段偉偉

（烏蘭察布職業(yè)學院，內(nèi)蒙古烏蘭察布012000）

玉米黃粉脫色的有機溶劑篩選

段偉偉

（烏蘭察布職業(yè)學院，內(nèi)蒙古烏蘭察布012000）

以玉米黃粉為原料，采用不同有機溶劑對其進行索氏浸提脫色，以羅維朋色度值和分光光度法為指標對有機溶劑脫色工藝參數(shù)進行優(yōu)化。結(jié)果表明：丙酮浸提可有效脫色，料液比1∶10（g/L），浸提溫度50℃，時間3 h，脫色率可達91.4％。兩種檢測方法結(jié)合，可減少采用單一檢測方法造成的誤差。

玉米黃粉；脫色；有機溶劑

玉米黃粉又稱玉米蛋白粉。由于所含氨基酸大多為疏水性氨基酸，可在無需添加劑、鞣制劑的條件下制成薄膜，并且具有良好的阻濕性及阻氧性，適合開發(fā)可降解、環(huán)境友好型包裝材料。

玉米黃粉中除了蛋白之外，還含有玉米黃色素［1］，它是各種類胡蘿卜素的混合物，主要有α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、玉米黃質(zhì)、葉黃素和隱黃素等［2］。有關(guān)玉米黃色素脫色大多是與和玉米醇溶蛋白的提取工藝相關(guān)，而且這方面的資料和文獻較多，主要有溶劑浸提，超聲波，微波萃取，超臨界CO2流體萃取提?。?-8］。然而這些方法在考察玉米醇溶蛋白提取效果時，忽視了玉米黃色素也在該有機溶劑中具有一定的溶解度。研究證明，體積分數(shù)為60％～95％的乙醇溶液，在不同試驗條件下可溶解一定量的玉米黃色素，還可溶解玉米醇溶蛋白和谷蛋白。如果僅用單一的分光光度法測定，并不能準確的反映該條件下有機溶劑中溶解玉米黃色素的量。羅維朋比色法是目前國際通用的油脂色澤測定方法，但該法靠目測讀數(shù)，讀數(shù)偏差較大，儀器用途單一。然而兩種檢測方法結(jié)合在一起，可以有效地減少誤差。本研究采用常規(guī)有機溶劑以分光光度法和羅維朋法進行檢測，為回收玉米色素和下一步玉米醇溶蛋白提純、深加工提供理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

玉米黃粉：黑龍江省寧安市；無水乙醇：天津天力化學試劑有限公司；丙酮、乙酸乙酯、石油醚（沸程30℃～60℃）、異辛烷：均為天津凱通化學試劑有限公司，分析純。

1.2儀器與設(shè)備

TU-1910紫外可見光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；WSL-2羅維朋比較測色儀：上海精密科學儀器有限公司；THZ-82A水浴恒溫振蕩器：金壇市杰瑞爾電氣有限公司；TGL-10B高速臺式離心機：上海安亭科學儀器廠；BS124S電子天平：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.3方法

1.3.1浸提工藝

玉米黃粉→酶法除去淀粉→加入有機溶劑混勻→水浴振蕩→離心→沉淀烘干→粉碎。

1.3.2試驗內(nèi)容

1.3.2.1玉米黃色素最大吸收波長的確定

準確稱取一定量的玉米黃粉（已除淀粉，過50目篩）于200mL錐形瓶中，按照料液比1∶10（g/L），分別加入無水乙醇、丙酮、乙酸乙酯、異辛烷和石油醚，以及復合試劑分別置于50℃水浴索氏提取3 h，定量取上清液于高速離心機5 000 r/min離心6min，取上清液在390 nm～600 nm波長范圍進行全波長光譜掃描，以最大吸收波峰的波長測量其吸光度值。

1.3.2.2溶劑的篩選

分別考察無水乙醇、丙酮、乙酸乙酯、異辛烷和石油醚以及混合溶劑對黃色素的脫除效果的影響。

1.3.2.3色素的脫除工藝優(yōu)化

考察丙酮在不同料液比、提取時間和溫度對色素脫除效果的影響。

1.3.3分析方法

1.3.3.1玉米黃色素的提取率［9］

1.3.3.2色度值的測定

羅維朋比色計含有四種色度值，分別是紅色，黃色，藍色和中性色（灰色），用羅維朋比色計比較浸提后干燥的粉末的色度時，會有四種色度值的比較。色度值越大，顏色越深，脫色效果越差，反之則越淺，脫色效果越好。

