紅豆越橘色素的提取工藝及穩(wěn)定性研究

李 煜，韓春然，黃赫雁，戴傳榮，林樅雨，張家成

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150076）

紅豆越橘色素的提取工藝及穩(wěn)定性研究

李 煜，*韓春然，黃赫雁，戴傳榮，林樅雨，張家成

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150076）

為研究水浴浸提紅豆越橘色素的工藝及其穩(wěn)定性，以料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、浸提溫度和浸提時(shí)間為因素，以紅豆越橘色素提取液的吸光度為指標(biāo)，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化最佳提取工藝，并考察了浸提溫度、pH值、金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，紅豆越橘中色素提取的最佳條件為料液比1∶4，乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，浸提溫度55℃，浸提時(shí)間3.5 h。隨浸提溫度升高，紅豆越橘色素穩(wěn)定性下降；在酸性條件下色素的穩(wěn)定性較好；Ca2+，Zn2+，Cu2+對(duì)紅豆越橘色素能起到一定的保護(hù)作用，而Na+，F(xiàn)e3+，F(xiàn)e2+，Mg2+會(huì)降低色素的穩(wěn)定性。

紅豆越橘；色素；穩(wěn)定性

紅豆越橘俗名“牙疙瘩”“紅豆”“紅果”，屬于杜鵑花科越橘屬植物[1]。其營(yíng)養(yǎng)豐富，含有多種有機(jī)酸、糖類(lèi)、維生素和微量元素等[2]。紅豆越橘果實(shí)和莖葉含有花色苷、黃酮、萜類(lèi)等多種活性成分，并且是提取天然色素的重要原料[3]。紅豆越橘果實(shí)中的色素為花色苷天然色素[4]，據(jù)報(bào)道，此花色苷色素對(duì)眼睛有益，可以改善人們?cè)谝归g的視力功效，而且具有抗氧化、防輻射、抗衰老、抗炎和抗癌等生理功能及顯著的藥用功能[5]。因此，試驗(yàn)以紅豆越橘為原料，探討紅豆越橘色素的最佳提取條件及其穩(wěn)定性，為紅豆越橘色素的儲(chǔ)存和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅豆越橘，大興安嶺百盛科技開(kāi)發(fā)有限公司提供。

無(wú)水乙醇、硫酸鈉、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鋅、氯化鐵、硫酸鐵、硫酸銅、氫氧化鈉、鹽酸，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

HWS24型水浴鍋、TG16-WS型離心機(jī)、B75-1型循環(huán)水式多用真空泵，上海一恒有限公司產(chǎn)品；UV-5200型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海元析儀器有限公司產(chǎn)品；ALC-210.2型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 紅豆越橘色素提取單因素試驗(yàn)

1.3.1 料液比對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

按照料液比為1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7加入勻漿后的紅豆越橘和體積分?jǐn)?shù)為85%的乙醇溶液。在50℃條件下水浴浸提3 h，抽濾并收集濾液，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心10 min，取上清液，參照馬奇虎[6]、余凡等人的方法，于波長(zhǎng)512 nm處測(cè)定吸光度，用吸光度表示色素的含量，研究料液比對(duì)紅豆越橘色素提取的影響。

1.3.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

按照料液比為1∶5稱(chēng)取紅豆越橘果漿，并分別加入體積分?jǐn)?shù)為55%，65%，75%，85%，95%的乙醇溶液。在50℃條件下水浴浸提3 h，抽濾并收集濾液，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心10 min。取上清液，于波長(zhǎng)512 nm處測(cè)定吸光度，研究乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紅豆越橘色素提取的影響。

1.3.3 浸提溫度對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

按照料液比為1∶5稱(chēng)取紅豆越橘果漿，加入85%體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液，分別在30，40，50，60，70，80℃條件下水浴浸提3 h，抽濾并收集濾液，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心10 min。取上清液，于波長(zhǎng)512 nm處測(cè)定吸光度，研究浸提溫度對(duì)紅豆越橘色素提取的影響。

