常影，焦巖，劉井權(quán)，許瑞雪，景艷，王冬宇，姜未公

(1.齊齊哈爾大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.齊齊哈爾大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 齊齊哈爾 161006；3.齊齊哈爾大學(xué)玉米深加工工程研究中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

玉米黃色素皂化純化工藝研究

常影1,2,3，焦巖1,2,3*，劉井權(quán)1,2,3，許瑞雪1,2,3，景艷1,2,3，王冬宇1,2,3，姜未公1,2,3

(1.齊齊哈爾大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.齊齊哈爾大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 齊齊哈爾 161006；3.齊齊哈爾大學(xué)玉米深加工工程研究中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

玉米黃色素；皂化純化；色價(jià)

玉米黃色素是從玉米中提取的有較高利用價(jià)值的天然食用色素，是由葉黃素、玉米黃和隱黃素等類胡蘿卜素所組成，是廣泛存在于許多植物中的一類天然色素。我國(guó)早在食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB 2760-1986中規(guī)定，允許玉米黃色素作為食品添加劑，國(guó)外已將其用于人造奶油、黃油、糕點(diǎn)和糖果之中，并已開發(fā)出相應(yīng)的保健食品和藥品[1，2]。

玉米黃色素不僅是一種天然食品著色劑，而且是生產(chǎn)保健食品添加劑，由于其主要成分為胡蘿卜素類，是人體所必需的一類化合物，具有促進(jìn)人體生長(zhǎng)發(fā)育、保護(hù)視力、提高免疫力和預(yù)防癌癥等多種生理功能[3，4]。它作為天然色素已被歐美等許多國(guó)家批準(zhǔn)為食用色素。由于對(duì)人工合成色素和有關(guān)添加劑潛在影響的不確定性，因而在崇尚自然的今天，這類天然的食品添加劑受到廣泛歡迎[5，6]。

近年，國(guó)內(nèi)外對(duì)天然色素的研究逐漸得到重視，隨著人們對(duì)天然色素的認(rèn)識(shí)與功能的了解，并與原有合成色素進(jìn)行比較，天然色素的優(yōu)點(diǎn)越來越被人們所認(rèn)同。但是，玉米黃色素目前還和其他天然色素一樣存在著色價(jià)低、穩(wěn)定性差、成本高等缺陷。因此，本研究通過對(duì)玉米黃色素粗提物的皂化純化工藝進(jìn)行研究，通過皂化去除玉米黃色素中的雜質(zhì)，提高玉米黃色素的純度和色價(jià)，進(jìn)而提高玉米黃色素的著色能力，拓寬玉米黃色素作為天然食品添加劑在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，可增加飲料、糕點(diǎn)和糖果等食品的安全性。尤其是應(yīng)用于消費(fèi)量較大的調(diào)味食品中，可替代對(duì)人體有害的合成色素應(yīng)用于漬制小菜、咖喱粉、芥末醬、方便面調(diào)料包及調(diào)味油等食品中，有利于減小其他天然色素的不良風(fēng)味，降低生產(chǎn)成本；且可彌補(bǔ)味精、醬油等食品中的類胡蘿卜素含量，提高調(diào)味品和相應(yīng)食品的安全等級(jí)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。因此本研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，可為玉米黃色素的工業(yè)化生產(chǎn)和作為天然食品著色劑在食品中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料：玉米黃粉，中糧生化能源(龍江)有限公司。

試劑：無水乙醇、氫氧化鉀等試劑，均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2450型紫外可見分光光度計(jì) 日本島津公司；FW100型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)、DK-98-1型電熱水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司；KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗機(jī) 昆山市超聲儀器有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；PB-10型pH計(jì) 德國(guó)Sartorius公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米黃色素提取

