醇溶法提取黑米色素的工藝研究

郭梅，史云俠

（天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)系，天津300384）

醇溶法提取黑米色素的工藝研究

郭梅，史云俠

（天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)系，天津300384）

以黑米為原料，利用乙醇為浸提劑，研究了黑米色素的提取工藝，分別考察了料液比、浸提pH、浸提溫度和浸提時間各單因素水平對提取效果的影響，并通過正交試驗確定了醇溶法提取黑米色素最佳的工藝條件。結(jié)果表明，影響黑米色素提取的因素主次順序為：浸提時間＞料液比＞浸提溫度＞浸提pH。最佳提取工藝參數(shù)為：用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇浸提，料液比1∶45（g∶mL），浸提pH3.0，浸提溫度80℃，浸提時間90 min。

黑米色素；乙醇；浸提

化學(xué)合成色素因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，著色力強(qiáng)、色澤鮮艷、價格低廉而在食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。近年來人們發(fā)現(xiàn)合成色素中某些品種具有慢性毒性，甚至有致癌性，因此，許多發(fā)達(dá)國家禁止在某些食品中使用合成色素。由于天然色素來源于自然，安全性好，有的還有一定的營養(yǎng)和藥理作用[1]，因此天然食用色素的研究與開發(fā)已引起了人們的高度重視，應(yīng)用安全無毒的天然食用色素代替合成食用色素是大勢所趨。

黑米是脫去谷殼的黑色糙米，具有特殊的藥用成分及很高的營養(yǎng)價值，有“補(bǔ)血米”、“長壽米”、“藥米”、“神仙米”的美稱。研究表明，黑米不但含有豐富的蛋白質(zhì)，VB1、VB2等，而且氨基酸組成相當(dāng)齊全，同時富含F(xiàn)e、Zn、Cu等微量元素[2]，而且還含有具有重要藥用價值的黑米色素[3]。大量研究表明，黑米色素為花青苷類色素，屬植物多酚類化合物，具有降低冠心病發(fā)病率，改善視敏度，抗氧化和抗癌活性[4-5]。黑米色素的基本結(jié)構(gòu)與花青定-3-葡萄糖和花青定-3-鼠李葡萄糖相似，具有良好的水溶性，可用于食品的著色[6]。因此，黑米在食品工業(yè)、醫(yī)藥加工和化妝行業(yè)都具有良好的發(fā)展前景和重要應(yīng)用價值。目前，國內(nèi)關(guān)于黑米色素的提取和測定方法已有部分研究報道[7-11]，但由于黑米色素的復(fù)雜性，其組成及結(jié)構(gòu)至今尚未確定，所以，各種方法在材料處理、溶劑選擇、色素含量表示等方面不盡相同。本實驗通過單因素及正交試驗研究了醇溶法提取黑米色素的工藝條件，為開發(fā)利用豐富的黑米資源，增加經(jīng)濟(jì)附加值，尋找天然食品著色劑提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑米：購于天津市西青區(qū)紅旗農(nóng)貿(mào)市場。

無水乙醇、95%乙醇、檸檬酸等試劑均為分析純。

新型密封式粉碎機(jī)：溫州市具力才業(yè)機(jī)械有限公司；FA2004電子天平：上海精科儀器廠；HH數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇市金城國盛實驗儀器廠；RE-2000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；UV-7504紫外可見分光光度計：龍尼柯（上海）儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 黑米色素提取工藝

黑米→預(yù)處理→黑米粉末→乙醇浸提（兩次）→抽濾→浸提液→蒸餾→色素濃縮液

預(yù)處理：選取顆粒飽滿的黑米粒，剔除雜質(zhì)，置于粉碎機(jī)中粉碎，過60目，得到黑米粉末，置于密閉容器中備用。

1.2.2 單因素試驗

1.2.2.1 料液比對黑米色素提取的影響

各稱取3 g黑米樣品，按不同料液比1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60（g∶mL），分別加入95%的乙醇，用檸檬酸調(diào)pH為3.0，在70℃的恒溫水浴中加熱回流浸提60 min，過濾，重復(fù)浸提，合并提取液，在510 nm處分別測定黑米色素提取液的吸光度。

