張紅，萬文婷，岳紅霞，徐瑞霞，汪小鈐，李玉玉

(德州學院 生命科學學院，山東 德州 253023)

紅棗是鼠李科植物棗的成熟果實，與桃、李、栗、杏并稱為我國古代“五果”，是我國北方重要的干果之一。2009～2017年我國紅棗產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)顯示，紅棗產(chǎn)量逐年上升，但這幾年的數(shù)據(jù)一直顯示為產(chǎn)大于銷，這意味著大約每年有1～2萬噸的紅棗滯銷，如何利用這部分棗，并進一步利用其發(fā)展深加工產(chǎn)業(yè)，以獲得更高的效益，是我們急需要解決的問題。棗皮由于難消化，在食品加工業(yè)中往往被當作廢棄物丟棄，為更好地提高小棗的深加工和棗皮的綜合利用，減少資源浪費，已有研究發(fā)現(xiàn)，堿液提取、超聲波、微波及纖維素酶提取方法在提取不同棗類色素上由于原料種類不同，選用的提取條件不一致，各有優(yōu)、缺點[1-11]。但針對一個棗類品種選用不同復合方法以獲得最佳的提取條件，尚未見報道。本研究以樂陵金絲小棗為主要材料，采用4種復合加工方法分別進行提取優(yōu)化進而提純，以期獲得可以用于食品加工業(yè)的紅棗色素。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：紅棗，購于德州樂陵市金絲小棗批發(fā)市場。試劑：鹽酸、氫氧化鈉溶液、纖維素酶、蒸餾水，購于當?shù)卦噭┕尽?/p>

1.2 試驗器材

XL-02A 100 g密封型手提式中藥粉碎機 廣州市旭朗機械設備有限公司；HH-s21-8-s電熱恒溫水浴鍋 上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；超聲儀器 上海新芝生物技術研究所；ZGX-9070MBE數(shù)顯鼓風干燥箱 上海博訊有限公司醫(yī)療設備廠；LWMC-205型可調功率微波化學反應器 南京陵江科技開發(fā)有限公司； FA3104電子天平 梅特勒-托利多有限公司；FD-1B冷凍干燥機 北京博伊康實驗儀器有限公司；TDZ5-WS型離心機 長沙湘智離心機儀器有限公司；旋轉蒸發(fā)儀 德國 Heidolph公司。

1.3 棗皮色素的提取方法

1.3.1 預處理

將紅棗在鍋中煮沸一段時間，剝下棗皮，將棗皮用清水洗凈，置于0.1 mol/L的HCl溶液中浸泡23 h,以溶解黏帶果肉和表皮鞣質;用篩網(wǎng)濾除溶液和溶解膠質,將收集到的棗皮用弱酸性水和清水各沖洗1次,40 ℃恒溫烘干至恒重,粉碎至40目,密閉儲存即可作為提取前的原料。

1.3.2 正交試驗

根據(jù)前人的研究結果及前期試驗，確定提取劑種類、堿液濃度、料液比范圍、超聲波最佳功率及處理時間范圍、微波處理功率及時間范圍以及最佳纖維素酶液濃度及處理時間和溫度范圍，設計正交試驗以確定出提取棗皮色素的最佳條件。

1.3.2.1 堿液浸提-超聲波協(xié)同輔助提取法

稱取2.5 g棗粉，加入物質的量濃度分別為0.3，0.4，0.5 mol/L，料液比為1∶20、1∶30、1∶40的氫氧化鈉溶液(見表1)，在90 ℃的水浴鍋中水浴1 h。在80 Hz頻率下，分別超聲20，30，40 min。將試劑過濾，過濾后離心操作，最后經(jīng)旋轉蒸發(fā)得到紅棗色素的提取物。

表1 堿液浸提-超聲波協(xié)同輔助提取法 正交試驗設計Table 1 Orthogonal experimental design of alkali extraction-ultrasonic assisted extraction method

1.3.2.2 超聲波-纖維素酶輔助堿液提取法

稱取2.5 g棗粉，按照表2的正交試驗，倒入不同濃度、不同體積的氫氧化鈉溶液以及底物用量1.26%的纖維素酶。將試劑在常溫下靜置1 h以上，以80 Hz進行不同時間的超聲。將試劑過濾，得到的上清液經(jīng)離心后旋轉蒸發(fā)，最終得到紅棗色素的提取物。

表2 超聲波-纖維素酶輔助堿液提取法正交試驗設計Table 2 Orthogonal experimental design of ultrasound-cellulase assisted alkali extraction

1.3.2.3 微波-纖維素酶輔助堿液提取法

稱取2.5 g棗粉，按照表3的正交試驗，倒入不同濃度、不同容量的氫氧化鈉溶液以及底物用量1.26%的纖維素酶[11]。將提取液在常溫下靜置1 h以上后過濾，過濾后離心，之后進行微波萃取，旋轉蒸發(fā)后，得到紅棗色素的提取物。

表3 微波-纖維素酶輔助堿液提取法正交試驗設計Table 3 Orthogonal design of microwave-cellulase assisted alkali extraction

1.3.2.4 超聲波-微波協(xié)同輔助提取法

首先稱取2.5 g棗粉，按照表4正交試驗設計，向棗皮中加入不同濃度、不同料液比的氫氧化鈉溶液，共有9組正交試驗。將9組試劑在80 Hz下超聲20 min，超聲后過濾，再按照試驗設計放入微波儀中萃取。旋轉蒸發(fā)后，得到紅棗色素的提取物[12，13]。

表4 超聲波-微波協(xié)同輔助提取法正交試驗設計Table 4 Orthogonal experimental design of ultrasound-microwave assisted extraction

