茄子皮紅色素浸提工藝及穩(wěn)定性研究

田喜強(qiáng)，董艷萍，馬松艷

（綏化學(xué)院 食品與制藥工程系，黑龍江 綏化 152061）

普遍使用的合成食用色素多是焦油類物質(zhì)，一般含有苯環(huán)、萘環(huán)等芳香環(huán)，對人體器官都有不同程度的危害，一些能誘發(fā)染色體變異，甚至可以致癌。合成色素安全性的不斷降低，致使合成色素的使用程度受到限制，尤其是在食品、醫(yī)藥和化妝品行業(yè)[1-4]。對比而言，天然色素色澤自然，安全可靠，同時兼有營養(yǎng)和藥理作用，因而在食品工業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用[5-8]。近年來，我國對天然色素提取進(jìn)行了較深入的探索，取得了一些可喜的成果。目前，已開發(fā)成功的天然色素有葡萄紅色素、蘿卜色素、紫玉米色素、紫甘藍(lán)色素以及紫薯花青素等[9-14]。

茄子為一年生草本植物，在我國廣大地區(qū)種植，是人們喜愛的蔬菜之一。茄子皮中含有豐富的花青素可作為天然食用色素，茄子皮色素具有很強(qiáng)的抗氧化活性和穩(wěn)定性，對人體器官無害，可增強(qiáng)人體免疫機(jī)能，降低血脂等效果[15-16]，然而茄子皮常常作為食品加工的副產(chǎn)物被丟棄，且對環(huán)境產(chǎn)生污染。因此，從茄子皮中提取茄子皮花色素有一定的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，不僅為茄子的綜合利用開辟了一條新途徑，而且可以減少環(huán)境污染，變廢為寶。本研究在超聲波輔助條件下，考察了茄子皮紅色素的浸提工藝，通過正交試驗對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，對茄子皮色素的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，為茄子皮紅色素的進(jìn)一步應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茄子（市售），去皮，烘干，粉碎過80目篩。

乙酸、乙醇、乙酸乙酯、氯仿（分析純）：天津市科迪化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TU-1901紫外可見分光光度計：北京普析通用公司；KQ300VDE雙頻超聲清洗儀：昆山超聲儀器公司；G-903 MB數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱：天津市泰斯特儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 茄子皮紅色素最大吸收波長的測定

取一定量茄子皮色素提取液用體積分?jǐn)?shù)8%的乙酸溶液稀釋至適當(dāng)濃度，采用TU-1901紫外可見分光光度計測定茄子皮紅色素的吸收光譜，確定其最大吸收波長。

1.3.2 茄子皮色素浸提條件的選擇

最佳提取溶劑的選擇：準(zhǔn)確稱取5份5.00g粉碎的茄子皮，分別加入蒸餾水、乙醇、乙酸乙酯、乙酸和氯仿各30mL，室溫條件下浸提50 min，觀察其顏色，過濾，利用TU-1901分光光度計測定其浸提液的吸光度值，確定最佳提取溶劑。

最佳提取液體積分?jǐn)?shù)的確定：準(zhǔn)確稱取5份5.00g粉碎的茄子皮，分別加入體積分?jǐn)?shù)2%、4%、6%、8%和10%的乙酸各30mL，室溫條件下浸提50min，過濾，利用TU-1901分光光度計測定其浸提液的吸光度值，確定最佳提取液體積分?jǐn)?shù)。

最佳料液比的確定：準(zhǔn)確稱取5份5.00g粉碎的茄子皮，分別加入10mL、20mL、30mL、40mL、50mL和60mL體積分?jǐn)?shù)8%的乙酸，室溫條件下浸提50min，過濾，利用TU-1901分光光度計測定其浸提液的吸光度值，確定最佳料液比。

最佳提取溫度的確定：準(zhǔn)確稱取5份5.00g粉碎的茄子皮，各加入體積分?jǐn)?shù)8%的乙酸50mL，調(diào)節(jié)溫度為40℃、50℃、60℃、70℃、80℃浸提50min，觀察其顏色，過濾，利用TU-1901分光光度計測定其浸提液的吸光度值，確定最佳提取溫度。

