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。
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>
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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]。
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%。
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%。
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%。
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%。
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。