‘紅仙蜜’火龍果果皮紅色素的提取工藝研究

袁亞芳等

x摘 要 采用水浴浸提火龍果果皮紅色素，通過單因素和正交試驗研究浸提液乙醇濃度、pH值、水提溫度和水提時間對火龍果果皮紅色素提取效果的影響。結(jié)果表明，影響火龍果果皮紅色素提取的主要因素及次序為：浸提溫度、提取液濃度、pH值、浸提時間。試驗范圍內(nèi)，火龍果果皮紅色素最佳提取工藝條件為：浸提溫度30 ℃、浸提時間45 min、pH值為6.5和乙醇濃度40%。

關(guān)鍵詞 火龍果；色素；提取

中圖分類號 S667.9 文獻標(biāo)識碼 A

Extraction of Peel Pigments of Hylocereus

undatus‘Hong Xian Mi

YUAN Yafang1， ZHAO Zhenzhen2， WANG Wei2， CHEN Qingxi2 *

1 Fujian Vocational College of Agriculture， Fuzhou， Fujian 350119， China

2 Horticultural Department， Fujian Agricultural and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China

Abstract Pitaya pigment is a natural pigment with healthy function. In this paper， pitaya peel powder was pretreated by water extraction. The results of single-factor and orthogonal experiments showed that the degree of the factors which significantly influenced the yield of pitaya pigment was in order of extraction temperature， extraction solvent concentration， pH， extraction time. The optimal parameters for this method were as follows：powder was extracted by ultrasonic density of 40% at 30 ℃ for 45 min.

Key words Hylocereus undatus‘Hong Xian Mi； Pigment； Extraction

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.01.028

火龍果（Hylocereus undatus）為仙人掌科（Cactaceae）植物，又名仙蜜果、紅龍果等?；瘕埞S富的營養(yǎng)價值、藥用價值和保健功能于一身，對人體健康具有良好的作用[1-5]。

火龍果色素是天然的植物源染色劑，成分穩(wěn)定且色域范圍廣闊[6-7]。實際中，火龍果果皮常被丟棄，造成環(huán)境污染，從果皮中可以提取天然紅色素，實現(xiàn)火龍果的綜合利用，對生產(chǎn)上有重要的意義[8-9]。我國對火龍果色素提取的研究有一些不同的報道。這些報道中，所用材料多直接采用鮮果皮研磨成漿，由于鮮果皮保鮮期限短，這給火龍果色素提取的生產(chǎn)應(yīng)用造成了較大的困難；有些研究者提出的提取最優(yōu)工藝中的提取液如丙酮成本過高，也不利于生產(chǎn)加工。

本研究采用經(jīng)冷凍干燥機凍干的粉末進行提取工藝的優(yōu)化，可以延長加工生產(chǎn)時間，提取工藝簡便可行。通過優(yōu)化提取工藝條件，比較提取色素中甜菜苷含量，選出最佳提取條件，不僅增加收入，也可減少環(huán)境污染，提高火龍果的附加值，為火龍果果肉、果皮的綜合開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料 本試驗采用的火龍果來自漳州龍海市角美鎮(zhèn)國信星火（漳州）紅龍果開發(fā)有限公司，供試品種為‘紅仙蜜（Hylocereus undatus ‘Hong Xian Mi，紅肉火龍果），九成熟，選擇無畸形、無病蟲害的果實，以蒸餾水沖洗干凈，去果肉取皮，用真空干燥，干燥果肉用多功能粉碎機研磨成粉末，過40目篩，于-40 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.1.2 主要試劑 無水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸等均為國產(chǎn)分析純，蒸餾水為實驗室自制。

1.1.3 主要儀器 紫外可見光光度計：UV-2900型（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），電熱恒溫水浴鍋：DK-24型（上海精宏實驗設(shè)備有限公司），冷凍干燥機：FDU-1200型（日本EYELA公司），高速萬能粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司），高速冷凍離心機：AllegraTM64R Centrifuge型（美國 BECKMAN公司），分析天平：Sartorius BS224S（德國賽多利斯），電子天平：EL3002型[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]，艾柯超純水系統(tǒng)：AKWL-IV-50（成都康氏康寧科技發(fā)展有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 乙醇濃度的選取 分別稱取火龍果果皮粉末0.1 g，加入pH值為6.5的濃度為10%、20%、30%、40%、50%、60%的無水乙醇提取劑10 mL，浸提溫度為30 ℃下振蕩提取30 min。8 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL，分別加入各提取劑10 mL，于538 nm下測吸光值。

1.2.2 浸提液pH值對火龍果果皮色素提取效果的影響 分別稱取火龍果果皮粉末0.1 g，加入pH值為2.2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12的40%的無水乙醇提取劑10 mL，浸提溫度為30 ℃下振蕩提取30 min。8 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL，分別加入各提取劑10 mL，于538 nm下測吸光值。

