夏學(xué)超，朱傳合

（1.煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264670；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271000）

柿子（Diospyros kaki）屬于柿科柿屬，多年生落葉果樹，與葡萄、柑橘、香蕉、蘋果并稱為我國(guó)五大水果。我國(guó)柿子產(chǎn)量和種植面積位居世界首位[1]。在品種上，主要分為完全澀柿、不完全澀柿、完全甜柿、不完全甜柿。我國(guó)的主要栽培品種是澀柿，其中磨盤柿是澀柿類的典型代表。甜柿在我國(guó)栽培量小，其品種大部分來(lái)源于日本，被稱為“果中圣品”的柿子富含多糖、果膠、酚類物質(zhì)、維生素及礦物質(zhì)等生物活性物質(zhì)[2]。我國(guó)柿子的深加工率相對(duì)較低，加工產(chǎn)品比較單一，主要加工產(chǎn)品是傳統(tǒng)的柿餅。近年來(lái)，以柿子為原料進(jìn)行深加工的研發(fā)工作日漸增多，如柿糕凍、柿汁、果脯、柿子茶等產(chǎn)品，但加工量不是很大，出現(xiàn)供需矛盾，價(jià)格連年降低，導(dǎo)致全國(guó)許多地方出現(xiàn)“豐產(chǎn)不豐收”的現(xiàn)象，不但嚴(yán)重浪費(fèi)資源，也極大傷害了果農(nóng)的積極性，不利于柿子產(chǎn)業(yè)發(fā)展[3-6]。因此，亟需一種柿子高值化利用技術(shù)。

研究表明，柿子酒是經(jīng)過(guò)原料選擇、脫澀、破碎打漿、酶解、發(fā)酵、陳釀、澄清等加工過(guò)程獲得飲料酒，具有柿子獨(dú)特的果香和色澤，口感醇厚、酒體飽滿、香氣怡人，且能較好的保留柿子的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[7-9]。研究表明，柿子酒有防止心腦血管疾病、抗氧化、抗癌、抗菌、促進(jìn)新陳代謝及美容養(yǎng)顏等生物功能[7，10-11]。柿子酒被認(rèn)為是目前柿子高值化利用的最為主要的產(chǎn)品之一。以柿釀酒不但能夠提高柿子的資源利用率，而且有利于果農(nóng)增收，符合我國(guó)的產(chǎn)業(yè)政策[12-14]。伴隨著柿子酒加工業(yè)壯大，富含柿子色素等營(yíng)養(yǎng)及功能成分的柿子加工廢棄也大量產(chǎn)出，不但會(huì)產(chǎn)生資源浪費(fèi)，也會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染[15-16]。相對(duì)于合成色素，天然植物色素的安全性及需求量也逐漸增加[17-19]。微波輔助萃取法是20世紀(jì)80年代興起的一種前處理技術(shù)，在食品有效組分提取中得到了廣泛應(yīng)用[20]。超聲波提取技術(shù)是食品行業(yè)一種新型的提取分離技術(shù)，能夠促使被提取物質(zhì)快速高效溶出[21]。因此，本研究將微波、超聲技術(shù)應(yīng)用于柿子色素提取中，研究柿子色素最佳提取工藝，以實(shí)現(xiàn)柿子色素高效經(jīng)濟(jì)提取，為柿子深加工產(chǎn)業(yè)的科學(xué)化發(fā)展尋求新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

柿子酒渣（磨盤柿）：萊蕪萬(wàn)邦食品有限公司；β-胡蘿卜素（標(biāo)準(zhǔn)品）、無(wú)水乙腈、丙酮（色譜純）：北京譜析科技有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

HPLC-2611高效液相色譜儀：美國(guó)安捷倫科技有限公司；UV-2450全波長(zhǎng)掃描儀：日本島津有限公司；KQ-600DB數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；KJ23C-AN2美的微波爐（設(shè)定低、中、高檔，對(duì)應(yīng)微波功率分別為200 W、400 W、800 W）：美的微波電器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 柿子酒渣中色素提取工藝流程及操作要點(diǎn)

精確稱取55 ℃干燥柿子酒渣10.0 g，在設(shè)定微波功率下預(yù)處理，每5 s停一次，經(jīng)多次處理達(dá)到時(shí)間要求，加入100 mL提取溶劑，在設(shè)定超聲功率、超聲溫度條件下對(duì)樣品進(jìn)行超聲輔助提取到設(shè)定時(shí)間后對(duì)其進(jìn)行抽濾，濾液即為柿子酒渣色素提取液。將提取液定容至100 mL，在最大吸收峰的波長(zhǎng)條件下測(cè)定柿渣色素提取液吸光度值。

1.3.2 提取條件優(yōu)化單因素試驗(yàn)

不同溶劑對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響：取5份10.0g柿子酒渣，分別加入100 mL乙醇、丙酮、乙酸乙酯、正己烷、石油醚，室溫浸提24 h，提取液定容至100 mL，在波長(zhǎng)448 nm處測(cè)定吸光度值。

