天然楮果色素提取工藝的優(yōu)化

李 洋，李海亮，張 媛，李 琳，欽傳光

(西北工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院，陜西 西安 710072)

隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)色素安全問(wèn)題日益重視。人工合成色素因具有毒性[1]，應(yīng)用受到限制，尤其是在食品、藥品、化妝品等行業(yè)；而來(lái)自自然界的天然色素因無(wú)毒副作用，產(chǎn)銷量逐年增長(zhǎng)[2]，2005年天然色素的產(chǎn)量已達(dá)10 680 t[3]。目前，我國(guó)允許使用的食用天然色素有40多種[4]，開發(fā)利用無(wú)毒副作用的天然色素已成為色素產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

楮果(BroussonetiapapyriferaL.Vent.)是?？茦?gòu)樹屬植物構(gòu)樹的果實(shí)，在我國(guó)民間用作中藥材。楮果橙紅色素色澤鮮艷、性質(zhì)穩(wěn)定、安全性好[5]，且構(gòu)樹適應(yīng)性強(qiáng)，在我國(guó)分布廣泛，來(lái)源充足。因此，楮果色素具有潛在的工業(yè)實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，適合作為天然色素進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用研究。徐子婷等[6]探討了用純水作溶劑的提取工藝條件，但采用純水作溶劑進(jìn)行提取時(shí)，楮果富含的可溶性成分如果膠、糖類、蛋白質(zhì)等也同時(shí)被大量地提取出來(lái)，嚴(yán)重干擾分析結(jié)果，并且對(duì)色素的進(jìn)一步精制和純化帶來(lái)不利影響，步驟繁瑣，成本和能耗較高。

為此，作者在此以乙醇為溶劑從楮果中提取色素，測(cè)定了楮果色素的最大吸收波長(zhǎng)及pH值穩(wěn)定性，優(yōu)化了提取工藝條件，擬為開發(fā)利用楮果色素資源奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

新鮮的成熟楮果，七月份采摘于西安地區(qū)，塑料袋(桶)封裝，冷藏備用。

無(wú)水乙醇、36％鹽酸、氯化鉀、甘氨酸、磷酸氫二鈉、檸檬酸、氫氧化鈉均為分析純。

不同pH值的緩沖溶液(mol·L-1)：

pH值1：鹽酸+氯化鉀(0.04+0.05)；

pH值3：甘氨酸+鹽酸(0.05+0.0114)；

pH值5：磷酸氫二鈉+檸檬酸(0.103+0.0485)；

pH值7：磷酸氫二鈉+檸檬酸(0.1647+0.01765)；

pH值9：甘氨酸+氫氧化鈉(0.05+0.0088)；

pH值11：甘氨酸+氫氧化鈉(0.05+0.052)。

U-3310型紫外可見分光光度計(jì)，日本日立公司；PB-10型pH計(jì)，德國(guó)Sartorius公司；N-1001型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、SB-2000型水浴鍋，日本東京理化器械株式會(huì)社。

1.2 方法

1.2.1 楮果色素的提取

選取新鮮、成熟的楮果，去核，按料液比1∶30(g∶mL，下同)加入80％(體積分?jǐn)?shù)，下同)乙醇，室溫浸提4 h；浸提液用濾紙過(guò)濾除去殘?jiān)?，置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在30 ℃水浴減壓蒸餾，得到濃縮液；低溫避光保存。

1.2.2 楮果色素最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定

將楮果色素濃縮液用80％乙醇稀釋5倍，使吸收波長(zhǎng)位于紫外可見分光光度計(jì)的線性范圍內(nèi)，在200～800 nm掃描，測(cè)定楮果色素的最大吸收波長(zhǎng)。

1.2.3 楮果色素pH值穩(wěn)定性的考察

取0.2 mL楮果色素濃縮液，分別用不同pH值的緩沖溶液稀釋10倍，在200～800 nm掃描，測(cè)定楮果色素的pH值穩(wěn)定性(以相應(yīng)緩沖溶液作參比)。

1.2.4 楮果色素提取的單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.4.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)浸提效果的影響

稱取5 g去核楮果，分別浸于50 mL 0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％的乙醇中，40 ℃浸提2 h，過(guò)濾，于485 nm下測(cè)定吸光度進(jìn)行比較。

1.2.4.2 料液比對(duì)浸提效果的影響

稱取2 g去核楮果，與80％乙醇分別按料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶45、1∶50混合，40 ℃浸提2 h，過(guò)濾，于485 nm下測(cè)定吸光度進(jìn)行比較。

1.2.4.3 浸提時(shí)間對(duì)浸提效果的影響

稱取2 g去核楮果，與80％乙醇按料液比1∶35混合，于40 ℃分別浸提1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，過(guò)濾，于485 nm下測(cè)定吸光度進(jìn)行比較。