1.3.3 濃縮干燥

用旋轉蒸發(fā)儀對提取的色素原液進行蒸發(fā)濃縮后，然后在真空冷凍干燥機中干燥12 h,最終得到干燥的色素產(chǎn)品[14]。

2 試驗結果及分析

2.1 堿液浸提-超聲波協(xié)同輔助提取法

表5 堿液浸提-超聲波協(xié)同輔助提取法結果Table 5 The results of alkali extraction-ultrasonic assisted extraction method

根據(jù)單因素試驗結果選取超聲時間、料液比、NaOH濃度作為考察因素，采用三因素三水平正交試驗設計，由表5正交試驗可知，3個因素中影響紅棗色素提取工藝參數(shù)的最主要因素是料液比，其次是NaOH濃度，最后是超聲時間。從同時獲得高提取率的紅棗色素考慮，以9號為最佳組合B2C1A3，即對超聲時間40 min，超聲波頻率80 Hz，NaOH濃度0.3 mol/L，料液比1∶30 (g/mL)的工藝參數(shù)進行提取，紅棗色素的提取率較高，在此條件下得率為5.53%。

2.2 超聲波-纖維素酶輔助堿液提取法

根據(jù)單因素試驗結果，選取占底物用量1.26%的纖維素酶，以超聲波時間、NaOH濃度、料液比作為考察因素，采用三因素三水平正交試驗設計，見表6。

表6 超聲波-纖維素酶輔助堿液提取法結果Table 6 The results of ultrasound-cellulase assisted alkali extraction method

續(xù) 表

由表6可知，3個因素中影響紅棗色素提取率的首要因素是料液比，其次是NaOH濃度，最后是超聲時間。

根據(jù)獲得的紅棗色素提取率數(shù)據(jù)來看，5號效果最優(yōu)C1B2A2，所以紅棗色素得到較高提取率的條件為超聲頻率80 Hz，料液比1∶20，超聲時間30 min，NaOH濃度0.4 mol/L，此時棗皮色素的得率為5.67%。

2.3 微波-纖維素酶輔助堿液提取法

表7 微波-纖維素酶輔助堿液提取法結果Table 7 The results of microwave-cellulase assisted alkali extraction method

根據(jù)單因素試驗結果，選取微波時間、微波功率、NaOH濃度作為考察因素，采用三因素三水平正交試驗設計，由表7可知，3個因素中影響紅棗色素提取工藝參數(shù)的最主要因素是微波時間，其次是微波功率，最后是NaOH濃度。從同時獲得高提取率的紅棗色素考慮，以6號為最佳組合 A2B3C2，即對微波時間4 min，微波功率560 W，NaOH濃度0.4 mol/L，料液比為1∶20 (g/mL)的工藝參數(shù)進行提取，紅棗色素的提取率較高，在此條件下得率為5.29%。

2.4 超聲波-微波協(xié)同輔助提取法

表8 超聲波-微波協(xié)同輔助提取法結果Table 8 The results of ultrasound-microwave assisted extraction

根據(jù)單因素試驗結果，選取微波時間、微波功率、NaOH濃度、料液比作為考察因素，采用四因素三水平正交試驗設計，由表8正交試驗可知，4個因素中影響紅棗色素提取工藝參數(shù)的最主要因素是料液比，其次是NaOH濃度、微波功率，最后是微波時間。從同時獲得高提取率的紅棗色素考慮，以7號為最佳組合D3C3B1A3，即對微波時間6 min，微波功率160 W，NaOH濃度0.5 mol/L，料液比為1∶40 (g/mL)的工藝參數(shù)進行提取，紅棗色素的提取率較高，在此條件下得率為3.96%。

3 結論

本研究以樂陵金絲小棗為實驗原料，對比堿液-超聲波法、纖維素酶-超聲波輔助堿液提取法、纖維素酶-微波輔助堿液提取法、超聲波-微波提取法4種復合方法在提取棗皮色素時的提取率。結果表明：除了超聲波-微波提取法提取率較低外，其余3種方法相差不大，尤其是纖維素酶-超聲波輔助堿液提取法，提取率最高。

本研究結果顯示，在超聲波輔助堿液提取法中以0.3 mol/L 的NaOH溶液為提取劑，按照1∶30的料液比所配制的溶液作為提取液，在超聲功率80 W下超聲時間40 min,所得紅棗色素的得率最高。在纖維素酶-超聲波輔助堿液提取法中以0.5 mol/L 的NaOH溶液，按照1∶40的料液比所配制的溶液作為提取液，在超聲功率80 W下超聲20 min,輔助160 W微波下萃取6 min所得紅棗色素的得率最高；纖維素酶-微波輔助堿液提取法中以0.4 mol/L 的NaOH溶液，按照1∶20料液比所配溶液作為提取液，加入底物用量1.26%的纖維素酶作為輔助，在微波功率560 W下超聲4 min,所得紅棗色素的得率最高；在超聲波-微波協(xié)同輔助提取法中以0.4 mol/L 的NaOH溶液，按照1∶20的料液比所配制的溶液作為提取液，加入底物用量1.26%的纖維素酶作為輔助，在超聲功率80 W下超聲30 min，所得紅棗色素的得率最高。對比這4種方法，酶解-超聲波協(xié)同輔助提取法提取率最高，但與超聲波-堿液輔助提取法的提取率相差不大，建議在工廠中可采用此法。

綜上所述，在金絲小棗棗皮、棗渣提取紅棗色素時應用超聲波-堿液輔助提取法提取率高，穩(wěn)定性好，操作簡單方便，值得進一步推廣及應用。