柑橘皮色素超聲輔助提取及其穩(wěn)定性研究

陳榮華

(馬鞍山師范高等專科學(xué)校 軟件與食品工程系，安徽 馬鞍山 243041)

柑橘皮色素超聲輔助提取及其穩(wěn)定性研究

陳榮華

(馬鞍山師范高等?？茖W(xué)校 軟件與食品工程系，安徽 馬鞍山 243041)

目的：研究超聲輔助提取柑橘皮色素的工藝條件，并考察色素的穩(wěn)定性。方法利用丙酮作為提取劑，采用超聲輔助提取柑橘皮色素(POPU)；采用分光光度法研究POPU的理化性質(zhì)以及在不同條件下的穩(wěn)定性。結(jié)果POPU最大吸收波長為424 nm，熱穩(wěn)定性較好，對Cu2+、Fe3+的穩(wěn)定性較差，其他金屬離子較穩(wěn)定；酸對其有一定的破壞作用，堿性條件下比較穩(wěn)定；POPU對光十分敏感，需暗處保存；食品添加劑中除氧化劑對色素有一定的破壞作用外，抗氧化劑、還原劑和防腐劑對其影響不明顯。結(jié)論超聲輔助提取的柑橘皮色素具有較好的穩(wěn)定性。

柑橘皮色素；超聲輔助提取；穩(wěn)定性

色澤是衡量食品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，色澤優(yōu)良的食品可給人以美的享受，而且還能增進(jìn)食欲[1]。食品工業(yè)中常采用食品著色劑即食用色素對食品進(jìn)行染色，常用的食用色素有合成色素和天然色素兩大類。合成色素是由人工合成方法制得的有機(jī)色素，20世紀(jì)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)大多數(shù)合成染料具有致畸、致癌、致突變等毒性或毒性嫌疑；天然色素大部分取自植物，部分取自動(dòng)物和礦物[1]。絕大部分的天然色素本身基本無毒，有些還具有一定的生理功能，因此受到廣泛的歡迎，但大部分天然色素與合成色素相比具有穩(wěn)定性差、染色力不強(qiáng)、價(jià)格貴等缺點(diǎn)，且在加工及流通過程中易受到外界條件的影響[2]。由于上述種種原因，使得天然色素在使用上受到一定的限制。因此，開發(fā)出性能佳、穩(wěn)定的天然色素品種以及對天然色素進(jìn)行穩(wěn)定改性是目前開發(fā)和推廣使用天然色素的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

柑橘是蕓香科柑橘亞科植物，共六個(gè)屬[3]。本實(shí)驗(yàn)選用的是柑桔屬中的寬皮柑桔類的蘆柑，又名蜜桶柑、汕頭蜜桔等，是世界上公認(rèn)的品質(zhì)最優(yōu)的桔類品種。柑橘皮中含豐富的果膠、橙皮苷及大量的天然色素，其中柑橘皮的色素主要組成是檸檬烯和類胡蘿卜素的混合物，且富含維生素E和稀有元素硒[4]。但可惜的是柑橘皮除少量用于中成藥配方之外，絕大部分都被作為廢料丟棄了，造成了資源的浪費(fèi)。本文采用超聲輔助提取柑橘皮色素，并研究了柑橘皮色素在各種外界條件下的穩(wěn)定性，為今后柑橘皮色素的開發(fā)利用提供一定的理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備與方法

1.1 材料、設(shè)備與試劑

柑橘購于馬鞍山大潤發(fā)超市；雙氧水(30%)、鹽酸、氫氧化鈉、丙酮、亞硫酸鈉、抗壞血酸、山梨酸、苯甲酸鈉、氯化鐵、氯化鈣、硫酸鋅、硫酸鎂、硫酸銅、碳酸鉀、碳酸鈉等試劑均為分析純。

儀器設(shè)備：722N可見分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；電子天平(LA114)，常熟市衡器廠；高溫恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DGX-8243B)，杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司；超聲波清洗器(DS-8510DTH)，上海生析超聲儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海申勝生物技術(shù)有限公司；循環(huán)水式真空泵(SHB-Ⅲ-A)，杭州大衛(wèi)科教儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 柑橘皮色素的超聲輔助提取

將成熟新鮮的柑橘去皮，外皮用水洗凈，自然曬干，放入烘箱中烘干后粉碎。稱取5.000 g柑橘皮粗粉，加入15倍量的丙酮， 30 ℃超聲輔助提取1.5 min，真空抽濾。濾液于40 ℃以下進(jìn)行減壓濃縮，得到深橙紅色膏狀物即柑橘皮色素粗提物(POPU)。

1.2.2 柑橘皮色素的理化特性測定

1.2.2.1 柑橘皮色素外觀特性

稱取適量POPU于燒杯中，觀察其狀態(tài)、顏色，并將其溶于不同溶劑考察其溶解性。

1.2.2.2 柑橘皮色素光譜特性測定

準(zhǔn)確稱取POPU 0.02 g，用丙酮溶解后定容至100 mL，室溫下用722N分光光度計(jì)在400～460 nm范圍內(nèi)測定吸收光譜，確定最大吸光度相對應(yīng)的波長。

