糜子中β-胡蘿卜素提取工藝及穩(wěn)定性研究

◎ 關(guān)正萍，王　倩，關(guān)　正

（1.山西師范大學食品科學學院，山西　臨汾　041000；2. 山西師范大學現(xiàn)代文理學院，山西　臨汾　041000）

糜子又稱為黍、稷，是一種小雜糧作物。主要種植區(qū)位于山西北部、呂梁地區(qū)、忻州地區(qū)，它具有養(yǎng)胃補氣的作用。糜子在食用方面的價值比較高，它還有很多方面可以加以利用[1-4]。在人們的平常生活里，人們常常食用的是糜米，糜子殼得不到充分利用。所以，本文將從糜子中提取β-胡蘿卜素并研究它最好的提取條件，這樣不僅可以為β-胡蘿卜素增加一條提取的途徑，還可以使糜子皮得到充分利用。

β-胡蘿卜素不僅可以用于著色，還可以滿足人體營養(yǎng)需求，這使糜子的利用途徑又多了幾條。近幾年來，對β-胡蘿卜素各個方面的研究開始增多，但是形成的產(chǎn)品還是很少，需要從國外進口才能滿足市場的需求。所以，本實驗從糜子中提取β-胡蘿卜素對糜子的深加工具有一定的參考價值。

近幾年來，運用水溶浸提、超聲波提取、微波提取等方法來增加提取量的研究日益增多，但從糜子中提取還沒有人涉及過。所以，本文利用超聲波振蕩的方法來提取糜子中的β-胡蘿卜素。

糜子中提取的β-胡蘿卜素在溫度、氧化劑、還原劑、時間、金屬離子等多種因素的影響下或多或少會發(fā)生變化。本文將從中選擇光照、溫度和金屬離子這3個因素來分析糜子中提取的β-胡蘿卜素的穩(wěn)定性。

1　實驗與方法

1.1　材料與儀器

（1）材料。糜子，河曲一號，購于當?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場。

（2）試劑。丙酮，分析純，洛陽市化學試劑廠；石油醚，分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；氯化銅，分析純，天津市大茂化學試劑廠；氯化鋁，結(jié)晶，天津市光復(fù)精細化工研究所；氯化亞鐵，分析純，天津市大茂化學試劑廠；氯化鐵，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司。

（3）儀器。752N紫外可見分光光度計（湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司）、KQ-300E超聲波清洗機（昆山市超聲儀器有限公司）、RH-600A型高速多功能粉碎機（浙江榮浩工貿(mào)有限公司）、TDZ5-WS臺式低速離心機（上海儀電分析儀器有限公司）、FA2204B電子天平（上海精科天美科學儀器有限公司）、HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）。

1.2　工藝流程

1.2.1糜子的預(yù)處理

將糜子放入破碎機中破碎5～6 min取出，放在自封袋中備用。

1.2.2工藝流程

糜子→破碎成粉→加入丙酮-石油醚的混合溶液提取→超聲波振蕩提取糜子中的β-胡蘿卜素→過濾→上清液在離心機中離心分離→取分離后的上清液→移入100 mL容量瓶中并定容→測定從糜子中提取的β-胡蘿卜素的吸光度值→計算β-胡蘿卜素的含量[5]。

1.3　糜子色素吸收光譜

用分析天平準確無誤地稱取25 g已經(jīng)用粉碎機破碎好的糜子粉，放到已經(jīng)準備好的250 mL的具塞三角瓶中，然后將配好的丙酮-石油醚（2∶3）的混合有機溶劑用量筒量取100 mL加到具塞三角瓶中，然后把具塞三角瓶放到超聲波清洗機中超聲波振蕩提取25 min，振蕩完以后用紗布將溶液過濾，把過濾后的液體在調(diào)節(jié)到3000 r/min的離心機中離心10 min，把離心分離后的上清液用移液管移取50 mL放到100 mL的容量瓶中，后用丙酮-石油醚的混合液定容，波長最小取200 nm，最大取700 nm，然后每隔20 nm測量一個值，然后根據(jù)26個點繪制光譜圖，找出最大吸收波長[6-7]。

