香蕉皮黃色素的提取工藝及穩(wěn)定性研究

王凌云等

摘要：以香蕉皮為原材料，通過單因素試驗和L9（34）正交試驗對其黃色素的提取工藝進(jìn)行研究，并研究了該色素提取液在光照、氧化劑和還原劑、不同溫度、不同pH值、常用配料、常用食品添加劑等條件處理下的穩(wěn)定性。結(jié)果表明：香蕉皮黃色素最佳提取條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)為85%，提取溫度60 ℃，料液比1 g ∶10 mL，提取時間3 h，提取2次。該色素對光、氧化劑、還原劑、蔗糖、食鹽、檸檬酸、山梨酸鉀、亞硝酸鈉、苯甲酸鈉、維生素C耐性較強；對熱不穩(wěn)定，在70 ℃以上極易褐變；在pH值>6.0時不穩(wěn)定，顏色發(fā)生陡然變化；且該色素對六偏磷酸鈉不穩(wěn)定。試驗為天然黃色素的開發(fā)和利用以及香蕉皮廢棄資源的利用提供了一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：香蕉皮；黃色素；提取工藝；穩(wěn)定性

中圖分類號： TS264.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0316-05

香蕉（Musa nanalour）屬于芭蕉科（Musace）芭蕉屬（Musa），是典型的熱帶經(jīng)濟(jì)作物，也是人們最喜歡的水果之一。通常人們只食用香蕉果肉，占香蕉30%～40%質(zhì)量的香蕉皮則大多被丟棄，對香蕉皮資源的開發(fā)利用還比較少，目前香蕉皮主要用于制備果膠 、多功能膳食纖維 、飼料添加劑。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，香蕉皮中主要含有酚類、油脂類、有機酸、縮合鞣質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類，還有多種維生素和無機鹽等成分[1-2]，因此香蕉皮極具開發(fā)利用價值。香蕉皮的利用和開發(fā)，既可變廢為寶保護(hù)環(huán)境，又可提高香蕉加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[3]。香蕉皮具有較強的抗氧化性，主要是多酚類物質(zhì)，目前對提取香蕉皮中的多酚物質(zhì)研究較多[4]。此外，有研究者還探討了香蕉皮黃酮的提取與利用[5]。由于香蕉皮易發(fā)生褐變，因此，香蕉皮黑色素的提取工藝也已成熟[6]。但是，國內(nèi)對香蕉皮黃色素的研究還比較少，僅有香蕉皮黃色素的穩(wěn)定性初步研究[7]，未見提取工藝的研究報道。黃色素是一類重要的天然色素，占市場需求量的60%，具有廣闊的開發(fā)實力及前景。目前國內(nèi)主要生產(chǎn)的天然黃色素有梔子黃、姜黃和柑橘黃。梔子黃色素用于面類制品著色時，易發(fā)生綠變，且穩(wěn)定性不高[8]。姜黃素對還原劑的穩(wěn)定性較強，著色性強，但對光、熱、鐵離子敏感。柑橘黃對光很敏感，易褪色，在使用時應(yīng)考慮適當(dāng)加入抗氧化劑。若能開發(fā)一種新來源的天然黃色素，將是對食品著色劑中黃色素的補充，故進(jìn)行本研究。

1材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1材料香蕉為市售，八至九成熟，表皮完整且呈亮黃色，無黑色斑跡。將新鮮香蕉皮刮掉內(nèi)層中軟部分后，用水洗去內(nèi)層的膠狀物，再用濾紙吸干水分，切碎至0.5 cm×0.5 cm大小備用。

1.1.2試劑95%乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙醚、30%過氧化氫、無水亞硫酸鈉、濃鹽酸、氫氧化鈉、蔗糖、氯化鈉、檸檬酸、維生素C、山梨酸鉀、亞硝酸鈉、六偏磷酸鈉、苯甲酸鈉等均為分析純，購自成都市科龍化工試劑廠。

1.1.3主要儀器UV1000紫外-可見分光光度計，上海天美科學(xué)儀器有限公司；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海紅葉設(shè)備有限公司；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；JD100-4G電子天平，沈陽龍騰電子有限公司；HH-S恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市正基儀器有限公司；KQ-B玻璃儀器氣流烘干器，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；DHG-9075A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司。

1.2試驗方法

1.2.1提取溶劑的選擇分別稱取10.000 g經(jīng)過預(yù)處理的香蕉皮塊分裝于6個250 mL三角瓶中，分別加入蒸餾水、50%乙醇、95%乙醇、乙酸乙酯、丙酮、乙醚各100mL，在室溫下浸提，1 h后在白色背景下觀察其溶液顏色和狀態(tài)。

