紀(jì) 穎，呂 峰，陳華瑜，林瀅穎

（1.福建農(nóng)林大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002;2.福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 南平 353000）

建陽桔柚果皮色素的超聲提取及其穩(wěn)定性研究

紀(jì) 穎1,2，呂 峰1，陳華瑜2，林瀅穎2

（1.福建農(nóng)林大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002;2.福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 南平 353000）

采用超聲工藝提取建陽桔柚果皮色素，通過單因素和正交試驗(yàn)進(jìn)行分析，最佳提取條件為：料液比1∶25，超聲時(shí)間14min，浸提溫度40℃。研究表明：建陽桔柚果皮色素的熱穩(wěn)定性差，溫度越高越不利于色素穩(wěn)定，適宜的溫度是 20～40℃；光照和氧氣都可降低色素的穩(wěn)定性；Na+、K+、Ca2+對建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性影響不大，而蔗糖、Mg2+、Fe2+影響色素穩(wěn)定性，pH在8.0～9.0時(shí)，色素較穩(wěn)定。

建陽桔柚果皮；色素；超聲波提取法；穩(wěn)定性

食用色素又稱食用著色劑，能使食品著色，從而改善食品色調(diào)和色澤，使人賞心悅目，刺激人們的食欲[1]。相關(guān)研究指出，許多合成色素可危害人體健康，有不同程度的毒性和致癌性[2]。因此，研究、開發(fā)安全無毒的天然色素能更好地促進(jìn)食品加工業(yè)的發(fā)展，特別是以天然產(chǎn)物為原料的天然色素提取已經(jīng)成為當(dāng)前食品添加劑研究的新方向。

建陽桔柚是從上田溫州蜜柑（母本）和八朔（父本）的雜交品種——甜春桔柚的優(yōu)良變異單株選育而成的雜柑新品種[3]。近年來，建陽桔柚種植面積的擴(kuò)大和總產(chǎn)量不斷提高，其作為地理標(biāo)志證明商標(biāo)已經(jīng)成為福建省的特色水果之一。建陽桔柚果皮占果實(shí)重的45%左右，果皮中既含有豐富的果膠、黃酮、精油等物質(zhì)[4]，又含有類胡蘿卜素等天然色素，而且果皮色素色澤鮮艷，著色力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，是一種非常有開發(fā)價(jià)值的著色劑。但一直以來其果皮大部分被丟棄，造成自然資源的浪費(fèi)，同時(shí)也對環(huán)境造成了污染。因此，以建陽桔柚果皮為原料提取色素，不但能改善因果皮浪費(fèi)帶來的環(huán)境污染問題，而且可以帶來良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

天然色素的提取方法主要有：溶劑萃取法[5]、水浴提取法[6]、酶提取法[7]、超聲波提取法[8-10]、微波提取法[11-12]等。本文采用有機(jī)溶劑[13-14]提取果皮中的色素，利用超聲波輔助技術(shù)，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，并對果皮色素在不同溫度、光照、蔗糖以及常見金屬離子等存在下的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，有望為桔柚果皮的綜合開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

建陽桔柚購自福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院林果廠。試劑，95%乙醇，氯仿，環(huán)已烷，石油醚，均為分析純。

紫外可見分光光度計(jì) （UV-1800PC-DS2上海美譜達(dá)儀器有限公司）；電子天平（CP213，奧豪斯儀器有限公司）；超聲波清洗器（KQ-500E，昆山市超聲儀器有限公司）；水浴鍋（DK-S24上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；電熱烘箱（DHG-9240AS，寧波東南儀器有限公司）；組織搗碎機(jī)（JJ-2，金壇市新航儀器公司）；722分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 建陽桔柚果皮的預(yù)處理

將采摘來的建陽桔柚（成熟的）浸泡在蒸餾水中簡單的清洗3～5 min，擦去表面的水分，自然風(fēng)干。風(fēng)干后的建陽桔柚快速進(jìn)行去皮，將果皮切成均勻的細(xì)條狀，用組織搗碎機(jī)破碎后裝袋備用。

1.2.2 最大吸收波長的選擇

取2.0 g建陽桔柚果皮粉，加入50mL 95%乙醇，在溫度30℃，超聲處理10min進(jìn)行提取，冷卻后離心過濾，濾液于波長150～550 nm范圍內(nèi)掃描。

