紅薯皮色素的提取及其對(duì)條件的穩(wěn)定性

王惠琴，林太鳳，張麗華，張淑芬，鄭大威（.北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，北京0024；2.北京市飲料及食品添加劑質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，北京0024）

紅薯皮色素的提取及其對(duì)條件的穩(wěn)定性

王惠琴1，2，林太鳳1，2，張麗華1，張淑芬1，2，鄭大威1，2
（1.北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院，北京100124；2.北京市飲料及食品添加劑質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，北京100124）

摘要：以紅薯加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物紅薯皮為原料，提取分離紅薯皮紅色素，不但能夠增加紅薯深加工產(chǎn)品的附加值，而且能夠解決紅薯皮作為廢棄物造成的環(huán)境污染問(wèn)題，并且可以為食品行業(yè)提供一種新的具有保健功能和一定營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的天然色素。采用常規(guī)的提取方法，在酸性條件下提取制得紅薯皮紅色素。對(duì)制得的紅薯皮紅色素進(jìn)行了穩(wěn)定性研究，考察了溫度、pH以及加入相關(guān)的金屬離子、氧化劑、還原劑、鹽、葡萄糖、淀粉、蘋(píng)果酸等因素的影響，結(jié)果表明，制得的色素溶液，在（18～100）℃和pH為2.0～4.0時(shí)穩(wěn)定性良好；氧化劑種類(lèi)不同，影響效果也不同；鹽和Mg2+，Al3+，Na+，Ca2+，F(xiàn)e3+五種金屬離子以及淀粉可使色素色度增加，有一定的增色作用。

關(guān)鍵詞：紅薯皮色素；提?。环€(wěn)定性

天然食用色素是源于天然資源的色素，主要包括從動(dòng)、植物組織中提取的色素，以及微生物色素。天然色素不僅安全性好[1]，而且許多品種還保留了動(dòng)植物體內(nèi)豐富的部分天然成分，含有人體必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，或者其本身就是維生素或具有維生素性質(zhì)的物質(zhì)，如核黃素[2]、β-胡蘿卜素[3]等；有的天然色素具有一定的生理活性和醫(yī)療保健價(jià)值，具有抗癌和降低癌癥發(fā)病幾率的作用，如番茄紅素[4-5]、玉米黃素[6-7]等；另外，天然色素的著色色調(diào)比較自然，更接近于天然物質(zhì)的顏色。因此，天然色素在食品、藥品、飲料、化妝品等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

紅薯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，含有多種人體所必須的營(yíng)養(yǎng)成分，具有抗癌防癌等多種保健功效。紅薯皮是紅薯加工的副產(chǎn)品，其中含有大量的維生素和礦物質(zhì)，還有豐富的色素和纖維素等。以紅薯皮為原料，提取分離紅薯皮紅色素，不但能夠增加紅薯深加工產(chǎn)品的附加值，而且能夠解決紅薯皮作為廢棄物造成的環(huán)境污染問(wèn)題，并且可以為食品行業(yè)提供一種新的具有保健功能和一定營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的天然色素，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

紅薯皮（市售紅薯、洗凈后取其表皮），無(wú)水乙醇（分析純）、檸檬酸、鹽酸、氫氧化鈉、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、雙氧水（H2O2）、亞硫酸鈉、氯化鈉、葡萄糖、淀粉、蘋(píng)果酸、金屬離子溶液（其中Al3+、Mg2+的濃度為100 μg/mL，Ca2+、Na+、Fe3+的濃度為1 000 μg/mL）。

1.2儀器與設(shè)備

UV-3010型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；LABOROTA4000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀；Z323K型離心機(jī)；TC88-1型真空干燥箱、BT-214D型電子天平、C-MAG HS7型磁力攪拌器等，以及各種玻璃儀器。

1.3方法

1.3.1提取方法

將紅薯皮洗凈干燥后粉碎，稱(chēng)取一定量后置于錐形瓶中，加入用檸檬酸調(diào)節(jié)至pH=2.0～4.0的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%的乙醇溶液，使紅薯皮完全浸沒(méi)于溶液中，液料質(zhì)量比約為10∶1。室溫下浸提30 min，過(guò)濾，濾渣用上述方法繼續(xù)浸提兩次，將此三次粗提濾液合并，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀使其濃縮，之后置于真空干燥箱中干燥，制得紅薯皮紅色素。提取流程如圖1。

圖1　色素提取流程圖Fig.1　Extraction process of pigment

1.3.2吸光度測(cè)定

稱(chēng)取0.5 g紅薯皮色素，用去離子水將其充分溶解，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的色素溶液。然后，以去離子水做參比，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，并測(cè)定其最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度值。

1.3.3穩(wěn)定性測(cè)定

取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的色素溶液，于不同條件（溫度、pH、氧化劑、還原劑、鹽、金屬離子、葡萄糖、淀粉、蘋(píng)果酸）下，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定吸光度A，并計(jì)算其色價(jià)保存率（保存率=A/A0，A0是初始吸光度，A為試驗(yàn)后吸光度），在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察溶液的顏色變化情況。