1.3.4 浸提時(shí)間對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

按照料液比為1∶5稱(chēng)取紅豆越橘果漿，加入85%體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液，攪拌均勻。在50℃條件下，分別水浴浸提1，2，3，4，5 h，抽濾并收集濾液，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心10 min。取上清液，于波長(zhǎng)512 nm處測(cè)定吸光度，研究浸提時(shí)間對(duì)紅豆越橘色素提取的影響。

1.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以料液比（A）、乙醇體積分?jǐn)?shù)（B）、浸提時(shí)間（C）和浸提溫度（D）為因素，利用L9（34）正交試驗(yàn)表進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定紅豆越橘色素提取的最佳工藝。

紅豆越橘色素提取因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 紅豆越橘色素提取因素與水平設(shè)計(jì)

1.5 紅豆越橘色素穩(wěn)定性研究

1.5.1 不同浸提溫度對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性的影響

將紅豆越橘色素提取液分別置于30，40，50，60，70，80℃的恒溫水浴中保溫2 h，冷卻后于波長(zhǎng)512 nm處測(cè)量其吸光度，計(jì)算色素保留率。

式中：A0，A——處理前后，紅豆越橘色素提取液的吸光度。

1.5.2 不同pH值對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性的影響

配制pH值分別為2，3，4，5，6，7，8，9，10的溶液，然后吸取各溶液8 mL于試管中，各加入2 mL紅豆越橘色素原液，搖勻后靜置一段時(shí)間，于波長(zhǎng)512 nm處測(cè)量吸光度。

1.5.3 常見(jiàn)金屬離子對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性的影響

配制質(zhì)量濃度為10 mg/mL的硫酸鈉、硫酸銅、硫酸鋅、氯化鈣、硫酸鐵、氯化鐵、氯化鎂溶液。分別取8 mL上述各溶液置于試管中，再各加入2 mL紅豆越橘色素原液，搖勻避光后靜置存放，分別測(cè)定0，24 h的吸光度，計(jì)算色素保留率。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅豆越橘色素提取單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

料液比對(duì)紅豆越橘色素提取的影響見(jiàn)圖1。

圖1 料液比對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

由圖1可知，隨著料液比的增加，紅豆越橘色素提取率逐漸提高，當(dāng)料液比為1∶5時(shí)，色素提取率達(dá)到最大值；而后增加料液比，色素提取率略有降低。綜合考慮料液比最佳范圍為1∶4～1∶6。

2.1.2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紅豆越橘色素提取的影響見(jiàn)圖2。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

由圖2可知，在乙醇體積分?jǐn)?shù)小于85%時(shí)，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，紅豆越橘色素的提取率有顯著的提高；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為85%時(shí)，紅豆越橘色素提取率最大；但乙醇體積分?jǐn)?shù)超過(guò)85%時(shí)提取率略下降。乙醇體積分?jǐn)?shù)過(guò)大，不僅耗費(fèi)乙醇，還會(huì)造成脂溶性物質(zhì)溶出過(guò)多；乙醇體積分?jǐn)?shù)過(guò)低時(shí)，糖、果膠等混入色素提取物中，也會(huì)影響提取純度。綜合考慮乙醇體積分?jǐn)?shù)的最佳范圍為80%～90%。

2.1.3 浸提溫度對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

浸提溫度對(duì)紅豆越橘色素提取的影響見(jiàn)圖3。

圖3 浸提溫度對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

由圖3可知，在30～50℃時(shí)，紅豆越橘色素提取率隨著浸提溫度的升高而增大；在50℃時(shí)，紅豆越橘色素提取率達(dá)到最大值；超過(guò)50℃后提取率隨浸提溫度升高而降低。可能是因?yàn)榻釡囟壬?，其他非色素物質(zhì)（如多糖、蛋白質(zhì)等）的溶解量增加，使紅豆越橘色素提取液中的雜質(zhì)增多，而且高溫提取也會(huì)增加能源消耗。綜合考慮浸提溫度最佳范圍為45～55℃。