1.3.3.3蛋白質(zhì)含量的測定

采用凱氏定氮法，并繪制標準曲線：準確稱取玉米醇溶蛋白溶于已經(jīng)配制好的70％的乙醇溶液，配置成100mg/mL的zein溶液，按梯度稀釋成10、20、30、40、50、60、70、80、90mg/mL，于280 nm處測定其吸光度值，繪制濃度-吸光度值曲線，經(jīng)線性回歸得到方程：y=0.108 9x-0.001 2，r2=0.998 3。

1.3.4數(shù)據(jù)分析

采用Excel軟件進行繪圖和SPSS19.0統(tǒng)計分析，每個試驗均平行3次。

2　結(jié)果與分析

2.1有機溶劑中玉米黃色素吸光度峰值吸收波長

玉米黃色素屬于類胡蘿卜素，具有脂溶性，易溶于有機溶劑，選擇無水乙醇、丙酮、乙酸乙酯、異辛烷和石油醚，通過單一試劑和復合試劑在TU-1910紫外可見光光度計上進行全光譜掃描，結(jié)果如圖1所示。

圖1　玉米黃色素吸光度值曲線Fig.1 Absorption curveofmaizeyellow pigment

由圖1可知，經(jīng)掃描各種單一有機溶劑和混合有機溶劑對玉米蛋白粉浸提后上清液對吸收波峰波長影響較小，其最大吸收峰都在447 nm左右。由于玉米黃色素和醇溶蛋白都是醇溶物質(zhì)，選擇乙醇為提取劑會使色素提取液中含有蛋白，影響色素的純度，也降低了后續(xù)蛋白的提取率。另外當混合有機溶劑中溶劑種類不變，混合比例變化時，吸收波峰波長基本沒有變化。

2.2有機溶劑對玉米黃色素提取效果的影響

通過用不同有機溶劑對玉米蛋白粉中的玉米黃色素進行提取試驗，得出了以下圖2和表1的數(shù)據(jù)。

圖2　有機溶劑對玉米黃色素影響Fig.2 Effectof organic solventon absorbanceofmaizeyellow pigment

表1　有機溶劑對脫色效果的羅維朋色度值比較Table1 Effectof organic solvent for decoloration on Lovibond colorim etric

由圖2中的可見光掃描分析可知，單一有機溶劑的吸光度值變化較大，最高為乙酸乙酯，丙酮次之，石油醚最小。從溶劑萃取的相似相溶原則來看，極性較大的有機溶劑無水乙醇和極性較小的有機溶劑石油醚的吸光度值都較小。由于玉米黃色素中含有不同極性的色素，如葉黃素和玉米黃素的極性較大，而β-胡蘿卜素極性則較小，單純用極性較大的無水乙醇或者極性最小的石油醚都無法從玉米蛋白粉中將色素完全提取出來，而極性處于中間大小的丙酮和乙酸乙酯能溶解出大部分玉米黃色素。

混合有機溶劑中，丙酮∶石油醚（1∶5，體積比）的吸光度值最高，其次為無水乙醇∶石油醚（1∶5，體積比）；而從無水乙醇和石油醚的混合有機溶劑可以看出，但無水乙醇所占比例上升時，吸光度值呈現(xiàn)下降趨勢，并且在無水乙醇∶石油醚（9∶1，體積比）時達到最小值，此后回升；而當石油醚所占比例上升時，吸光度值普遍增加，在無水乙醇∶石油醚（1∶5，體積比）時達到最大值，此后下降。說明隨著某種試劑比例的提高，該混合溶劑的極性不適合浸提玉米黃色素。

從其余的各種混合試劑的試驗結(jié)果可知，吸光度值普遍不高，大部分低于單一有機溶劑丙酮和乙酸乙酯的吸光度值，而乙酸乙酯和石油醚混合后更是低于其單一有機溶劑乙酸乙酯的吸光度值，可以推斷出混合后的有機溶劑對于玉米蛋白粉的脫色產(chǎn)生影響，降低了玉米黃色素的溶出率。

由表1可知，單一有機溶劑中代表暗色的紅色和藍色色度值最低的兩個樣品分別是丙酮和乙酸乙酯，而丙酮黃色數(shù)值比較低，樣品為淺黃色，紅藍色度值相同的乙酸乙酯的4.1則偏深黃色，說明樣品脫色效果最好?；旌嫌袡C溶劑中，紅藍色度值較低的為丙酮∶乙酸乙酯∶石油醚（1∶1∶1，體積比）和丙酮∶乙酸乙酯∶異辛烷∶石油醚（1∶1∶1∶1，體積比），紅藍色度值都分別為0.9和0.3，脫色效果較好，而前者的黃色色度值較小，為3.3，樣品偏淺黃色；后者的黃色色度值為4.3，相對顏色偏深黃。