1.2.3 提取溶劑的選擇

以95%乙醇、氯仿、環(huán)已烷、石油醚、95%乙醇-氯仿、95%乙醇-石油醚作為提取建陽桔柚果皮色素的試劑。取1.0 g建陽桔柚果皮粉，按1∶25料液比，在溫度30℃，超聲處理10min進(jìn)行提取，冷卻后離心過濾，最后將濾液定容至50 mL，在不同波長下測定其吸光度。

1.2.4 料液比的選取

各取1.0 g建陽桔柚果皮粉，分別以95%乙醇為提取劑，按 1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40 的料液比（g/mL）進(jìn)行建陽桔柚果皮色素的提取試驗(yàn)，在30℃下超聲波處理10 min，冷卻、洗滌濾渣，離心過濾、將濾液定容至50mL后，測其吸光度。

1.2.5 超聲時(shí)間的選取

各取1.0 g建陽桔柚果皮粉，按料液比為1∶25的比例加95%乙醇，在30℃下超聲波分別處理4、6、8、10、12、14、16、18min 后冷卻、洗滌濾渣，離心過濾、將濾液定容50mL后，測其吸光度。

1.2.6 浸提溫度的選取

各取1.0 g建陽桔柚果皮粉，按料液比為1∶25的比例添加 95% 乙醇，分別在 20、30、40、50、60 ℃不同的浸提溫度下超聲波處理12 min后冷卻、洗滌濾渣，離心過濾、將濾液定容50mL后，測其吸光度。

1.2.7 正交優(yōu)化篩選

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以料液比（A）、超聲波處理時(shí)間（B）、浸提溫度（C）進(jìn)行 L9（33）正交試驗(yàn)，見表 1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)Table 1 Orthogonal experiment factor and level design

1.2.8 建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性研究

色素原液：在最佳提取工藝下制備的色素液。

1.2.8.1 溫度對色素穩(wěn)定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液50 mL，分別在20、30、40、50、60、70、80 ℃下水浴 30、60、90、120、180 min 后冷卻至室溫，在波長410 nm處測其吸光度。

1.2.8.2 光照對色素穩(wěn)定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液50mL，分別置于自然光照、暗箱下放置，分別于 1、2、3、4、5 d 測定其吸光度，測定波長410 nm。

1.2.8.3 氧氣對色素穩(wěn)定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液50 mL，分別通入純氮?dú)狻⒓冄鯕?0 min后室溫下放置，分別靜置1、5、10、15、24 h，在波長410 nm處測其吸光度。

1.2.8.4 糖液對色素穩(wěn)定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液10 mL，分別加入2%、4% 、6% 、8% 、10% 的蔗糖各 10 mL，室溫下放置 2、4、6、8、10 h后，分別測其在波長410 nm處的吸光度。

1.2.8.5 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液10 mL，分別加入0.001、0.005、0.010、0.020、0.050 mol/L 的 NaCl、KCl、CaCl2、MgSO4、FeSO4各 2mL，室溫下靜置 1 h 后，分別在波長410 nm處測其吸光度。

1.2.8.6 pH值對色素穩(wěn)定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液10 mL，分別加入pH 2.0、4.0、6.0、7.0、8.0、9.0 的緩沖液 （檸檬酸-磷酸氫二鈉溶液）各 10mL，室溫下放置 2、4、6、8、10 h 后，分別測其在波長410 nm處的吸光度。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

以上各試驗(yàn)做三份平行樣，取其平均值。所得數(shù)據(jù)采用Excel作圖，并采用SPSS.20數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行方差分析與差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 確定最大吸收波長

由圖1可知，建陽桔柚果皮色素最大吸收波長為410 nm。

圖1 建陽桔柚果皮色素的吸收光譜Figure 1 The absorption spectrum of pigment from Jianyang Tangelo Peel

2.2 提取溶劑的的優(yōu)選

表2可知，以95%乙醇作為提取溶劑所得的色素提取液吸光值最大，因此，選擇95%乙醇作為桔柚果皮色素的提取劑。

表2 不同提取劑所得提取液在400～430 nm波長之間測得的吸光度Table 2 The extract from differentextraction agents of between 400～430 nm wavelengthmeasured absorbance