1.2.2.2 浸提pH對黑米色素提取的影響

各稱取3 g黑米樣品，料液比1∶50（g∶mL），加入95%的乙醇，用檸檬酸調(diào)pH分別為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0，在70℃的恒溫水浴中加熱回流浸提60 min，過濾，重復(fù)浸提，合并提取液，在510 nm處分別測定黑米色素提取液的吸光度。

1.2.2.3 浸提時間對黑米色素提取的影響

各稱取3 g黑米樣品，料液比1∶50（g∶mL），加入95%的乙醇，用檸檬酸調(diào)pH為3.0，在70℃的恒溫水浴中加熱回流，浸提時間分別為30、60、90、120、150 min，過濾，重復(fù)浸提，合并提取液，在510 nm處分別測定黑米色素提取液的吸光度。

1.2.2.4 浸提溫度對黑米色素提取的影響

各稱取3 g黑米樣品，料液比1∶50（g∶mL），加入95%的乙醇，用檸檬酸調(diào)pH為3.0，分別在50、60、70、80、90℃的恒溫水浴中加熱回流，浸提時間為60 min，過濾，重復(fù)浸提，合并提取液，在510 nm處分別測定黑米色素提取液的吸光度。

1.2.3 正交試驗

根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，進(jìn)行L9（34）正交試驗，確定出黑米色素提取的最佳工藝條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 料液比對黑米色素提取的影響

料液比對黑米色素提取的影響，實驗結(jié)果見圖1。

圖1 料液比對黑米色素吸光度的影響Fig.1 Effects of solid-liquid ratio on absorbance of black rice pigment

由圖1可見，當(dāng)料液比在1∶20與1∶50之間時，吸光度呈遞增趨勢，當(dāng)料液比在1∶50與1∶60之間時，吸光度有遞減趨勢。即吸光度隨料液比的變化先增加后減小，一般來說溶劑用量越大，提取效果越好，但過大的溶劑用量會造成溶劑和能源的浪費，并給后續(xù)工作如過濾、濃縮等帶來麻煩。因此選擇料液比為1∶50。

2.2 浸提pH對黑米色素提取的影響

浸提pH對黑米色素提取的影響，實驗結(jié)果見圖2。

圖2 浸提pH對黑米色素吸光度的影響Fig.2 Effects of extraction pH on absorbance of black rice pigment

由圖2可以看出，當(dāng)pH在2.0～4.0時，黑米色素的吸光度較大；當(dāng)pH大于4.0時，黑米色素的吸光度逐漸下降，說明黑米色素顏色受酸度影響比較大，酸性條件對黑米色素有一定的保護(hù)作用。有研究表明[12]，選用檸檬酸對黑米色素穩(wěn)定性影響較小，穩(wěn)定性最好，色澤最佳，適合在酸性食品中使用。由此可知，pH的變化對黑米色素溶液吸光度影響較大，酸性條件下能促進(jìn)色素的溶解，故選擇乙醇浸提pH為3.0。

2.3 浸提時間對黑米色素提取的影響

浸提時間對黑米色素提取的影響，實驗結(jié)果見圖3。

圖3 浸提時間對黑米色素吸光度的影響Fig.3 Effects of extraction time on absorbance of black rice pigment

一般理論上來講，浸提時間越長，色素提取的也就越徹底。由圖3可以看出，在浸提時間低于60 min時，黑米色素的吸光度隨時間的增加而增大，超過60 min后，吸光度隨時間變化的趨勢為逐漸下降，有可能因為體系溫度較高，隨著浸提時間的延長造成色素的部分破環(huán)。由于長時間加熱也會增加生產(chǎn)成本，所以選擇60 min為浸提時間。

2.4 浸提溫度對黑米色素提取的影響

浸提溫度對黑米色素提取的影響，實驗結(jié)果見圖4。

圖4 浸提溫度對黑米色素吸光度的影響Fig.4 Effects of extraction temperature on absorbance of black rice pigment

由圖4可見，浸提溫度在50℃到80℃范圍內(nèi)時，隨溫度的升高，色素的吸光度也同時上升，溫度對色素的吸光度影響比較顯著，溫度在80℃時吸光度達(dá)到峰值。超過80℃以上時，吸光度開始下降，可能是黑米色素中的花色苷物質(zhì)當(dāng)溫度過高時結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，從而對黑米色素的色價及穩(wěn)定性有一定影響，同時高溫提取也會增加能源消耗，因此選擇浸提溫度為80℃。

