微波法輔助提取臍橙皮色素工藝優(yōu)化

張熊祿，謝生輝，賴俊杰

(贛南師范學(xué)院 江西省有機(jī)藥物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000)

微波法輔助提取臍橙皮色素工藝優(yōu)化

張熊祿，謝生輝，賴俊杰

(贛南師范學(xué)院 江西省有機(jī)藥物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000)

通過單因素及正交試驗(yàn)，研究微波輔助法提取臍橙皮色素的優(yōu)化條件，結(jié)果表明：微波法輔助提取的最佳條件為提取劑為水、液固比80:1(mL/g)、功率260W、提取時(shí)間150s。所得工藝參數(shù)準(zhǔn)確，可應(yīng)用于臍橙皮色素提取生產(chǎn)。

微波；臍橙皮色素；提取

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類對自身健康的重視，天然色素完全取代人工合成色素是大勢所趨，因?yàn)樘烊簧厥褂冒踩珶o毒，穩(wěn)定性能良好、色調(diào)自然、顏色逼真且具有相當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)和醫(yī)療保健作用[1-5]。臍橙為中國第一大水果資源，如能從臍橙果皮中經(jīng)濟(jì)有效地提取天然色素，其工業(yè)價(jià)值將非常可觀。

從天然植物中提取其有效成分的傳統(tǒng)方法有溶劑提取法、水蒸氣蒸餾法及升華法等。針對天然植物有效成分傳統(tǒng)提取技術(shù)能耗與物耗大、雜質(zhì)多、效率低的狀況，近年來一些新型分離技術(shù)[6-9]已開始引入藥用植物有效成分提取的過程中。許多研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這些新技術(shù)的引入具有產(chǎn)率高、純度高、速度快、物耗能耗少等特點(diǎn)[10]。本研究采用微波處理從贛南臍橙皮中提取天然色素，并用正交試驗(yàn)優(yōu)化其最佳提取工藝條件，期望為贛南臍橙的綜合開發(fā)利用提供相應(yīng)的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

臍橙產(chǎn)于贛南。

無水乙醇、丙酮、石油醚(均為分析純) 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

7200型可見分光光度計(jì) 上海第三儀器分析廠；WP650D型微波爐 三樂電氣公司。

1.2 方法

鮮臍橙洗凈后用小刀削下外果皮，再用手剝下中果皮，分別晾干。將晾干的中果皮切成碎塊(1 m m× 1mm)，備用。

稱取0.5g切碎的臍橙皮，置于100mL圓底燒瓶中，加入40mL溶劑，在不同的條件下微波處理，過濾，收集提取液，測其吸光度。綜合考慮，試驗(yàn)以溶液吸光度為指標(biāo)，選擇對提取率影響較大的幾種因素：溶劑種類、提取時(shí)間、微波功率、液固比，分別做單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)。

1.3 臍橙皮紅色素最大吸收波長的確定

參照文獻(xiàn)[6]方法在330～380nm波長范圍內(nèi)測定臍橙皮紅色素的吸光度，結(jié)果見圖1。臍橙皮紅色素的最大吸收波長為335nm。本實(shí)驗(yàn)均以此為標(biāo)準(zhǔn)吸光度來確定臍橙皮色素的提取率。

圖1 臍橙皮色素的光譜特征Fig.1 Spectral characteristics of pigment from navel orange skin

2 結(jié)果與分析

2.1 微波時(shí)間對色素提取率的影響

圖2 微波時(shí)間對臍橙皮色素提取率的影響Fig.2 Effect of extraction time on extraction rate of pigment from navel orange skin

固定微波功率260W，以水作為提取劑，考察微波處理時(shí)間在60～240s[11]范圍內(nèi)對臍橙皮色素提取率的影響，結(jié)果見圖2。紅色素的提取率隨時(shí)間的增加而增大，但當(dāng)超過120s時(shí)，又有下降的趨勢，原因是由于臍橙皮色素在長期高溫條件下不穩(wěn)定，因此適宜的微波時(shí)間為120s左右。

2.2 微波功率對色素提取率的影響

圖3 微波功率對提取率的影響Fig.3 Effect of microwave power on extraction rate of pigment from navel orange skin

在以水作為提取劑，微波處理時(shí)間120s條件下，考察微波功率對色素提取率的影響，結(jié)果見圖3。隨著微波功率的增大，臍橙皮色素的提取率逐漸增大，但微波功率大于260W色素提取率有減小的趨勢。這可能是由于臍橙皮色素在熱條件中不夠穩(wěn)定的原因所致，因此選擇微波功率260W。

2.3 提取溶劑的選擇

取0.5g臍橙皮分別置于相同體積的40%乙醇、60%乙醇、80%乙醇、丙酮、石油醚和水中，在260W功率條件下提取120s，過濾，取1mL浸提液，用相應(yīng)萃取劑稀釋相同的倍數(shù)，定容50mL，于最大波長處測吸光度，結(jié)果見表1，可知用水提取的效果最佳，本研究選擇水作為提取劑。

表1 不同溶劑對色素提取率的影響Table1 Effect of solvent type on extraction rate of pigment from navel orange skin

2.4 液固比對色素提取率的影響

圖4 液固比對臍橙皮色素的影響Fig.4 Effect of material-liquid ratio on extraction rate of pigment from navel orange skin

在以水作為提取劑、微波處理時(shí)間120s、微波功率260W條件下，考察液固比(mL/g)對色素提取產(chǎn)生的影響，結(jié)果見圖4。隨著液固比的增大，臍橙皮色素的濃度也逐漸增大，但超過80:1時(shí)基本保持不變，說明在此時(shí)色素已基本提取完全；隨著液固比的進(jìn)一步增加，臍橙皮色素吸光度(提取率)并未增大，因此，初步確定最佳液固比為80:1(mL/g)。