2.3 料液比對建陽桔柚果皮色素提取率的影響

由料液比對吸光度的影響曲線圖（圖2）可知，隨著料液比的增加，吸光度是先增大后減小，料液比為1∶25時(shí)吸光度最大?？赡苁且?yàn)榱弦罕鹊蜁r(shí)，溶劑量少，不能充分提取色素，所以吸光度偏低；但是當(dāng)溶劑過大時(shí)，可能是過多提取液使得色素濃度又降低了。因此，選用1∶25的料液比最佳。

圖2 料液比對色素提取的影響Figure 2 Effectofmaterial-liquid radio on the extraction of pigment

2.4 超聲波處理時(shí)間對色素提取率的影響

由超聲時(shí)間對吸光度的影響曲線圖（圖3）可知，當(dāng)時(shí)間較短時(shí)，隨著超聲時(shí)間的增加，提取液中的吸光值逐漸增大，說明色素提取率也逐漸增加，在12min時(shí)，吸光度最高；隨后，隨著超聲時(shí)間繼續(xù)增加，提取液的吸光度反而下降，可能是因?yàn)槌暡ㄌ幚頃r(shí)間過長引起物料局部過熱使得色素被破壞，吸光度就下降。所以選擇超聲時(shí)間12min為最佳提取時(shí)間。

圖3 超聲時(shí)間對色素提取的影響Figure 3 Effect of ultrasonic time on the extraction of pigment

2.5 浸提溫度對色素得率的影響

由浸提溫度對吸光度的影響曲線圖（圖4）可知，浸提溫度在20～40℃時(shí)，提取溫度與吸光度成正比；但是當(dāng)溫度在40～60℃時(shí)，提取溫度與吸光度成反比，其原因可能是由于高溫會(huì)使色素分解，造成吸光度下降。因此，選擇適宜的提取溫度是40℃。

圖4 提取溫度對色素提取的影響Figure 4 Effectof temperature on the extraction of pigment

2.6 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用L9（33）進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表2，正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見表3。從表3可知，影響建陽桔柚果皮色素得率的因素主次關(guān)系順序?yàn)椋航釡囟龋–）＞料液比（A）＞超聲波處理時(shí)間（B），優(yōu)化后的工藝組合為：C3A2B3，即浸提溫度為40℃、料液比為1∶25、超聲時(shí)間為14min。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Orthogonal experiment results and analysis

2.7 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了考察上述優(yōu)選最佳工藝條件的穩(wěn)定性，按正交試驗(yàn)得出的最佳工藝條件重復(fù)進(jìn)行4組試驗(yàn)，見表4。4組試驗(yàn)的色素平均吸光度達(dá)到0.315，說明該工藝穩(wěn)定可行，提取效果好，驗(yàn)證了優(yōu)化工藝的科學(xué)性和合理性。

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)Table 4 Validation experiments

2.8 建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性分析

2.8.1 溫度對色素穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，20～40℃時(shí)，建陽桔柚果皮色素變化不明顯，但是當(dāng)溫度高于40℃后，隨著時(shí)間的延長，色素吸光值下降明顯；當(dāng)溫度是50℃時(shí)，180min后色素吸光值為原液色素吸光值的85.5%，當(dāng)溫度是60℃時(shí)，180 min后色素吸光值為原液色素吸光值的78%，當(dāng)溫度是70℃時(shí)，180 min后色素吸光值為原液色素吸光值的69.6%，當(dāng)溫度是80℃時(shí)，180 min后色素吸光值為原液色素吸光值的65.2%，說明高溫不利于色素的儲(chǔ)存。

圖5 溫度對建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性的影響Figure 5 Effect of temperature on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.2 光照對色素穩(wěn)定性的影響

由圖6可知，在黑暗、光照條件下，放置5 d的建陽桔柚果皮色素吸光度均有下降，但是在黑暗條件下吸光度從0.443下降至0.414,下降幅度較慢；而在光照條件下，吸光度下降較快。因此，建陽桔柚果皮色素應(yīng)該在避光條件下保存、使用。

圖6 光照對建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性的影響Figure 6 Effect of sunlight on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.3 氧氣對色素穩(wěn)定性的影響