2.5 正交試驗結(jié)果

在單因素試驗基礎(chǔ)上，對浸提pH、浸提溫度、浸提時間和料液比四個因素進(jìn)行了L9（34）正交試驗，每個試驗做三次重復(fù)，因素水平表見表1，正交試驗結(jié)果見表2。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test for extraction of black rice pigment

表2 正交試驗結(jié)果L9（34）Table 2 Result of orthogonal test

根據(jù)表2中的極差分析可知，影響黑米色素提取的因素主次順序為：C（浸提時間）＞D（料液比）＞B（浸提溫度）＞A（浸提 pH）。最佳工藝條件組合為A2B2C3D1，即料液比1∶45（g∶mL），浸提pH3.0，浸提溫度80℃，浸提時間90 min。采用A2B2C3D1的工藝條件提取黑米色素，驗證試驗測得吸光度為0.846。

3 結(jié)論

采用醇溶法提取黑米色素，通過單因試驗素確定了料液比、浸提pH、浸提溫度、浸提時間對黑米色素提取的影響水平，并通過正交試驗確定了影響黑米色素提取的因素主次順序是：C（浸提時間）＞D（料液比）＞B（浸提溫度）＞A（浸提pH）。最佳工藝參數(shù)：料液比1∶45（g∶mL），浸提pH3.0，浸提溫度80℃，浸提時間90 min時，在此條件下黑米色素的提取效果達(dá)到最佳。

[1]宋萍,馬彥芳．食品安全與食品添加劑[J]．食品與藥品,2006,8(8): 12-14

[2]王立,王領(lǐng)軍,姚惠源,等．黑米及黑米色素的加工與利用[J]．糧油與飼料工業(yè),2004(6):11-14

[3]吳素萍,徐桂花．試論黑米的營養(yǎng)價值及其應(yīng)用[J]．食品工業(yè), 2004(5):5-6

[4]秦玉,凌文華.黑米花色苷提取物膠囊對高血脂癥病人的降血脂作用[J].食品科學(xué),2008,29(10):540-542

[5]王艷龍,石紹福,韓豪,等.中國黑米花色苷研究現(xiàn)狀及展望[J].中國生物藥物雜志,2010,31(1):63-66

[6]張福娣,蘇金為,蔡碧瓊.黑米色素提取工藝及其性質(zhì)表征[J]．福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,35(1):93-97

[7]侯召華,瞿虎渠,萬建華,等.黑米花色苷的提取及純化[J]．食品科學(xué),2010,32(10):53-59

[8]吳素萍.黑米色素的提取及穩(wěn)定性研究[J]．食品添加劑,2011,36 (12):106-110

[9]季云琪,徐從勇,張紹鵬.黑米色素的提取工藝優(yōu)化及穩(wěn)定性研究[J]．糧食加工,2012,37(2):33-35

[10]王旭,王丹生,王鵬,等．紫米色素的提取及穩(wěn)定性研究[J]．遼東學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,19(1):5-8

[11]王鳳潔,李良,賈常英,等．浸提法提取黑米色素的工藝研究[J]．農(nóng)業(yè)機(jī)械,2011(8):110-113

[12]雷曉燕.黑米色素穩(wěn)定性的研究[J]．沈陽化工大學(xué)學(xué)報,2013,27 (3):215-219

Study on the Extraction Technology of Black Rice Pigment by Alcohol

GUO Mei，SHI Yun-xia
（Department of Food Science，Tianjin Agriculture College，Tianjin 300384，China）

The alcohol extraction of black rice pigment was studied.This study choose alcohol as the extract agent.Using single factor and orthogonal experimental method，the effects of ratio of solid-liquid，extraction pH，extraction temperature and extraction time on extraction efficiency were further detected.The results showed that the extraction rate of black rice pigment was mostly influenced by extraction time，followed by ratio of solid-liquid，extraction temperature and extraction pH.The optimum process parameters were alcohol percent 95%as the extract agent，ratio of solid-liquid 1∶45 （g∶mL），extraction pH 3.0，extraction temperature 80℃and extraction time 90 min.

black rice pigment；alcohol；extraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.08.016

郭梅（1966—），女（漢），教授，博士，研究方向：食品科學(xué)與生物工程。

2014-10-14