2.5 微波輻射法的正交試驗(yàn)

表2 L9(33)正交試驗(yàn)因素水平表Table2 Factors and levels of orthogonal experiments

表3 微波處理法提取臍橙皮色素L9(33)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table3 Design and results of orthogonal experiments for microwaveassisted extraction of pigment from navel orange skin

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇對臍橙皮色素提取率有較大影響的微波功率、液固比、提取時(shí)間做正交試驗(yàn)[12]，結(jié)果見表3。根據(jù)極差分析，各因素對色素提取率的影響大小順序?yàn)锽＞C＞A；最佳工藝條件為A2B1C3，即微波功率260W、液固比80:1(mL/g)、提取時(shí)間150s。

3 討論與結(jié)論

微波處理法提取具有省時(shí)、快速、節(jié)能和節(jié)省溶劑等優(yōu)點(diǎn)，相對于傳統(tǒng)的提取方法，其時(shí)間縮短了240倍左右。結(jié)果表明，微波提取的最佳條件為微波功率260W、提取時(shí)間150s、液固比80:1(mL/g)。

提取功率過大時(shí)，色素提取率略有下降，原因是臍橙皮色素在高溫條件下會發(fā)生分解[12-15]，而提取時(shí)間過長臍橙皮有焦化現(xiàn)象，色素提取率也會下降，液固比超過80:1(mL/g)時(shí)，提取率基本不變，是由于臍橙皮中色素已提取完全。

[1]周立國. 食用天然色素及應(yīng)用[M]. 濟(jì)南: 山東科學(xué)技術(shù)出版社, 1993: 20-40.

[2]DE-OLIVERA A C A X, SILVA I B, MANHAES-ROCHA D A, et al. Inductionof liver monooxygenases by annatto and bixin in female rats[J]. Braz J Med Biol Res, 2003, 36(1): 113-118.

[3]KOVARY K, LOUVAIN T S, SILVA C E, et al. Biochemical behavior ofnorbixin during in vitro DNAdamage induced by reactive oxygenspecies [J]. Br J Nutr, 2001, 85(4): 431-440.

[4]JU NIOR, ASAD L M, OLIVEIRA E B, et al. Antigenotoxic and antimutagenic potentialof an annatto pigment (norbixin) against oxidative stress[J]. Gen Mol Res, 2005, 4(1): 94-99.

[5]TEOW C C, TRUONG V D. Antioxidant activities, phenolicand bcarotene contents of sweet potato genotypes with varying fleshcolours[J]. Food Chemistry, 2007, 103(3): 829-838.

[6]秦?zé)? 原永輝, 戴猷之. 超聲場對化工分離過程的強(qiáng)化[J]. 化工進(jìn)展, 1995, 13(1): 1-5.

[7]PARE J R J, BELANGER J M R, STAFFORD S S. Microwaveassisted process: a new tool for the analytical laboratory[J]. Trends in Analytical chemistry, 1994, 13(4): 176-184.

[8]張海容. 修飾多糖的抗氧自由基活性及其與DNA結(jié)合機(jī)理的熒光法研究[D]. 廣州: 華南理工大學(xué), 2003: 4-5.

[9]黎海彬, 李琳, 郭祀遠(yuǎn), 等. 植物有效成分提取技術(shù)[J]. 現(xiàn)代化工, 2002, 22(5): 117-120.

[10]戴玉簡, 朱永煤, 王玉桃.橙皮果膠和色素提取工藝研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 1(10): 83-86.

[11]張海容, 狄文婷, 趙新瑞.高亮紅色素萃取方法的研究[J].食品科學(xué), 2006, 27(3): 125-130.

[12]李志洲. 臍橙色素的提取及穩(wěn)定性研究[J]. 寶雞文理學(xué)院學(xué)報(bào), 2003, 12(4): 276-278.

[13]張鴻發(fā), 勵(lì)建榮, 周勤, 等. 從柑桔皮中連續(xù)提取色素、果膠的工藝研究[J]. 食品科學(xué), 2000, 8(11): 37-40.

[14]林春綿, 潘志彥. 柑桔皮中色素和果膠的提取[J]. 杭州食品科技, 1995, 8(4): 14-18.

[11]林春綿, 王忠杰, 茅惠忠. 柚皮色素的提取及其穩(wěn)定性的研究[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 1996, 9(4): 50-53.

[15]劉小珍. 臍橙香料、色素的提取及其光譜研究[J]. 光譜實(shí)驗(yàn)室, 1998, 15(6): 22-24.

Microwave-assisted Extraction of Pigment from Orange Skin

ZHANG Xiong-lu，XIE Sheng-hui，LAI Jun-jie
(Key Laboratory of Organo-pharmaceutical Chemistry of Jiangxi Province, Gannan Normal College, Ganzhou 341000, China)

The optimal microwave-assisted extraction conditions of pigment from navel orange skin were explored by single factor and orthogonal experiments. Results showed that the optimal extraction conditions were material-water ratio of 1: 80 (g/ mL), microwave power of 260 W, microwave extraction time of 150 s. The achieved processing parameters were accurate and could be applied to produce pigment from orange skin.

microwave；navel orange skin pigment；extraction

TS255.1

A

1002-6630(2010)22-0286-03

2010-07-07

“十一五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2007BAD6IB00)

張熊祿(1955—)，男，教授，研究方向?yàn)橛袡C(jī)化學(xué)、有機(jī)合成及天然產(chǎn)物提取。E-mail：x.i.o.g@126.com