由圖7可知，氧氣會(huì)加速建陽桔柚果皮色素的分解，無氧條件有助于保持色素的穩(wěn)定性。因此，在保存和使用建陽桔柚果皮色素時(shí)可以添加抗氧化劑或通入惰性氣體，使色素處在無氧的環(huán)境下，有利于提高其穩(wěn)定性。

圖7 氧氣對建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性的影響Figure 7 Effectof oxygen on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.4 糖濃度對色素穩(wěn)定性的影響

由圖8可知，隨著蔗糖濃度的增大，加快色素的分解，吸光度加速下降，說明蔗糖對建陽桔柚果皮色素有消色作用。

圖8 糖濃度對建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性的影響Figure 8 Effectof different suger concentration on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.5 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

由圖 9 可知，Na+、K+、Ca2+對建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性影響不大，而Mg2+、Fe2+對其影響顯著，這可能是因?yàn)檫@兩種金屬離子能與建陽桔柚果皮色素中的某些基團(tuán)結(jié)合，增加顯色效果。因此，在保存和使用該色素時(shí)要避開含有Mg2+、Fe2+的溶劑或容器。

圖9 金屬離子對建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性的影響Figure 9 Effect ofmetalionson stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.6 pH值對色素穩(wěn)定性的影響

由圖10可知，建陽桔柚果皮色素原液在各加入不同pH值的緩沖液后，在2 h以內(nèi)，各種pH值環(huán)境中色素的保留率都在85%以上，說明短時(shí)間范圍內(nèi)，pH值對色素的穩(wěn)定性沒有太大的影響。但是隨著保存時(shí)間的延長，在色素原液中分別加入pH為2.0、4.0、6.0、7.0緩沖液的色素保留率下降顯著，而pH為8.0、9.0兩種緩沖液中色素的保留率較高，說明堿性環(huán)境比酸性環(huán)境有利于保持其穩(wěn)定性。因此，在使用和貯藏過程中，選用弱堿性的條件。

圖10 pH值對建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性的影響Figure 10 Effect of pH on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

3 結(jié)論

本試驗(yàn)利用超聲波輔助技術(shù)提取建陽桔柚果皮色素，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，優(yōu)化了工藝條件，分析結(jié)果表明，建陽桔柚果皮色素提取最佳工藝為：料液比 1∶25、超聲時(shí)間 14min、浸提溫度 40 ℃。

建陽桔柚果皮色素?zé)岱€(wěn)定性差，最適合溫度在40℃以下；光照和氧氣都會(huì)影響色素的穩(wěn)定性，故需避光、隔氧保存；蔗糖對建陽桔柚果皮色素有消色作用；Na+、K+、Ca2+對建陽桔柚果皮色素穩(wěn)定性影響不大，而Mg2+、Fe2+對其影響較大；pH 在 8.0～9.0時(shí)，色素較穩(wěn)定。

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（責(zé)任編輯：華偉平）

Research on Stability of Jianyang Tangelo Peel Pigment by Ultrasonic Extraction

JIYing1,2,LYU Feng1,CHEN Huayu2,LIN Yingying2

（1.College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou，F(xiàn)ujian 350002;2.Fujian Forestry Vocational Technical College,Nanping，F(xiàn)ujian 353000）

Extracting pigment from Jianyang tangelo peel by ultrasonicmethod was analyzed.The results of single-factor and orthogonal experiments showed that the optimal extraction conditionswere following:material-liquid radio 1∶25,ultrasonic time 14min,extracting temperature 40℃.Jianyang tangelo peel pigmentwas unstable to heat,and it was the stablest at temperature 20～40℃;and sunlight and oxygen could speed up its degradation.Sodium ion,potassium ion and calcium ion have no effect on the stability of pigment,but sucrose,magnesium ion,ferric ion have a negative effect on pigment stability,and itwas the stablestat the pH8.0～9.0.

Jianyang Tangelo peel;pigment;ultrasonic extraction;stability

TS255.2；TS202.3

A

1674-2109(2017)09-0006-07

2017-05-26

福建省教育廳科技項(xiàng)目（2016JAT160736）。

紀(jì)穎（1980-），女，漢族,副教授，高級(jí)工程師，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程方面的研究。

呂峰（1964-），女，漢族，教授，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程方向的研究。