2.1.4 浸提時(shí)間對(duì)紅豆越橘色素提取的影響

浸提時(shí)間對(duì)紅豆越橘提取色素的影響見(jiàn)圖4。

圖4 浸提時(shí)間對(duì)紅豆越橘提取色素的影響

由圖4可知，紅豆越橘色素提取率隨浸提時(shí)間延長(zhǎng)而增大，在3 h時(shí)紅豆越橘色素提取率達(dá)到最大值，3 h后提取率開(kāi)始緩慢下降。這說(shuō)明隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，紅豆越橘色素會(huì)逐漸降解，穩(wěn)定性降低，造成色素?fù)p失。綜合考慮最佳浸提時(shí)間范圍為2.5～

3.5 h。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過(guò)對(duì)料液比、乙醇體積分?jǐn)?shù)、浸提溫度和浸提時(shí)間單因素試驗(yàn)反復(fù)探索后，為了優(yōu)化提取條件，采用正交試驗(yàn)法進(jìn)行了試驗(yàn)研究。選用四因素三水平正交試驗(yàn)表，進(jìn)一步確定紅豆越橘色素的最佳提取條件。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，A因素列：K1＞K2＞K3；B因素列：K1＞K3＞K2；C因素列：K3＞K2＞K1；D因素列：K3＞K1＞K2。由R值比較可知，4個(gè)因素影響紅豆越橘色素提取的主次順序?yàn)榱弦罕龋ˋ）＞浸提溫度（C）＞浸提時(shí)間（D）＞乙醇體積分?jǐn)?shù)（B）。所以，最優(yōu)方案為A1C3D3B1，即料液比1∶4，浸提溫度55℃，浸提時(shí)間3.5 h，乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，可以更好地提取出紅豆越橘色素。由于A1C3D3B1不在以上9個(gè)正交試驗(yàn)中，進(jìn)而驗(yàn)證試驗(yàn)，在最優(yōu)條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，從而得到紅豆越橘中色素的吸光度為0.881。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.3 紅豆越橘色素穩(wěn)定性研究

2.3.1 浸提溫度對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性的影響

浸提溫度對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性的影響見(jiàn)表3。

表3 浸提溫度對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性的影響

由表3可知，紅豆越橘色素在50℃以下色素保留率較高，穩(wěn)定性較好；但在50℃以上色素保留率驟降，穩(wěn)定性顯著降低。由此可得，隨著浸提溫度的升高，紅豆越橘色素穩(wěn)定性逐漸降低，因此在保存和使用過(guò)程中應(yīng)盡量避免長(zhǎng)時(shí)間加熱，此處與孔書(shū)敬等人的研究結(jié)果一致。

2.3.2 pH值對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性的影響

pH值對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖5。

圖5 pH值對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，隨著pH值的增加，紅豆越橘色素吸光度呈上升趨勢(shì)，在酸性條件下色素的穩(wěn)定性較好。在酸性條件下，紅豆越橘色素溶液呈現(xiàn)出鮮艷的紅色，隨著pH值的增大其顏色逐漸加深；在中性條件下，色素溶液為紫色；在堿性條件下，隨著堿性增強(qiáng)，紅豆越橘色素由紫色逐漸變?yōu)樯罹G色。

2.3.3 常見(jiàn)金屬離子對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性的影響金屬離子對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性影響見(jiàn)表4。

表4 金屬離子對(duì)紅豆越橘色素穩(wěn)定性影響

由表4可知，紅豆越橘色素在Ca2+，Zn2+，Cu2+溶液中吸光度變化較小，穩(wěn)定性較好；而在Na+，F(xiàn)e3+，F(xiàn)e2+，Mg2+的溶液中吸光度變化較大，并且出現(xiàn)少量褐色沉淀，穩(wěn)定性較差。所以在紅豆越橘色素保存過(guò)程中，要避免與Na+，F(xiàn)e3+，F(xiàn)e2+，Mg2+這些金屬離子混用。

