超聲波輔助提取山竹殼色素的工藝優(yōu)化

賴宣，章斌，侯小楨，郭麗莎，鐘曉然，靳行，康賢華

（1.廣東濟(jì)公保健食品有限公司，廣東潮安 515638；2.韓山師范學(xué)院生物系，廣東潮州 521041）

超聲波輔助提取山竹殼色素的工藝優(yōu)化

賴宣1，章斌2，侯小楨2，郭麗莎2，鐘曉然2，靳行2，康賢華2

（1.廣東濟(jì)公保健食品有限公司，廣東潮安 515638；2.韓山師范學(xué)院生物系，廣東潮州 521041）

采用超聲波法提取山竹果殼色素，并通過L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝條件。結(jié)果表明：色素在可見光區(qū)的最大吸收波長為478 nm，最佳提取工藝條件為：以70%乙醇為浸提劑，超聲波功率350 W，提取時(shí)間40 min，料液比1∶30（g/mL），提取溫度70℃，此條件下的色素提取液吸光度值A(chǔ)478為2.26。超聲波輔助提取山竹果殼色素的效率明顯高于常規(guī)提取法。

關(guān)鍵詞：山竹；色素；超聲波；優(yōu)化

食用色素作為食品添加劑的重要組成部分，具有調(diào)色、補(bǔ)色等改善食品色澤及提高食品商品價(jià)值的作用，在飲料、糖果、糕點(diǎn)、罐頭等食品加工中廣泛使用。近年來，隨著檢測技術(shù)的發(fā)展和以蘇丹紅事件為代表的食品安全問題屢屢發(fā)生，食用色素的使用安全性也越來越受到消費(fèi)者、科研人員和政府部門的關(guān)注。

山竹系藤黃科（Guttiferae）常綠喬木，其果實(shí)性偏寒涼，營養(yǎng)豐富，有解熱清涼、化解脂肪、潤膚降火、健脾生津的功效[1]；在醫(yī)學(xué)上廣泛用于腹痛、腹瀉、痢疾、感染性創(chuàng)傷、化膿、慢性潰瘍等疾病的治療[2]。目前，作為山竹果鮮銷和加工所產(chǎn)生的富含色素成分的果殼尚未得到有效利用，大多作為廢棄物處理，既浪費(fèi)資源，也不利于環(huán)境保護(hù)。國內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，包括現(xiàn)代醫(yī)學(xué)也證明，天然色素尤其是來自可食性植物的天然色素，不僅安全，有的還具有一定的營養(yǎng)和藥理作用[3-6]。本研究通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)探索了超聲波輔助提取山竹果皮色素的最佳提取工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

山竹殼：洗凈、烘干，粉碎后過篩備用。

無水乙醇、石油醚、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷：購自西隴化工有限公司且均為分析純。

UV-2800型紫外可見分光光度計(jì)：上海尤尼柯儀器有限公司；AUW120型電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；DJ-10A傾倒式粉碎機(jī)：上海淀久中藥機(jī)械制造有限公司；pHS-3C型精密酸度計(jì)：上海虹益儀器儀表有限公司；RE-52B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；HH-2型電子恒溫水浴鍋：常州華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司；CS101-A型電熱鼓風(fēng)干燥箱：重慶試驗(yàn)設(shè)備廠；KQ-5200DB型超聲波清洗器：昆山超聲儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 色素提取工藝流程

山竹殼→低溫干燥→粉碎過篩→加入提取劑→超聲波提取→抽濾→色素液

1.2.2 最適提取溶劑的選擇

準(zhǔn)確稱取山竹殼粉5.000 0 g，分別加入蒸餾水、無水乙醇、乙酸乙酯、石油醚、三氯甲烷、丙酮各100 mL，60℃下恒溫浸提4 h，抽濾，取1 mL濾液稀釋至25 mL，在190 nm～690 nm波長段掃描，測定其吸收光譜，選擇最佳提取劑。

1.2.3 色素的超聲波提取及工藝條件優(yōu)化

分別考察超聲波功率、提取時(shí)間、提取溫度和料液比四因素對山竹殼色素提取效果的影響，并在此基礎(chǔ)上開展L9（34）正交試驗(yàn)，優(yōu)化提取工藝條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取溶劑與最大吸收波長的確定

2.1.1 提取溶劑對色素提取的影響

測定山竹殼色素在不同提取劑中的吸收光譜，結(jié)果見圖1。

圖1 山竹殼色素在不同溶劑中的吸收光譜Fig.1 Spectrograms of mangosteen pigment with different extraction solvents

由圖1可知，山竹果殼色素在蒸餾水、三氯甲烷、石油醚和乙酸乙酯中的溶解度較小，較易溶于無水乙醇，在丙酮中的溶解度最大。雖然丙酮的最大吸收峰比無水乙醇的最大吸收峰大，吸收效果比無水乙醇好；但相比丙酮，乙醇毒性小且廉價(jià)，故本實(shí)驗(yàn)選用乙醇為提取劑，且主要考察在可見光波長范圍內(nèi)的吸收情況。

