玉米黃色素皂化純化工藝研究

常影，焦巖，劉井權，許瑞雪，景艷，王冬宇，姜未公

(1.齊齊哈爾大學 食品與生物工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.齊齊哈爾大學農產品加工黑龍江省普通高校重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾 161006；3.齊齊哈爾大學玉米深加工工程研究中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

玉米黃色素皂化純化工藝研究

常影1,2,3，焦巖1,2,3*，劉井權1,2,3，許瑞雪1,2,3，景艷1,2,3，王冬宇1,2,3，姜未公1,2,3

(1.齊齊哈爾大學 食品與生物工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.齊齊哈爾大學農產品加工黑龍江省普通高校重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾 161006；3.齊齊哈爾大學玉米深加工工程研究中心，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

玉米黃色素；皂化純化；色價

玉米黃色素是從玉米中提取的有較高利用價值的天然食用色素，是由葉黃素、玉米黃和隱黃素等類胡蘿卜素所組成，是廣泛存在于許多植物中的一類天然色素。我國早在食品衛(wèi)生標準GB 2760-1986中規(guī)定，允許玉米黃色素作為食品添加劑，國外已將其用于人造奶油、黃油、糕點和糖果之中，并已開發(fā)出相應的保健食品和藥品[1，2]。

玉米黃色素不僅是一種天然食品著色劑，而且是生產保健食品添加劑，由于其主要成分為胡蘿卜素類，是人體所必需的一類化合物，具有促進人體生長發(fā)育、保護視力、提高免疫力和預防癌癥等多種生理功能[3，4]。它作為天然色素已被歐美等許多國家批準為食用色素。由于對人工合成色素和有關添加劑潛在影響的不確定性，因而在崇尚自然的今天，這類天然的食品添加劑受到廣泛歡迎[5，6]。

近年，國內外對天然色素的研究逐漸得到重視，隨著人們對天然色素的認識與功能的了解，并與原有合成色素進行比較，天然色素的優(yōu)點越來越被人們所認同。但是，玉米黃色素目前還和其他天然色素一樣存在著色價低、穩(wěn)定性差、成本高等缺陷。因此，本研究通過對玉米黃色素粗提物的皂化純化工藝進行研究，通過皂化去除玉米黃色素中的雜質，提高玉米黃色素的純度和色價，進而提高玉米黃色素的著色能力，拓寬玉米黃色素作為天然食品添加劑在食品和醫(yī)藥領域的應用范圍，可增加飲料、糕點和糖果等食品的安全性。尤其是應用于消費量較大的調味食品中，可替代對人體有害的合成色素應用于漬制小菜、咖喱粉、芥末醬、方便面調料包及調味油等食品中，有利于減小其他天然色素的不良風味，降低生產成本；且可彌補味精、醬油等食品中的類胡蘿卜素含量，提高調味品和相應食品的安全等級和營養(yǎng)價值。因此本研究具有重要的現(xiàn)實意義，可為玉米黃色素的工業(yè)化生產和作為天然食品著色劑在食品中的應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料：玉米黃粉，中糧生化能源(龍江)有限公司。

試劑：無水乙醇、氫氧化鉀等試劑，均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

UV-2450型紫外可見分光光度計 日本島津公司；FW100型高速萬能粉碎機、DK-98-1型電熱水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司；KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗機 昆山市超聲儀器有限公司；RE-52AA旋轉蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；PB-10型pH計 德國Sartorius公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米黃色素提取

玉米黃粉→擠壓膨化→粉碎→加溶劑→超聲波輔助提取→定容→過濾→冷卻→濃縮→玉米黃色素[7]。

1.3.2 玉米黃色素皂化純化

將玉米黃色素粗提物與KOH-乙醇按比例混合，使粗提物完全溶解，并加熱皂化，再旋轉蒸發(fā)濃縮，將濃縮物沖洗至中性，然后進行冷凍干燥，干燥后固型物用無水乙醇溶解，經(jīng)高速離心除去蛋白等不溶性雜質，重復3次溶解分離后合并玉米黃色素溶液定容，在440 nm下測定吸光值，并計算玉米黃色素色價[8，9]。

1.3.3 玉米黃色素皂化純化單因素試驗

1.3.3.1 時間對玉米黃色素皂化純化效果的影響

在上述皂化工藝條件下，選取皂化溫度為60 ℃，KOH-乙醇溶液質量濃度為0.1 g/mL，在皂化時間為1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 h條件下研究時間對玉米黃色素的皂化純化效果的影響。

1.3.3.2 溫度對玉米黃色素皂化純化效果的影響

在KOH-乙醇溶液質量濃度為0.1 g/mL，溫度分別為40，50，60，70，80 ℃時對玉米黃色素皂化3 h，研究溫度對玉米黃色素皂化純化效果的影響。

1.3.3.3 溶劑濃度對玉米黃色素皂化純化效果的影響

在皂化溫度為60 ℃，溶劑質量濃度為0.05，0.075，0.1，0.125，0.15 g/mL條件下對玉米黃色素皂化3 h，研究溶劑濃度對玉米黃色素皂化純化效果的影響。

1.3.4 正交試驗優(yōu)化設計

通過單因素試驗，以玉米黃色素色價為指標，對皂化效果有顯著影響的KOH-乙醇溶液濃度、溫度和皂化時間進行三因素三水平正交試驗，試驗安排見表1。

表1 正交試驗因素水平表

1.3.5 玉米黃色素色價的測定[10，11]

