金刺梨黃色素提取條件及穩(wěn)定性研究

謝國芳 田永林 鄧玉蓮 周笑犁 劉永玲 趙治兵 馬立志

(1. 貴陽學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，貴州 貴陽 550005；2. 貴州省果品加工工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550005)

金刺梨(RosasterilisD.shi)又稱無籽刺梨，薔薇科薔薇屬多年生灌木，為貴州省特有種系，金刺梨果實含有蛋白質(zhì)、糖、維生素、氨基酸、總酚、微量元素和SOD等功效成分[1-3]，鮮果香氣成分豐富、香味濃郁[4-6]。近年來，隨著金刺梨產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，由于大量金刺梨鮮果集中上市，導(dǎo)致價格急劇下降，加之鮮果采后易纖維化、失水等引起食用品質(zhì)和商品價值下降，嚴(yán)重制約該產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前，雖已開發(fā)了果酒、果醋、飲料、果醬、酸奶含片等金刺梨產(chǎn)品[7-10]，但均以金刺梨果汁為原料，由此產(chǎn)生大量的果渣。由于缺乏精深加工技術(shù)，果渣直接廢棄，不僅浪費果渣中有效成分，還造成環(huán)境污染。

本試驗擬對金刺梨黃色素提取條件進行優(yōu)化，研究光照、pH、氧化劑、還原劑、金屬離子、糖類對其穩(wěn)定性及抗氧化能力的影響，明確金刺梨黃色素的提取條件及其適宜的食品體系，實現(xiàn)金刺梨黃色素開發(fā)利用，為延長金刺梨產(chǎn)業(yè)鏈提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

金刺梨鮮果：采摘于貴州省安順市普定縣金刺梨種植基地，采后立即運回實驗室；

乙醇、丙酮、甲醇：分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；

2,4,6-三吡啶基三嗪(TPTZ)、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、水溶性維生素E(Trolox)：分析純，美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平：YH-A 6002型，瑞安市英衡電器有限公司；

超高速冷凍離心機：TGL-166RS型，上海安亭科學(xué)儀器廠；

超聲清洗器：KQ5200DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

紫外分光光度計：UV-2550型，日本島津公司。

1.3 金刺梨黃色素提取條件

1.3.1 提取劑篩選 取適量金刺梨果實，按1∶20 (g/mL)料液比分別加入水、70%甲醇、70%乙醇、70%丙酮，60 ℃下超聲輔助提取1 h(200 W)，提取2次，合并濾液，測定其吸光值。

1.3.2 波長測定 取1.3.1中水為提取劑所得的提取液，以蒸餾水為空白，在200～700 nm波長范圍內(nèi)進行吸收光譜掃描，通過光譜掃描確定其最佳吸收波長為280 nm，與紫藤花萼中黃色素吸收波長一致[11]。

1.3.3 提取條件優(yōu)化 對金刺梨黃色素提取條件提取劑濃度、提取溫度、料液比和提取時間等進行試驗設(shè)計，以吸光值為考核指標(biāo)，得出金刺梨黃色素的最佳提取條件。各因素的水平范圍見表1[12]。

表1 均勻設(shè)計因素水平表Table 1 Factors and levels of uniform design

1.4 金刺梨黃色素穩(wěn)定性研究

按1.3所得最佳提取工藝提取金刺梨黃色素，稀釋使其吸光值為0.2～0.4后，研究光照、pH、溫度、氧化劑、還原劑、金屬離子和糖類等對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響。

1.4.1 光照對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 取100 mL提取液9份，分別于室外陽光直照、室內(nèi)自然光和避光下放置，每處理3個平行，從早上9:00至下午18:00，每隔1 h測定其吸光值和體外抗氧化能力。

1.4.2 pH對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 取45 mL提取液10份，用HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)提取液pH分別為3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，每處理3個平行，避光放置3 h后測定其吸光值和體外抗氧化能力。

1.4.3 氧化劑對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 以H2O2為氧化劑，取10 mL提取液18份，以蒸餾水為對照，分別加入相同體積、不同濃度的H2O2溶液，使體系最終濃度分別為0.4‰，0.8‰，1.2‰，1.6‰，2.0‰，每處理3個平行，混勻后避光放置2 h后測定其吸光值和體外抗氧化能力。

1.4.4 還原劑對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 以Na2SO3為還原劑，取10 mL提取液18份，以蒸餾水為對照，分別加入相同體積、不同濃度的Na2SO3溶液，使體系最終濃度分別為0.4%，0.8%，1.2%，1.6%，2.0%，每處理3個平行，混勻后避光放置2 h后測定其吸光值和體外抗氧化能力。

1.4.5 金屬離子對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 取8 mL提取液24份，以蒸餾水作為對照，分別加入8 mL 0.8 g/L的Zn2+、Cu2+、K+、Mg2+、Na+、Fe3+、Al3+溶液，每處理3個平行，混勻后避光放置2 h后測定其吸光值和體外抗氧化能力。

