樂陵金絲小棗棗皮色素提取工藝的優(yōu)化

張紅，萬文婷，岳紅霞，徐瑞霞，汪小鈐，李玉玉

(德州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，山東 德州 253023)

紅棗是鼠李科植物棗的成熟果實(shí)，與桃、李、栗、杏并稱為我國古代“五果”，是我國北方重要的干果之一。2009～2017年我國紅棗產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)顯示，紅棗產(chǎn)量逐年上升，但這幾年的數(shù)據(jù)一直顯示為產(chǎn)大于銷，這意味著大約每年有1～2萬噸的紅棗滯銷，如何利用這部分棗，并進(jìn)一步利用其發(fā)展深加工產(chǎn)業(yè)，以獲得更高的效益，是我們急需要解決的問題。棗皮由于難消化，在食品加工業(yè)中往往被當(dāng)作廢棄物丟棄，為更好地提高小棗的深加工和棗皮的綜合利用，減少資源浪費(fèi)，已有研究發(fā)現(xiàn)，堿液提取、超聲波、微波及纖維素酶提取方法在提取不同棗類色素上由于原料種類不同，選用的提取條件不一致，各有優(yōu)、缺點(diǎn)[1-11]。但針對一個棗類品種選用不同復(fù)合方法以獲得最佳的提取條件，尚未見報(bào)道。本研究以樂陵金絲小棗為主要材料，采用4種復(fù)合加工方法分別進(jìn)行提取優(yōu)化進(jìn)而提純，以期獲得可以用于食品加工業(yè)的紅棗色素。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：紅棗，購于德州樂陵市金絲小棗批發(fā)市場。試劑：鹽酸、氫氧化鈉溶液、纖維素酶、蒸餾水，購于當(dāng)?shù)卦噭┕尽?/p>

1.2 試驗(yàn)器材

XL-02A 100 g密封型手提式中藥粉碎機(jī) 廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；HH-s21-8-s電熱恒溫水浴鍋 上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；超聲儀器 上海新芝生物技術(shù)研究所；ZGX-9070MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；LWMC-205型可調(diào)功率微波化學(xué)反應(yīng)器 南京陵江科技開發(fā)有限公司； FA3104電子天平 梅特勒-托利多有限公司；FD-1B冷凍干燥機(jī) 北京博伊康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；TDZ5-WS型離心機(jī) 長沙湘智離心機(jī)儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 德國 Heidolph公司。

1.3 棗皮色素的提取方法

1.3.1 預(yù)處理

將紅棗在鍋中煮沸一段時(shí)間，剝下棗皮，將棗皮用清水洗凈，置于0.1 mol/L的HCl溶液中浸泡23 h,以溶解黏帶果肉和表皮鞣質(zhì);用篩網(wǎng)濾除溶液和溶解膠質(zhì),將收集到的棗皮用弱酸性水和清水各沖洗1次,40 ℃恒溫烘干至恒重,粉碎至40目,密閉儲存即可作為提取前的原料。

1.3.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)前人的研究結(jié)果及前期試驗(yàn)，確定提取劑種類、堿液濃度、料液比范圍、超聲波最佳功率及處理時(shí)間范圍、微波處理功率及時(shí)間范圍以及最佳纖維素酶液濃度及處理時(shí)間和溫度范圍，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)以確定出提取棗皮色素的最佳條件。

1.3.2.1 堿液浸提-超聲波協(xié)同輔助提取法

稱取2.5 g棗粉，加入物質(zhì)的量濃度分別為0.3，0.4，0.5 mol/L，料液比為1∶20、1∶30、1∶40的氫氧化鈉溶液(見表1)，在90 ℃的水浴鍋中水浴1 h。在80 Hz頻率下，分別超聲20，30，40 min。將試劑過濾，過濾后離心操作，最后經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到紅棗色素的提取物。

表1 堿液浸提-超聲波協(xié)同輔助提取法 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Orthogonal experimental design of alkali extraction-ultrasonic assisted extraction method

1.3.2.2 超聲波-纖維素酶輔助堿液提取法

稱取2.5 g棗粉，按照表2的正交試驗(yàn)，倒入不同濃度、不同體積的氫氧化鈉溶液以及底物用量1.26%的纖維素酶。將試劑在常溫下靜置1 h以上，以80 Hz進(jìn)行不同時(shí)間的超聲。將試劑過濾，得到的上清液經(jīng)離心后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，最終得到紅棗色素的提取物。

表2 超聲波-纖維素酶輔助堿液提取法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Orthogonal experimental design of ultrasound-cellulase assisted alkali extraction

1.3.2.3 微波-纖維素酶輔助堿液提取法

稱取2.5 g棗粉，按照表3的正交試驗(yàn)，倒入不同濃度、不同容量的氫氧化鈉溶液以及底物用量1.26%的纖維素酶[11]。將提取液在常溫下靜置1 h以上后過濾，過濾后離心，之后進(jìn)行微波萃取，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，得到紅棗色素的提取物。

表3 微波-纖維素酶輔助堿液提取法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 3 Orthogonal design of microwave-cellulase assisted alkali extraction

1.3.2.4 超聲波-微波協(xié)同輔助提取法

首先稱取2.5 g棗粉，按照表4正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，向棗皮中加入不同濃度、不同料液比的氫氧化鈉溶液，共有9組正交試驗(yàn)。將9組試劑在80 Hz下超聲20 min，超聲后過濾，再按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)放入微波儀中萃取。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后，得到紅棗色素的提取物[12，13]。

表4 超聲波-微波協(xié)同輔助提取法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 4 Orthogonal experimental design of ultrasound-microwave assisted extraction