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響：取5份10.0 g柿子酒渣，分別加入100 mL 體積分?jǐn)?shù)為80%、85%、90%、95%、100%的乙醇，室溫浸提24h，提取液定容至100mL，在波長(zhǎng)448 nm處測(cè)定吸光度值。

微波處理功率對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響：取3份10.0 g柿子酒渣，設(shè)定800 W、500 W、300 W三個(gè)不同微波功率對(duì)樣品進(jìn)行相同時(shí)間（40 s）處理，加入100 mL體積分?jǐn)?shù)為90%的乙醇，在超聲功率420 W、超聲時(shí)間40 min、超聲溫度30 ℃的條件下進(jìn)行提取，研究微波處理功率對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響。

微波處理時(shí)間對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響：取5份10.0 g柿子酒渣，設(shè)定20 s、30 s、40 s、50 s、60 s（每5 s停一次）五個(gè)不同微波時(shí)間，采用確定的微波功率進(jìn)行處理，加入100 mL體積分?jǐn)?shù)90%的乙醇，在超聲功率420 W、超聲時(shí)間40 min、超聲溫度30 ℃的條件下進(jìn)行提取，定容至100 mL，在波長(zhǎng)448 nm處測(cè)定提取液吸光度值。

超聲波處理時(shí)間對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響：固定其他條件不變，分別調(diào)整超聲時(shí)間為20 min、40 min、60 min、80 min、100 min，研究超聲時(shí)間對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響。

超聲波功率對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響：取5份10.0 g柿子酒渣，加入100 mL體積分?jǐn)?shù)為90%的乙醇，微波預(yù)處理后，在超聲溫度30 ℃，采用不同超聲功率300 W、360 W、420 W、480 W、540 W，按確定的時(shí)間進(jìn)行浸提處理，研究超聲波功率對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響。

超聲溫度對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響：固定其他條件不變，分別調(diào)整超聲提取溫度為30℃、40℃、50℃、60℃、70 ℃，研究超聲溫度對(duì)柿子酒渣色素提取效果的影響。

1.3.3 提取條件優(yōu)化正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇微波時(shí)間（A）、超聲時(shí)間（B）、超聲功率（C）、超聲溫度（D）4個(gè)因素進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素與水平見表1。

表1 柿子酒渣色素提取條件優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for extraction condition optimization of pigment from persimmon wine residue

1.3.4 測(cè)定方法

提取效果分析方法：參考李曉銀等[22]的方法對(duì)柿子酒渣色素提取物進(jìn)行鑒定，結(jié)果表明柿子酒渣色素主要成為類胡蘿卜素。因此，選用吸收波長(zhǎng)448 nm為最佳測(cè)定波長(zhǎng)，測(cè)定提取液吸光度值的大小來(lái)反映提取效果優(yōu)劣。

采用劉新艷等[23]的方法分別測(cè)定柿子酒渣色素含量（M）及提取液色素含量（m），提取率計(jì)算公式如下：

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

在試驗(yàn)過(guò)程中利用Excel 2010、SPSS 21.0、DPS 7.05進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合方差分析進(jìn)行總體比較，每個(gè)試驗(yàn)均做3次平行，試驗(yàn)結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同提取溶劑對(duì)柿渣色素提取效果影響

由圖1可以看出，不同溶劑對(duì)柿子酒渣色素提取效果不同，其中以乙醇和丙酮最佳，其提取液吸光度值分別達(dá)到0.192和0.188。差異性分析表明，二者提取效果沒(méi)有明顯差異（P＞0.05）。從節(jié)約成本和試劑安全角度考慮，選擇乙醇為提取溶劑。

圖1 提取溶劑對(duì)柿渣色素提取效果影響Fig.1 Effect of extraction solvent on pigment extraction from persimmon residue

2.1.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)柿子殘?jiān)靥崛⌒Ч挠绊?/p>

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)柿渣色素提取效果的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on pigment extraction from persimmon residue

由圖2可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，柿子酒渣色素提取效果逐漸變好，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到90%時(shí)，提取液吸光度值達(dá)到0.019 8，繼續(xù)提高乙醇體積分?jǐn)?shù)，其提取效果變化不明顯（P＞0.05），因此，選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為90%。

2.1.3 微波功率對(duì)柿子殘?jiān)靥崛⌒Ч挠绊?/p>

圖3 微波功率處理對(duì)柿渣色素提取效果的影響Fig.3 Effect of microwave power on pigment extraction from persimmon residue

由圖3可知，以體積分?jǐn)?shù)90%的乙醇為提取溶劑，在不同微波功率下處理柿子渣，提取液的吸光度值隨著微波功率的增大而減小，微波功率200 W處理柿子酒渣，提取液吸光度值達(dá)到最大（0.213）。太強(qiáng)的微波處理可能會(huì)導(dǎo)致柿子酒渣色素性質(zhì)改變，不利于色素的穩(wěn)定性。因此，選擇微波功率為200 W。

2.1.4 微波處理時(shí)間對(duì)柿子殘?jiān)靥崛⌒Ч挠绊?/p>

圖4 微波處理時(shí)間對(duì)柿渣色素提取效果的影響Fig.4 Effect of microwave processing time on pigment extraction from persimmon residue

