火龍果果皮花青素提取及其熱穩(wěn)定性研究*

盧夢(mèng)婷，陶志杰，祁文慧，林 芳，潘 杰

(蚌埠學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

火龍果(Hylocereusundatus)屬仙人掌科(Cactaceae)量天尺屬(Hylocereus)和蛇鞭柱屬Selenicereus)植物[1]。紅肉火龍果果肉及果皮色澤鮮艷，富含花青素類活性物質(zhì)。研究表明，花青素具有抗氧化，消炎抑菌，抗衰老、抗癌以及保護(hù)肝臟、心腦血管和視力的作用[2-6]。隨著食品安全知識(shí)的普及，人們對(duì)可食用天然色素的研究與開(kāi)發(fā)廣泛關(guān)注。然而由于天然色素穩(wěn)定性較化學(xué)合成色素不穩(wěn)定，在使用中容易受到溫度、pH、光照、化學(xué)物質(zhì)等的影響發(fā)生變色[7-11]?；ㄇ嗨刈鳛槭称诽烊恢珓┖凸δ苄猿煞直焕茫捎谄浞€(wěn)定性不佳而受到限制?；瘕埞称芳庸ひ怨饣蚬樵蟍12]，廣泛應(yīng)用于復(fù)合飲料、冰激凌，果酒、果醋、酸奶等發(fā)酵食品[13-16]生產(chǎn)中。發(fā)酵產(chǎn)品加工過(guò)程均需對(duì)果汁滅菌，滅菌條件的不同對(duì)花青素色澤有一定的損失。本實(shí)驗(yàn)主要利用超聲波法優(yōu)化提取火龍果果皮中的花青素，并探索酸奶加工條件下花青素的熱穩(wěn)定性。通過(guò)研究，對(duì)火龍果在酸奶發(fā)酵食品中的開(kāi)發(fā)利用具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

廣西金都一號(hào)紅心火龍果；一水合檸檬酸，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；磷酸氫二鈉，天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

電子天平，上海?？惦娮觾x器廠；實(shí)驗(yàn)室超純水機(jī)，上海和泰儀器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；高速多功能粉碎機(jī)，上海高翔食品機(jī)械廠；數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；臺(tái)式高速離心機(jī)，上海菁華科技儀器有限公司；JK-500DB型數(shù)控超聲清洗器，合肥金尼克機(jī)械制造有限公司；752型可見(jiàn)-紫外光分光光度計(jì)，上海菁華科技儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 材料預(yù)處理

火龍果果皮預(yù)處理：將火龍果果皮去除綠色部分，切成小塊放入鼓風(fēng)干燥箱中，在60 ℃下烘至恒重，再將烘干的火龍果果皮用粉碎機(jī)粉碎后過(guò)80目篩，密封備用[17]。

1.2.2 花青素的提取及測(cè)定

稱取0.2 g干燥的火龍果果皮粉，用5%的檸檬酸提取，進(jìn)行超聲波處理后，將提取液過(guò)濾冷卻至室溫。在6000 r/min轉(zhuǎn)速下離心20 min，留上清液，在波長(zhǎng)525 nm測(cè)定其吸光值，加入相同濃度的檸檬酸水溶液作空白對(duì)照[18]。平行三次，取平均值。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

用5%檸檬酸提取，考查時(shí)間20～60 min之間，液固比20:1～60:1之間，溫度35～75 ℃之間，功率200～400 W之間，火龍果果皮花青素在525 nm波長(zhǎng)的吸光度，探究超聲提取時(shí)間、液固比、提取溫度和功率對(duì)花青素提取效果的影響。

1.2.4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.2.4.1 正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

由單因素實(shí)驗(yàn)建立正交實(shí)驗(yàn)因素水平表，見(jiàn)表1。探究A功率、B液固比、C時(shí)間、D溫度4個(gè)超聲波提取因素對(duì)火龍果果皮花青素提取的影響。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.4.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

稱取三份質(zhì)量為0.2 g火龍果果皮粉分別加入到100 mL燒杯中，按照正交優(yōu)化后條件提取火龍果果皮花青素，其余條件一致。測(cè)其吸光值平行3次，取平均值。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。

1.2.4.3 比較實(shí)驗(yàn)

稱取三份質(zhì)量為0.2 g的火龍果果皮粉，直接水提法提取花青素，比較超聲波輔助提取的優(yōu)越性。

1.2.5 花青素?zé)岱€(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

作為火龍果彩色酸奶研發(fā)，如何在牛奶滅菌時(shí)保持較好的花青素穩(wěn)定是關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)選擇酸奶制作過(guò)程不同牛奶滅菌條件為考察條件，比較花青素?zé)岱€(wěn)定性。用檸檬酸-磷酸氫二鈉配制pH 4的花青素溶液模擬酸奶環(huán)境[19]，分別在65 ℃ 30 min，75 ℃ 15 min，85 ℃ 10 min，95 ℃ 5 min，100 ℃ 1 min的水浴中加熱[20]，冷藏靜置一周后在525 nm波長(zhǎng)處分別測(cè)其吸光度，考察火龍果花青素的熱穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 超聲處理時(shí)間對(duì)花青素提取影響