1.4　標準曲線的測定

用分析天平稱20 mg標準品把它放到燒杯里溶解，然后轉(zhuǎn)到25 mL的容量瓶里，用混合提取劑加到容量瓶的刻度線。在比色管里放好要求的標準液后，開始測它們的吸光度，然后根據(jù)測得的吸光度繪制β-胡蘿卜素的標準曲線。

1.5　β-胡蘿卜素含量的測定

用糜子粉提取的β-胡蘿卜素含量按照下式計算[8]。

β-胡蘿卜素得率（μg/g）=1000×CV/m

式中：C表示糜子中提取的β-胡蘿卜素的濃度，mg/100 mL；V表示從糜子中提取的溶液的體積，mL；m表示糜子粉的質(zhì)量，g。

1.6　單因素試驗

本試驗主要考慮丙酮-石油醚的體積比、料液比和提取時間3個因素，作為影響色素提取量的單因素，通過超聲波清洗機的超聲波振蕩來提取糜子中的色素，然后將提取的色素經(jīng)過一系列的處理后在紫外-可見分光光度計上測量吸光度，確定每個單因素的最優(yōu)條件，然后進行單因素交叉試驗，找到能使β胡蘿卜素的含量達到最大的條件。

1.6.1丙酮-石油醚的體積比對提取效果的影響

用分析天平準確無誤地稱取15 g已經(jīng)用粉碎機破碎好的糜子粉，放到已經(jīng)準備好的250 mL的具塞三角瓶中，將提取糜子中的β-胡蘿卜素的混合提取劑丙酮占總體積的1/2、1/5、1/10、2/5、3/10的配比各取90 mL，分別放入具塞三角瓶中，然后把具塞三角瓶塞好放到超聲波清洗機中超聲振蕩提取90 min，振蕩完以后用紗布將溶液過濾，把過濾后的液體在調(diào)節(jié)到3000 r/min的離心機中離心10 min，把離心分離后的上清液用移液管移取50 mL放到100 mL的容量瓶里后用丙酮-石油醚的混合液定容[9-11]，每個實驗做兩次。

1.6.2料液比對提取效果的影響

用分析天平準確無誤地稱取15 g已經(jīng)用粉碎機破碎好的糜子粉，放到已經(jīng)準備好的250 mL的具塞三角瓶中，取1份糜子粉分別加入3、4、5、6、7份丙酮-石油醚，其中混合提取劑丙酮占總體積的2/5，然后把具塞三角瓶放到超聲波清洗機中超聲波振蕩提取90 min，振蕩完以后用紗布將溶液過濾，把過濾后的液體在調(diào)節(jié)到3000 r/min的離心機中離心10 min，把離心分離后的上清液用移液管移取50 mL放到100 mL的容量瓶里后用丙酮-石油醚的混合液定容[12]，每個實驗做兩次。

1.6.3提取時間對提取效果的影響

用分析天平準確稱取15 g已經(jīng)用粉碎機破碎好的糜子粉，放到已經(jīng)準備好的250 mL的具塞三角瓶中，加入混合提取劑（丙酮占總體積的2/3）90 mL，然后把具塞三角瓶放到超聲波清洗機中超聲振蕩提取50、60、70、80、90、100 min，振蕩完以后用紗布將溶液過濾，把過濾后的液體在調(diào)節(jié)到3000 r/min的離心機中離心10 min，把離心分離后的上清液用移液管移取50 mL放到100 mL的容量瓶里后用丙酮-石油醚的混合液定容[13]，每個實驗做兩次。

1.7　正交試驗

為了使生成的β-胡蘿卜素含量達到最大，在分析混合提取劑丙酮-石油醚的體積比、料液比、提取時間3個單因素試驗的基礎(chǔ)上進行L9（34）正交試驗[5]。

1.8　糜子中β-胡蘿卜素穩(wěn)定性

本次實驗分別從光照、溫度和金屬離子3個方面對糜子提取液中β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響進行研究。1.8.1 光對β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響