色價作為天然色素著色能力和純度含量的一項重要指標，因此可以用色價來表征玉米黃色素樣品中的含量。準確稱取皂化后的玉米黃色素樣品100 mg，用無水乙醇溶解，并定容至10 mL，配制成質量濃度為1.00 mg/mL的工作液。在440 nm處以無水乙醇為空白分別測其吸光值，帶入下列公式計算其色價。

式中：A為玉米黃色素的吸光值；F為稀釋倍數(shù)；m為玉米黃色素的質量，g。

2 結果與分析

2.1 玉米黃色素皂化純化單因素試驗結果與分析

2.1.1 時間對玉米黃色素皂化純化效果的影響

圖1 不同皂化時間對玉米黃色素皂化純化效果的影響

由圖1可知，玉米黃色素的色價隨皂化時間的增加而增大，當皂化時間為3 h時，皂化反應完全，色價呈現(xiàn)最大值。當時間超過3 h時色價降低，可能是因為皂化時間越長，黃色素被氧化的可能性越高，色素在此過程中被破壞，這樣就會造成色價值較低。因此，選擇3 h為最佳皂化時間。

2.1.2 溫度對玉米黃色素皂化純化效果的影響

圖2 不同皂化溫度對玉米黃色素皂化純化效果的影響

由圖2可知，隨著皂化溫度的升高，玉米黃色素的色價增大，當皂化溫度為60 ℃時，色價最大，之后隨之降低，這可能是因為當溫度較低時皂化反應不完全，色素色價低，而當溫度升高到60 ℃時，皂化反應劇烈，色素在高溫下發(fā)生分解反應，色價降低。因此，60 ℃為最佳的皂化溫度。

2.1.3 KOH-乙醇溶液濃度對玉米黃色素皂化純化效果的影響

圖3 不同KOH-乙醇溶液濃度對玉米黃色素皂化純化效果的影響

由圖3可知，當皂化液KOH-乙醇溶液濃度在0.05～0.125 g/mL范圍內時，玉米黃色素色價隨著濃度的增加，皂化反應增加；當KOH-乙醇溶液濃度在0.125 g/mL時，色價最大。但是，當濃度繼續(xù)增加時，色價反而會下降，可能是因為過多的KOH會使得雜質增加，且對色素有破壞作用，影響試驗效果。因此，KOH-乙醇溶液濃度為0.125g/mL時皂化效果最好。

2.2 玉米黃色素皂化純化正交試驗結果與分析

根據(jù)單因素試驗結果，以玉米黃色素色價為指標，選取對皂化效果有顯著影響的KOH-乙醇溶液濃度、溫度和皂化時間進行三因素三水平正交試驗，確定玉米黃色素皂化純化最佳工藝條件，不同試驗條件下所得的色素色價值結果見表2。

表2 正交試驗結果

由表2可知，對玉米黃色素皂化的各因素的影響大小順序為B>C>A，即溫度>時間>KOH-乙醇濃度。最佳組合為A2B2C3，即KOH-乙醇濃度為0.125 g/mL，皂化溫度為70 ℃，皂化時間為4.0 h，在此最佳條件下，玉米黃色素色價最高達到922。

3 結論

本研究采用皂化反應方法對玉米黃色素進行純化，得到皂化純化的最佳工藝條件：KOH-乙醇濃度為0.125g/mL，皂化溫度為70℃，皂化時間為4.0h，在此最佳條件下，玉米黃色素色價最高達到922。比未皂化玉米黃色素粗提物色價的394提高了2.4倍。由此可知，通過對玉米黃色素皂化反應后可除去玉米黃色素粗提物中蛋白和脂肪酸等雜質，提高玉米黃色素的色價和純度，和其他分離純化技術相比，該方法具有方法簡單、成本低廉、工藝條件易于控制和可工業(yè)化生產等優(yōu)點。

因此，通過本研究可使玉米黃色素的純度和著色能力提高，可替代安全性較低的檸檬黃和日落黃等合成色素在食品中的應用，提高食品安全性，與姜黃素、梔子黃色素及辣椒紅等天然食品著色劑一起應用到咖喱粉、咸菜和調味醬中，既可作為著色劑又增加了玉米黃素等類胡蘿卜素的營養(yǎng)成分，并可減少外源性色素異味對調味品質量的影響，起到改善口感和增加風味的作用。因此，本研究采用皂化反應方法從玉米黃粉中提取純化出色價較高、著色能力較強的玉米黃色素，對于提高產品附加值、降低天然色素成本及擴展天然安全食品著色劑在食品中的應用具有重要作用。

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Study on Saponification and Purification Technology of Corn Yellow Pigment

CHANG Ying1,2,3, JIAO Yan1,2,3*, LIU Jing-quan1,2,3, XU Rui-xue1,2,3, JING Yan1,2,3, WANG Dong-yu1,2,3, JIANG Wei-gong1,2,3

(1.College of Food and Biological Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; 2.Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China;3.Research Center for Corn Refinement Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)

corn yellow pigment; saponification and purification; color value

2016-06-11 *通訊作者

齊齊哈爾市科學技術計劃項目(NYGG-201427)；國家星火計劃重大項目(2013GA670002)

常影(1982-)，女，講師，碩士，研究方向:植物加工利用。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2016.12.029

1000-9973(2016)12-0126-03