根據(jù)圖2和表1的綜合分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)論并不完全一致。在圖1分析中，吸光度較高的兩種混合有機溶劑丙酮∶石油醚為（1∶5，體積比）和無水乙醇∶石油醚為（1∶5，體積比）的樣品，在干燥粉碎后的羅維朋色度的測量中，都發(fā)現(xiàn)紅色和藍色的色度值較高，說明樣品顏色偏暗，可以推斷出該兩種混合溶劑不僅可以溶解出玉米蛋白粉中的玉米黃色素，還溶解出了少量的醇溶蛋白和谷蛋白等物質(zhì)及雜質(zhì)，而使得吸光度值較大，影響了吸光度值測量的準確性，產(chǎn)生了誤差，而且脫色效果也并不理想。單一有機溶劑丙酮和乙酸乙酯的吸光度在單一的有機溶劑中都較大，羅維朋色度測量顯示其脫色效果良好，且單一有機溶劑可避免溶解玉米醇溶蛋白等，降低后續(xù)醇溶蛋白生產(chǎn)的損失，因此決定采用單一溶劑浸提作為后續(xù)試驗的最佳選擇。丙酮和乙酸乙酯吸光度值相近，而羅維朋色度值顯示丙酮的脫色效果更好，所以我們采用丙酮作為最佳浸提有機溶劑。

2.3料液比對玉米黃色素提取效果的影響

分別取料液比1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14（g/L），分別置于50℃，在上述相同條件下測其吸光度值，水浴振蕩結(jié)束后的固體樣品則置于平皿中，放置在烘箱中干燥粉碎，后用羅維朋比色計測量其色度值，考察其脫色效果，結(jié)果如圖3和表2所示。

圖3　料液比對玉米黃色素提取的影響Fig.3 Effectof the solid-liquid ratio on extraction ofmaizeyellow pigment

表2　料液比對脫色效果的羅維朋色度值的影響Tab le2 Effectof the ratio ofm aterial to liquid for decoloration on Lovibond colorim etric

由圖3可以知道，玉米黃色素的提取率隨料液比增加時，處于緩慢下降狀態(tài)，但在料液比為1∶10（g/L）時，提取率突然升高，最大值為90.67％。料液比較小時，因為濃度差較大，所以在一定時間內(nèi)其玉米黃色素溶出的速率較大，提取率較高。考慮到有機溶劑對玉米黃色素的提取成本和提取效率，決定選取料液比1∶10（g/L）作為最佳料液比。

由表2可知，當料液比1∶10（g/L）時，紅藍色度值不隨料液比增大發(fā)生改變，說明樣品脫色效果較穩(wěn)定，而黃色色度值在1∶14（g/L）時最低，雖然比料液比1∶10（g/L）要小，但很相近，考慮到有機溶劑在實際應用中使用量和脫色效果以及綜合圖3的分析，料液比1∶10（g/L）作為最佳浸提比例。

2.4浸提時間對玉米黃色素提取效果的影響

分別考察浸提時間在1、2、3、4 h下，對浸提液中玉米黃色素浸提效果的影響，結(jié)果如圖4和表3所示。

由圖4可知，隨著浸提時間的增加，丙酮浸提液中玉米黃色素的含量增加，當浸提時間達到3 h時，因為溶液中玉米黃色素和樣品的濃度差減小，浸提速率下降，從圖中的吸光度值的比較可以看到，4 h的浸提時間的浸提液中玉米黃色素的含量相對3 h的增加較少，可以推斷出溶液已經(jīng)達到快飽和的狀態(tài)，浸提液中所含有的玉米黃色素含量和固體樣品的玉米黃色素含量相當，所以溶解過程趨于穩(wěn)定。

圖4　浸提時間對玉米黃色素提取的影響Fig.4 Effectof timeon extraction ofmaize yellow pigm ent

表3　浸提時間對脫色效果的羅維朋色度值的影響Tab le3 Effectof tim e for decoloration on Lovibond colorim etric

由表3可知，浸提時間越長，浸提液中玉米黃色素的含量不斷增加，而浸提3 h后含量增加緩慢，可以看出在紅色藍色中性色一致的情況下，3 h樣品黃色羅維朋單位為3.5，而4 h的為3.1羅維朋單位，相差0.4羅維朋單位，而且從試驗的浸提時間和成本分析，3 h的浸提時間較好。綜合考慮，試驗最佳浸提時間定為3 h。