（1）日光。將糜子β-胡蘿卜素提取液置于冬日下午1點至2點的日光下進行保存，然后每隔5 min把一個β-胡蘿卜素提取液試管拿回實驗室進行測定，從而觀察日光對糜子中β-胡蘿卜素提取液的影響[6]。

（2）避光。把從糜子中提取的β-胡蘿卜素提取液放置在4 ℃冰箱內(nèi)進行避光保存，然后每隔1 d對β-胡蘿卜素提取液進行1次吸光度的測定[6]。

1.8.2溫度對β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響

分別把水浴鍋調(diào)到4、20、60 ℃，對從糜子中提取的β-胡蘿卜素進行保存，然后每隔2 h對糜子中提取的β-胡蘿卜素提取液進行1次吸光度的測定[6]。

1.8.3金屬離子對β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響

在糜子β-胡蘿卜素提取液中分別加入2 mL 0.01 mol/L Cu2+、Fe2+、Fe3+、Al3+，然后進行避光保存，在添加Fe2+的同時通入氮氣，隔除氧氣。然后每隔2 h對糜子中提取的β-胡蘿卜素提取液進行一次吸光度的測定[6]。

2　結(jié)果與分析

2.1　糜子色素的吸收光譜

從圖1可以看出，最大吸收波長在450 nm處，根據(jù)相關(guān)文獻可知[1]，該色素為β-胡蘿卜素。

圖1　糜子色素的紫外-可見吸收光譜圖

2.2　β-胡蘿卜素的標準曲線

β-胡蘿卜素吸光度標準曲線，如圖2所示。

圖2　β-胡蘿卜素吸光度標準曲線圖

根據(jù)圖2可知，Y=2.1501X+0.0231，相關(guān)系數(shù)為0.9994，線性關(guān)系良好。

2.3　單因素試驗結(jié)果

2.3.1提取劑丙酮-石油醚體積比對糜子中β-胡蘿卜素提取效果的影響

選用混合提取劑丙酮-石油醚的不同體積配比來提取糜子中的β-胡蘿卜素，結(jié)果如圖3所示。

圖3　丙酮-石油醚體積比對糜子中β-胡蘿卜素提取效果的影響圖

如圖3所示，當混合提取劑丙酮占總體積的3/5時，提取的含量最高為7.564 μg/g。當混合提取劑丙酮占總體積的1/2和3/10時，含量相對較高。

2.3.2不同料液比對糜子中β-胡蘿卜素提取效果的影響

混合提取劑丙酮占總體積的3/5，超聲波振蕩提取1.5 h時，選擇不同料液比分別進行試驗，結(jié)果如圖4所示。

圖4　料液比對糜子中β-胡蘿卜素提取效果的影響圖

如圖4所示，在此條件下，隨著糜子粉占丙酮-石油醚的比例不斷增加，從糜子中提取的β-胡蘿卜素含量表現(xiàn)出剛開始上升然后又下降的趨勢。料液比在1∶6之前，從糜子中提取的β-胡蘿卜素含量呈現(xiàn)不斷上升的狀態(tài)。取1份糜子粉和6份混合提取劑時，達到最高點，此時，它的含量為7.59 μg/g。在取1份糜子粉和7份混合提取劑時，它的含量又降低了。

2.3.3不同提取時間對糜子中β-胡蘿卜素提取效果的影響

當混合提取劑丙酮占總體積的2/5，取1份糜子粉和6份混合提取劑時，β-胡蘿卜素含量的影響結(jié)果如圖5所示。

圖5　提取時間對糜子中β-胡蘿卜素提取效果的影響圖

如圖5所示，實驗結(jié)果表明β-胡蘿卜素的含量隨著提取時間的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。當用超聲波清洗機振蕩小于1.5 h時，隨著振蕩時間不斷增加，提取的含量趨勢在不斷上升。當用超聲波清洗機振蕩超過1.5 h時，它的含量開始下降。因此，使用超聲波清洗機振蕩提取β-胡蘿卜素最好振蕩1.5 h。