由圖4可知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，提取液的吸光度值逐漸增大，在40 s時(shí)提取效果達(dá)到最佳，提取液吸光度值達(dá)0.219，繼續(xù)增加微波處理時(shí)間，提取液的吸光度值逐漸開始下降。時(shí)間較短時(shí)柿子色素溶出量較少，提取率相對(duì)較低。在較長(zhǎng)時(shí)間微波條件下，分子運(yùn)動(dòng)速度及滲透、擴(kuò)散及溶解速度加快，柿子酒渣色素的溶出量大、提取率提高；但若微波處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，柿子酒渣色素容易破壞，提取率降低。因此，選擇微波處理時(shí)間為40 s。

2.1.5 超聲波處理時(shí)間對(duì)柿子殘?jiān)靥崛⌒Ч挠绊?/p>

圖5 超聲波處理時(shí)間對(duì)柿渣色素提取效果的影響Fig.5 Effect of ultrasonic processing time on pigment extraction from persimmon residue

由圖5可知，隨著超聲時(shí)間延長(zhǎng)，柿子酒渣色素提取液的吸光值逐漸提高。超聲處理80 min時(shí)，其提取液的吸光度值達(dá)到最大（0.299）。當(dāng)超聲時(shí)間＞80 min后，色素提取逐漸效果降低。造成超聲波處理時(shí)間增長(zhǎng)而提取效果變差的原因可能是因?yàn)槌曁幚頃r(shí)間過(guò)長(zhǎng)使柿子色素性質(zhì)改變，從而影響了柿子色素的提取。因此，選擇超聲提取時(shí)間為80 min。

2.1.6 超聲波處理功率對(duì)柿子殘?jiān)靥崛⌒Ч挠绊?/p>

圖6 超聲波功率對(duì)柿渣色素提取效果的影響Fig.6 Effect of ultrasonic processing power on pigment extraction from persimmon residue

由圖6可知，隨著超聲波功率的增加，提取液的吸光度值呈上升趨勢(shì)，柿子酒渣色素的提取效果越來(lái)越好。當(dāng)超聲功率達(dá)到420 W時(shí)，提取液吸光度值達(dá)到最大（0.309）。420 W之后逐漸下降。可能超聲波功率＜360 W之前超聲處理對(duì)柿子色素影響不夠，＞420 W之后對(duì)柿子色素的提取有反向作用。因此，選取超聲功率為420 W。

2.1.7 超聲波處理溫度對(duì)柿子殘?jiān)靥崛⌒Ч绊?/p>

圖7 超聲波處理溫度對(duì)柿渣色素提取效果的影響Fig.7 Effect of ultrasonic processing temperature on pigment extraction from persimmon residue

溫度能夠加速溶質(zhì)傳遞，提高提取速率和效率。從圖7可知，在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，隨著超聲溫度的提高，提取效率逐漸提高。超聲溫度為60 ℃，提取液吸光度值達(dá)到0.392。超聲溫度高于60℃之后，繼續(xù)升溫，提取效果降低，主要原因是高溫使色素被破壞。因此，選擇超聲波處理溫度為60 ℃。

2.2 正交試驗(yàn)

柿子酒渣色素提取條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見表2，方差分析見表3。

表2 柿子酒渣色素提取條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for extraction condition optimization of pigment from persimmon wine residue

表3 正交試驗(yàn)方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments

利用DPS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)極差的大小，可以判斷試驗(yàn)指標(biāo)的主次順序。由表2中的極差數(shù)據(jù)分析可知，RA＞RB＞RD＞RC，微波時(shí)間對(duì)提取效果的影響最顯著，其次超聲時(shí)間，影響最不明顯的是提取時(shí)間，最優(yōu)水平組合為A2B2C2D1，即微波時(shí)間40 s，超聲時(shí)間80 min，超聲功率420 W，超聲溫度50 ℃。在此優(yōu)化條件下，獲得色素提取液吸光度值為0.458（提取率89.6%），較優(yōu)化前吸光度值提升了0.266（是優(yōu)化前的1.71倍）。由表3可知，微波時(shí)間對(duì)柿子酒渣色度提取率影響顯著（P＜0.05），在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，超聲時(shí)間、超聲功率及超聲溫度對(duì)柿子酒渣色素提取率影響不顯著（P＞0.05）。

3 結(jié)論

柿子酒渣色素最佳提取條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)90%、微波處理功率300 W，微波處理時(shí)長(zhǎng)40 s，超聲波處理功率420 W，超聲時(shí)間80 min，超聲溫度50 ℃。該條件下，柿子酒渣色素提取率為89.6%，是優(yōu)化前提取率（52.5%）的1.71倍。因此，微波、超聲聯(lián)合輔助乙醇提取法不但能夠較大程度提高色素提取效率，又能夠節(jié)省時(shí)間（80 min）。因此，微波、超聲聯(lián)合提取是柿子酒渣色素提取的一種行之有效的方法。