無花果皮紅色素微波提取及其穩(wěn)定性

張小曼，馬銀海*，劉柱麗，陳小妮

(昆明學(xué)院化學(xué)科學(xué)與技術(shù)系，云南 昆明 650214)

無花果皮紅色素微波提取及其穩(wěn)定性

張小曼，馬銀海*，劉柱麗，陳小妮

(昆明學(xué)院化學(xué)科學(xué)與技術(shù)系，云南 昆明 650214)

利用微波輔助提取無花果皮紅色素，采用正交試驗(yàn)方案，對(duì)影響色素收率的微波功率、微波時(shí)間、微波溫度及提取料液比等主要因素進(jìn)行優(yōu)化組合試驗(yàn)，并研究無花果皮紅色素的穩(wěn)定性能。結(jié)果表明：微波功率400W、微波時(shí)間15min、微波溫度35℃、料液比1:20(g/mL)，無花果皮紅色素收率可達(dá)89.69%。無花果皮紅色素耐熱、耐光性強(qiáng)，酸性環(huán)境中穩(wěn)定性較好，常用食品添加劑、氧化劑、還原劑及Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Al3+等金屬離子對(duì)該色素?zé)o影響，但Fe3+對(duì)色素有破壞作用。微波輔助能高效提取無花果皮紅色素，該色素具有良好穩(wěn)定性能。

無花果皮；紅色素；微波；提??；穩(wěn)定性

現(xiàn)代社會(huì)，人們對(duì)食品色澤、香味、口感的要求越來越高，食用色素作為食品工業(yè)中主要食品添加劑，其市場需求越來越大。由于合成色素對(duì)人體健康的危害逐步受到人們的關(guān)注，回歸綠色，開發(fā)天然食用色素取代合成色素已成為食品工業(yè)食用色素發(fā)展的必然趨勢[1-2]。

無花果(Ficus carica L.)是一種?？崎艑俾淙~喬木，在我國新疆、山東、廣西、云南等地廣泛種植。無花果果實(shí)呈梨形、深紫紅色、肉白質(zhì)嫩、清香味甜，并含有豐富的氨基酸、多種維生素和人體需要的礦物質(zhì)[3-4]。據(jù)現(xiàn)代科學(xué)研究報(bào)道[5-8]，無花果中含有抗癌活性和抑菌作用的香檸檬內(nèi)酯、補(bǔ)骨脂素、苯甲醛等物質(zhì)，具有良好的藥效作用，被人們譽(yù)為藥食兼優(yōu)的“仙人果”。深紫紅色的無花果皮中含有豐富的天然紅色素，是天然食用色素提取的優(yōu)質(zhì)資源，相關(guān)研究卻未見報(bào)道，本實(shí)驗(yàn)利用微波輔助提取無花果皮紅色素，并對(duì)其提取工藝及穩(wěn)定性能進(jìn)行探討，為合理開發(fā)與利用無花果皮天然紅色素提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

無花果實(shí)購自昆明水果市場，取皮，曬干，粉碎成末，備用。

蔗糖、食鹽、9 5%乙醇、鹽酸、過氧化氫、亞硫酸鈉、檸檬酸、苯甲酸鈉 北京化學(xué)試劑廠。

VIS-723G可見光分光光度計(jì) 北京瑞利分析儀器公司；PQ201型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 瑞士Buchi儀器有限公司；

ZK-82A真空干燥箱 上海實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備廠；MAS-I微波儀 上海微波化學(xué)科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 無花果皮紅色素提取工藝流程

無花果皮→pH3自來水(稀鹽酸調(diào)pH值)水浸泡5min→微波輻射→濾液減壓濃縮→干燥→色素產(chǎn)品

1.2.2 無花果皮紅色素特征吸收光譜的測定

以pH3稀鹽酸作參比，1cm比色皿，在400～620nm波長范圍內(nèi)對(duì)無花果皮紅色素提取液進(jìn)行掃描，測定色素的吸收光譜并確定其最大吸收波長。

1.2.3 無花果皮紅色素收率計(jì)算[9]

稱取5.0g無花果皮加水(pH3)60mL浸泡4h后過濾，收集濾液后再按相同條件反復(fù)浸提至提取液基本無色，合并濾液并測定其總體積和吸光度，色素的收率計(jì)算見下式：

式中：Ai、Vi分別為每次實(shí)驗(yàn)提取液的吸光度和體積；V為總體積；A為總吸光度。

1.2.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在微波提取工藝中，影響無花果皮紅色素提取率的因素很多，經(jīng)初步試驗(yàn)確定微波功率、微波溫度、微波時(shí)間和液料比為影響無花果皮紅色素提取的主要因素，采用L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn)[10]。影響因素水平設(shè)計(jì)見表1，試驗(yàn)方案與結(jié)果見表2，并在最佳提取工藝下平行試驗(yàn)5次，并驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.2.5 無花果紅色素的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