1.2.2提取工藝研究按照“1.2.1”節(jié)選定的提取劑，分別考察提取劑體積分?jǐn)?shù)、溫度、料液比、提取時間、提取次數(shù)5個因素，分別設(shè)定依次遞增的4個水平，進(jìn)行單因素試驗。試驗材料為10.000 g經(jīng)過預(yù)處理的香蕉皮，提取溶液定容到100 mL，以黃色素的最大吸收波長λmax = 440 nm[7]下測得吸光度作為試驗結(jié)果。在單因素試驗基礎(chǔ)上，選擇影響較大的4個因素進(jìn)行L9（34）正交試驗，最終確定香蕉皮黃色素的最佳提起工藝。

1.2.3穩(wěn)定性研究所用色素溶液均為最佳提取條件下提取得到。

1.2.3.1溫度的影響將20 mL色素提取液分裝于4支50 mL的具塞試管中，分別置于室溫（25 ℃左右）及50 ℃、75 ℃、90 ℃ 的3個恒溫水浴鍋中，處理2 h后，觀察其顏色的變化并測定其在440 nm處吸光度。

1.2.3.2pH值的影響將5 mL色素溶液分裝于14支10 mL的具塞試管中，并利用配制好的酸堿液（1 mol/L HCl、1 mol/L NaOH）調(diào)節(jié)色素溶液的pH值使其值為1～14，振蕩30 s，靜置30 min后觀察其顏色變化，并對顏色變化不大的測定吸光度。

1.2.3.3光照的影響將20 mL色素提取液分裝于2支50 mL的具塞試管中，分別置于室內(nèi)黑暗、光照2種條件下，溫度均為25 ℃左右，每隔24 h分別對提取液在紫外-可見分光光度計440 nm處測定吸光度，連續(xù)測定7 d。

1.2.3.4蔗糖的影響分別吸取8 mL色素提取液4份置于10 mL具塞比色管中，將已配制好的濃度為1%、5%、10%、15%的蔗糖溶液分別取2 mL加入比色管中，振蕩30 s，靜置2 h 后觀察其顏色變化，并測定吸光度。

1.2.3.5食鹽的影響分別吸取8 mL的色素提取液5份置于10 mL具塞比色管中，將已配制好的濃度為4%、8%、12%、16%、20%的食鹽溶液分別取2 mL加入已加提取液的比色管中，振蕩30 s，靜置2 h后觀察其顏色變化，并測定吸光度。

1.2.3.6氧化劑（H2O2）的影響分別配制1.5%、3%、6%、15%的H2O2溶液各2 mL于5個25 mL的具塞比色管中，并各移取18 mL色素提取液于每支比色管中，振蕩30 s，靜置3 h后觀察其顏色變化，并測定吸光度。

1.2.3.7還原劑（Na2SO3）的影響分別配制0.1%、0.2%、0.5%、1%的Na2SO3溶液10 mL，并分別移取1 mL于4支25 mL具塞比色管中，再向每支比色管中移取19 mL色素提取液，振蕩30 s，靜置3 h后觀察其顏色變化，并測定吸光度[26]。

1.2.3.8檸檬酸的影響分別配制1%、2%、3%、4%的檸檬酸溶液各2 mL于4個10 mL的具塞比色管中，再分別吸取8 mL色素提取液于各比色管中，振蕩30 s，靜置2 h后測定其吸光度[3]。

1.2.3.9山梨酸鉀的影響分別配制1%、2%、3%、4%的山梨酸鉀溶液各1 mL于4個10 mL的具塞比色管中，再分別吸取9 mL色素提取液于各比色管中，振蕩30 s，靜置2 h后測定其吸光度。

1.2.3.10亞硝酸鈉的影響分別配制0.1%、0.3%、0.6%、1%、2%亞硝酸鈉溶液各1 mL于5個10 mL的具塞比色管中，并分別吸取9 mL色素提取液于各比色管中，振蕩30 s，靜置2 h后測定其吸光度。