1.2.3 柑橘皮色素穩(wěn)定性研究

準(zhǔn)確稱取適量POPU，用丙酮溶解定容后，變化溫度、酸堿性、光照，添加不同金屬離子及食品添加劑，研究柑橘皮色素的穩(wěn)定性[5]。

1.2.3.1 溫度的影響

準(zhǔn)確稱取0.02 g的POPU，用丙酮溶解后定容至100 mL，在不同溫度下恒溫水浴1 h，冷卻30 min后，用722N分光光度計(jì)在POPU的最大吸收波長處分別測定溶液吸光度[1]。

1.2.3.2 不同金屬離子的影響

準(zhǔn)確稱取0.10 g POPU，溶于丙酮，定容至250 mL，準(zhǔn)確吸取等量的上述溶液于編號0～21號的25 mL容量瓶中，以不加金屬離子的丙酮水溶液0號為對照，吸取Fe3+、Cu2+、K+、Na+、Zn2+、Mg2+、Ca2+等七種不同的金屬離子溶液，依次分別加入到0～21號容量瓶，用水定容后得到各種金屬離子的濃度均為200、500、1 000 mg/kg，搖勻、靜置，存于暗處，以0號容量瓶為參比溶液，在POPU的最大吸收波長處分別測定溶液吸光度[6-8]。

1.2.3.3 酸、堿的影響

準(zhǔn)確稱取適量POPU，溶于丙酮定容至500 mL，然后各取15 mL，分別加入0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 M的HCl和NaOH溶液2 mL，于室內(nèi)暗處存放，定時(shí)取樣，POPU的最大吸收波長處測定各溶液吸光度[6-8]。

1.2.3.4 光的影響

稱取適量POPU，溶于丙酮溶劑中，各取50 mL。分別置于室內(nèi)暗處、室內(nèi)散射光、室外日光下，定時(shí)取樣，POPU的最大吸收波長處測定溶液的吸光度[6-8]。

1.2.3.5 食品添加劑的影響

1)氧化劑的影響

取適量POPU溶于丙酮中，加入體積分?jǐn)?shù)30%的H2O2溶液，使H2O2濃度分別為0.000、0.049、0.098、0.196和0.784 mol/L，室溫暗處放置2 h，在POPU的最大吸收波長處測定溶液吸光度，并計(jì)算殘存率[6-8]。

2)還原劑的影響

準(zhǔn)確稱取適量POPU溶于丙酮，加入Na2SO3溶液，配制Na2SO3溶液濃度分別為0.0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0和5.0 g/L的色素溶液，于室溫暗處放置2 h，POPU的最大吸收波長處測定溶液的吸光度[6-8]。

3)抗氧化劑的影響

稱取適量POPU，溶于丙酮，加入抗壞血酸(Vc)，配制Vc溶液濃度分別為0.00、0.01、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50 g/L的色素溶液，于室外日光下放置，定時(shí)取樣，POPU的最大吸收波長處測定溶液的吸光度[6-8]。

4)防腐劑的影響

稱取適量POPU，溶于丙酮，分別加入苯甲酸鈉和山梨酸，配制苯甲酸鈉和山梨酸濃度分別為0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 g/L的色素溶液，室溫暗處放置2 h后，在POPU的最大吸收波長處測定溶液的吸光度[6-8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 柑橘皮色素的理化特性

2.1.1 柑橘皮色素的外觀性狀

本實(shí)驗(yàn)所提取的柑橘皮色素的外觀性狀見表1，可知其屬于脂溶性色素，易溶于多種有機(jī)溶劑。

表1 POPU的外觀性狀

2.1.2 柑橘皮色素的吸收光譜特性

由圖1可知，POPU溶液在波長400～460 nm之間有一個(gè)最高吸收峰，該色素的最大吸收波長為424 nm。以下穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的測定波長選擇為424 nm。

圖1 POPU的吸收光譜

圖2 溫度對POPU吸光度的影響

2.2 不同條件下柑橘皮色素穩(wěn)定性研究結(jié)果與分析

2.2.1 溫度的影響

由圖2可知，POPU在60 ℃以下時(shí)，吸光度的變化很小，在60 ℃以上時(shí)，POPU的吸光度呈下降趨勢，但幅度不大，90 ℃時(shí)，殘留率為87.6%，表明POPU熱穩(wěn)定性較好，但應(yīng)避免在高溫下保存。

2.2.2 不同金屬離子的影響

由表2可知，隨著K+、Mg2+、Zn2+濃度上升，POPU的吸光度有小幅增大的趨勢，表明這三種離子對POPU有一定的增色作用；與此同時(shí)，Cu2+和Fe3+對POPU有破壞作用，其余離子對POPU影響很小，幅度不大。

表2 不同金屬離子對POPU吸光度的影響

2.2.3 酸、堿的影響

由表3和表4可知，HCl對POPU的破壞作用較大，且濃度越高，對色素的破壞程度越大；相反，柑橘皮色素在堿性條件下比較穩(wěn)定，另隨著堿的濃度升高，色素的吸光度還有了一定程度的上升，具體原因有待進(jìn)一步研究，可能是生成了其他物質(zhì)。

