蘿卜紅色素的提取工藝研究

劉海軍，孫井坤

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，大慶163319；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院）

紅心蘿卜成本低，來源豐富，蘿卜紅色素可廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)以及藥品外表著色等。按食品工業(yè)生產(chǎn)使用著色，最大用量不限，可作為天然食用色素逐步取代合成色素的最優(yōu)品種[1]。具有抗氧化功能的天然食用色素。色素的提取方法主要有溶劑浸提法[2]、超聲波萃取法[3]和微波萃取法[4]。微波萃取法速度最快，但是微波控制不好極易使色素分解，而溶劑浸提法可以減少溶劑消耗，操作簡單方便，學(xué)者用此方法對不同物料如紫心蘿卜[5]、紫甘薯[6-7]、辣椒[8-9]、紫茄皮[10]、紅葉甜菜[11]和火龍果[12]等的紅色素提取工藝進行了大量研究，但是，這種提取時間較長，耿明江等[13]在提取桃花紅色素時，優(yōu)選浸提溶劑后，以超聲方法輔助提取，結(jié)果表明，這種方法優(yōu)選所得工藝穩(wěn)定可行。

因此，采用溶劑方法，輔助超聲波加快提取速度，以紅心蘿卜為原料提取紅色素，對影響紅色素提取的因素和最佳提取條件進行研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮紅心蘿卜購于大慶當(dāng)?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場；蘿卜紅色素膠質(zhì)、冰乙酸均為分析純，購于天津市天大化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器設(shè)備

TDL8D-2B型臺式離心機：上海安亭科學(xué)儀器廠；BSA-224S-CW型電子天平：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；FW型高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；KQ-500DV型數(shù)控超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計：北京普析通用有限責(zé)任公司；SHB-3循環(huán)水多用真空泵：鄭州杜甫儀器廠；202-2A型電熱恒溫干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；ZKF035型電熱真空干燥箱：上海實驗儀器廠有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 蘿卜紅色素提取工藝流程

將新鮮胭脂蘿卜洗凈，去皮，切成細(xì)丁狀，將切成細(xì)丁狀的紅心蘿卜破碎，加入一定濃度的乙酸提取劑中，在一定溫度下，經(jīng)400W功率的超聲輔助提取一定時間，取出放入離心機中，在4 000 r·min-1下旋轉(zhuǎn)離心10min，得到澄清的色素上清液，取1mL定容至100mL容量瓶中，在530 nm下測其吸光度值。

1.3.2 紅色素提取量的計算

用1%的鹽酸甲醇溶液，準(zhǔn)確配制系列濃度的紅色素溶液，在530 nm波長下測其吸光度A，根據(jù)濃度C與吸光度A的關(guān)系，擬合得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為A=1.934C-0.048 5（決定系數(shù)R2=0.998 9），花青素萃取率的計算公式如式（1）：