1.2.3.11維生素C、苯甲酸鈉、六偏磷酸鈉的影響溶液配制濃度及操作同“1.2.3.10”節(jié)。

2結(jié)果與分析

2.1提取溶劑選擇

由表1可知，95%乙醇、丙酮和乙醚對香蕉皮黃色素提取效果均較好，但丙酮、乙醚有害身體健康，從食品安全性考慮，95%乙醇更合適，故初步選用高濃度乙醇為提取劑。

2.2單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1乙醇體積分?jǐn)?shù)對色素提取效果的影響分別稱取5000 g經(jīng)過預(yù)處理的香蕉皮于4個250 mL的圓底燒瓶內(nèi)，并準(zhǔn)確量取35%、55%、75%、95%乙醇溶液各50 mL于各個燒瓶中，將燒瓶放置于70 ℃的恒溫水浴鍋中回流1 h，過濾

表1不同提取劑對香蕉皮黃色素的浸提效果比較

提取劑提取液顏色與狀態(tài)乙酸乙酯無色透明水無色渾濁50%乙醇淺黃澄清95%乙醇亮黃澄清丙酮亮黃澄清乙醚亮黃澄清

濾，收集濾液，所得濾渣轉(zhuǎn)入燒瓶中再量取50 mL相同溶劑回流 1 h，再收集濾液，將2次所得濾液濃縮至50 mL，濃縮液在紫外-可見分光光度計440 nm處測定其吸光度。以乙醇體積分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)、吸光度為縱坐標(biāo)繪制曲線（圖1）。由圖1可知，95%體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液使色素溶出最多，吸光度為0.290，而75%乙醇提取液濃縮后吸光度為0.278，僅次于95%乙醇提取液的色素溶出率。55%乙醇提取液吸光度為0.162，遠(yuǎn)小于75%乙醇提取液吸光度。因此選擇75%的乙醇溶液為香蕉皮黃色素的最佳提取劑。

2.1.2溫度對色素提取效果的影響按照同樣方法，樣品5.000 g，料液比1 g ∶10 mL，提取劑75%乙醇，回流提取2次，每次1 h，溫度分別設(shè)定25、40、55、70 ℃，提取結(jié)束后 440 nm 測定提取液吸光度，結(jié)果如圖2所示。低溫條件下色素不易溶出，并且在設(shè)定范圍內(nèi)溫度越高色素提取效果越好，且70 ℃下，其濃縮液吸光度達(dá)到0.286；但一般色素不耐高溫，因此初步確定55 ℃為提取色素的最佳溫度。

2.1.3料液比對色素提取效果的影響參考梔子黃色素提取工藝最佳料液比是1 g ∶10 mL[8]，故選擇料液比（g ∶mL）為1 ∶5、1 ∶10、1 ∶15、1 ∶20等4個水平進(jìn)行香蕉皮黃色素提取，其他條件如“2.1.2”節(jié)。試驗結(jié)果（圖3）表明，料液比為1 g ∶10 mL時，色素溶出率最大，因此初步確定最佳料液比為1 g ∶10 mL。

2.1.4提取時間對色素提取效果的影響在料液比 1 g ∶10 mL、75%乙醇溶液、55 ℃的水浴條件下提取2次，研究了不同提取時間（1、2、3、4 h）對香蕉皮黃色素提取效果的影響，結(jié)果（圖4）表明，隨著提取時間的增加，提取效果越來越好，但是由于2～4 h間增加的吸光度為0.058，不如1～2 h間增加的多，1～2 h間增加的吸光度有0.068。從節(jié)省能源及時間來看，選擇2 h為最佳提取時間。

2.1.5提取次數(shù)對色素提取效果的影響按照前面步驟得到的最佳條件，在料液比1 g ∶10 mL、75%乙醇溶液、55 ℃的水浴條件下提取2 h，分別測定提取1、2、3、4次的提取液的吸光度，結(jié)果（圖5）表明，隨著提取次數(shù)的增多，提取效果越好，特別是提取2次較提取1次增加的吸光度較多，增加達(dá)到0.210，而提取3次和4次也有增加，但是增加的效果不大，分別為0.130和0.040；因此，選取2次為最佳提取次數(shù)。

2.3正交試驗結(jié)果與分析

2.3.1正交試驗因素水平的確定根據(jù)單因素試驗結(jié)果，乙醇體積分?jǐn)?shù)、溫度、料液比、提取時間4個因素都對香蕉皮色素的提取影響較大，而提取次數(shù)相比其他4個因素影響不大，因此本試驗固定提取次數(shù)為2次，以乙醇體積分?jǐn)?shù)、溫度、料液比和提取時間為因素，每個因素設(shè)定3個水平，進(jìn)行4因素3水平正交試驗（表2）。