在工程項(xiàng)目管理當(dāng)中應(yīng)用價(jià)值工程分析方法，可以將其作為整體系統(tǒng)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行功能性分析，還可以創(chuàng)造和評(píng)價(jià)方案，詳細(xì)分析用戶所需功能。因此，從某種意義上看，價(jià)值工程得本質(zhì)在于采用低成本獲得高性能的建設(shè)項(xiàng)目。其次，價(jià)值工程主要在于功能性分析，所以在項(xiàng)目具體實(shí)施期間需要全面分析工程的功能性。由于價(jià)值工程借助集體智慧實(shí)現(xiàn)，所以屬于一項(xiàng)具備領(lǐng)導(dǎo)組織的活動(dòng)。

1.2.4.4 浸提溫度對(duì)浸提效果的影響

稱取2 g去核楮果，與80％乙醇按料液比1∶35混合，分別于20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃浸提2 h，過(guò)濾，于485 nm下測(cè)定吸光度進(jìn)行比較。

1.2.5 楮果色素提取的正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究楮果色素的最優(yōu)提取工藝條件。選擇浸提溫度、浸提時(shí)間、料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)為考察因素，進(jìn)行L16(44)正交實(shí)驗(yàn)，其因素與水平見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平

2 結(jié)果與討論

2.1 楮果色素的最大吸收波長(zhǎng)

楮果色素在80％乙醇中的紫外可見吸收光譜如圖1所示。

圖1 楮果色素的紫外可見吸收光譜

由圖1可看出，楮果色素的可見光區(qū)最大吸收波長(zhǎng)為485 nm。由比爾定律可知，吸光度與色素濃度成正比，因此本實(shí)驗(yàn)采用485 nm處的吸光度間接表示色素濃度。

2.2 楮果色素的pH值穩(wěn)定性

圖2 楮果色素在不同pH值緩沖溶液中的紫外可見吸收光譜

由圖2可看出，楮果色素在pH值 1、3、5、7、9的緩沖溶液中均穩(wěn)定存在，分子結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化；而在pH值為11的緩沖溶液中的吸收光譜變化較大。表明楮果色素在pH值1～9的溶液中穩(wěn)定性良好。

2.3 楮果色素提取的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)浸提效果的影響(圖3)

圖3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)浸提效果的影響

由圖3可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到80％時(shí)，吸光度最大、浸提效果最好；其次為70％和90％乙醇。這是因?yàn)?，乙醇體積分?jǐn)?shù)較低時(shí)，會(huì)在提取過(guò)程中引入部分果膠、糖類、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，增大色素純化難度，增加成本。因此，選擇80％左右乙醇作浸提液，既可減少色素浸提液中的雜質(zhì)含量，又能方便色素浸提液濃縮及回收乙醇。

2.3.2 料液比對(duì)浸提效果的影響(圖4)

圖4 料液比對(duì)浸提效果的影響

由圖4可知，料液比在1∶35時(shí)，吸光度最大、浸提效果最好。這是因?yàn)?，料液比較高(溶劑用量較少)時(shí)，色素溶出量少，浸提效果差；料液比過(guò)低(溶劑用量過(guò)多)時(shí)，溶出的雜質(zhì)相應(yīng)增多[7]，增大了后續(xù)濃縮工作量。因此，料液比選擇1∶35左右較為適宜。

2.3.3 浸提時(shí)間對(duì)浸提效果的影響(圖5)

圖5 浸提時(shí)間對(duì)浸提效果的影響

由圖5可知，浸提時(shí)間短于2 h，色素濃度隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸升高；2 h后色素濃度趨于平穩(wěn)，不再升高。因此，浸提時(shí)間選擇2 h左右較為適宜。

2.3.4 浸提溫度對(duì)浸提效果的影響(圖6)

圖6 浸提溫度對(duì)浸提效果的影響

由圖6可知，浸提溫度為40 ℃時(shí)，吸光度最大、浸提效果最好；繼續(xù)升高溫度，吸光度略有降低。因此，浸提溫度選擇40 ℃左右較為適宜。

2.4 楮果色素提取的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表2)

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

由表2可知，各因素對(duì)楮果色素浸提效果的影響大小依次為：乙醇體積分?jǐn)?shù)>浸提溫度>浸提時(shí)間>料液比，其中乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)楮果色素浸提效果的影響最大，料液比對(duì)提取效果的影響最小。最優(yōu)提取工藝條件為A3B2C3D3，即80％乙醇作浸提液、料液比1∶35(g∶mL)、浸提時(shí)間2 h、浸提溫度40 ℃。

以料液比為誤差，在α=0.10水平進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 正交實(shí)驗(yàn)方差分析(α=0.10)

由表3可知，因素D差異有顯著性。

3 結(jié)論

在乙醇溶液中，楮果色素在可見光區(qū)的最大吸收波長(zhǎng)為485 nm，并在pH值為1～9的溶液中具有良好的穩(wěn)定性。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定楮果色素的最優(yōu)提取工藝條件為：以80％乙醇作浸提液、料液比1∶35(g∶mL)、浸提溫度40 ℃、浸提時(shí)間2 h。為大規(guī)模開發(fā)利用天然楮果色素資源奠定了基礎(chǔ)。

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