1.3.3 濃縮干燥

用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對提取的色素原液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮后，然后在真空冷凍干燥機(jī)中干燥12 h,最終得到干燥的色素產(chǎn)品[14]。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 堿液浸提-超聲波協(xié)同輔助提取法

表5 堿液浸提-超聲波協(xié)同輔助提取法結(jié)果Table 5 The results of alkali extraction-ultrasonic assisted extraction method

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果選取超聲時(shí)間、料液比、NaOH濃度作為考察因素，采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，由表5正交試驗(yàn)可知，3個因素中影響紅棗色素提取工藝參數(shù)的最主要因素是料液比，其次是NaOH濃度，最后是超聲時(shí)間。從同時(shí)獲得高提取率的紅棗色素考慮，以9號為最佳組合B2C1A3，即對超聲時(shí)間40 min，超聲波頻率80 Hz，NaOH濃度0.3 mol/L，料液比1∶30 (g/mL)的工藝參數(shù)進(jìn)行提取，紅棗色素的提取率較高，在此條件下得率為5.53%。

2.2 超聲波-纖維素酶輔助堿液提取法

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取占底物用量1.26%的纖維素酶，以超聲波時(shí)間、NaOH濃度、料液比作為考察因素，采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，見表6。

表6 超聲波-纖維素酶輔助堿液提取法結(jié)果Table 6 The results of ultrasound-cellulase assisted alkali extraction method

續(xù) 表

由表6可知，3個因素中影響紅棗色素提取率的首要因素是料液比，其次是NaOH濃度，最后是超聲時(shí)間。

根據(jù)獲得的紅棗色素提取率數(shù)據(jù)來看，5號效果最優(yōu)C1B2A2，所以紅棗色素得到較高提取率的條件為超聲頻率80 Hz，料液比1∶20，超聲時(shí)間30 min，NaOH濃度0.4 mol/L，此時(shí)棗皮色素的得率為5.67%。

2.3 微波-纖維素酶輔助堿液提取法

表7 微波-纖維素酶輔助堿液提取法結(jié)果Table 7 The results of microwave-cellulase assisted alkali extraction method

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取微波時(shí)間、微波功率、NaOH濃度作為考察因素，采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，由表7可知，3個因素中影響紅棗色素提取工藝參數(shù)的最主要因素是微波時(shí)間，其次是微波功率，最后是NaOH濃度。從同時(shí)獲得高提取率的紅棗色素考慮，以6號為最佳組合 A2B3C2，即對微波時(shí)間4 min，微波功率560 W，NaOH濃度0.4 mol/L，料液比為1∶20 (g/mL)的工藝參數(shù)進(jìn)行提取，紅棗色素的提取率較高，在此條件下得率為5.29%。

2.4 超聲波-微波協(xié)同輔助提取法

表8 超聲波-微波協(xié)同輔助提取法結(jié)果Table 8 The results of ultrasound-microwave assisted extraction

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取微波時(shí)間、微波功率、NaOH濃度、料液比作為考察因素，采用四因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，由表8正交試驗(yàn)可知，4個因素中影響紅棗色素提取工藝參數(shù)的最主要因素是料液比，其次是NaOH濃度、微波功率，最后是微波時(shí)間。從同時(shí)獲得高提取率的紅棗色素考慮，以7號為最佳組合D3C3B1A3，即對微波時(shí)間6 min，微波功率160 W，NaOH濃度0.5 mol/L，料液比為1∶40 (g/mL)的工藝參數(shù)進(jìn)行提取，紅棗色素的提取率較高，在此條件下得率為3.96%。

3 結(jié)論

本研究以樂陵金絲小棗為實(shí)驗(yàn)原料，對比堿液-超聲波法、纖維素酶-超聲波輔助堿液提取法、纖維素酶-微波輔助堿液提取法、超聲波-微波提取法4種復(fù)合方法在提取棗皮色素時(shí)的提取率。結(jié)果表明：除了超聲波-微波提取法提取率較低外，其余3種方法相差不大，尤其是纖維素酶-超聲波輔助堿液提取法，提取率最高。

本研究結(jié)果顯示，在超聲波輔助堿液提取法中以0.3 mol/L 的NaOH溶液為提取劑，按照1∶30的料液比所配制的溶液作為提取液，在超聲功率80 W下超聲時(shí)間40 min,所得紅棗色素的得率最高。在纖維素酶-超聲波輔助堿液提取法中以0.5 mol/L 的NaOH溶液，按照1∶40的料液比所配制的溶液作為提取液，在超聲功率80 W下超聲20 min,輔助160 W微波下萃取6 min所得紅棗色素的得率最高；纖維素酶-微波輔助堿液提取法中以0.4 mol/L 的NaOH溶液，按照1∶20料液比所配溶液作為提取液，加入底物用量1.26%的纖維素酶作為輔助，在微波功率560 W下超聲4 min,所得紅棗色素的得率最高；在超聲波-微波協(xié)同輔助提取法中以0.4 mol/L 的NaOH溶液，按照1∶20的料液比所配制的溶液作為提取液，加入底物用量1.26%的纖維素酶作為輔助，在超聲功率80 W下超聲30 min，所得紅棗色素的得率最高。對比這4種方法，酶解-超聲波協(xié)同輔助提取法提取率最高，但與超聲波-堿液輔助提取法的提取率相差不大，建議在工廠中可采用此法。

綜上所述，在金絲小棗棗皮、棗渣提取紅棗色素時(shí)應(yīng)用超聲波-堿液輔助提取法提取率高，穩(wěn)定性好，操作簡單方便，值得進(jìn)一步推廣及應(yīng)用。