微波輔助提取仙人掌果紅色素及穩(wěn)定性研究

李媛媛，胡新新，陳偉娜，郭鸰，李小紅

（乳品科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

微波輔助提取仙人掌果紅色素及穩(wěn)定性研究

李媛媛，胡新新，陳偉娜，郭鸰*，李小紅

（乳品科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

主要研究微波輔助提取仙人掌果紅色素的最佳提取條件，并對(duì)紅色素的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)確定微波輔助提取仙人掌果紅色素的最佳工藝條件為微波作用時(shí)間2min，微波功率119W，料液比1∶20，溫度40℃，提取時(shí)間65min，仙人掌果紅色素提取效果最好。pH，光照，氧化劑，還原劑對(duì)色素穩(wěn)定性有顯著影響，抗壞血酸的存在對(duì)色素的穩(wěn)定性的影響不顯著。

仙人掌果；色素；微波提?。环€(wěn)定性

食品中的天然色素安全性高，具有營(yíng)養(yǎng)和保健的作用，在食品工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著重要的地位，因而需求量日益增加。目前自然界中的植物及其果實(shí)中所含有的天然色素的開(kāi)發(fā)和利用已逐漸成為人們研究的焦點(diǎn)。微波具有提取效率高，快速簡(jiǎn)單，加熱均勻的優(yōu)點(diǎn)，是一種具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦偷奶崛〖夹g(shù)。

本實(shí)驗(yàn)以仙人掌果為原料，采用冷凍后，以乙醇作為溶劑，研究微波輔助條件下仙人掌果紅色素提取的最佳工藝條件并對(duì)pH，光照，氧化劑，還原劑，抗壞血酸，對(duì)色素的穩(wěn)定性影響進(jìn)行研究，這對(duì)仙人掌果的產(chǎn)業(yè)化具有一定重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

仙人掌果：海南野生品種

藥品：無(wú)水乙醇，0.1%鹽酸，1.0%氫氧化鈉，200目紗布，濾紙，亞硫酸鈉，H2O2，抗壞血酸。

LG10-2.4A高速離心機(jī)：北京醫(yī)用離心機(jī)廠；721可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海光譜儀器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海申生科技有限公司；JJ-2B高速組織搗碎機(jī)：江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；pH計(jì)，電子天平，比色杯，移液槍，燒杯，玻璃棒，試管，容量瓶，量筒。

1.2 方法

1.2.1 最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定

用721分光光度計(jì)測(cè)定波長(zhǎng)400 nm～700 nm仙人掌果色素溶液的吸光度，繪制吸收光譜曲線，并根據(jù)曲線，確定最大吸光值[1]。

1.2.2 原料預(yù)處理

將仙人掌果清洗去刺、去皮，取出果肉部分，放入高速組織搗碎機(jī)中粉碎成漿狀，放入冰箱備用。

1.2.3 提取工藝流程

原料→預(yù)處理→提取→微波作用→定容→離心→過(guò)濾→測(cè)吸光值

1.2.4 仙人掌果紅色素提取的單因素實(shí)驗(yàn)

在仙人掌果紅色素提取單因素實(shí)驗(yàn)中，依次改變提取溫度、液料比、浸提時(shí)間、微波作用時(shí)間，微波功率，以吸光度為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行結(jié)果分析。

1.2.5 仙人掌果紅色素穩(wěn)定性研究

取1.00 g仙人掌果漿體于錐形瓶中，分別控制其他條件一致，研究pH，光照，氧化劑，還原劑，抗壞血酸對(duì)仙人掌果紅色素穩(wěn)定性的影響。

1.2.6 數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法：運(yùn)用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 仙人掌果紅色素最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定

提取后的仙人掌果紅色素經(jīng)過(guò)濃縮后，對(duì)其在波長(zhǎng)400 nm～700 nm之間進(jìn)行吸光值得測(cè)定，繪制曲線后確定最大吸收波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)表明，最大吸光值在波長(zhǎng)540 nm處。根據(jù)文獻(xiàn)表明仙人掌果紅色素的最大吸光值在535 nm左右，基本符合。

2.2 單因素對(duì)仙人掌果紅色素提取影響的結(jié)果

2.2.1 提取溫度對(duì)色素提取的影響

錐形瓶中加入50%乙醇溶液20mL，分別放在30、40、50、60、70℃水浴鍋中水浴60min，然后于385W的功率下微波2min，8 000 r/s，15min離心取上清液，在540 nm處測(cè)定各個(gè)提取溫度的上清液的吸光度，每個(gè)處理做3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。

圖1 溫度對(duì)紅色素提取的影響Fig.1 Response of extraction temperature on the extraction of red pigment