1.4.6 食品添加劑對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 取15 mL 提取液15份，以蒸餾水作為對照，分別加入15 mL的10%葡萄糖、10%蔗糖、10%麥芽糖和2%乳酸，每處理3個平行，混勻后避光放置2 h后測定其吸光值和體外抗氧化能力。

1.5 抗氧化能力測定

1.5.1 Fe2+還原/抗氧化能力(FRAP) 參照Todorovic等[13]的方法。

1.5.2 DPPH自由基清除能力(DPPH) 參照Tauchen等[14]的方法。

1.5.3 總還原力(TRPA) 參照Oliveira等[15]的方法。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Uniform Design Version 3.0軟件進行均勻試驗設(shè)計和分析，試驗結(jié)果采用Microsoft Excel軟件進行整理，并以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差方式表示，采用Graphpad Prism 7.00軟件作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 金刺梨黃色素提取條件

2.1.1 提取劑選擇 由圖1可知，與水相比，有機溶劑可顯著提高粗提液的吸光值(P<0.05)，其中，70%丙酮作為提取液的吸光值顯著高于70%乙醇和70%甲醇(P<0.05)，因此選用丙酮作為金刺梨黃色素提取劑。

不同字母表示不同提取劑間差異顯著(P<0.05)圖1 提取劑對黃色素吸光值的影響Figure 1 Effects of different extracted solvents on absorption of yellow pigment

2.1.2 金刺梨黃色素提取條件優(yōu)化 均勻設(shè)計試驗方案及結(jié)果見表2。

表2 均勻設(shè)計方案及結(jié)果Table 2 Uniform design and result

由表2可知，在試驗11條件下提取液的吸光值最高。采用均勻試驗設(shè)計軟件進行逐步回歸分析，其回歸方差分析結(jié)果見表3，所得的吸光值隨各因素變化的四元二次回歸方程：

Y=-2.69-0.137A+0.317B-0.484C-0.392D+0.000 859A2-0.000 273B2+0.001 65C2+0.005 51D2。

(1)

回歸方程的方差分析結(jié)果見表3。由表3可得，回歸方程模型顯著(P<0.05)，回歸方程的決定系數(shù)R2=0.876 6，即方程可以解釋87.66%的綜合值數(shù)據(jù)變異，方程的擬合性好。因此可以用該回歸方程對試驗結(jié)果進行分析預(yù)測。

表3 回歸方程的方差分析表Table 3 Variance analysisTable of regression equation

根據(jù)回歸分析結(jié)果，以吸光值為依據(jù)，得到最優(yōu)金刺梨黃色素的提取條件為：提取劑濃度79.74%、提取溫度58.06 ℃、料液比1∶16.3 (g/mL)、提取時間3.56 h。從實際操作考慮，取提取劑濃度80%、提取溫度58 ℃、料液比1∶16 (g/mL)、提取時間3.5 h，做4次驗證實驗得到提取液的吸光值為0.689。因此，在采用均勻設(shè)計與吸光值得到的金刺梨黃色素提取條件較為準(zhǔn)確可靠，具有實用價值。

2.2 金刺梨黃色素穩(wěn)定性研究

2.2.1 光照對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 由圖2可知，金刺梨黃色素貯藏期間吸光度呈現(xiàn)先降后升的趨勢。前2 h不同光照間差異不顯著(P>0.05)，3～6 h時太陽光直照金刺梨黃色素吸光值下降顯著快于避光和室內(nèi)自然光照(P<0.05)，隨后(6～8 h)不同光照下金刺梨黃色素均顯著上升(P<0.05)，說明太陽光促進金刺梨黃色素降解，與紫藤花萼黃色素的光敏性基本一致[11]，6 h后黃色素的吸光值增加主要是室溫降低引起金刺梨黃色素可逆性變化引起的；在室內(nèi)自然光和太陽光直照下黃色素的FRAP變化趨勢一致；在太陽光直照下黃色素的DPPH呈現(xiàn)先增后降的趨勢，在5 h時達到最大值，隨后下降；在室內(nèi)自然光下黃色素的DPPH則在前3 h內(nèi)略微下降隨后上升，在5 h時達到最大值；避光下黃色素的FRAP和DPPH顯著低于室內(nèi)自然光和太陽光直照(P<0.05)，可能是光照吸收紫外光增加黃色素的能量，從而促進Fe2+的氧化反應(yīng)和DPPH清除能力。

不同字母表示不同光照下差異顯著(P<0.05)圖2 光照對黃色素吸光值和體外抗氧化能力的影響Figure 2 Effect of light on absorption and antioxidant capacity of yellow pigment

2.2.2 pH對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 由圖3可知，金刺梨黃色素吸光值隨pH增加呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，說明pH增加對金刺梨黃色素具有增色作用，與密蒙花黃色素的變化規(guī)律一致[16]。pH 3～9時黃色素的FRAP相對穩(wěn)定，TRPA則呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)pH超過9之后黃色素的FRAP和TRPA急劇下降，由于FRAP和TRPA測定是在特定pH體系下，隨著pH的增加破壞了特定條件下的pH體系，從而影響測定結(jié)果；pH 3～7時黃色素的DPPH呈現(xiàn)略微上升趨勢，隨后開始下降，pH為10時降到最低。雖然高pH有利于金刺梨黃色素呈色，但破壞了黃色素的抗氧化能力。因此，pH在5～7時金刺梨黃色素的抗氧化能力相對較高。