玉米黃粉→擠壓膨化→粉碎→加溶劑→超聲波輔助提取→定容→過濾→冷卻→濃縮→玉米黃色素[7]。

1.3.2 玉米黃色素皂化純化

將玉米黃色素粗提物與KOH-乙醇按比例混合，使粗提物完全溶解，并加熱皂化，再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，將濃縮物沖洗至中性，然后進(jìn)行冷凍干燥，干燥后固型物用無水乙醇溶解，經(jīng)高速離心除去蛋白等不溶性雜質(zhì)，重復(fù)3次溶解分離后合并玉米黃色素溶液定容，在440 nm下測(cè)定吸光值，并計(jì)算玉米黃色素色價(jià)[8，9]。

1.3.3 玉米黃色素皂化純化單因素試驗(yàn)

1.3.3.1 時(shí)間對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響

在上述皂化工藝條件下，選取皂化溫度為60 ℃，KOH-乙醇溶液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL，在皂化時(shí)間為1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 h條件下研究時(shí)間對(duì)玉米黃色素的皂化純化效果的影響。

1.3.3.2 溫度對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響

在KOH-乙醇溶液質(zhì)量濃度為0.1 g/mL，溫度分別為40，50，60，70，80 ℃時(shí)對(duì)玉米黃色素皂化3 h，研究溫度對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響。

1.3.3.3 溶劑濃度對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響

在皂化溫度為60 ℃，溶劑質(zhì)量濃度為0.05，0.075，0.1，0.125，0.15 g/mL條件下對(duì)玉米黃色素皂化3 h，研究溶劑濃度對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響。

1.3.4 正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過單因素試驗(yàn)，以玉米黃色素色價(jià)為指標(biāo)，對(duì)皂化效果有顯著影響的KOH-乙醇溶液濃度、溫度和皂化時(shí)間進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，試驗(yàn)安排見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.3.5 玉米黃色素色價(jià)的測(cè)定[10，11]

色價(jià)作為天然色素著色能力和純度含量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，因此可以用色價(jià)來表征玉米黃色素樣品中的含量。準(zhǔn)確稱取皂化后的玉米黃色素樣品100 mg，用無水乙醇溶解，并定容至10 mL，配制成質(zhì)量濃度為1.00 mg/mL的工作液。在440 nm處以無水乙醇為空白分別測(cè)其吸光值，帶入下列公式計(jì)算其色價(jià)。

式中：A為玉米黃色素的吸光值；F為稀釋倍數(shù)；m為玉米黃色素的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米黃色素皂化純化單因素試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 時(shí)間對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響

圖1 不同皂化時(shí)間對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響

由圖1可知，玉米黃色素的色價(jià)隨皂化時(shí)間的增加而增大，當(dāng)皂化時(shí)間為3 h時(shí)，皂化反應(yīng)完全，色價(jià)呈現(xiàn)最大值。當(dāng)時(shí)間超過3 h時(shí)色價(jià)降低，可能是因?yàn)樵砘瘯r(shí)間越長(zhǎng)，黃色素被氧化的可能性越高，色素在此過程中被破壞，這樣就會(huì)造成色價(jià)值較低。因此，選擇3 h為最佳皂化時(shí)間。

2.1.2 溫度對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響

圖2 不同皂化溫度對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響

由圖2可知，隨著皂化溫度的升高，玉米黃色素的色價(jià)增大，當(dāng)皂化溫度為60 ℃時(shí)，色價(jià)最大，之后隨之降低，這可能是因?yàn)楫?dāng)溫度較低時(shí)皂化反應(yīng)不完全，色素色價(jià)低，而當(dāng)溫度升高到60 ℃時(shí)，皂化反應(yīng)劇烈，色素在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)，色價(jià)降低。因此，60 ℃為最佳的皂化溫度。