2.4　糜子中β-胡蘿卜素提取的正交試驗結(jié)果

在混合提取劑丙酮-石油醚的體積比、糜子粉與混合提取劑丙酮-石油醚的比例、提取時間3個單因素試驗的基礎(chǔ)上，決定利用L9（34）正交表來優(yōu)化提取β-胡蘿卜素的試驗方案，確定3個單因素最優(yōu)交叉實驗結(jié)果，結(jié)果見表1、2。

表1　影響糜子β-胡蘿卜素超聲波室溫提取效果的水平因子表

表2　糜子β-胡蘿卜素超聲波室溫提取條件正交試驗設(shè)計及結(jié)果表

通過表2極差分析可以得出，這3種因素對糜子中提取的β-胡蘿卜素的影響大小為A＞B＞C，也就是混合提取劑丙酮-石油醚體積比＞料液比＞提取時間。并且可以得知，丙酮-石油醚體積比水平3最好，料液比水平3最好，提取時間水平2最好，即最優(yōu)水平的搭配為A3B3C2，又根據(jù)上述的9個實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，極差分析結(jié)果的最優(yōu)組合與9號實驗的各條件一致，驗證了正交試驗的準確性，所以3個單因素的最優(yōu)交叉組合為混合提取劑丙酮占總體積的1/2，1份糜子粉和7份混合提取劑的比例，提取1.5 h。

2.5　糜子中β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響

2.5.1日光對糜子中β-胡蘿卜素的影響

將糜子β-胡蘿卜素提取液置于冬日下午1點至2點的日光下進行保存，然后每隔5 min拿回實驗室測1次結(jié)果。結(jié)果如圖6所示。

圖6　日光對糜子中β-胡蘿卜素的影響圖

如圖6所示，從糜子中提取的β-胡蘿卜素隨著在陽光下照射時間的不斷增加，吸光度在逐漸減小，而且變化較快。可知，β-胡蘿卜素受日光的影響比較大，應(yīng)該進行避光保存。

2.5.2避光條件對糜子中β-胡蘿卜素的影響

將糜子中提取的β-胡蘿卜素放置在4 ℃冰箱內(nèi)進行避光保存，然后每隔1 d對β-胡蘿卜素提取液進行1次吸光度的測定。測定結(jié)果如圖7所示。

圖7　避光條件對糜子中β-胡蘿卜素的影響圖

如圖7所示，在避光保存1~5 d的條件下，吸光度隨著保存天數(shù)的增加而下降，但是下降的速度比較慢?？芍?，4 ℃冰箱內(nèi)避光條件對糜子中提取的β-胡蘿卜素的含量影響比較小。

2.5.3溫度對糜子中β-胡蘿卜素的影響

分別保持水浴鍋恒溫4、20、60 ℃，并對提取液進行保存，測定結(jié)果如圖8所示。

圖8　溫度對糜子中β-胡蘿卜素的影響圖

由圖8可知，處于4 ℃和20 ℃時，糜子中提取的β-胡蘿卜素在恒溫水浴鍋里的數(shù)值變化很小，表明它比較穩(wěn)定。但是在60 ℃時，吸光度突然間變大，說明提取量減少很快，溫度對它的影響比較大。由此可知，在對糜子中提取β-胡蘿卜素進行保藏時要盡量避免高溫環(huán)境。

2.5.4金屬離子對糜子中β-胡蘿卜素的影響

把某幾個離子加入β-胡蘿卜素的提取液中，在添加Fe2+的同時通入氮氣，隔除氧氣。然后在4 ℃的冰箱里進行避光保存，每隔2 h拿回實驗室測1次，其結(jié)果如圖9所示。

