紅心番木瓜色素提取及穩(wěn)定性

張燕，張洪斌

海南熱帶海洋學(xué)院海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院（三亞 572022）

番木瓜（Carica papayaL.）亦稱萬壽果、番瓜、乳瓜，隸屬番木瓜科番木瓜屬，是一種熱帶常綠果樹[1]。成熟的番木瓜果實(shí)綿甜而醇香，營養(yǎng)豐富，含有多種氨基酸、酶、有機(jī)酸、維生素、微量元素、胡蘿卜素、纖維素等物質(zhì)[2]。番木瓜果實(shí)不僅作水果、蔬菜食用，還具有多種藥用功效，能助消化、治便秘、祛風(fēng)濕、清心潤肺、舒筋活絡(luò)、軟化血管等[3]。除此，番木瓜還有美容養(yǎng)顏的作用。民間許多哺乳期婦女在乳汁缺乏時(shí)常食用番木瓜進(jìn)行催乳?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)對(duì)番木瓜在組培快繁[4-5]、栽培技術(shù)[6-7]、育苗[8]、貯藏保鮮[9-12]、病毒及病原菌鑒定[13-15]、次生代謝產(chǎn)物提取[16-18]、復(fù)合飲料制作[19-20]等方面報(bào)道較多，而在色素提取及穩(wěn)定性方面鮮見報(bào)道。試驗(yàn)開展紅心番木瓜色素提取及穩(wěn)定性研究，旨在進(jìn)一步提高番木瓜的經(jīng)濟(jì)附加值，為番木瓜天然色素資源的深度開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅心番木瓜（三亞市售，新鮮成熟）。

丙酮、濃鹽酸、氫氧化鈉、無水乙醇、氯化鈉、氯化鈣、乙酸乙酯、亞硫酸鈉、氯化鎂、抗壞血酸、氯化鉀、檸檬酸、硫酸鋅、苯甲酸鈉、30%過氧化氫、葡萄糖等（均為分析純，購于上海化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 主要儀器與設(shè)備

752紫外-可見分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；LH-95D隔膜式真空泵（臨海市永昊真空設(shè)備有限公司）；1 L溶劑過濾器（天津市津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋（國華電器有限公司）；JA2103N電子天平（上海精其儀器有限公司）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE-201D（鄭州南北儀器設(shè)備有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 選擇提取溶劑和確定最大吸收波長

稱取10 g紅心番木瓜果肉，粉碎，分別加入50 mL蒸餾水、丙酮、無水乙醇、乙酸乙酯，攪勻，均在40℃水浴鍋中浸提1 h，抽濾，減壓濃縮，用相應(yīng)的提取溶劑分別稀釋15倍，在白背景下觀察顏色深淺，選擇最優(yōu)提取溶劑。

稱取10 g紅心番木瓜果肉，粉碎，加入50 mL無水乙醇，攪勻，在40 ℃水浴鍋中浸提1 h，抽濾，減壓濃縮，用無水乙醇稀釋15倍。以無水乙醇做空白，分光光度計(jì)在300～700 nm范圍內(nèi)掃描，確定番木瓜色素的最大吸收波長。

1.3.2 單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)

1.3.2.1 單因素試驗(yàn)

分別考察提取液體積分?jǐn)?shù)（乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，85%，90%，95%和100%）、提取溫度（40，45，50，55和60 ℃）、提取時(shí)間（1.0，1.5，2.0，2.5和3.0 h）、料液比（1∶3，1∶4，1∶5，1∶6和1∶7 g/mL）對(duì)紅心番木瓜色素提取效果的影響。

稱取10 g紅心番木瓜果肉，粉碎，加入乙醇溶液，攪勻，在恒溫水浴鍋中浸提，抽濾，減壓濃縮，用相應(yīng)體積分?jǐn)?shù)乙醇液稀釋15倍，在430 nm測(cè)定吸光度。

在40 ℃、浸提1 h條件下選擇最佳提取液體積分?jǐn)?shù)→在最佳提取液體積分?jǐn)?shù)條件下，選擇最佳提取溫度→在最佳提取液體積分?jǐn)?shù)、溫度條件下選擇最佳提取時(shí)間→在最佳提取液體積分?jǐn)?shù)、溫度、提取時(shí)間條件下選擇最佳料液比

1.3.2.2 正交試驗(yàn)