2.3.2正交試驗結(jié)果與分析由表3可知，RC>RB>RA>RD，即提取時間影響最大，其次是溫度，再次是乙醇體積分?jǐn)?shù)，影響最小的是料液比。從正交試驗的直觀分析看，提取效果最好的條件是A3B2C3D1，即乙醇體積分?jǐn)?shù)85%，溫度60 ℃，提取時間3 h，料液比1 g ∶10 mL；但從每個因素看，最佳條件是每個因素的k最大值的條件，即A3B3C3D3，具體為，乙醇體積分?jǐn)?shù)85%，溫度70 ℃，提取時間3 h，料液比 1 g ∶20 mL。對這2個條件做驗證試驗，提取過程如“1.2.1”節(jié)，吸光度分別為0.476、0.493。A3B3C3D3比A3B2C3D1提取效果好，但吸光度差值較小，為0.017，僅提高了3.57%。由表4可知，0.01F0.01（2，2），PC<001，故C因素，即提取時間對色素提取具有極顯著性影響；而D因素（料液比），極差R最小，作為誤差項，對色素提取效果影響不顯著。影響因素從大到小的順序為提取時間>乙醇體積分?jǐn)?shù)>提取溫度>料液比。A3B3C3D3與A3B2C3D1組合相比，提取溫度高10 ℃，所用提取溶液多1倍，雖然稍高的溫度和稍大的液料比有利于黃色素的溶出，但溫度過高容易使色素不穩(wěn)定，而且在提取過程中也浪費熱量，所以選擇60 ℃為最佳提取溫度。方差分析顯示，料液比對提取效果影響很小，沒有顯著性，可以用1 g ∶10 mL的料液比溶出大部分色素，沒必要再增加提取溶劑用量，既造成乙醇浪費也增加后續(xù)溶劑回收的工作量，所以選擇1 g ∶10 mL為最佳料液比。綜

合分析，從香蕉皮中提取黃色素的最佳條件為：乙醇體積分?jǐn)?shù)85%，溫度60 ℃，料液比1 g ∶10 mL，提取時間3 h。

2.4穩(wěn)定性試驗結(jié)果

2.4.1溫度的影響結(jié)果由表5可見，該色素在70～90 ℃之間不穩(wěn)定，且高溫下色素已被破壞，而25～50 ℃之間，色素保持相對穩(wěn)定。故該色素在50 ℃左右及以下都較穩(wěn)定，但當(dāng)溫度達(dá)到70 ℃以上，色素就不穩(wěn)定。因此，使用時應(yīng)限制其溫度在50 ℃左右或更低溫度。

表5不同溫度對色素提取液的影響

溫度（℃）吸光度溫度（℃）吸光度250.243700.351500.255900.430

2.4.2pH值的影響結(jié)果由表6可知，在pH值為1～6之間，提取液顏色無明顯變化，但是pH值=7時，顏色發(fā)生了突變，由黃色變?yōu)槌赛S色，且隨著pH值的增大，顏色逐漸加深，直至pH值=14時提取液變?yōu)樯罴t色。表明該色素提取液在弱酸性條件下較穩(wěn)定，在中性偏堿性或堿性條件下都極不穩(wěn)定。故該色素不應(yīng)加入堿性溶液中，其最佳pH值條件為 4～6。

表6不同pH值對色素提取液的影響

pH值吸光度pH值溶液顏色10.1957淡橙黃色20.2018淡橙紅色30.2089橙紅色40.21210橙紅色50.26711淡紅色60.28312淡紅色13深紅色14深紅色

2.4.3光照的影響結(jié)果圖6為色素提取液在黑暗和光照下1周內(nèi)吸光度的變化，可見，隨著時間的增長，色素吸光度的差值逐漸增大，但到7 d時，吸光度相差僅為0.051，故短時間內(nèi)（7 d）光照對色素穩(wěn)定性影響不大。

2.4.4食品配料（蔗糖、食鹽）對色素的影響由圖7、圖8可知，蔗糖、食鹽等常用的食品配料對色素穩(wěn)定性影響均較小，且蔗糖在5%低濃度時色素顏色增加，吸光度增大，對香蕉皮黃色素有增色作用。因此可在食品中添加低濃度蔗糖以保持色素的著色力。將香蕉皮黃色素添加到食品中，食品中原有蔗糖、食鹽等成分不會對其產(chǎn)生影響。