式中：D——試樣中紅色素的含量（μg·g-1）；

C——紅色素濃度（μg·mL-1）；

V——定容體積（mL）；

n——稀釋倍數(shù)；

W——試樣重量（g）。

1.3.3 單因素試驗設(shè)計

1.3.3.1 溫度對色素提取量的影響

在5.00 g紅心蘿卜樣品中，加入5.00 mL濃度為20%的乙酸，浸提10min，對提取量在不同提取溫度下的變化進行試驗。

1.3.3.2 料液比對色素提取量的影響

在5.00 g紅心蘿卜樣品中，加入一定體積的濃度為20%的乙酸，浸提10 min，對提取量在不同乙酸體積下的變化進行試驗。

1.3.3.3 乙酸濃度對色素提取量的影響

在5.00 g紅心蘿卜樣品中，加入5.00 mL不同濃度的乙酸，在浸提溫度40℃下浸提10 min，對提取量在不同乙酸濃度下的變化進行試驗。

1.3.3.4 浸提時間對色素提取量的影響

在5.00 g紅心蘿卜樣品中，加入5.00 mL濃度為20%的乙酸，在浸提溫度40℃下浸提，對提取量在不同提取時間下的變化進行試驗。

以上所有試驗均為重復(fù)3次，取平均值。

1.3.4 正交實驗

在單因素實驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)表1所列的條件進行提取，將浸提液在4 000 r·min-1的離心機中離心后，取1mL的上清液定容至100mL的容量瓶中，測其在530 nm下的吸光度值，以提取量為評價指標(biāo)，對蘿卜紅色素提取量影響的因素進行正交實驗，根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果，以料液比A（μg·g-1）、乙酸濃度B（%）、提取時間C（min）、溫度D（℃）為4因素，各取3水平，進行蘿卜紅色素提取產(chǎn)量的L9（34）正交試驗，并對實驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析。

表1 正交實驗因素水平表Table1 The factors and levels of orthogonal experiment

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果與分析

2.1.1 溫度對色素提取量的影響

提取量隨提取溫度的變化結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出：隨溫度的增加提取量逐漸增加，在提取溫度達到40℃時提取量達到最大值5.835μg·g-1，隨著溫度繼續(xù)升高，提取量下降。這是因為溫度升高會促進傳質(zhì)作用，有利于色素的提取，但是，過高的溫度會使紅色素分解，從而降低提取量，所以選擇40℃為最佳提取溫度。

圖1 溫度對提取量的影響Fig.1 Effect of temperature on extraction quantity

2.1.2 料液比對色素提取量的影響

提取量隨料液比的值變化如圖2所示，由圖可以看出，提取量隨著料液比的增大提取量逐漸增大，5 g樣品質(zhì)量固定，料液比越大表明所加提取劑乙酸的體積越大，這使得提取出的紅色素質(zhì)量更多，綜合考慮，選擇料液比1∶1為宜，即5 g樣品中加入5mL乙酸。

圖2 料液比對提取量的影響Fig.2 Effectof solid-liquid ratio on extraction quantity

2.1.3 乙酸濃度對色素提取量的影響

提取量隨乙酸濃度的變化如圖3所示。

圖3 乙酸濃度對提取量的影響Fig.2 Effect of acetic acid concentration on extraction quantity

由圖3可以看出：隨著乙酸濃度的增加，提取量逐漸增加，當(dāng)達到30%后開始下降，所以選取30%的乙酸作為提取劑，這與文獻的結(jié)論是一致的[14]。

2.1.4 時間對色素提取量的影響

提取量隨提取時間的變化如圖4所示。

圖4 時間對提取量的影響Fig.4 Effect of time on extraction quantity

由圖4可以看出，提取量隨著提取時間的增加先增后減小，在時間為20min時提取量達到最大值7.295μg·g-1，而后時間增大，提取量反而減小，因為隨著浸提時間的增長色素可能分解，因此浸提時間確定在20 min。

2.2 正交試驗結(jié)果分析

正交試驗結(jié)果如表2所示。

表2 正交試驗設(shè)計與結(jié)果Table2 Results of orthogonal experiment design

續(xù)表2正交試驗設(shè)計與結(jié)果Continued Table2 Results of orthogonal experiment design

由表2可以看出，根據(jù)級差分析可知：利用乙酸作為提取劑提取蘿卜紅色素時，各影響因素的順序為：D＞C＞B＞A，即：料液比＞時間＞溫度＞濃度。 最佳工藝為：A1B2C2D2即：料液比為1∶1、乙酸的濃度為30%、溫度為40℃、超聲波浸提20min最好。因為最佳組合在試驗設(shè)計中，故不需要做驗正試驗。

3 結(jié)論

試驗確定的色素提取重要條件為色素的實驗室小量提取條件，與工業(yè)的提取條件有一定的差異和距離，可作為工業(yè)生產(chǎn)提取條件的參考和依據(jù)。在蘿卜紅色素的提取過程中，采用乙酸進行浸提，提取量較高，同時乙酸成本相對較低，在大規(guī)模生產(chǎn)中切實可行。提取蘿卜紅色素的最佳工藝為：料液比為1∶1，乙酸的濃度為30%，在40℃的溫度下，浸提20min，提取量為7.295μg·g-1。

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