依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，按L9(34)正交設(shè)計(jì)優(yōu)化紅心番木瓜色素提取工藝參數(shù)。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平

1.3.3 紅心番木瓜色素穩(wěn)定性試驗(yàn)

1.3.3.1 紅心番木瓜色素樣液制備

取60 g新鮮番木瓜紅果肉，粉碎，加入300 mL 95%乙醇溶液，在55 ℃水浴鍋下浸提1.5 h，冷卻，抽濾，減壓濃縮，用95%乙醇稀釋15倍，備用。

1.3.3.2 光照對(duì)紅心番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

分別取等量色素液放在室內(nèi)散光、室內(nèi)避光和室外強(qiáng)光處，放置0，1，2，3和4 h，在430 nm測(cè)定吸光度。

1.3.3.3 pH對(duì)紅心番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

取等量色素液，分別滴入等體積用HCl和NaOH配制的pH 2，4，6，7，8和10溶液，混勻，避光處靜置20 min，在430 nm測(cè)定吸光度。

1.3.3.4 金屬離子對(duì)紅心番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

取等量色素液，分別滴入等體積0.01，0.05，0.10和0.50 mol/L的CaCl2、MgCl2、NaCl、KCl、ZnSO4溶液，混勻，避光放置24 h，在430 nm測(cè)定吸光度。

1.3.3.5 還原劑、氧化劑對(duì)紅心番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

取等量色素液，分別滴入等體積1%，3%，5%和7%的Na2SO3、H2O2溶液，混勻，避光放置1 h，在430 nm測(cè)定吸光度。

1.3.3.6 常用食品添加劑對(duì)紅心番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

取等量色素液，分別滴入等體積2%，4%，6%和8%的葡萄糖、檸檬酸、苯甲酸鈉、抗壞血酸溶液，混勻，避光放置3 h，在430 nm測(cè)定吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 選擇提取劑

用蒸餾水、丙酮、乙酸乙酯、無水乙醇分別浸提番木瓜果肉色素，獲得的色素液顏色分別為淡紅、粉紅、粉紅、深紅。由顏色深淺可知，無水乙醇的浸提效果最佳，因此，選擇無水乙醇作為紅心番木瓜色素提取劑。

2.2 確定最大吸收波長

通過掃描可知，色素最大吸收峰在430 nm處，由此確定紅心番木瓜色素最大吸收波長為430 nm。

2.3 單因素試驗(yàn)

2.3.1 提取液體積分?jǐn)?shù)的影響

圖2顯示，乙醇體積分?jǐn)?shù)80%～90%時(shí)，紅心番木瓜色素吸光度逐漸上升；而乙醇體積分?jǐn)?shù)高于90%后，紅心番木瓜色素吸光度逐漸下降。故確定乙醇體積分?jǐn)?shù)90%為紅心番木瓜色素最佳提取液體積分?jǐn)?shù)。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)番木瓜色素提取效果的影響

2.3.2 提取溫度的影響

圖3顯示，提取溫度40～50 ℃時(shí)，紅心番木瓜色素吸光度隨溫度升高而增高，提取溫度高于50 ℃后，色素吸光度明顯下降。由此確定紅心番木瓜色素的最佳提取溫度為50 ℃。

圖3 提取溫度對(duì)番木瓜色素提取效果的影響

2.3.3 提取時(shí)間的影響

圖4顯示，提取時(shí)間1～2 h內(nèi)，紅心番木瓜色素吸光度隨時(shí)間延長而明顯增加，2 h后，隨時(shí)間推移，色素吸光度明顯下降。由此確定紅心番木瓜色素的最佳提取時(shí)間為2 h。

圖4 提取時(shí)間對(duì)番木瓜色素提取效果的影響

2.3.4 料液比的影響

圖5顯示，料液比在1∶3～1∶5（g/mL）時(shí)，色素吸光度隨料液比增加而明顯增大，料液比大于1∶5（g/mL）后，色素吸光度隨料液比的增加反而下降。因此，確定紅心番木瓜色素提取的最佳料液比為1∶5（g/mL）。