最佳提取時間的確定：準(zhǔn)確稱取5份5.00g粉碎的茄子皮，各加入50mL體積分?jǐn)?shù)8%的乙酸，室溫條件下分別浸提20min、30min、40min、50min、60min和70min，觀察其顏色變化，過濾，利用TU-1901分光光度計測定其浸提液的吸光度值，確定最佳提取時間。

1.3.3 茄子皮紅色素提取條件的優(yōu)化

在上述各試驗條件中選取時間、酸濃度、料液比和溫度這4個影響較大的因素對茄子皮紅色素的提取條件進(jìn)行優(yōu)化，并對其進(jìn)行4因素3水平的正交試驗，尋找最佳的色素提取條件，試驗設(shè)計由表1所示。

表1 茄子皮紅色素提取條件優(yōu)化正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for eggplant peel red pigment extraction conditions optimization

1.3.4 茄子皮色素的穩(wěn)定性試驗

金屬離子對茄子皮紅色素穩(wěn)定性的影響：取10支具塞試管，分別加適量的色素提取液，然后向試管中各加入6mL 0.2mol/L的含有Mg2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Ca2+的溶液，室溫條件下分別放置1h和6h后，波長528nm處測定其吸光度值。

溫度對茄子皮紅色素穩(wěn)定性的影響：將適量的色素提取液，稀釋20倍，放入具塞試管中，分別在40℃、50℃、60℃、70℃和80℃的條件下放置50min后，利用TU-1901紫外分光光度計在波長528nm處測定吸光度值。

光照對茄子皮紅色素穩(wěn)定性的影響：稱取適量色素提取液5份，用蒸餾水定容至10mL，放在日光直射區(qū)，在0、2h、4h、6h、8h、12h后，利用TU-1901紫外分光光度計在波長528nm處測定其吸光度值。

2 結(jié)果與分析

2.1 茄子皮色素最大吸收波長的確定

取一定量茄子皮色素提取液用8%乙酸溶液稀釋至適當(dāng)濃度，使用紫外分光光度計在波長400～650nm范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，確定茄子皮紅色素提取液的最大吸收波長。平行3次掃描，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，花青素提取液最大吸收波長為528nm。

圖1 茄子皮紅色素的紫外掃描圖Fig.1 UV scan of eggplant peel red pigment

2.2 提取溶劑的選擇

由表2可知，茄子皮色素既能溶于有機(jī)溶劑，又能溶于非極性有機(jī)溶劑，但溶于乙酸時吸光度值最大，顏色最深。因此，選擇乙酸作為提取茄子皮色素的提取溶劑。

表2 茄子皮在不同提取溶劑的提取效果Table 2 Extraction effect of eggplant peel in different extraction solvents

2.3 提取溶劑體積分?jǐn)?shù)的選擇

由表3可知，利用體積分?jǐn)?shù)8%乙酸提取的茄子皮色素吸光度值最大，且顏色最深。因此，選擇體積分?jǐn)?shù)8%乙酸作為提取茄子皮色素的提取劑。

表3 茄子皮在不同濃度乙酸的提取效果Table 3 Extraction effect of eggplant peel in different concentrations of acetic acid

2.4 料液比的影響

圖2為料液比對茄子皮紅色素提取的影響，以8%乙酸溶液為提取液，在400W超聲輔助下，采用不同料液比對茄子皮紅色素提取，利用紫外光度計在波長528nm處測定其吸光度值。圖2表明，料液比在1∶2～1∶8的區(qū)間內(nèi)吸光度值隨料液比的增大而升高，在料液比為1∶8時達(dá)到最大值，當(dāng)料液比大于1∶8時吸光度值下降，因此最適提取料液比為1∶8。

圖2 料液比對茄子皮紅色素提取的影響Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on eggplant peel red pigment extraction yield

2.5 提取溫度的影響

溫度對提取效果的影響如圖3所示。由圖3可知，提取溫度為40～70℃時，溶液的吸光度值隨提取溫度的升高而增加，說明溫度高對茄子皮紅色素提取有利。溫度的升高，提高可溶性物質(zhì)的溶解速度。當(dāng)溫度＞70℃時，吸光度值有所下降，且溫度高對能源的消耗較高，高溫可能引起一些不穩(wěn)定成分變質(zhì)或分解，所以最適宜提取溫度為70℃。

