(shí)破碎程度對(duì)提取的影響。試驗(yàn)得出，果實(shí)的粉碎程度為未處理、研磨、粉碎的程度下，A538值依次為0.542、0.778、0.697。由此可見，研磨和粉碎狀態(tài)的稠李比正常狀態(tài)的稠李吸光度高，研磨狀態(tài)的稠李吸光度最高，可知最佳果實(shí)破碎程度為研磨。

2.1.7最佳工藝條件的確定。由以上單因素試驗(yàn)結(jié)果可知，浸提劑濃度、固液比、浸提溫度和浸提時(shí)間對(duì)稠李色素的提取影響較大，影響程度不同，使用超聲波輔助可有效提高稠李色素提取率，果實(shí)粉碎程度有較小影響。因此，不同浸提條件對(duì)提取率有不同的影響，可以此為基礎(chǔ)選取正交試驗(yàn)因素。采用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以確定最佳提取條件。由表2的方差可知，對(duì)稠李果實(shí)中稠李色素提取影響大小的因素依次為浸提溫度(B)、乙醇濃度(A)、固液比(C)、浸提時(shí)間(D)。由此可知，超聲提取稠李色素的最佳提取條件為B3A1C1D2，即乙醇濃度為50%，浸提溫度為80 ℃，固液比為1∶15 g/mL，浸提時(shí)間為80 min。

分別按照B3A1C1D2和B3A2C1D2條件進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，A538的平均值分別為0.953和0.812。由此可見，B3A1C1D2條件下稠李色素的提取率高于表3中任一試驗(yàn)結(jié)果，故該條件為最佳工藝。

表2　L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果

2.2穩(wěn)定性研究

2.2.1pH對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響。由表3可知，稠李色素在酸性條件下相對(duì)穩(wěn)定，但隨著pH的降低，顏色漸深；在堿性條件，顏色發(fā)生改變。因此，建議在酸性條件下使用。

表3　pH對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響

2.2.2光照對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響。由圖6可知，光照和紫外線對(duì)稠李色素吸光度值影響較小，說明光照和紫外線對(duì)稠李色素穩(wěn)定性影響較小。

圖6　光照對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響Fig.6　Effects of illumination on stability of P.racemosa pigment

2.2.3溫度對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響。由圖7可知，中低溫條件下，稠李色素溶液的吸光度值變化較小；高溫條件下，稠李色素溶液的吸光度值增加。因此低溫對(duì)稠李色素穩(wěn)定性影響較小，高溫對(duì)稠李色素穩(wěn)定性影響較大。

圖7　溫度對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響Fig.7　Effects of temperature on stability of P.racemosa pigment

2.2.4氧化劑對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響。由圖8可知，不同濃度過氧化氫對(duì)吸光度值影響較小，即基本無影響。因此，氧化劑對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響較小。

圖8　氧化劑對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響Fig.8　Effects of oxidant on stability of P.racemosa pigment

2.2.5還原劑對(duì)稠李色素的穩(wěn)定性的影響。由圖9可知，不同濃度的亞硫酸鈉對(duì)吸光度值影響較小，即基本無影響。因此，氧化劑對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響較小。

圖9　還原劑對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響Fig.9　Effects of reducing agent on stability of P.racemosa pigment

2.2.6金屬離子對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響。由表4可知，加入Cu2+、Fe2+和Al3+的條件下吸光度值明顯增加，加入Al3+使顏色發(fā)生改變，其他金屬離子無明顯變化。24 h后，加入Zn2+、Al3+和Cu2+的色素溶液吸光度值相對(duì)1 h時(shí)有所下降，加入Fe2+的色素溶液吸光度值上升。因此，Al3+改變稠李色素的色調(diào)，影響稠李色素穩(wěn)定性，Cu2+和Fe2+對(duì)稠李色素有增色作用，而Zn2+對(duì)稠李色素有減色作用，對(duì)稠李色素穩(wěn)定性有較小的影響。

表4　金屬離子對(duì)稠李色素穩(wěn)定性的影響

注：*顏色發(fā)生變化，由紅色變?yōu)樽仙?/p>

Note:* indicates that the color changed from red to purple.

3結(jié)論與討論

該試驗(yàn)以稠李果實(shí)為原料，在超聲波輔助下，利用浸提法提取稠李色素，在538 nm波長(zhǎng)下檢測(cè)吸光度值，以研究提取條件。經(jīng)正交試驗(yàn)獲得最佳提取條件，即乙醇濃度為50%，浸提溫度為80 ℃，固液比為1∶15 g/mL，浸提時(shí)間為80 min，超聲波輔助時(shí)間為40 min，果實(shí)粉碎程度為研磨，色素提取液的A538最高可達(dá)0.953。此工藝操作簡(jiǎn)便，可用于工業(yè)批量生產(chǎn)高色價(jià)稠李色素。

對(duì)稠李色素穩(wěn)定性進(jìn)行一系列研究，結(jié)果表明，pH對(duì)稠李色素穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，酸性條件下相對(duì)穩(wěn)定，顏色加深，堿性條件時(shí)顏色發(fā)生改變；高溫條件使稠李色素的吸光度值增加，影響穩(wěn)定性，中低溫條件對(duì)稠李色素基本無影響；金屬離子中多數(shù)對(duì)稠李色素的穩(wěn)定性無影響，其中Al3+改變顏色，Cu2+和Fe2+使顏色加深，Zn2+使顏色變淺；在光照、氧化劑、還原劑條件下稠李色素均表現(xiàn)為穩(wěn)定。

根據(jù)穩(wěn)定性研究結(jié)果，建議在實(shí)際操作中稠李色素可應(yīng)用于偏酸性食品著色或用偏酸性或中性材料包裝，儲(chǔ)運(yùn)和保存時(shí)避免高溫、無需避光，避免接觸Al3+以維持稠李色素的穩(wěn)定性。稠李色素為花色苷類色素，天然安全，具有一定的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和醫(yī)療作用。因原料易得，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性較好，稠李色素可作為一種重要的天然色素資源。

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Study on Ultrasonic-assisted Extraction Technology and Stability of Pigment fromPadusracemosa

LIU Shu-han, CHEN Hao-nan, LI Xue-fang, QUAN Gui-jing*et al

(College of Pharmaceutical and Biological Engineering, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang, Liaoning 110142)

Abstract[Objective] The aim was to study the process and stability of extracting pigment from P. racemosa, provide basis for its extensive use in industry. [Method] Assisted with ultrasonic, pigment was extracted from P. racemosa, the optimal extraction technique was studied through single factor test and orthogonal test. [Result] The results showed that the optimal conditions were: 50% ethanol, extraction temperature 80 ℃, solid-liquid ratio 1∶15 g/mL, extraction time 80 min; light, oxidizing agents, reducing agents and metal ions had no effect on the stability of pigment from P. racemosa, pH and high temperature had influence to the stability of pigment. [Conclusion] The process of pigment extraction from P. racemosa is simple and stable, bright future will come when the pigment can be used as a natural edible pigment.

Key wordsUltrasonic; Pigment from P. racemosa; Extraction; Stability

作者簡(jiǎn)介劉淑晗(1994- )，女，山東曲阜人，本科生，專業(yè)：食品科學(xué)與工程。*通訊作者，講師，碩士，從事食品科學(xué)與工程研究。

收稿日期2016-03-25

中圖分類號(hào)S 789

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)11-089-04