2　結(jié)果與分析

2.1最大吸收波長(zhǎng)

取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%的色素溶液進(jìn)行測(cè)定，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，如圖2。

圖2　紅薯皮色素溶液的波長(zhǎng)掃描圖Fig.2　Wavelength scanning of sweet potato skin pigment solution

結(jié)果顯示色素溶液的最大吸收峰在波長(zhǎng)524 nm處，吸光度值為0.561。

2.2色素穩(wěn)定性研究

2.2.1溫度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

由于食用色素在食品加工中應(yīng)用時(shí)，加工溫度一般都在100℃以下，因此，選擇18℃到100℃為實(shí)驗(yàn)的溫度范圍。將樣品液分別置于不同溫度（18、25、50、80、90、100℃）下30 min，取出后冷卻至室溫，測(cè)定其吸光度并計(jì)算其色價(jià)保存率。表1是樣品溶液在不同溫度下的吸光度值和色價(jià)保存率值。

表1　溫度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Table 1　Effect of temperature on the stability of the pigment

由表1可以看出，隨著加熱溫度升高，色價(jià)保存率變化不明顯，表明在室溫到100℃時(shí)色素溶液熱穩(wěn)定性好。

2.2.2pH對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

將相同體積的樣品液用HCl、NaOH調(diào)節(jié)pH分別為2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0，靜置30 min，觀察溶液顏色變化，并用紫外分光光度計(jì)分別測(cè)定6個(gè)pH環(huán)境下，色素溶液的吸光度并計(jì)算其色價(jià)保存率。表2是樣品溶液在不同pH下的吸光度值和色價(jià)保存率值，隨著pH的增加，色素溶液的顏色由紅色逐漸變?yōu)闊o(wú)色、淺綠色、綠色。從表2可知，色素溶液在pH為2.0～4.0時(shí)，保存率變化不明顯，說(shuō)明穩(wěn)定性良好，但是在pH>4.0時(shí)，保存率大幅度降低，說(shuō)明色素溶液的穩(wěn)定性受到破壞。

表2　pH對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Table 2　Effect of pH value on the stability of the pigment

2.2.3氧化劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同量的高錳酸鉀、重鉻酸鉀及雙氧水溶液，再定容至相同的體積，靜置30 min后，測(cè)定其吸光度并計(jì)算其色價(jià)保存率。表3是樣品溶液在氧化劑影響下的吸光度值和色價(jià)保存率值。

表3　氧化劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Table 3　Effect of oxidant on the stability of the pigment

從表3可知，加入高錳酸鉀、重鉻酸鉀及雙氧水3種氧化劑后，溶液中高錳酸鉀及重鉻酸鉀濃度的升高對(duì)色素溶液在524 nm處的吸光度影響不大。但隨著雙氧水濃度的升高，色素溶液524 nm處的吸光度逐漸降低。說(shuō)明氧化劑高錳酸鉀和重鉻酸鉀對(duì)色素溶液的穩(wěn)定性好，而氧化劑雙氧水對(duì)色素溶液有破壞作用，穩(wěn)定性降低。

2.2.4還原劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同質(zhì)量的亞硫酸鈉，完全溶解后，再定容至相同的體積，靜置30 min后，測(cè)定其吸光度并計(jì)算其色價(jià)保存率。表4是樣品溶液在還原劑影響下的吸光度值和色價(jià)保存率值。

由表4可知，亞硫酸鈉的加入使色素溶液的保存率明顯降低，并且保存率隨著亞硫酸鈉加入量的增加而逐漸降低，說(shuō)明還原劑會(huì)較大程度的破壞紅薯皮色素的穩(wěn)定性。

表4　還原劑（亞硫酸鈉）對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Table 4　Effect of deoxidizer（NaNO2）on the stability of the pigment

2.2.5鹽對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同質(zhì)量的氯化鈉，再定容至相同的體積，靜置30min后，測(cè)定其吸光度并計(jì)算其色價(jià)保存率。表5是樣品溶液在食鹽影響下的吸光度值和色價(jià)保存率值。

表5　鹽（NaCl）對(duì)色素溶液的影響Table 5　Effect of salt（NaCl）on the stability of the pigment

從表5可知，隨著氯化鈉加入量的增加，色素溶液在524 nm處的吸光度逐漸增加，保存率升高。說(shuō)明氯化鈉不會(huì)破壞色素的穩(wěn)定性，還可使色素的色度小幅度提高，有微量的增色作用。

2.2.6金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入一定量的Mg2+、Al3+、Na+、Ca2+、Fe3+溶液，搖勻，靜置30 min后，觀察色素溶液顏色的變化，測(cè)定其吸光度并計(jì)算其色價(jià)保存率。表6是樣品溶液在不同金屬離子影響下的吸光度值和色價(jià)保存率值。

表6　不同種類(lèi)金屬離子對(duì)色素溶液的影響Table 6　Effect of metal ion on the stability of the pigment

