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        超聲波輔助提取紫甘藍色素及穩(wěn)定性研究

        2022-08-05 09:46:20劉偉劉軍海何敏
        中國調(diào)味品 2022年8期
        關(guān)鍵詞:影響

        劉偉,劉軍海,何敏

        (1.陜西理工大學 化學與環(huán)境科學學院,陜西 漢中 723000;2.陜西理工大學陜西省催化基礎(chǔ)與應(yīng)用重點實驗室,陜西 漢中 723000)

        紫甘藍(Capitatarubra),為十字花科、蕓苔變種而來,與結(jié)球甘藍屬于同類,在我國南北各地均有種植。紫甘藍別名為紅甘藍,又稱紫包菜,是一類可食用的健康純天然蔬菜,含有多酚、花苷類色素、纖維素等多種活性物質(zhì)[1]。紫甘藍中的花苷類色素具有較強的抗氧化、抗病毒、抗腫瘤、抑制細菌等多種生理功效[2-3]。因此,被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)中[4],如葡萄飲料加工、吐司面包、肉羊的肉色和肉質(zhì)改善、食品防腐、食品著色、乳制品、果醬、酒精飲品添加劑等[5-9]。目前紫甘藍色素的提取方法主要有溶劑提取法、超聲波輔助提取法、微波輔助提取法、醇酶復(fù)合法、果膠酶法、水浴法等[10-13]。超聲波輔助提取工藝具有提取成本低、提取時間短、工業(yè)技術(shù)化成熟等優(yōu)點[14-15]。本研究在已有方法的基礎(chǔ)上,以紫甘藍鮮葉為原料提取紫甘藍色素,根據(jù)單因素試驗和正交試驗優(yōu)化提取條件,進一步探究溫度、光照、蔗糖、食鹽、金屬離子、防腐劑等對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響,從而為紫甘藍色素在食用調(diào)味品中的利用提供理論參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        新鮮紫甘藍:市售;無水乙醇、丙酮、乙酸乙酯、冰醋酸、氫氧化鈉、苯甲酸鈉、硫酸銅、氯化鐵、硫酸鎂、硫酸鋅、碳酸鉀(均為分析純):天津市科密歐化學試劑有限公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        BSA224S-CW型分析天平 北京賽多利斯科學儀器有限公司;BCD-218ZM2D型冰箱 合肥美菱股份有限公司;GW1030型超聲波清洗機 深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司;WGLL-230BE型電熱鼓風干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;H1850型低速離心機 北京京立離心機有限公司;MT-5000型pH計 上海亞榮生化儀器廠;DF-101S型恒溫水浴鍋 鄭州長城科工貿(mào)有限公司;Cary 50型紫外分光光度計 上海儀電分析儀器有限公司。

        1.3 紫甘藍色素的提取與測定方法

        1.3.1 原料的預(yù)處理

        新鮮的紫甘藍葉經(jīng)蒸餾水清洗晾干以后,將其切碎得到碎鮮葉末,放入干燥燒杯中備用。

        1.3.2 紫甘藍色素最佳提取劑的選擇

        稱取5份10.0 g紫甘藍碎鮮葉于干燥燒杯中,分別加入50 mL的無水乙醇、冰醋酸、丙酮、蒸餾水以及乙酸乙酯浸泡4 h,觀察其顏色,根據(jù)顏色判斷浸提情況,從而確定最適浸提劑。

        1.3.3 紫甘藍色素的提取及檢測

        稱取10.0 g紫甘藍碎鮮葉于干燥燒杯中,加入50 mL蒸餾水進行浸泡,用保鮮膜密封后,在室溫及超聲波功率為80 W的條件下,超聲輔助提取30 min后離心30 min(5000 r/min),經(jīng)過濾得到色素提取液,密封保存,備用。

        根據(jù)紫甘藍色素的最大吸收波長調(diào)整紫外分光光度計的波長為550 nm,取25 mL色素提取液稀釋于50 mL容量瓶中,加蒸餾水至刻度線并充分搖勻,然后采用紫外分光光度計測定其吸光度值。

        1.4 超聲波輔助提取紫甘藍色素的單因素試驗

        取10.0 g紫甘藍碎鮮葉于干燥燒杯中,加入50 mL蒸餾水進行浸泡,然后在室溫條件下超聲輔助提取30 min,經(jīng)離心、過濾得到濾液,儲存?zhèn)溆?。取上述色素提取?5 mL,加入蒸餾水定容至50 mL,最后利用紫外分光光度計測定其吸光度值。在上述工藝的基礎(chǔ)上,分別改變提取溫度、料液比、超聲時間、提取液pH值進行單因素試驗,探究這4個因素對紫甘藍色素提取的影響。