由圖1可以看出，隨著提取溫度的升高，吸光值逐漸下降，溫度的升高導(dǎo)致天然色素分解，使得吸光度下降，40℃是提取效果最好。

2.2.2 料液比對(duì)色素提取的影響

錐形瓶中加入50%乙醇溶液10、20、30、40、50mL，放在50℃水浴鍋中水浴60min，然后于385W的功率下微波2min，8 000 r/s，15min離心吸取上清液，在540 nm處測(cè)定吸光度。每個(gè)處理做3個(gè)平行。由圖2可以看出，隨著料液比的增大，即提取溶劑體積增加，吸光值逐漸下降，隨著提取溶劑的增加，色素相當(dāng)于被稀釋了，在提取溶劑為20mL時(shí)，吸光度最大。

圖2 料液比對(duì)吸光值的影響Fig.2 Response of material ratio on extraction of red pigment

2.2.3 提取時(shí)間對(duì)色素提取的影響

錐形瓶中加入50%乙醇溶液20mL，放在50℃水浴鍋中水浴，分別提取30、50、60、70、80、90min然后于385W的功率下微波2min，8 000 r/s，15min離心，之后吸取上清液，在540 nm處測(cè)定各個(gè)提取時(shí)間的上清液的吸光度。每個(gè)處理做3個(gè)平行。

圖3 浸提時(shí)間對(duì)吸光值的影響Fig.3 Response of extraction time on extraction of red pigment

由圖3可以看出，在提取時(shí)間為65min時(shí)吸光值達(dá)到最大，65min后隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，色素被分解，所以吸光值逐漸下降。

2.2.4 微波作用時(shí)間對(duì)色素提取的影響

錐形瓶中加入50%乙醇溶液20mL，放在50℃水浴鍋中水浴，提取60min，然后于385W的功率微波下分別作用1、2、3、4，5min，8 000 r/s，15min離心，之后吸取上清液，在540 nm處測(cè)定各個(gè)微波作用時(shí)間的上清液的吸光度。每個(gè)處理做3個(gè)平行。

圖4 微波作用時(shí)間對(duì)吸光值的影響Fig.4 Response of microwave time on extraction of red pigment

由圖4可以看出，隨著微波作用時(shí)間的增長(zhǎng)，吸光值逐漸下降，在微波作用時(shí)間為2min提取效果最佳。

2.2.5 微波功率對(duì)色素提取的影響

錐形瓶中加入50%乙醇溶液20mL，放在50℃水浴鍋中水浴，提取60min，然后分別于119、231、385、539、700W的功率下微波2min，8 000 r/s，15min離心，之后吸取上清液，在540 nm處測(cè)定各個(gè)微波功率的上清液的吸光度。每個(gè)處理做3個(gè)平行。

圖5 微波功率對(duì)吸光值的影響Fig.5 Response of microwave power on extraction of red pigment

由圖5可知，在微波功率為119W時(shí)吸光值達(dá)到最大，119W后隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，色素被分解，所以吸光值逐漸下降。

2.3 仙人掌果色素穩(wěn)定性研究結(jié)果

2.3.1 pH對(duì)仙人掌果紅色素的影響

取5.00 g仙人掌果漿體于錐形瓶中，用1.0mol/L HCl，1.0mol/LNaOH調(diào)節(jié)pH，使pH分別為3、5、7、9、11、13，并定容至100mL，靜置，觀察其色素顏色變化，并進(jìn)行吸光度測(cè)定，每個(gè)處理做3個(gè)平行[3]。仙人掌果紅色素的pH在6左右，通過(guò)鹽酸和NaOH稀溶液進(jìn)行pH的調(diào)節(jié)，并測(cè)定其吸光度，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 不同pH對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of pH on pigment stability

由圖6可知，在酸性條件下隨著pH的增加吸光值逐漸增大，紅色素比較穩(wěn)定；在堿性條件下，色素逐漸被分解，所以吸光值逐漸呈減小的趨勢(shì)，可看出仙人掌果紅色素在pH5～7條件下?lián)p失最小。

2.3.2 光照對(duì)仙人掌果紅色素的影響

取5.00 g仙人掌果漿體于錐形瓶中并放置在自然光下，同時(shí)進(jìn)行相同條件下的暗室處理，每天進(jìn)行吸光值的測(cè)定，以作比較，每個(gè)處理做3個(gè)平行[4]。在研究光照對(duì)仙人掌果紅色素的影響過(guò)程中，采用自然光照，同時(shí)進(jìn)行一組相同條件下的暗室處理以作比較，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 不同光照時(shí)間對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effects of time of sunlight on pigment stability

由圖7可知，光照對(duì)色素穩(wěn)定性有影響。實(shí)驗(yàn)要保證除光照條件外其他條件的一致性，以防干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.3.3 氧化劑對(duì)仙人掌果紅色素的影響