不同字母表示不同pH處理間差異顯著(P<0.05)圖3 pH對金刺梨黃色素吸光值和體外抗氧化能力的影響Figure 3 Effect of pH on absorption and antioxidant capacity of yellow pigment

2.2.3 氧化劑對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 由圖4可知，金刺梨黃色素吸光值、FRAP和DPPH隨著氧化劑濃度增加呈現(xiàn)先降后增的趨勢，在H2O2達到0.16%時吸光值最低，隨后略有上升；TRPA則隨氧化劑濃度增加呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢，當(dāng)食品體系中H2O2達到0.12%時，TRPA完全喪失，說明金刺梨黃色素抗氧化能力偏弱，適合于添加在低濃度氧化劑食品體系中。

2.2.4 還原劑對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 由圖5可知，金刺梨黃色素的吸光值、FRAP和TRPA隨還原劑濃度增加呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，在0.4% Na2SO3增加最快，然而DPPH則隨還原劑濃度增加呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，說明還原劑對金刺梨黃色素具有增色效果，且提高了對Fe2+的氧化能力，但破壞了對DPPH自由基的清除能力。因此，金刺梨黃色素適合添加在含有低濃度還原劑食品體系中。

2.2.5 金屬離子對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 由表4可知，金屬離子對金刺梨黃色素的影響存在較大差異，與紫藤花黃色素的影響一致[11]。Zn2+、Cu2+、K+、Mg2+、Na+和Al3+對金刺梨黃色素的吸光值影響差異不顯著(P>0.05)，F(xiàn)e3+顯著增加黃色素的吸光值(P<0.05)，具有較好的增色效果；K+、Na+、Al3+、Cu2+和Zn2+對金刺梨黃色素的FRAP的影響差異不顯著(P>0.05)，Mg2+顯著升高金刺梨黃色素的FRAP(P<0.05)，F(xiàn)e3+顯著降低了金刺梨黃色素的FRAP(P<0.05)；所試金屬離子均顯著降低了金刺梨黃色素的DPPH(P<0.05)，說明金屬離子破壞其對DPPH清除能力；Mg2+和Al3+顯著增加金刺梨黃色素的TRPA(P<0.05)，說明Mg2+和Al3+具有增加其TRPA的效果；K+、Na+、Cu2+、Fe3+和Zn2+顯著降低了金刺梨黃色素的TRPA(P<0.05)，說明對TRPA有破壞作用。

不同字母表示不同濃度H2O2間差異顯著(P<0.05)圖4 氧化劑對金刺梨黃色素吸光值和體外抗 氧化能力的影響Figure 4 Effect of oxidant on absorption and antioxidant capacity of yellow pigment

2.2.6 糖類對金刺梨黃色素穩(wěn)定性的影響 由圖6可知，添加葡萄糖組1 h時黃色素的吸光值顯著低于對照和其他糖類(P<0.05)，添加糖類3 h時金刺梨黃色素的吸光值均低于對照組，然而添加蔗糖組6 h時金刺梨黃色素的吸光值高于對照組和其他糖類，與對照組差異不顯著(P>0.05)，與糖類對密蒙花黃色素的影響[17]一致；添加葡萄糖和蔗糖對金刺梨黃色素的FRAP差異不顯著(P>0.05)，添加麥芽糖可顯著增加黃色素的FRAP(P<0.05)；添加糖類組1，3 h時DPPH顯著低于對照組(P<0.05)；添加糖類1 h時顯著增加黃色素的TRPA(P<0.05)，添加糖類3 h時對黃色素TRPA影響較小，添加糖類6 h時黃色素的TRPA反而顯著降低了(P<0.05)。

表4 金屬離子對金刺梨黃色素吸光值和體外抗氧化能力的影響?Table 4 Effect of metal ions on absorption and antioxidant capacity of yellow pigment

? 同列不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。

不同字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)圖6 糖類對黃色素吸光值和體外抗氧化能力的影響Figure 6 Effect of sugar on absorption and antioxidant capacity of yellow pigment

3 結(jié)論

金刺梨黃色素具有較好的水溶性、穩(wěn)定性和安全性，是安全的食品添加劑，利用生產(chǎn)金刺梨果汁產(chǎn)生的殘渣提取黃色素，不僅能提高資源利用率和附加值，還能增加具有較好的開發(fā)潛力。研究中發(fā)現(xiàn)不同貯藏環(huán)境和食品體系不僅影響黃色素的穩(wěn)定性，也對其抗氧化能力產(chǎn)生較大影響，說明在關(guān)注色素穩(wěn)定性的同時，應(yīng)注重其功效活性，最大限度降低對色素的影響，而且金刺梨黃色素的組分、化學(xué)結(jié)構(gòu)尚不清楚，仍需進一步深入研究。