圖3 提取溫度對茄子皮花青素提取效果的影響Fig.3 Effect of temperature on eggplant peel red pigment extraction yield

2.6 提取時間的影響

圖4 提取時間對茄子皮花青素提取效果的影響Fig.4 Effect of extraction time on eggplant peel red pigment extraction yield

圖4表明不同提取時間對茄子皮紅色素提取效果的影響，在20～50min的提取時間內(nèi)，隨提取時間增加吸光度值增加，50min紅色素的吸光度值達(dá)到最大。提取時間超過50min時，吸光度值變化不大。這是由于紅色素發(fā)生水解的速率過大，導(dǎo)致吸光度值下降。所以，50min為最佳提取時間。

2.7 茄子皮紅色素提取條件的優(yōu)化

將時間、乙酸體積分?jǐn)?shù)、溫度和料液比這4個因素各取3個水平進(jìn)行正交試驗，結(jié)果和分析如表4所示，方差分析見表5。

表4 茄子皮紅色素提取條件優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiment for eggplant peel red pigment extraction conditions optimization

表5 正交試驗結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of the orthogonal experiment

由表4的正交試驗結(jié)果以及表5方差分析綜合考察可以得出，影響茄子皮紅色素的主次因素為D＞C＞B＞A，料液比對茄子皮紅色素的提取影響很大，其次是溫度、乙酸體積分?jǐn)?shù)和時間，從k值可以確定茄子皮紅色素最佳提取條件為料液比1∶8，提取溫度70℃，乙酸體積分?jǐn)?shù)8%，提取時間50min。

2.8 茄子皮紅色素穩(wěn)定性試驗

2.8.1 金屬離子和飲料對茄子皮紅色素穩(wěn)定性的影響

由表6可以看出，Ca2+和Cu2+對茄子皮紅色素穩(wěn)定性影響較大，而Mg2+、Mn2+、Zn2+對茄子皮紅色素穩(wěn)定性影響較小。說明不宜用硬度大的水和銅制品加工和盛裝茄子皮紅色素的溶液。

表6 金屬離子對茄子皮紅色素穩(wěn)定性的影響Table 6 Effect of metal irons on eggplant peel red pigment stability

2.8.2 溫度對茄子皮紅色素穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，保存溫度≤70℃，茄子皮紅色素的色素吸光度值變化不大；保存溫度＞70℃，吸光度值有所下降。在80～90℃溫度范圍內(nèi)，溶液吸光度值下降明顯。因此，茄子皮紅色素的保存溫度和加工溫度不能過高，避免較長時間放置在高溫環(huán)境之中。

圖5 溫度對茄子皮紅色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of temperature on eggplant peel red pigment stability

2.8.3 光照時間對茄子皮紅色素穩(wěn)定性的影響

由圖6可知，光照時間對茄子皮紅色素的穩(wěn)定性有一定的影響，固定其他條件，光照時間對茄子皮紅色素的吸光度值影響較明顯，隨光照時間的增加茄子皮紅色素吸光度下降。因此，茄子皮紅色素最佳貯存條件是避光。

圖6 光照對茄子皮紅色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of sunlight on eggplant peel red pigment stability

3 結(jié)論

茄子皮內(nèi)含有豐富的天然紅色素，其顏色鮮艷，有一定的抗氧化能力，作為一種天然紅色素，兼有營養(yǎng)和保健功效。本試驗采用乙酸溶液提取茄子皮紅色素，在超聲浸提功率為400W時，通過正交試驗得到提取茄子皮紅色素的最佳工藝參數(shù)為最佳料液比為1∶8，提取時間50min，提取溫度70℃，體積分?jǐn)?shù)為8%的醋酸溶液。同時，穩(wěn)定性研究表明，高溫對茄子皮紅色素具有一定的影響，因此，室溫保存即可；Ca2+和Cu2+金屬離子對色素穩(wěn)定性影響較明顯，說明不宜用硬度大的水和銅制品加工和盛裝茄子皮紅色素的溶液。光照會不同程度的影響茄子皮紅色素的穩(wěn)定性，避光保存茄子皮紅色素的穩(wěn)定性最好。茄子皮紅色素可作為食品、飲料、醫(yī)藥等行業(yè)的天然植物色素廣泛使用，因此具有一定的研究價值。

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