鄭青波，廖月姣，楊解解，王福彬，劉傳麗，劉俊林

(西北民族大學 生命科學與工程學院，甘肅 蘭州 730110)

洋蔥(AlliumcepaL.)為單子葉植物綱、百合目、百合科，含有豐富的甾體皂苷、多糖、維生素等活性物質(zhì)[1]，是一種典型的具有藥用價值和食用價值的兩用植物[2]，在我國甘肅、福建等地均有廣泛種植[3]。洋蔥作為廉價的家常便菜，其肉質(zhì)鮮美，芳香撲鼻，又有抗炎抑菌、抗衰老、降血糖、促消化之功效[4-5]，因此，洋蔥成為深受消費者青睞的健康蔬菜，被外國消費者稱為“菜中皇后”[6]。隨著消費者健康意識的增強，天然無公害綠色產(chǎn)品的市場份額不斷擴大，深入開發(fā)利用洋蔥加工制品潛力巨大[7]。目前，我國對洋蔥的深加工水平相對較低，缺少高附加值產(chǎn)品，開發(fā)利用具有高附加值的洋蔥產(chǎn)品是未來洋蔥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢[8]。

天然色素包含了動植物色素以及微生物代謝所產(chǎn)色素，與人工合成色素相比，天然色素具有安全無毒、營養(yǎng)價值高、色澤鮮艷等優(yōu)點[9]，并且許多有藥用價值的植物所含的色素有一定的生物活性，對一些疾病具有一定的預防及治療作用[10]，開發(fā)應用天然色素已成為近年來各行各業(yè)普遍關(guān)注的熱點[11]。本研究以洋蔥為原料，提取液中色素吸光度為指標，利用單因素試驗和響應面分析法對洋蔥色素提取工藝進行優(yōu)化，并探究了金屬離子、糖類、食鹽和檸檬酸對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響[12]，為更好地開發(fā)利用洋蔥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

洋蔥，榆中縣市售；無水乙醇、丙酮、甲醇、葡萄糖、果糖、蔗糖、檸檬酸、食鹽、氯化鉀、氯化鎂等試劑均為分析純。

UV-1800紫外可見分光光度計，日本島津公司；DK-S26型電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實驗設備有限公司；超聲波清洗機，上海聲彥超聲波儀器有限公司；組織搗碎機，江蘇金壇市環(huán)宇科學儀器廠；TG16-WS臺式高速離心機，湘儀離心機。

1.2 處理設計

1.2.1 洋蔥粉末制備

用組織搗碎機將烘干的洋蔥粉碎，用60目標準篩(孔徑0.25 mm)篩取洋蔥粉末備用。鑒于天然色素提取溶液中含有大量非色素成分[13]，在波長402 nm處洋蔥色素有最佳吸收波長[7]，本試驗選取402 nm波長檢測洋蔥色素提取液的吸光度。

1.2.2 單因素試驗

乙醇濃度對洋蔥色素提取的影響。準確稱取洋蔥粉末0.1 g，加入10 mL不同體積分數(shù)(15%、35%、55%、75%、95%、100%)的乙醇，超聲提取30 min，然后8 000 r·min-1離心5 min，檢測上清液吸光度。

超聲時間對洋蔥色素提取的影響。準確稱取洋蔥粉末0.1 g，加入10 mL體積分數(shù)為75%的乙醇，超聲提取不同時間(5、15、25、30、35、40 min)，8 000 r·min-1離心5 min，檢測上清液吸光度。

液料比對洋蔥色素提取的影響。準確稱取洋蔥粉末0.1 g，分別加入1、5、10、15、20、250 mL體積分數(shù)為75%的乙醇(液料比為10∶1、50∶1、100∶1、150∶1、200∶1、250∶1)進行色素提取，然后超聲提取30 min，8 000 r·min-1離心5 min，檢測上清液吸光度。

1.2.3 響應面法試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，采用Design expert應用軟件和Box-Behnken原理[14-15]，選取乙醇濃度(A)、超聲時間(B)、液料比(C)3個因素進行優(yōu)化組合，共設15個處理(表1)。每個因素各有3個水平：A-1為體積分數(shù)35%乙醇，A0為體積分數(shù)55%乙醇，A1為體積分數(shù)75%乙醇；B-1為超聲25 min，B0為超聲30 min，B1為超聲35 min；C-1為液料比100∶1，C0為液料比150∶1，C1為液料比200∶1。

1.2.4 洋蔥色素穩(wěn)定性試驗

將0.1 g洋蔥粉末放入20 mL的體積分數(shù)75%的乙醇中，超聲提取30 min，8 000 r·min-1離心5 min，獲得洋蔥色素提取液，即刻檢測提取液在402 nm處的吸光度，并用于色素穩(wěn)定性試驗。

金屬離子對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響。向洋蔥色素提取液中分別加入金屬離子Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Al3+，將洋蔥色素提取液配成0.06 g·mL-1的溶液，避光放置2、4 h，檢測溶液吸光度。

食鹽對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響。以食鹽為溶質(zhì)，色素提取液為溶劑，準確配置0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 g·mL-1的洋蔥色素溶液，避光放置2、4 h，然后檢測溶液吸光度。

糖類對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響。向洋蔥色素提取液中分別加入乳糖、可溶性淀粉、蔗糖、果糖、葡萄糖，將洋蔥色素提取液配置為0.06 g·mL-1的含糖溶液，避光放置2、4 h，檢測溶液吸光度。

檸檬酸對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響。以色素提取液為溶劑，檸檬酸作為溶質(zhì)，準確配置0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g·mL-1的洋蔥色素溶液。避光放置2、4 h，檢測溶液吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 乙醇濃度對洋蔥色素提取效果的影響