2.1.2 提取劑濃度及最大吸收波長的確定

選取60%、70%、80%、90%、100%濃度的乙醇，在360 nm～630 nm波長范圍內(nèi)對色素液掃描所得吸收光譜如圖2所示。

圖2表明，不同濃度乙醇液對山竹殼色素提取效果的影響變化不大，以70%乙醇的提取效果更佳，且波長在478 nm處有最大吸收峰，是山竹殼色素的最大特征吸收譜帶。因此，確定70%乙醇液為最佳浸提劑。

圖2 不同濃度乙醇的吸光度Fig.2 Absorbencies of mangosteen pigment with different content ethanol

2.2 超聲波提取色素試驗(yàn)與條件優(yōu)化

2.2.1 山竹殼粉粒度對提取效果的影響

分別稱取過 20、40、60、70、80、100 目和 120 目分樣篩的山竹殼粉各 1.000 0 g，料液比 1∶40（g/mL），提取溫度30℃，于300 W超聲功率下提取40 min，抽濾，定容，測定吸光度；結(jié)果如圖3所示。

圖3 粒度對色素提取效果的影響Fig.3 Effects of particle size on extraction

一般來說，固液接觸面的比表面積越大，越利于固相中的有效成分溶至液相中。從圖3可看出，隨山竹殼粉粒徑的減小，色素分子與乙醇溶液的接觸比表面積增大，在超聲波空化作用下，乙醇滲透至山竹殼粉內(nèi)部的速度加快，使得色素分子的擴(kuò)散阻力減小，單位時(shí)間內(nèi)有更多的色素成分溶出。本實(shí)驗(yàn)中70目以后的吸光度值基本趨于平緩，因此選擇最適粉徑粒度為70目。

2.2.2 超聲波功率對提取效果的影響

稱取過70目篩的山竹殼粉1.000 0 g，料液比1∶40（g/mL），提取溫度 30 ℃，分別在 200、250、300、350、400、450、500 W 條件下超聲提取 40 min，抽濾，定容，測定吸光度，結(jié)果如圖4所示。

色素提取液的吸光度隨超聲功率的增大而逐漸增大，于400 W時(shí)達(dá)至最大；之后隨功率的繼續(xù)增大而降低。這是由于超聲波功率過大時(shí)，其所產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)對色素結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定破壞，反而降低色素提取率。因此，超聲波功率選擇400 W較合適。

圖4 超聲波功率對色素提取效果的影響Fig.4 Effects of ultrasonic power on extraction

2.2.3 提取時(shí)間對提取效果的影響

料液比 1∶40（g/mL），提取溫度30℃，于400 W超聲功率下分別提取 30、40、50、60、70、80 min，抽濾，定容，測定吸光度，結(jié)果如圖5所示。

圖5 提取時(shí)間對色素提取效果的影響Fig.5 Effects of extraction time on extraction

圖5表明，隨浸提時(shí)間的延長，所得色素提取液的吸光度值隨之增大，即色素的提取量增大，40 min時(shí)達(dá)至最大，表明色素已基本提取完全；若繼續(xù)延長提取時(shí)間，可能會(huì)造成色素分子的破壞，故選取40 min為最佳浸提時(shí)間。

2.2.4 提取溫度對提取效果的影響

料液比 1∶40（g/mL），超聲功率 400 W，分別在 30、40、50、60、70、80 ℃條件下提取 40 min，抽濾，定容，測定吸光度，結(jié)果如圖6所示。

圖6 提取溫度對色素提取效果的影響Fig.6 Effects of temperature on pigment extraction

色素提取液的吸光度隨提取溫度的升高而增大，60℃后的吸光度變化曲線表現(xiàn)平穩(wěn)，為節(jié)省能耗，本實(shí)驗(yàn)選擇60℃為最佳提取溫度。

2.2.5 料液比對提取效果的影響

超聲功率400W，提取溫度60℃，分別在 1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70（g/mL）條件下提取 40 min，抽濾，定容，測定吸光度，結(jié)果見圖7。

圖7 料液比對色素提取效果的影響Fig.7 Effects of material-liquid ratio on pigment extraction

由圖7可知，隨料液比的增大，吸光度呈先增大后降低的趨勢，料液比1∶30（g/mL）時(shí)的色素液已趨于飽和，吸光度達(dá)至最大。從節(jié)約溶劑的角度考慮，本實(shí)驗(yàn)確定料液比為 1∶30（g/mL）。