針對(duì)天然色素應(yīng)用于食品中的各種情況，考察不同環(huán)境中無花果皮紅色素的穩(wěn)定性能[11-12]。以無花果皮紅色素提取液為樣本，分別加入常用食品添加劑、常見金屬離子、氧化劑和還原劑等，在其最大吸收波長下測定吸光度，以吸光度的變化考察紅色素在不同環(huán)境中的穩(wěn)定性能。

2 結(jié)果與分析

2.1 無花果皮紅色素最大吸收波長的確定

圖1 無花果皮紅色素吸收光譜圖Fig.1 Absorption spectrum of red pigment from Ficus carica L.

由圖1可知，無花果皮紅色素在可見光區(qū)最大吸收波長為515nm。

2.2 微波提取最佳條件的確定

根據(jù)表1設(shè)計(jì)，采用L9(34)正交試驗(yàn)方案進(jìn)行微波輻射提取無花果皮紅色素試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 L9(34)正交試驗(yàn)方案和結(jié)果Table2 Design and results of orthogonal experiments

表3 方差分析結(jié)果Table3 Variance analysis of orthogonal experiments

由表2可見，各因素影響主次順序?yàn)锳＞C＞B＞D，無花果皮紅色素最佳提取工藝組合為：A2B2C2D2，即微波功率400W、微波溫度35℃、微波時(shí)間15min、料液比1:20(g/mL)。由表3可見，A、C因素P值均小于0.05，說明微波功率和微波時(shí)間對(duì)無花果皮紅色素提取率有顯著影響；B因素和D因素對(duì)色素提取率的影響不顯著。

2.3 微波提取最佳工藝驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

稱取5.0g無花果皮，在A2B2C2D2條件下提取無花果皮紅色素，平行實(shí)驗(yàn)5次，結(jié)果見表4。

表4 最佳工藝組合提取無花果紅色素Table4 Extraction of red pigment from Ficus carica L. by using the optimal combinatorial extraction parameters

由表4可見，平行實(shí)驗(yàn)5次，收率基本不變，平均收率89.69%， RSD值0.204%。在A2B2C2D2最佳工藝條件下能有效提取無花果皮紅色素。

2.4 不同提取工藝對(duì)比實(shí)驗(yàn)

稱取5.0g無花果皮，在與微波提取相同條件下采用一般浸提法提取無花果紅色素，平行實(shí)驗(yàn)3次，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 不同提取法對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table5 Comparison of red pigment from Ficus carica L. by using different extraction methods

由表5可見，相同提取條件下，微波提取法收率比溶劑浸提法相對(duì)提高了9.47%，并在時(shí)間上擁有較大的優(yōu)勢，提取時(shí)間由12h減少到15min。說明微波輻射能穿透激活植物細(xì)胞中分子熱運(yùn)動(dòng)，有助于細(xì)胞破裂滲出天然紅色素，能高效分離提取出無花果皮紅色素。

2.5 無花果皮紅色素穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

2.5.1 光照的影響

分別將無花果皮紅色素溶液裝入無色透明玻璃瓶封口置于自然光和室內(nèi)避光處放置一定時(shí)間，測定其吸光度，結(jié)果見表6。

由表6可知，無花果皮紅色素溶液連續(xù)10d陽光照射后，其吸光度、色澤基本不變，保持原有的紅色，說明該色素有強(qiáng)的耐光性，并且可以室內(nèi)避光長期保存。

表6 光照對(duì)無花果皮紅色素的影響Table6 Effect of light on the stability of red pigment

2.5.2 溫度的影響

分別將無花果皮紅色素溶液在不同溫度下恒溫放置2h后，觀察溶液顏色變化并測定其吸光度，結(jié)果見表7。

表7 溫度對(duì)無花果皮紅色素的影響Table7 Effect of temperature on stability of red pigment

由表7可知，溫度小于70℃時(shí)，無花果皮紅色素的顏色基本不變，說明該色素冷藏、低、中熱穩(wěn)定性比較好，可以參與食品的冷、熱加工。但高溫近沸時(shí)，色素分子易褪變脫色，因此，不宜參與焙烤食品的加工。

2.5.3 酸度的影響

取無花果皮紅色素溶液，調(diào)節(jié)不同pH值，觀察溶液顏色變化并測定其吸光度，結(jié)果見表8。

表8 酸度對(duì)紅色素穩(wěn)定性的影響Table8 Effect of pH on the stability of red pigment

由表8可知，無花果皮紅色素在酸性環(huán)境中較穩(wěn)定，有明亮的紅色；pH＞6時(shí)色素顏色開始變化，向黃色過渡；pH＞9時(shí)，呈黃綠色；pH＞12時(shí)，綠色向藍(lán)色變化。因此，該紅色素適合在酸性或弱酸性環(huán)境中使用，堿性環(huán)境中顯藍(lán)色。