        1.5 紫甘藍色素提取的正交試驗

        稱取10.0 g紫甘藍碎鮮葉,選取提取溫度(A)、提取時間(B)、料液比(C)、pH值(D)4個影響因素的3個水平設(shè)計正交試驗,見表1。最后按照1.3.3中的方法測定其吸光度,從而選擇提取紫甘藍色素的最優(yōu)條件。

        表1 正交試驗因素及水平設(shè)計Table 1 Design of orthogonal experimental factors and levels

        1.6 紫甘藍色素穩(wěn)定性的測定

        稱取10.0 g紫甘藍碎鮮葉于干燥燒杯中,加入60 mL蒸餾水進行浸泡,并調(diào)整其pH至2,再用保鮮膜密封,在50 ℃及超聲波功率為80 W的條件下,超聲輔助提取50 min后離心30 min(5000 r/min),經(jīng)過濾得到紫甘藍色素提取液,并取25 mL色素溶液加蒸餾水定容至50 mL(配制多份),密封保存,備用。在上述試驗的基礎(chǔ)上,分別探究溫度、光照、蔗糖、氯化鈉、金屬離子以及防腐劑對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 提取劑對紫甘藍色素提取的影響

        試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),以無水乙醇、丙酮、冰醋酸、乙酸乙酯為提取劑時,浸提結(jié)果均為無色或顏色較淺,而以蒸餾水作為提取劑時,溶液顏色為藍紫色。因此,浸提劑應(yīng)選擇蒸餾水。

        2.2 紫甘藍色素提取的單因素試驗

        2.2.1 溫度對紫甘藍色素提取的影響

        圖1 提取溫度對紫甘藍色素提取的影響Fig.1 The effect of extraction temperature on the extraction of purple cabbage pigment

        由圖1可知,隨著提取溫度的升高,紫甘藍色素的吸光度值先增加后減小,在50 ℃時達到最大值。這可能是因為提取溫度過高使得紫甘藍色素變質(zhì)。因此,控制紫甘藍色素的提取溫度為50 ℃最適宜。

        2.2.2 料液比對紫甘藍色素提取的影響

        由圖2可知,隨著料液比的增大,紫甘藍色素的吸光度值先增加后減小,在1∶7(g/mL)時達到最大值。這可能是由于料液比增大,溶液稀釋造成吸光度值減小。另外,考慮到節(jié)約成本,控制提取紫甘藍色素的料液比為1∶7(g/mL)最適宜。

        圖2 料液比對紫甘藍色素提取的影響Fig.2 The effect of solid-liquid ratio on the extraction of purple cabbage pigment

        2.2.3 時間對紫甘藍色素提取的影響

        由圖3可知,隨著提取時間的增加,紫甘藍色素的吸光度值持續(xù)增加。但超過40 min后,紫甘藍色素的吸光度值趨于平緩。這可能是因為提取時間達到40 min 時,紫甘藍色素已經(jīng)充分提取。因此,從能耗與生產(chǎn)效率等多方面綜合考慮,控制提取時間為40 min最適宜。

        圖3 提取時間對紫甘藍色素提取的影響Fig.3 The effect of extraction time on the extraction of purple cabbage pigment

        2.2.4 pH值對紫甘藍色素提取的影響

        由圖4可知,隨著pH值的增大,紫甘藍色素的吸光度值逐漸減小。這可能是因為在酸性條件下紫甘藍色素更易溶解出來。因此,控制提取紫甘藍色素的pH值為2較適宜。

        圖4 pH值對紫甘藍色素提取的影響Fig.4 The effect of pH value on the extraction of purple cabbage pigment

        2.3 紫甘藍色素提取的正交試驗

        正交試驗結(jié)果見表2。

        表2 正交試驗結(jié)果Table 2 Orthogonal test results

        續(xù) 表

        由表2可知,在超聲波輔助提取紫甘藍色素的4個影響因子中,影響作用從大到小為料液比>提取時間>pH值>提取溫度。而得到的最佳工藝組合為A3B2C1D1,即提取紫甘藍色素的最優(yōu)條件為:料液比1∶6 (g/mL)、pH值2、提取溫度50 ℃、提取時間50 min。