1.2.3 浸提溫度對火龍果果皮提取效果的影響

分別稱取火龍果果皮粉末0.1 g，加入pH值為5.0的40%的無水乙醇提取劑10 mL，放入浸提溫度為20、30、40、50、60、70、80、90、100 ℃下振蕩提取30 min。8 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL，分別加入各提取劑10 mL，于538 nm下測吸光值。

1.2.4 浸提時間對火龍果果皮色素提取效果的影響

分別稱取火龍果果皮粉末0.1 g，加入pH值為5.0的40%的無水乙醇提取劑10 mL，放入浸提溫度30 ℃下振蕩，使提取時間為30、45、60、70、120 min，8 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL，分別加入各提取劑10 mL，于538 nm下測吸光值。

1.2.5 料液比對火龍果果皮色素提取效果的影響

分別稱取火龍果果皮粉末0.1 g，加入pH值為5.0的40%的無水乙醇提取劑8、10、15、20、25 mL，放入浸提溫度30 ℃下振蕩提取60 min。8 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL，分別加入各提取劑10 mL，于538 nm下測吸光值。

1.2.6 正交優(yōu)化篩選 提取火龍果果皮色素的4個因素間能夠互相影響，在上述單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用L9（3）4正交表安排試驗，設(shè)計了4因素3水平的正交試驗，確定提取火龍果果皮紅色素的最佳工藝參數(shù)。因素及水平選用如表1，以提取色素液中甜菜苷含量的大小為試驗指標(biāo)。通過正交試驗優(yōu)化得到浸提法提取火龍果果皮色素的最佳工藝。

以上試驗均重復(fù)3次。

1.2.7 摩爾消光系數(shù)法測定火龍果甜菜苷含量

用分光光度計測得紅仙蜜火龍果果皮色素最大吸收波長下吸光度值，按照以下公式計算甜菜苷含量（Tacy）（按標(biāo)準(zhǔn)甜菜苷含量計）[10]。

1.2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 試驗數(shù)據(jù)采用Excel與DPS7.05軟件進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇濃度的選取

圖1表明，不同濃度的無水乙醇提取劑溶液對火龍果果皮色素產(chǎn)生不同的影響。當(dāng)濃度小于40%時，吸光度隨著濃度的升高而增大，紅色素甜菜苷含量上升；當(dāng)濃度大于40%時，吸光度隨著濃度的升高而減小，提取紅色素甜菜苷含量下降；當(dāng)乙醇濃度為40%時，有最大值，此時溶液顏色為紅色。原因主要是火龍果果皮色素為水溶性色素，有機溶劑濃度過高不利于火龍果果皮色素的提取。這與楊昌鵬等[9]對火龍果果皮色素的研究報道結(jié)果相一致。

2.2 浸提液pH值對火龍果果皮色素提取效果的影響

試驗結(jié)果顏色依次為：淡紅-淡紅-淡紅-淡紅-淡紅-粉紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-淺黃-淺黃-淺灰黃。

不同的pH值對火龍果果皮色素的提取吸光值不同。由圖2可見，當(dāng)pH值為5.0時，提取的火龍果果皮色素中的甜菜苷含量有最大值。此時色素溶液顏色為紫紅色。pH值在2.2～5.0之間變化時，隨著pH值的變大，甜菜苷含量逐漸增加。當(dāng)pH值在5.0～12.0之間變化時，隨著pH值的變大，甜菜苷含量逐漸降低。當(dāng)pH值大于11.0時，色素的溶液由紅色變成黃色，當(dāng)pH值為12.0時，色素溶液顏色變成淺灰黃色。原因可能是因為色素中的甜菜紅色素變成了甜菜黃色素。在酸性溶液中，色素提取液顏色為紅色，當(dāng)色素提取液堿性較大時，顏色為黃色?？赡苁墙橘|(zhì)中的質(zhì)子參與色素的氧化還原作用產(chǎn)生的。

2.3 浸提液溫度對火龍果果皮提取效果的影響

溫度對火龍果色素有較大的影響。從圖3可以看出，浸提溫度30 ℃時火龍果果皮色素吸光值最大，隨著溫度的升高，甜菜苷含量下降，溶液顏色也逐漸變淺。當(dāng)溫度小于30 ℃時，隨著溫度的升高，吸光值變大，甜菜苷含量增加；當(dāng)溫度大于30 ℃時，隨溫度的升高，吸光值變小，甜菜苷含量也相應(yīng)下降；顏色也開始從紅色不斷變淺紅色，當(dāng)溫度在100 ℃時，甚至無色。溫度的升高，紅色素易降解褐變[12]，影響了紅色素的穩(wěn)定性，火龍果果皮紅色素的耐熱性差。因此，在生產(chǎn)上，選擇30 ℃就可以充分提取出火龍果果皮紅色素。