2.5.4 食品添加劑的影響

取5mL無花果皮紅色素溶液5份，分別加入2mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的檸檬酸、蔗糖、食鹽、苯甲酸鈉溶液，對(duì)照樣加2mL蒸餾水，每隔2h測定一次吸光度，結(jié)果見表9。

表9 食品添加劑對(duì)無花果皮紅色素的影響Table9 Effect of food additive on the stability of red pigment

由表9可知，檸檬酸對(duì)無花果皮紅色素有護(hù)色作用，蔗糖、食鹽、苯甲酸鈉等食品添加劑影響很小。因此，無花果皮紅色素可以與常用食品添加劑混合共用。

2.5.5 氧化劑、還原劑的影響

取5mL無花果皮紅色素溶液2份，分別加入2mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%過氧化氫、亞硫酸鈉溶液，觀察色素顏色變化并測定其吸光度，對(duì)照樣同上，結(jié)果見表10。

表10 氧化劑、還原劑對(duì)紅色素的影響Table10 Effects of oxidant and reductant on the stability of red pigment

由表10可知，氧化劑H2O2對(duì)無花果皮紅色素穩(wěn)定性有一定影響，紅色變淡，但還原劑Na2SO3對(duì)色素影響不大，此色素抗還原性能比抗氧化性能好。

2.5.6 金屬離子的影響

表11 金屬離子對(duì)紅色素的影響Table11 Effect of metal ion on the stability of red pigment

取5mL無花果皮紅色素溶液若干份，分別加入0.1mol/L 各種金屬離子溶液2mL，觀察色素顏色變化并測定其吸光度，對(duì)照樣同上，結(jié)果見表1 1。

由表11可知，Na+、K+、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Al3+對(duì)該色素的吸光度和顏色沒有明顯影響，但Fe3+對(duì)色素有破壞作用，會(huì)使紅色褪去，隨時(shí)間延長呈現(xiàn)黃褐色渾濁現(xiàn)象。因此，在保存和使用該色素時(shí)應(yīng)避免與Fe3+接觸。

3 結(jié) 論

微波提取無花果皮紅色素主要影響因素的影響程度大小順序：微波功率＞微波時(shí)間＞微波溫度＞料液比。最佳提取條件：pH3自來水(稀鹽酸調(diào)pH值)作溶劑、微波功率400W、微波溫度35℃、微波輻射15min、料液比為1:20(g/mL)，無花果皮紅色素平均收率達(dá)89.69%。

無花果皮紅色素在酸性環(huán)境中性質(zhì)穩(wěn)定，并對(duì)熱、光有很好的耐受性，能與常用食品添加劑及Na+、K+、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Al3+混合使用，但Fe3+有明顯破壞作用。氧化劑H2O2對(duì)該色素也有一定干擾，溶液紅色變淡，還原劑影響不大。

無花果皮中含有豐富的天然紅色素，微波提取無花果皮紅色素操作簡單，具有省時(shí)、節(jié)能、提取率高的優(yōu)點(diǎn)，適用于無花果皮提取天然紅色素的生產(chǎn)中。

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Microwave Extraction and Stability of Red Pigment from Pericarp of Ficus carica L.

ZHANG Xiao-man，MA Yin-hai*，LIU Zhu-li，CHEN Xiao-ni
(Department of Chemical Science and Technology, Kunming University, Kunming 650214, China)

A red pigment was extracted from pericarp of Ficus carica L. by microwave technology. The optimal extraction conditions were explored by orthogonal experiments to be microwave power of 400 W, microwave treatment of 15 min, microwave treatment temperature of 35 ℃, and material-liquid ratio 1:20 (g/mL) through evaluating the extraction rate of red pigment. The extraction rate of red pigment was 89.69% under optimal extraction conditions. Meanwhile, red pigment from pericarp of Ficus carica L. exhibited strong stability to heat, light and acids. Commonly used food additives, oxidant, reluctant and metal ions such as Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Zn2+, Al3+except Fe3+did not affect the stability of red pigment. The extraction rate of red pigment of Ficus carica L. can be enhanced by microwave technology, and this red pigment has excellent stability.

pericarp of Ficus carica L.；red pigment；microwave；extraction；stability

TS264.4

A

1002-6630(2010)22-0289-04

2010-07-12

云南省教育廳科研基金項(xiàng)目(09Y0346)

張小曼(1956—)，女，副教授，本科，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物。E-mail：ynzhxm@yahoo.com.cn

*通信作者：馬銀海(1964—)，男，教授，本科，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物。E-mail：myh5929251@163.com