3 結(jié)論

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化得出，在紅豆越橘色素提取過(guò)程中料液比為最主要影響因素，其次為浸提溫度、浸提時(shí)間，乙醇體積分?jǐn)?shù)影響最??；最適宜的提取工藝參數(shù)為料液比1∶4，浸提溫度55℃，浸提時(shí)間3.5 h，乙醇體積分?jǐn)?shù)80%。

隨著浸提溫度的升高，紅豆越橘色素的穩(wěn)定性逐漸降低，因此在保存和使用過(guò)程中應(yīng)盡量處于50℃以下，避免長(zhǎng)時(shí)間加熱而使色素被破壞。紅豆越橘色素的顏色會(huì)隨著溶液pH值的改變而發(fā)生變化，在酸性溶液中色素較為穩(wěn)定，呈現(xiàn)出鮮艷的紅色；在中性條件下，色素溶液為紫色；在堿性溶液中為深綠色。紅豆越橘色素在Ca2+，Zn2+，Cu2+溶液中穩(wěn)定性較好；在Fe3+，F(xiàn)e2+，Mg2+的溶液中出現(xiàn)少量沉淀，色素的穩(wěn)定性較差，所以在存儲(chǔ)和應(yīng)用過(guò)程中要盡量避免這些不利因素。隨著人們?cè)絹?lái)越關(guān)注食品安全問(wèn)題，天然色素取代合成色素逐漸成為當(dāng)今的熱門(mén)話(huà)題，紅豆越橘色素是一種有待開(kāi)發(fā)且具有前景的天然色素[7-8]，其具體的應(yīng)用還需要進(jìn)一步探討。

[1]姜帥，張權(quán)，李旻輝，等.紅豆越橘的研究進(jìn)展 [J].包頭醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，31（9）：130-133.

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表7 L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

蔓越莓戚風(fēng)蛋糕配方的改良試驗(yàn)，證明配方中顯示的原料比例是決定著蛋糕能否制作成功的關(guān)鍵所在。比如，改良后制作出來(lái)的蛋糕味道會(huì)比較濃郁，吃多了也不會(huì)覺(jué)得膩。添加了新食材以后，給味蕾增添了新的刺激，有了更好的口感。但試驗(yàn)還有很多不足的地方，如烘焙溫度和烘焙時(shí)間、材料混合的先后順序和攪拌手法等因素的影響?？傊?，還有很多需要繼續(xù)改進(jìn)的地方，今后要多在這些方面作研究，繼而制作出口感更美味的戚風(fēng)蛋糕。

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Study on the Extraction of Pigment from Lingonberry and its Stabilities

LI Yu，*HAN Chunran，HUANG Heyan，DAI Chuanrong，LIN Congyu,ZHANG Jiacheng （School of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China）

Inorder to inves tigate water-bath extraction of pigment from Lingonberry and its stabilities.Using solid-liquid ratio，solvent concentration，extraction temperature and extraction time as factors，absorbance value of the pigment extract as indicator to optimize the extraction conditions of pigment from Lingonberry by orthogonal experiment，the effects of extraction temperature，pH and metalions on the stability of pigment are also investigated systematically.The results show that the optimal extraction conditions are as follows，solid-liquid ratio 1∶4，alcohol 80%，extraction temperature 55℃，extraction time 3.5 h.The stability of Lingonberry pigment decrease with the increase of temperature，the pigment is stable under acidic conditions，and Cu2+，Zn2+and Ca2+can increase the stability of Lingonberry pigment，but Na+，F(xiàn)e3+，F(xiàn)e2+and Mg2+can lead to a decrease in Lingonberry pigment stability.

Lingonberry；pigment；stability

TS255.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.11.042

1671-9646（2016）11b-0047-04

2016-09-05

李 煜（1990—），女，在讀碩士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工利用。

*通訊作者：韓春然（1970—），女，博士，教授，研究方向?yàn)楣哔A藏與加工。