        2.4 紫甘藍色素穩(wěn)定性的測定

        2.4.1 溫度對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響

        由圖5可知,隨著溫度的升高,紫甘藍色素的吸光度值隨之下降。這是由于溫度升高,紫甘藍色素結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,降低了其穩(wěn)定性。因此,紫甘藍色素應(yīng)保存在常溫或低溫條件下。

        圖5 溫度對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 The effect of temperature on the stability of purple cabbage pigment

        2.4.2 光照對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響

        由圖6可知,在室內(nèi)光源的照射下,紫甘藍色素的吸光度值沒有明顯變化,呈平穩(wěn)趨勢。而在日光條件下照射后,隨著時間的推移,紫甘藍色素的吸光度值持續(xù)減小,表明日光照射對紫甘藍穩(wěn)定性有明顯的影響,故紫甘藍色素應(yīng)在陰涼處保存。

        圖6 光照對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響 Fig.6 The effect of light on the stability of purple cabbage pigment

        2.4.3 蔗糖對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響

        由圖7可知,不同濃度的蔗糖影響下,紫甘藍色素的吸光度值變化不大,呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢。由此說明蔗糖不會影響紫甘藍色素的穩(wěn)定性,故蔗糖可以充當食品添加劑與紫甘藍色素一同加入到食品中。

        圖7 蔗糖對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響 Fig.7 The effect of sucrose on the stability of purple cabbage pigment

        2.4.4 食鹽對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響

        由圖8可知,在不同濃度食鹽的作用下,紫甘藍色素的吸光度值變化不大。表明食鹽對紫甘藍色素的穩(wěn)定性基本沒有影響,故食鹽可以與紫甘藍色素一同使用。

        圖8 食鹽對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響 Fig.8 The effect of salt on the stability of purple cabbage pigment

        2.4.5 金屬離子對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響

        由圖9可知,Mg2+、Cu2+對紫甘藍色素的吸光度值均無明顯影響;Fe2+、Na+、K+、Zn2+使其吸光度值都有所增加;Fe3+對紫甘藍色素吸光度值的影響最為明顯,并且使其溶液變?yōu)樽厣?,表明Mg2+、Cu2+對紫甘藍色素的穩(wěn)定性無明顯影響,F(xiàn)e2+、Na+、K+、Zn2+對紫甘藍色素的穩(wěn)定性有促進作用,而Fe3+則會降低紫甘藍色素的穩(wěn)定性。

        圖9 金屬離子對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響 Fig.9 The effect of metal ions on the stability of purple cabbage pigment

        2.4.6 防腐劑對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響

        由圖10可知,隨著苯甲酸鈉濃度的增加,紫甘藍色素的吸光度值持續(xù)減小。說明防腐劑對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響較為明顯,所以在對含有紫甘藍色素的食品中使用防腐劑時,應(yīng)該注意使用量,在保證不危害健康的同時,也不破壞紫甘藍色素的穩(wěn)定性。

        圖10 防腐劑對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響Fig.10 The effect of preservative on the stability of purple cabbage pigment

        3 結(jié)論

        以紫甘藍鮮葉為原料,通過超聲波輔助萃取紫甘藍色素,在探究紫甘藍色素提取的單因素試驗基礎(chǔ)上,設(shè)計正交試驗尋找出紫甘藍色素提取的最優(yōu)條件,并進一步探究了溫度、光照、蔗糖、食鹽、金屬離子以及防腐劑對紫甘藍色素穩(wěn)定性的影響。試驗結(jié)果表明,紫甘藍色素提取的最優(yōu)條件為:以蒸餾水為提取劑,控制料液比為1∶6 (g/mL),提取pH值為2,提取溫度為50 ℃,提取時間為50 min,在該工藝條件下紫甘藍色素的提取效果較為顯著。紫甘藍色素穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明,在日光光照、溫度過高以及添加苯甲酸鈉防腐劑的條件下會破壞紫甘藍色素的穩(wěn)定性,蔗糖、食鹽可以與紫甘藍色素一同使用,對穩(wěn)定性的影響不明顯,金屬離子Mg2+、Cu2+對紫甘藍色素的穩(wěn)定性無明顯影響,F(xiàn)e2+、Na+、K+、Zn2+對紫甘藍色素的穩(wěn)定性有促進作用,而Fe3+則會降低紫甘藍色素的穩(wěn)定性,并使色素溶液顏色變?yōu)樽厣T撗芯拷Y(jié)果可為紫甘藍色素在食用調(diào)味品中的利用提供理論參考。

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