從表6可知，加入金屬離子后，色素溶液的吸光度值有大幅度的提升。說(shuō)明Mg2+、Al3+、Na+、Ca2+、Fe3+五種金屬離子可使該色素的色度大幅提升，起到增色作用。

2.2.7葡萄糖對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同質(zhì)量的葡萄糖，搖勻充分溶解后，靜置30 min，觀察色素溶液顏色的變化，測(cè)定其吸光度并計(jì)算其色價(jià)保存率。表7是樣品溶液在不同質(zhì)量葡萄糖影響下的吸光度值和色價(jià)保存率值。

表7　葡萄糖對(duì)色素溶液的影響Table 7　Effect of glucose on the stability of the pigment

從表7可知，加入不同質(zhì)量葡萄糖后，色素溶液的吸光度值沒(méi)有明顯的變化。說(shuō)明加入不同質(zhì)量的葡萄糖對(duì)色素溶液的穩(wěn)定性無(wú)明顯影響。

2.2.8淀粉對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同質(zhì)量的淀粉，搖勻后，靜置30 min，觀察色素溶液顏色的變化，取上清液，測(cè)定其吸光度并計(jì)算其色價(jià)保存率。表8是樣品溶液在不同質(zhì)量淀粉影響下的吸光度值和色價(jià)保存率值。

表8　不同質(zhì)量淀粉對(duì)色素的影響Table 8　Effect of starch on the stability of the pigment

從表8可知，隨著加入淀粉量的增加，色素溶液的吸光度值有明顯的提高。說(shuō)明加入淀粉可以使色素溶液的色度大幅度提升，有增色作用。

2.2.9蘋(píng)果酸對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同質(zhì)量的蘋(píng)果酸，搖勻充分溶解后，靜置30 min，觀察色素溶液顏色的變化，測(cè)定其吸光度并計(jì)算其色價(jià)保存率。表9是樣品溶液在不同質(zhì)量蘋(píng)果酸影響下的吸光度值和色價(jià)保存率值。

從表9可知，隨著加入蘋(píng)果酸的增加，色素溶液的吸光度值有明顯的提高。說(shuō)明加入蘋(píng)果酸可以使色素溶液的色度大幅度提升，有增色作用。

表9　不同濃度蘋(píng)果酸溶液對(duì)色素的影響Table 9　Effect of malic acid on the stability of the pigment

3　結(jié)論

1）利用常規(guī)提取方法，以酸性乙醇水溶液為溶劑，制得紅薯皮紅色素。用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，色素溶液的最大吸收峰在波長(zhǎng)524 nm處。

2）制得的色素溶液，在（18～100）℃時(shí)穩(wěn)定性良好；在pH為2.0～4.0時(shí)，溶液顯示紅色，但是在pH>4.0時(shí)，色素溶液的顏色隨著pH的增大，逐漸由紅色逐漸變?yōu)榫G色，色素的穩(wěn)定性受到破壞；氧化劑高錳酸鉀和重鉻酸鉀對(duì)色素溶液的穩(wěn)定性影響不大，而氧化劑雙氧水對(duì)色素溶液有破壞作用，穩(wěn)定性降低；還原劑會(huì)較大程度的破壞紅薯皮色素的穩(wěn)定性；氯化鈉不但不會(huì)破壞色素的穩(wěn)定性，還可使色素的色度小幅度提高，有微量的增色作用；Mg2+、Al3+、Na+、Ca2+、Fe3+五種金屬離子可使該色素的色度大幅提升，起到增色作用；加入葡萄糖后，隨著葡萄糖加入量的增加，色素溶液的穩(wěn)定性無(wú)明顯變化；隨著加入淀粉量的增加，色素溶液的色度大幅度提升，有明顯的增色作用。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.20.039

收稿日期：2013-10-18

作者簡(jiǎn)介：王惠琴（1976—），女（漢），助理研究員，碩士研究生，研究方向：飲料和食品添加劑的檢測(cè)研究，以及大型儀器設(shè)備的管理和實(shí)驗(yàn)室管理。

Extraction of Sweet Potato Peel Pigment and Stability on Different Conditions

WANG Hui-qin1，2，LIN Tai-feng1，2，ZHANG Li-hua1，ZHANG Shu-fen1，2，ZHENG Da-wei1，2
（1.College of Life Science and Bioengineering of Beijing University of Technology，Beijing100124，China；2.Quality Supervision and Inspection Station of Beverages and Food Additives of Beijing；Beijing 100124，China）

Abstract：Functional and natural pigment was prepared using the conventional extraction method from waste sweet potato peals which produced in the sweet potato processing under acidic conditions，in which the added value of sweet potato was increased and environmental pollution could be reduced.The stability of the sweet potato skin pigment was studied through the effects of temperature，pH value and the influence of added metal ions，oxidant，reducing agent，salt，starch，glucose，malic acid and other factors.The result showed that the pigment was stable at room temperature～100℃and 2.0～4.0 pH value，different kinds of oxidant can affect the stability，moreover，salt Mg2+，Al3+，Na+，Ca2+，F(xiàn)e3+and starch can increase the pigment's color in a way.

Key words：sweet potato peel pigment；extraction；stability