圖5 料液比對(duì)番木瓜色素提取效果的影響

2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果

從表2分析可知，A、B、C、D這4個(gè)因素對(duì)紅心番木瓜色素提取效果影響的排序?yàn)锽＞A＞D＞C，即提取液體積分?jǐn)?shù)＞提取溫度＞料液比＞提取時(shí)間；紅心番木瓜色素最佳提取組合為A3B3C1D2，即乙醇體積分?jǐn)?shù)95%、提取溫度55 ℃、料液比1∶5（g/mL）、提取時(shí)間1.5 h，在此條件下得到的紅心番木瓜色素液測(cè)得吸光度為0.824，高于表2中的最大吸光度0.793。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.5 紅心番木瓜色素穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果

2.5.1 紅心番木瓜色素光的穩(wěn)定性

圖6顯示，番木瓜色素在室內(nèi)避光下存放，吸光度幾乎沒變化；在室內(nèi)散光下存放吸光度變化極微；在室外日光下放置，吸光度下降顯著，說明番木瓜色素不耐光照，應(yīng)避光放置。

圖6 光照對(duì)番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

2.5.2 pH對(duì)紅心番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

圖7表明，pH 2～4時(shí)，番木瓜色素吸光度有小幅變化，pH 4～7時(shí)，吸光度變化微小，pH＞7后，吸光度有顯著變化，說明番木瓜色素在酸性和中性環(huán)境中穩(wěn)定，在堿性環(huán)境中不穩(wěn)定。

圖7 pH對(duì)番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

2.5.3 金屬離子對(duì)紅心番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

圖8顯示，隨著金屬離子濃度增大，加入Ca2+、Na+溶液的色素吸光度都略微增加，加入K+、Mg2+溶液的色素吸光度都略微下降，而加入Zn2+溶液的色素吸光度升降變化明顯。說明番木瓜色素對(duì)Ca2+、K+、Mg2+、Na+的穩(wěn)定性較好，對(duì)Zn2+的穩(wěn)定性差，番木瓜色素應(yīng)避免與Zn2+接觸。

圖8 金屬離子對(duì)番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

2.5.4 還原劑、氧化劑對(duì)紅心番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

圖9表明，隨著氧化劑H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，番木瓜色素吸光度發(fā)生輕微變化；隨著還原劑Na2SO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，番木瓜色素吸光度呈現(xiàn)先升后降的現(xiàn)象，變化顯著。說明番木瓜色素對(duì)氧化劑H2O2穩(wěn)定，對(duì)還原劑Na2SO3不穩(wěn)定。

圖9 還原劑、氧化劑對(duì)番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

2.5.5 常用食品添加劑對(duì)紅心番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

圖10顯示，隨著添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，葡萄糖、苯甲酸鈉、抗壞血酸、檸檬酸4種添加劑均使色素吸光度發(fā)生升降變化，但變化幅度都不大。說明葡萄糖、苯甲酸鈉、抗壞血酸、檸檬酸4種常用添加劑對(duì)番木瓜色素的穩(wěn)定性影響不大。

圖1 確定最大吸收波長

圖10 食品添加劑對(duì)番木瓜色素穩(wěn)定性的影響

3 結(jié)論

以紅心番木瓜果肉為試驗(yàn)材料，乙醇為提取溶劑，通過單因素試驗(yàn)分別探究乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間、提取溫度、料液比4個(gè)因素對(duì)番木瓜色素提取效果的影響。以單因素試驗(yàn)結(jié)果確定正交試驗(yàn)因素和水平。正交試驗(yàn)結(jié)果表明，影響番木瓜色素提取效果因素的排序?yàn)橐掖俭w積分?jǐn)?shù)＞提取溫度＞料液比＞提取時(shí)間。色素的最佳提取工藝組合為乙醇體積分?jǐn)?shù)95%、提取溫度55 ℃、料液比1∶5（g/mL）、提取時(shí)間1.5 h。此條件下提取的色素液測(cè)得的吸光度最大。番木瓜色素穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果表明，番木瓜色素在酸性和中性環(huán)境中穩(wěn)定，對(duì)氧化劑H2O2，金屬離子Ca2+、K+、Mg2+、Na+以及食品添加劑葡萄糖、苯甲酸鈉、抗壞血酸、檸檬酸的穩(wěn)定性好；但番木瓜色素不耐光照，在堿性環(huán)境中不穩(wěn)定，對(duì)還原劑Na2SO3和Zn2+的穩(wěn)定性差。因此，番木瓜色素適宜在避光、酸性或中性條件下保存，避免與還原劑和Zn2+接觸。試驗(yàn)結(jié)果為開發(fā)番木瓜色素成為天然食用色素應(yīng)用在食品、藥品、化妝品領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)。