圖9　金屬離子對糜子中β-胡蘿卜素的影響

由圖9可知，在前6個小時，Cu2+的吸光度變化幅度大，F(xiàn)e2+對糜子中提取的β-胡蘿卜素吸光度變化幅度比較??；6小時之后，Cu2+和Fe2+的吸光度開始逐漸上升，變化幅度相差不大。另外，在前6個小時，Al3+的吸光度在不斷增大，但是變化幅度很小。在前8個小時，F(xiàn)e3+的吸光度在逐漸減小，變化幅度相對較大；8小時之后，吸光度逐漸增加?？偨Y(jié)如下，在將這4種離子加入從糜子中提取的β-胡蘿卜素后發(fā)現(xiàn)，Cu2+、Fe3+和Fe2+對β-胡蘿卜素的穩(wěn)定性影響比較明顯，但Al3+影響比較小。而且，在實驗過程中看到，糜子β-胡蘿卜素的提取液中加入Fe3+會氧化產(chǎn)生紅色絮狀沉淀，可能是提取液中的某些物質(zhì)與Fe3+發(fā)生反應(yīng)，生成具有相同波長的其他物質(zhì)進而影響吸光度，導(dǎo)致吸光度變大。因此，不要將從糜子中提取的β-胡蘿卜素放在鐵制和銅制的容器里存放。

3　結(jié)論

（1）通過超聲波振蕩提取糜子中的β-胡蘿卜素在3個單因素的交叉實驗中，得出結(jié)論：混合提取劑丙酮占總體積的1/2、取1份糜子粉和7份丙酮-石油醚、提取1.5 h時，提取的β-胡蘿卜素含量最多。

（2）從糜子中提取的β-胡蘿卜素在溫度較低的時候比較穩(wěn)定，但是在溫度較高時會快速降解，產(chǎn)生其他物質(zhì)；在完全避光的條件下穩(wěn)定性很好，陽光照射對其影響很大，β-胡蘿卜素含量減少得較快。

（3）Cu2+、Fe3+、Fe2+這3種金屬離子對糜子中的β-胡蘿卜素含量影響比較大，Al3+對其影響比較小。

參考文獻：

[1]米 拉，武挨厚，許 輝，等.糜米營養(yǎng)價值的研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)牧學院學報，1995（3）：104-106.

[2]胡小明，代 斌.β-胡蘿卜素的性質(zhì)及其制備方法研究進展[C]//中國農(nóng)業(yè)工程學會.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程與自然資源高效利用——中國科協(xié)2005年學術(shù)年會（第10分會場）論文集.中國農(nóng)業(yè)工程學會，2005.

[3]任蘇玲.蕎麥殼色素提取純化及穩(wěn)定性研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2007.

[4]邵金華，黃光文，朱智勇，等.柚皮中類胡蘿卜素的提取及其穩(wěn)定性的研究[J].食品工業(yè)科技，2014（2）：281-285.

[5]秦宏偉，楊紅花，史春余，等.甘薯中β-胡蘿卜素提取工藝研究[J].食品科學，2007（1）：123-126.

[6]呂 爽.胡蘿卜中β-胡蘿卜素的提取、純化及其穩(wěn)定性研究[D].西安：陜西師范大學，2007.

[7]趙 猛，朱洪梅.小米黃色素超聲波輔助提取工藝的響應(yīng)面法優(yōu)化[J].西北農(nóng)林科技大學學報，2009（10）：181-187.

[8]李大婧，宋江峰，劉春泉，等.超聲波輔助提取黑豆皮色素工藝優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2009（2）：273-279.

[9]朱洪梅.玉米黃色素提取工藝及其抗氧化活性研究[J].中國糧油學報，2010（7）：15-20.

[10]孫明奇，胡建中，潘思軼.柑橘皮類胡蘿卜素提取物穩(wěn)定性研究[J].食品科學，2007（10）：46-49.

[11]Wenkata D V，Panda T. Optimization of microbiological parameters for enhanced griseofulvin production using response surface methodology[J].Bioprocess Engineering，2000，22（1）：45-49.

[12]Chen T.M.，BH Chen. Optimization of Mobile Phases for HPLC of Cis-trans Carotene Isomers.Chromatogr[J].Chromatographia，1994，39（5-6）：346-354.

[13]L Zechmeister. Cis-trans isomerization and stereochemistry of carotenoids and diphenylolyenes[J].Chem.Rev，1994（53）：267-344.