表3 堿對POPU吸光度的影響

表4 酸對POPU吸光度的影響

2.2.4 光照的影響

由表5可知，POPU對光十分敏感，尤其是日光。日光直射6 h內(nèi)，POPU基本損失殆盡，室內(nèi)自然光對其也有一定的影響，2 d內(nèi)有88%殘留。說明POPU宜在暗處避光保存，避免日光照射。

表5 光照對POPU穩(wěn)定性的影響

2.2.5 食品添加劑的影響

1)氧化劑的影響

由表6可知，隨H2O2濃度的增大，柑橘皮色素的吸光度呈下降趨勢，說明H2O2對POPU有一定的破壞作用。在H2O2使用量較高的情況下，色素殘存率還將近84%，說明氧化劑雖有影響，但下降幅度不是特別大，可認(rèn)為POPU具有一定的抗氧化性。

表6 H2O2對POPU穩(wěn)定性的影響

2)還原劑的影響

由表7可知，在不同濃度的Na2SO3影響下，POPU的吸光度變化幅度很小，Na2SO3濃度達(dá)到500 mg/kg時(shí)，色素殘存率仍有96.5%，表明POPU對還原劑Na2SO3有很好的抗還原性。

表7 Na2SO3對POPU穩(wěn)定性的影響

3)抗氧化劑的影響

由表8可知，Vc對POPU有一定的護(hù)色作用，可減少日光對色素的破壞作用，且濃度越高，對柑橘皮色素的護(hù)色作用更好。

表8 抗壞血酸(Vc)對POPU吸光值的影響

4)防腐劑的影響

由圖3可知，山梨酸和苯甲酸鈉對柑橘皮色素的影響很小，說明防腐劑可以與柑橘皮色素在食品中同時(shí)使用，而不影響色素的性能。

圖3 防腐劑對POPU的影響

3 討論

柑橘皮色素的主要成分為類胡蘿卜素與檸檬烯混合物[5]，它不僅無毒而且具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。本實(shí)驗(yàn)用丙酮為提取劑，采用超聲輔助提取柑橘皮色素，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)本方法可大大縮短傳統(tǒng)溶劑提取法[9-10]的提取時(shí)間，制得的柑橘皮色素最大吸收峰波長為424 nm，其耐堿性很好，耐酸性一般，具有一定的耐氧化性，對光十分敏感，宜在暗處保存。還原劑和防腐劑對色素基本無影響，柑橘皮色素可與防腐劑同時(shí)在食品中使用，抗氧化劑對柑桔色素有一定的保護(hù)功能。各種金屬離子除了Cu2+、Fe3+對柑橘皮色素穩(wěn)定性影響較大外，其他金屬離子則相對穩(wěn)定，有些還有增色功能，說明柑橘皮色素穩(wěn)定性較好，具有良好的開發(fā)前景。此外，本實(shí)驗(yàn)采用的是柑橘皮色素粗提物，為了更好利用柑橘皮色素，還需進(jìn)一步優(yōu)化超聲輔助提取法的提取工藝并對柑橘皮色素純化進(jìn)行深入研究，以獲得高純度的色素提取物。

[1] 彭珊珊,鐘瑞敏.食品添加劑[M].3版.北京:中國輕工業(yè)出版社,2014:81.

[2] 李一葦.產(chǎn)藍(lán)色素鏈霉菌的鑒定和藍(lán)色素發(fā)酵條件及其性質(zhì)的研究[D].合肥:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué),2006.

[3] 朱麗娜,王仁才,楊夢玲,等.柑橘類果實(shí)主要藥用成分的研究進(jìn)展[J].科技風(fēng),2009(12):247.

[4] 趙金和,鄧衍波,蘭翠玲,等.橘皮黃色素的提取及其性能研究[J].當(dāng)代化工,2013,42(11):1 491-1 494.

[5] 朱德艷.柑橘皮色素的提取及其穩(wěn)定性研究[J].北方園藝,2010(23):53-55.

[6] 王偉華.番茄紅素的提取、分離、純化及其性質(zhì)研究[D] .哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學(xué),2004.

[7] 李學(xué)坤,李穩(wěn)宏,韓楓,等.葫蘆巴黃色素穩(wěn)定性基礎(chǔ)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2009,25(增刊1):246-250.

[8] 戴玉錦,葉琴,丁梅.橙皮色素的鑒定及其穩(wěn)定性研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2005(1):105-108.

[9] 張穎.桔皮色素提取工藝研究[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,32(3):97-100.

[10] 董麗花,朱苗苗.柑橘皮色素的最佳提取工藝和穩(wěn)定性研究[J].泰山醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,29(2):124-127.

2014-06-22

中央財(cái)政支持高等職業(yè)學(xué)校提升專業(yè)服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展能力項(xiàng)目：食品加工技術(shù)專業(yè)建設(shè)(2011)

陳榮華(1983-)，女，安徽合肥人，馬鞍山師范高等?？茖W(xué)校講師，碩士。研究方向：生物資源活性成分的提取與應(yīng)用。

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1008-4657(2014)04-0014-06

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