2.4 浸提時間對火龍果果皮色素提取效果的影響

從圖4看出，提取時間為60 min時，甜菜苷含量有最大值。認(rèn)為提取時間為60 min時基本上能把色素溶出。提取時間為30 min時，提取得到的甜菜苷含量較低?？赡苁且驗榛瘕埞げ牧显?0 min內(nèi)還有部分沒有得到充分的溶解。當(dāng)時間為90 min時，并沒有得到更好的提取效果，原因可能是因為時間過長，提取溶液中的部分雜質(zhì)的溶出，降低了甜菜苷的含量?？紤]到能量消耗等因素，浸提時間宜選60 min。

2.5 料液比對火龍果果皮色素提取效果的影響

在浸提溫度為30 ℃，浸提時間為60 min，提取次數(shù)為1次的條件下，0.1 g果皮粉末分別用pH值為5的40%無水乙醇溶液8、10、15、20、25 mL提取。由圖5可以看出，不同料液比的提取液結(jié)果差異很大，說明料液比是影響提取效果的重要因素。隨著液料比的不斷增大，吸光度值不斷減小，因此，為了節(jié)約物料成本，采用1 ∶ 100（g/mL）的料液比提取較為合適。因為當(dāng)料液比較小時，溶劑不能充分提取果皮凍干粉末中的紅色素；繼續(xù)增加溶劑的用量時，甜菜苷含量卻逐漸下降，這可能是由于過多的溶劑降低了色素濃度，增加了溶解的雜質(zhì)。因此，在正交試驗設(shè)計中不考慮料液比對果皮紅色素提取的影響。

2.6 正交優(yōu)化篩選

乙醇濃度、浸提時間、浸提溫度和pH值這4個因素會互相影響，本實驗在上述單因素試驗的基礎(chǔ)上，以色素提取液得到的甜菜苷含量大小為試驗指標(biāo)，采用L9（3）4正交表安排試驗[13]。通過正交試驗優(yōu)化得到浸提法提取火龍果果皮色素的最佳工藝。正交因素及水平見表1。正交試驗和方差分析結(jié)果見表2、3。

（1）從表2中看到，乙醇濃度、浸提時間、浸提溫度、pH值這4個因素對提取甜菜苷含量都有影響。9組試驗中，水平組合為A2B3C1D2的試驗提取得到的甜菜苷含量最大，提取火龍果果皮色素的最佳工藝，即乙醇濃度40%，浸提時間75 min，浸提溫度30 ℃，pH值為5。

（2）表2的極差值表明乙醇濃度、浸提時間、浸提溫度、pH值這4個因素對提取甜菜苷含量的影響程度不同。4個單因素對提取效果的影響順序為：浸提溫度>提取劑濃度>pH值>浸提時間，由此可知，浸提溫度是浸提法提取火龍果果皮色素工藝的關(guān)鍵控制因素。

（3）通過用DPS 7.05數(shù)據(jù)處理正交試驗結(jié)果，得優(yōu)化水平為A3B1C1D2，即是乙醇濃度40%，浸提時間45 min，浸提溫度30 ℃，pH值為6.5，將優(yōu)化條件與正交6試驗比較，試驗結(jié)果如表3，與正交試驗的結(jié)果相比，優(yōu)化條件下的提取工藝所得產(chǎn)物的吸光值更大，但是差異不顯著（p>0.05），鑒于節(jié)約提取時間等因素的考慮，選擇A3B1C1D2作為提取火龍果果皮紅色素最佳提取工藝，即浸提溫度為30 ℃、浸提時間45 min、提取劑乙醇濃度40%、pH值為6.5。

3 討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，采用濃度為40%的乙醇作為提取劑，紅色素溶液顏色最亮麗，吸光值最大。采用乙醇作為提取劑，成本低，還可以實現(xiàn)回收再利用，降低生產(chǎn)成本?；厥諠饪s時需要的溫度容易調(diào)節(jié)且不會過高，使色素結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，利于色素的純化。因此選用乙醇作為提取‘紅仙蜜火龍果果皮紅色素的提取劑，生產(chǎn)中操作簡便，實際可行。

酸性條件下有利于果皮色素的提??；堿性條件下，隨著pH值的增大，色素顏色由紫紅色逐漸變成淺黃，甚至淺灰黃，吸光值降低，甜菜苷提取率越低。

在溫度為30 ℃時，吸光值最大。當(dāng)溫度超過30 ℃，隨著溫度的升高，吸光值下降。說明紅仙蜜果皮色素不耐高溫，不耐熱，熱穩(wěn)定性差。在實際生產(chǎn)中，采用室溫提取色素即可，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。

通過火龍果果皮紅色素多因素正交試驗，最佳提取工藝為浸提溫度30 ℃、浸提時間45 min、pH為6.5和乙醇濃度40%。浸提溫度是浸提法提取火龍果果皮色素的關(guān)鍵控制因素。最佳提取溫度略低于舒娜等[14]對白龍果果皮色素（40 ℃）和王新廣等[15]對火龍果果皮色素的提?。?0 ℃），pH值略高于舒娜等[14]的研究結(jié)果（pH5.0）。

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責(zé)任編輯：沈德發(fā)