2.4.5氧化劑（H2O2）與還原劑（Na2SO3）對色素的影響H2O2為強氧化劑。由圖9可知，在H2O2濃度低于6%的條

件下，色素非常穩(wěn)定，直至濃度達(dá)到15%才使色素提取液的吸光度有少許下降，由最初的0.266下降到0.223，可見H2O2對色素的穩(wěn)定性影響不大，即該色素的耐氧化性較強。Na2SO3為食品中常見的抗氧化劑和護(hù)色劑。由圖10可知，在較低濃度下（0.1%～1.0%范圍內(nèi)）亞硫酸鈉對色素穩(wěn)定性幾乎無影響，且對色素有一定的保護(hù)作用，故在食品加工中可同時加入該色素與低濃度的亞硫酸鈉。但由于亞硫酸鈉具有弱堿性，而該色素在堿性條件下極不穩(wěn)定，因此在含有該色素的食品中不可加入高濃度的亞硫酸鈉，防止色素變質(zhì)。

2.4.6檸檬酸、山梨酸鉀對色素的影響由圖11可知，加入不同濃度的檸檬酸，色素的吸光度未發(fā)生明顯變化，而檸檬酸

具有還原性，可見檸檬酸在提取液中對色素有一定的保護(hù)作用；因此，檸檬酸作為食品中常用的酸味劑和抗氧化劑可與香蕉皮黃色素同時使用。隨著添加防腐劑山梨酸鉀濃度的增大，色素吸光度逐漸增大，可見一定濃度的山梨酸鉀會使色素的著色力增強；因此，若在食品加工中同時加入該色素和一定濃度的山梨酸鉀，后者對前者有增強著色力的效果。

2.4.7亞硝酸鈉、維生素C、苯甲酸鈉對色素的影響由圖12可知，在濃度范圍為0.1%～2.0%內(nèi)的亞硝酸鈉、維生素C、苯甲酸鈉溶液中，色素的吸光度變化均不大，且吸光度均較高，可見，亞硝酸鈉、維生素C、苯甲酸鈉對色素的穩(wěn)定性基本無影響。這3種食品添加劑中，亞硝酸鈉、維生素C均具有還原性，能夠很好地抑制色素的氧化，使其保持穩(wěn)定；苯甲酸鈉是酸性防腐劑，香蕉皮黃色素對苯甲酸鈉穩(wěn)定與該色素在酸性條件下穩(wěn)定相吻合。故在食品加工中一定濃度（0.1%～2.0%）的亞硝酸鈉、維生素C、苯甲酸鈉可分別與該色素配合使用。

2.4.8六偏磷酸鈉對色素的影響將5種不同濃度（0.1%～2.0%）的六偏磷酸鈉溶液加入色素提取液，保存2 h后觀察色素的顏色與狀態(tài)變化，結(jié)果（表7）表明，隨著六偏磷酸鈉濃度的增大，色素越來越不穩(wěn)定；因此，六偏磷酸鈉或含有六偏磷酸鈉的復(fù)合磷酸鹽等食品添加劑不可與該色素同時使用。

表7不同濃度的六偏磷酸鈉對色素的影響

六偏磷酸鈉濃度

（%）顏色及狀態(tài)六偏磷酸鈉濃度

（%）顏色及狀態(tài)0.1黃色渾濁1.0白色渾濁0.3淡黃色渾濁2.0白色渾濁0.6淡黃色渾濁

3結(jié)論

本試驗采用熱回流提取法對香蕉皮黃色素的提取工藝進(jìn)行了研究。通過單因素和正交試驗確定香蕉皮黃色素的最佳提取工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)85%，溫度60 ℃，料液比1 g ∶10 mL，提取時間3 h，提取次數(shù)2次。為進(jìn)一步研究該色素的應(yīng)用價值，進(jìn)行了色素對溫度、pH值、光照等條件的穩(wěn)定性試驗，及色素對某些常見食品配料和食品添加劑的穩(wěn)定性影響。該色素對光較穩(wěn)定，且氧化劑和還原劑都對其影響不大，大多數(shù)常見的添加劑（除六偏磷酸鈉）也可與色素同時加入食品中，不影響色素的穩(wěn)定性。但是只有在一定的溫度和酸堿度下才保持穩(wěn)定，溫度若高于70 ℃，則很不穩(wěn)定，pH值>6時色素也極不穩(wěn)定，在pH值為7～14之間，色素顏色發(fā)生了劇烈變化，從黃色變?yōu)榧t色。因此在應(yīng)用該色素時應(yīng)注意溫度、pH值等條件。

香蕉皮黃色素較穩(wěn)定，可與大部分食品添加劑配合使用，作為食品著色劑有極高的利用價值；但該色素的純化、結(jié)構(gòu)、毒理試驗及具體使用還有待進(jìn)一步研究。

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