2.2.6 超聲波提取山竹殼色素的工藝條件優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取超聲波功率、提取時(shí)間、料液比和提取溫度4個(gè)因素，開展L9（34）正交試驗(yàn)以優(yōu)化提取工藝條件，正交試驗(yàn)方案及結(jié)果見表1。

表1 L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 1Results and analysis of L9（34）orthogonal test

表1的直觀分析結(jié)果表明，2號(hào)試驗(yàn)組即A1B2C2D2提取效果最好；極差分析表明：影響山竹殼色素提取效果的因素主次順序?yàn)锽（提取時(shí)間）＞C（料液比）＞A（超聲波功率）＞D（提取溫度）；超聲波提取山竹殼色素的優(yōu)化工藝條件組合為A1B2C2D3。因此，需進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，以確定最優(yōu)提取工藝條件。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，確定超聲波提取山竹殼色素的最優(yōu)條件為A1B2C2D3，即超聲波功率350 W，提取時(shí)間40 min，料液比1∶30，提取溫度70℃，此條件下的色素提取液吸光度值A(chǔ)478為2.26。

2.2.7 超聲波優(yōu)化提取與同條件常規(guī)提取效果比較

在相同條件下（料液比1∶30 g/mL，山竹殼粉粒徑大小 70目），分別在 30、40、50、60、70℃溫?zé)崴统暡ㄌ崛∑鳎?50 W、30℃）中萃取不同時(shí)間，抽濾，定容后，于478 nm下測定吸光度，結(jié)果見圖8。

圖8 兩種提取方法對色素提取效果的影響Fig.8 Effects of different extracting way on pigment extraction

由圖8可知，在相同提取溫度下，在超聲波的超聲破碎、局部高溫、空化及機(jī)械振動(dòng)作用下，超聲波輔助法在單位時(shí)間內(nèi)較常規(guī)水浸提法能促使更多的色素成分溶出；同時(shí)，隨水浸提溫度的升高，色素液吸光度值有所增大，但升高幅度較小，對山竹殼色素的提取效果仍遠(yuǎn)不及超聲波法。

3 結(jié)論

1）研究結(jié)果表明，70%乙醇是山竹殼色素的最佳提取劑。在可見光波長范圍內(nèi)的最適吸收波長為478 nm。

2）正交試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波法提取山竹殼色素的最佳工藝條件為超聲波功率350 W，提取時(shí)間40 min，料夜比 1∶30（g/mL），提取溫度 70 ℃，此條件下的色素提取液吸光度值A(chǔ)478為2.26。且通過對比常規(guī)水浸提法，試驗(yàn)結(jié)果表明在相同條件下，超聲波輔助提取可較大幅度提高山竹殼果皮色素的提取效率。

：

[1]王宗訓(xùn).中國資源植物利用手冊[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1989:68-70

[2]彭文書,陳毅堅(jiān),鐘文武,等.山竹果殼色素的穩(wěn)定性及抑菌活性研究[J].食品研究與開發(fā),2011,32(12):55-60

[3]陳平,閻萍.葡萄皮色素的穩(wěn)定性研究[J].食品工業(yè)科技,1996,97(5):11-15

[4]王薇.食用天然色素的營養(yǎng)保健作用[J].中國食物與營養(yǎng),2005,(1):45-47

[5]趙吉壽,顏莉.天然食用玉米黃色素提取與性質(zhì)研究[J].云南民族學(xué)院學(xué)報(bào):自科版,1995,4(1):41-45

[6]章斌,侯小楨,郭麗莎.山竹殼色素的穩(wěn)定性研究[J].食品與機(jī)械,2011,27(3):35-37

Optimization of Pigment Extraction from Mangosteen Shell by Ultrasonic

LAI Xuan1，ZHANG Bin2，HOU Xiao-zhen2，GUO Li-sha2，ZHONG Xiao-ran2，JIN Xing2，KANG Xian-hua2
（1.Guang Dong Ji Gong Health Food Co.，Ltd.，Chao'an 515638，Guangdong，China；2.Department of Biology，Hanshan Normal College，Chaozhou 521041，Guangdong，China）

Abstract：Extraction experiments of mangosteen pigment by ultrasonic was explored，and process conditions through L9（34） orthogonal test was optimized in this paper.Results showed that the maximum absorption wave length of pigment was 478 nm；the optimal extraction conditions were as follows，ultrasonic power 350 W，temperature70℃，extractiontime40min，ratioofliquidtosolid1∶30 （g/mL）with70%ethanol（volumeratio）as extraction solution；the A478nmabsorbance value was 2.26 under this condition.Meanwhile，extraction efficiency of mangosteenshellpigmentassistedwithultrasonicwasobviouslysuperiortoconventionalextractionmethod.

Key words：mangosteen；pigment；ultrasonic；optimization

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.13.009

賴宣（1964—），男（漢），助理工程師，學(xué)士，從事食品研發(fā)與生產(chǎn)管理工作。

2013-04-06