2.5浸提溫度對玉米黃色素提取效果的影響

分別考察浸提溫度在30、35、40、45、50℃下，對玉米蛋白粉中玉米黃色素提取效果試驗，結(jié)果如圖5和表4所示。

圖5　浸提溫度對玉米黃色素提取的影響Fig.5 Effectof temperatureon extraction ofmaizeyellow pigment

提高的溫度下能極大地減弱由范德華力、氫鍵、溶質(zhì)分子和樣品基體活性位置的偶極吸引力所引起的溶質(zhì)與基體之間的強的相互作用力。加速了溶質(zhì)分子的解析動力學過程，減小解析過程所需的活化能，降低溶劑的粘度，因而減小溶劑進入樣品基體的阻滯，增加了溶劑進入樣品基體的擴散。由圖5可知，隨著浸提溫度的提升，丙酮浸提液的上清液的吸光度值也增加，溶解于丙酮里的玉米黃色素的含量也隨著溫度的升高而增加。因為在相對穩(wěn)定的環(huán)境下，溫度越高，分子的熱運動就越劇烈，分子也擴散運動越快，也越容易溶解在有機溶劑中。因為丙酮的沸點為56.48℃，研究發(fā)現(xiàn)55℃溫度下丙酮已經(jīng)處于半沸騰狀態(tài)，較難保持浸提的進行，所以試驗控制在了50℃下進行，既有較高的色素提取率，又能保持丙酮的穩(wěn)定浸提狀態(tài)。

表4　浸提溫度對脫色效果的羅維朋色度值的影響Table4 Effectof time for decoloration on Lovibond colorim etric

由表4可知，丙酮在50℃浸提的固體樣品在羅維朋色度值最小，黃色色度值、紅色色度值和藍色色度值分別為3.5、0.6、0.1，此時脫色效果最好，玉米蛋白粉中的玉米黃色素溶解較多，所以丙酮的最佳浸提溫度取50℃。

2.6與超聲輔助提取方法的比較

超聲波具有空化效應、熱效應、機械作用，可加強了胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴散及溶解，與常規(guī)溶劑提取相比費時少、得率高，化學成分沒有變化的優(yōu)點。本研究將兩種提取方法對比結(jié)果如表5所示。

表5　兩種浸提效果的比較Table5 Com parewith the solventand ultrasonic extraction technology

由表5可知，二者在最優(yōu)條件下進行萃取，超聲輔助提取優(yōu)于索氏提取，研究中也發(fā)現(xiàn)當采用在特定溫度下丙酮萃取一段時間后再超聲提取效果優(yōu)于單純的有機溶劑法提取和直接的超聲輔助提取。但是超聲提取受設(shè)備限制，處理量小，不適合大批量生產(chǎn)。

3　結(jié)論

在篩選浸提玉米黃色素的有機溶劑時，單純的依靠紫外分光光度計測量吸光度值是不足以說明色素提取效果，因為玉米蛋白粉中所含的蛋白質(zhì)和各種類胡蘿卜素的物質(zhì)種類較多，而混合有機溶劑對玉米蛋白粉中各類物質(zhì)的溶解，簡單地從吸光度判斷尚缺乏準確性，例如，用丙酮∶石油醚（1∶5，體積比）和無水乙醇∶石油醚（1∶5，體積比）對玉米蛋白粉進行浸提后，其上清液經(jīng)離心后的吸光度值明顯高于其他有機溶劑，但是樣品經(jīng)過干燥粉碎后用羅維朋比色計和肉眼觀察，其脫色效果卻并不理想，說明混合有機溶劑不僅溶解了玉米蛋白粉中的玉米黃色素，還溶解了少量的玉米醇溶蛋白和谷蛋白等其他雜質(zhì)，對吸光度值的測量造成了影響。因此對于玉米黃色素的脫色可將分光光度法和羅維朋法綜合分析。另外結(jié)果表明：單一溶劑脫色效果好于混合有機溶劑，其中丙酮效果最好，一次脫色率可達91.4％。

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Studied on Screening of Organic Solvent for Decolorization of Corn Gluten M eal

DUAN Wei-wei
（Ulanqab Vocational College，Ulanqab 012000，InnerMongolia，China）

The decoloration of corn glutenmeal was used as rawmaterial，the objectivewas to study the effect on extraction of pigmentby the solventextraction processing with soxhletextractor.The methodsofdetemination were used by spectrophotometry and Lovibond colorimetric.The maize yellow pigments were removed under the optimum conditions of acetone，the ratioofmaterial to liquid of1∶10（g/L），time3 h and temperature 50℃，the extraction rateofpigment was 91.4％.The resultsshowed that the detemination mothods of spectrophotometry or Lovibond colorimetric was unique，the detemination resultshad largeerror.

cornglutenmeal；decoloration；organicsolvent

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.18.025

段偉偉（1982—），男（漢），講師，碩士，研究方向：從事農(nóng)產(chǎn)品研究。

2016-06-06