以雙氧水作為氧化劑，配制體積分?jǐn)?shù)為0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%的等量雙氧水，以蒸餾水作為對(duì)照，取色素提取液10mL稀釋至100mL，分別加入不同濃度的雙氧水溶液3mL，振蕩后室溫放置5 h后并測(cè)定吸光值，每個(gè)處理做3個(gè)平行。

圖8 雙氧水對(duì)仙人掌果紅色素穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of H2O2on pigment stability

由圖8可知，隨著雙氧水體積分?jǐn)?shù)的增大，吸光值逐漸減小，說(shuō)明紅色素被雙氧水分解使得吸光值下降，所以雙氧水對(duì)仙人掌果紅色素穩(wěn)定性有影響。實(shí)驗(yàn)中，要保證在靜置過(guò)程中要放在暗處，以防光照對(duì)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。

2.3.4 還原劑對(duì)仙人掌果紅色素的影響

以Na2SO3作為還原劑，配制體積分?jǐn)?shù)為0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的等量Na2SO3溶液，以蒸餾水作為對(duì)照，取色素提取液10mL稀釋至100mL，分別加入不同濃度的Na2SO3溶液3mL，振蕩后室溫放置5 h后測(cè)定吸光值，每個(gè)處理做3個(gè)平行。由圖9可知，隨著亞硫酸鈉體積分?jǐn)?shù)的增大，吸光值逐漸減小，說(shuō)明紅色素被雙氧水分解使得吸光值下降，所以亞硫酸鈉對(duì)仙人掌果紅色素穩(wěn)定性有影響。實(shí)驗(yàn)中，要保證在靜置過(guò)程中要放在暗處，以防光照對(duì)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。

2.3.5 抗壞血酸對(duì)仙人掌果紅色素的影響

圖9 亞硫酸鈉對(duì)仙人掌果紅色素穩(wěn)定性的影響Fig.9 Effect of Na2SO3on pigment stability

配制0.05%、0.1%、0.2%、0.5%的抗壞血酸，以蒸餾水作為對(duì)照，各取10mL色素濃縮液稀釋至100mL，并加入上述不同濃度的抗壞血酸溶液，搖勻，靜置1h后觀察紅色素，測(cè)吸光度，吸光值的變化反應(yīng)色素含量的變化[5]，每個(gè)處理做3個(gè)平行。

表1 抗壞血酸對(duì)仙人掌果紅色素的影響Table1 Effect of Vc on pigment stability

由表1可知，在不同的抗壞血酸濃度下，吸光值變化較小，且提取液顏色無(wú)變化，故抗壞血酸對(duì)仙人掌果紅色素的穩(wěn)定性無(wú)影響。

3 結(jié)論

通過(guò)研究，微波輔助提取仙人掌果紅色素最佳提取條件為微波作用時(shí)間2min，微波功率為119W料液比1∶20，溫度40℃，提取時(shí)間65min。在測(cè)定仙人掌果紅色素化學(xué)特性過(guò)程中，仙人掌果紅色素的最大吸光值在540 nm處；pH對(duì)仙人掌果紅色素影響顯著，顏色隨pH的增大而紅色逐漸加深，最適pH為5～7，光照對(duì)色素具有一定的分解作用，所以仙人掌果紅色素應(yīng)避光保存。隨氧化劑、還原劑體積分?jǐn)?shù)的增加，色素破壞程度越大?？箟难岬拇嬖趯?duì)色素的穩(wěn)定性沒(méi)有本質(zhì)上的影響。

仙人掌果紅色素作為一種功能性色素，提取方便且成本較低，可作為一種天然色素應(yīng)用于食品中，但由于溫度，pH，光照等會(huì)影響色素的穩(wěn)定性，會(huì)限制其應(yīng)用范圍，使用時(shí)應(yīng)注意。

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Microwave-assisted Extraction of Pigments from Cactus Pear Fruit and Study on Stability

LI Yuan-yuan，HU Xin-xin，CHEN Wei-na，GUO Ling*，LI Xiao-hong
（Key Laboratory of Dairy Science，Ministry of Education，Northeast Agricultural University，College of Food，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

The aim of this study is to determine best conditions of microwave-assisted extraction pigments from cactus pear fruit and the stability of the red pigment was researched.The optimum conditions for microwave-assisted extraction pigments from cactus pear fruit is microwave 2 min，microwave power 119W，1∶20，temperature 40℃，extraction time 65min determined by single factor experiments.pH，light，oxidant，reluctant has an effect on the stability of pigment and the presence of ascorbic acid effects on the stability of the pigment is not essential.

cactus pear fruit；pigment；microwave extraction；stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.16.013

2013-06-02

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心開(kāi)放資助項(xiàng)目

李媛媛（1992—），女（漢），本科，研究方向：畜產(chǎn)品加工。

*通信作者