由圖1可知，乙醇體積分數(shù)為15%～55%時，洋蔥色素提取效果隨乙醇體積分數(shù)的增加而增加；乙醇體積分數(shù)為55%～100%時，隨乙醇體積分數(shù)的增加，色素提取效果有所降低。因此，乙醇體積分數(shù)過高不利于洋蔥色素提取，在55%時，色素提取效果最佳。

2.1.2 超聲時間對洋蔥色素提取效果的影響

超聲提取5、15、25、30、35、40 min，色素提取效果先上升再下降，提取30 min，提取液的吸光度最大，提取時間超過30 min，提取效果逐漸下降(圖1)。由于超聲會破壞色素的活性導致色素提取效果下降[16]，因此，選取30 min為洋蔥色素的最佳超聲提取時間。

圖1 乙醇濃度、超聲時間、液料比對洋蔥色素提取效果的影響

2.1.3 液料比對洋蔥色素提取效果的影響

由圖1可知，洋蔥色素的吸光度隨液料比的升高先降低再緩慢上升而后降低，液料比為150∶1時提取液的吸光度最大。因此，150∶1為洋蔥色素提取最佳液料比。

2.2 響應面試驗

在單因素試驗結(jié)果中選取A、B、C進行3水平3因素正交試驗，從而獲得洋蔥色素在各種條件下的吸光度。結(jié)果如表1所示，組合10(A0B1C-1)的吸光度最大，為2.859，說明乙醇體積分數(shù)為55%，超聲時間為35 min，液料比100∶1時，提取的洋蔥色素含量最高。

表1 各因素對洋蔥色素提取效果的影響

利用Design Expert軟件進行試驗優(yōu)化，得到洋蔥色素最佳提取條件為乙醇體積分數(shù)38%，超聲時間34.92 min，液料比100.06∶1，洋蔥色素吸光度的預測值為2.864 95。由于實際操作條件的限制，將提取條件設定為乙醇體積分數(shù)38%，超聲時間35 min，液料比100∶1，通過3次重復試驗得到吸光度為2.875，其值較為接近，說明通過響應面分析法優(yōu)化洋蔥色素提取工藝比較可靠。

2.3 洋蔥色素的穩(wěn)定性

2.3.1 金屬離子對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響

由圖2可以看出，洋蔥色素提取液在402 nm處的吸光度為1.737，Na+、Al3+對洋蔥色素具有明顯的增色作用，其中，Al3+對洋蔥色素的增色效果最好，并且放置時間越長，增色效果越顯著。放置2 h，K+對洋蔥色素有增色效果，放置4 h，K+對洋蔥色素反而有不良影響。加入Mg2+、Ca2+洋蔥色素提取液吸光度降低，故在生產(chǎn)洋蔥色素時應避免添加Mg2+、Ca2+。

圖2 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

2.3.2 食鹽對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響

由圖3可知，添加食鹽后，洋蔥色素的吸光度有所提升，食鹽體積質(zhì)量為0.2、0.4、1.0 g·mL-1時，對洋蔥色素有明顯的增色效應，并且隨時間的延長，食鹽對洋蔥的增色效應也增強。故生產(chǎn)中可在洋蔥色素中加入適量食鹽，以起到增色作用。

圖3 食鹽對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響

2.3.3 糖類對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響

如圖4所示，在前2 h內(nèi)，葡萄糖對洋蔥色素增色效果較好，而可溶性淀粉、蔗糖與果糖對洋蔥色素沒有增色效果，說明色素對可溶性淀粉、蔗糖和果糖較為敏感。靜置4 h后，蔗糖對洋蔥色素的增色效果明顯提高，而乳糖、可溶性淀粉、果糖的增色效果變化不大。

圖4 不同糖類對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響

2.3.4 檸檬酸對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，添加檸檬酸2 h后，洋蔥色素的吸光度降低，4 h后，不同濃度的檸檬酸對洋蔥色素有一定的增色效果，且檸檬酸濃度越高，增色作用越強。故當檸檬酸與洋蔥色素結(jié)合使用時應該存放一段時間以達到較好的增色效果。

圖5 不同濃度檸檬酸對洋蔥色素穩(wěn)定性的影響

3 小結(jié)

天然色素的提取工藝受諸多因素影響，傳統(tǒng)色素提取方法存在原料消耗高、色澤差、不穩(wěn)定等缺點。本研究通過單因素試驗及響應面分析法對洋蔥色素提取時間、乙醇濃度、超聲時間進行探究，并確定了優(yōu)化后的提取工藝：乙醇濃度為38%，超聲時間為35 min，液料比為100∶1。在此條件下，提取的色素吸光度為2.875，相對誤差小于0.01，說明該模型的工藝優(yōu)化具有較高的可靠性，可為更好地開發(fā)利用洋蔥提供理論依據(jù)。另外，檸檬酸、葡萄糖、食鹽及金屬離子Al3+對色素存在一定的增色作用，而金屬離子Mg2+、Ca2+對洋蔥色素的穩(wěn)定性有不良影響?？紤]到時間、成本及安全問題，可在色素中添加食鹽以增強其穩(wěn)定性，若不用于食品生產(chǎn)可選用Al3+作為添加劑，更為節(jié)約成本。綜合考慮，本研究所提取的洋蔥色素穩(wěn)定性較高，大部分有機溶液、金屬離子對其影響小，生產(chǎn)應用中可根據(jù)實際情況，在不破壞色素穩(wěn)定性和保證最大經(jīng)濟效益的前提下調(diào)整其提取工藝。