2.1.3 KOH-乙醇溶液濃度對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響

圖3 不同KOH-乙醇溶液濃度對(duì)玉米黃色素皂化純化效果的影響

由圖3可知，當(dāng)皂化液KOH-乙醇溶液濃度在0.05～0.125 g/mL范圍內(nèi)時(shí)，玉米黃色素色價(jià)隨著濃度的增加，皂化反應(yīng)增加；當(dāng)KOH-乙醇溶液濃度在0.125 g/mL時(shí)，色價(jià)最大。但是，當(dāng)濃度繼續(xù)增加時(shí)，色價(jià)反而會(huì)下降，可能是因?yàn)檫^多的KOH會(huì)使得雜質(zhì)增加，且對(duì)色素有破壞作用，影響試驗(yàn)效果。因此，KOH-乙醇溶液濃度為0.125g/mL時(shí)皂化效果最好。

2.2 玉米黃色素皂化純化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以玉米黃色素色價(jià)為指標(biāo)，選取對(duì)皂化效果有顯著影響的KOH-乙醇溶液濃度、溫度和皂化時(shí)間進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，確定玉米黃色素皂化純化最佳工藝條件，不同試驗(yàn)條件下所得的色素色價(jià)值結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，對(duì)玉米黃色素皂化的各因素的影響大小順序?yàn)锽>C>A，即溫度>時(shí)間>KOH-乙醇濃度。最佳組合為A2B2C3，即KOH-乙醇濃度為0.125 g/mL，皂化溫度為70 ℃，皂化時(shí)間為4.0 h，在此最佳條件下，玉米黃色素色價(jià)最高達(dá)到922。

3 結(jié)論

本研究采用皂化反應(yīng)方法對(duì)玉米黃色素進(jìn)行純化，得到皂化純化的最佳工藝條件：KOH-乙醇濃度為0.125g/mL，皂化溫度為70℃，皂化時(shí)間為4.0h，在此最佳條件下，玉米黃色素色價(jià)最高達(dá)到922。比未皂化玉米黃色素粗提物色價(jià)的394提高了2.4倍。由此可知，通過對(duì)玉米黃色素皂化反應(yīng)后可除去玉米黃色素粗提物中蛋白和脂肪酸等雜質(zhì)，提高玉米黃色素的色價(jià)和純度，和其他分離純化技術(shù)相比，該方法具有方法簡(jiǎn)單、成本低廉、工藝條件易于控制和可工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

因此，通過本研究可使玉米黃色素的純度和著色能力提高，可替代安全性較低的檸檬黃和日落黃等合成色素在食品中的應(yīng)用，提高食品安全性，與姜黃素、梔子黃色素及辣椒紅等天然食品著色劑一起應(yīng)用到咖喱粉、咸菜和調(diào)味醬中，既可作為著色劑又增加了玉米黃素等類胡蘿卜素的營(yíng)養(yǎng)成分，并可減少外源性色素異味對(duì)調(diào)味品質(zhì)量的影響，起到改善口感和增加風(fēng)味的作用。因此，本研究采用皂化反應(yīng)方法從玉米黃粉中提取純化出色價(jià)較高、著色能力較強(qiáng)的玉米黃色素，對(duì)于提高產(chǎn)品附加值、降低天然色素成本及擴(kuò)展天然安全食品著色劑在食品中的應(yīng)用具有重要作用。

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Study on Saponification and Purification Technology of Corn Yellow Pigment

CHANG Ying1,2,3, JIAO Yan1,2,3*, LIU Jing-quan1,2,3, XU Rui-xue1,2,3, JING Yan1,2,3, WANG Dong-yu1,2,3, JIANG Wei-gong1,2,3

(1.College of Food and Biological Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; 2.Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China;3.Research Center for Corn Refinement Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)

corn yellow pigment; saponification and purification; color value

2016-06-11 *通訊作者

齊齊哈爾市科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目(NYGG-201427)；國(guó)家星火計(jì)劃重大項(xiàng)目(2013GA670002)

常影(1982-)，女，講師，碩士，研究方向:植物加工利用。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2016.12.029

1000-9973(2016)12-0126-03