由圖1可知，花青素吸光值于提取40 min時(shí)達(dá)到最大，之后降低。原因是由于超聲波具有空穴作用，在氣泡擠碎瞬間的強(qiáng)力沖擊波，可加快色素類物質(zhì)溶出；但超聲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使花青素發(fā)生分解和氧化反應(yīng)[21]，吸光度降低。因此，確定40 min為最佳超聲提取時(shí)間。

圖1 超聲時(shí)間對(duì)火龍果果皮花青素提取影響

2.1.2 液固比對(duì)花青素提取影響

由圖2得知，液固比與吸光度成正相關(guān)，達(dá)到50:1后則表現(xiàn)出平穩(wěn)趨勢(shì)，原因是當(dāng)花青素提取達(dá)到最大時(shí)，已達(dá)到完全溶出，再增加檸檬酸水溶液體積花青素含量也不會(huì)發(fā)生明顯變化。因此，超聲提取花青素最佳液固比為50:1。

圖2 液固比對(duì)火龍果果皮花青素提取影響

2.1.3 超聲波處理溫度對(duì)花青素提取影響

由圖3可以看出，花青素的吸光值在提取溫度65 ℃時(shí)出現(xiàn)高峰。其原因是在一定溫度范圍內(nèi)，溫度升高有利于物質(zhì)擴(kuò)散，使吸光度不斷上升；但溫度過(guò)高會(huì)使花青素結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，而影響其提取效果[21]。因此，最佳的超聲提取溫度為65 ℃。

2.1.4 超聲波處理功率對(duì)花青素提取影響

圖4中，起初花青素吸光度為上升趨勢(shì)，在250 W時(shí)處于高點(diǎn)。原因是由于超聲功率大時(shí)所產(chǎn)生的空化作用強(qiáng)，使細(xì)胞破碎效果好，釋放出較多花青素。但當(dāng)功率過(guò)大時(shí)花青素結(jié)構(gòu)反遭破壞，使花青素含量降低。因此，確定最佳超聲提取功率為250 W。

圖4 超聲功率對(duì)火龍果果皮花青素提取影響

2.2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)正交軟件設(shè)計(jì)分析，對(duì)不同超聲處理時(shí)間，料液比，超聲處理溫度，超聲處理功率，可以得到正交結(jié)果分析表，見(jiàn)表2。

由表2可知，在此實(shí)驗(yàn)中，各因素對(duì)花青素提取影響大小為D>B>A>C，即為超聲波提取火龍果皮花青素影響順序?yàn)槌暅囟?液固比>功率>時(shí)間。因此可以得到最優(yōu)提取條件組合是A2B2C1D1，和A2B3C1D1，但我們考慮避免對(duì)試劑的浪費(fèi)，所以最后得到超聲最佳條件為功率250 W，液固比50:1，時(shí)間30 min，溫度55 ℃。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，超聲溫度對(duì)火龍果果皮花青素提取有很大的影響，差異極顯著(p<0.05)，料液比差異顯著(p<0.10)，而超聲功率和超聲時(shí)間對(duì)火龍果果皮花青素的提取效果影響均不顯著。

表3 正交實(shí)驗(yàn)方差分析結(jié)果

2.2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果條件下，提取三組火龍果果皮花青素，取平均值，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表4經(jīng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到，該條件下所得吸光值為0.515，此吸光值明顯比正交優(yōu)化表中的各個(gè)吸光值都高，所以超聲波法提取火龍果果皮素最佳條件為超聲功率250 W，液固比50:1，30 min，55 ℃。

2.2.3 比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

稱取三份質(zhì)量為0.2 g的火龍果果皮粉分別加入到100 mL燒杯中，用5%的檸檬酸水溶液提取，在無(wú)超聲波環(huán)境下提取，得到結(jié)果如表5所示。

表5 比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，在無(wú)超聲波提取條件下，測(cè)得吸光值為0.330，并且和表4結(jié)果比較，有超聲波處理提取火龍果果皮花青素的吸光值明顯比無(wú)超聲波處理的高。

2.3 花青素?zé)岱€(wěn)定性結(jié)果分析

用檸檬酸-磷酸氫二鈉配制pH 4的花青素溶液，選擇酸奶制作原料乳熱處理?xiàng)l件來(lái)考查花青素的熱穩(wěn)定性。分別在65 ℃ 30 min，75 ℃ 15 min，85 ℃ 10 min，95 ℃ 5 min，100 ℃ 1 min的水浴中加熱，一周后在525 nm處，分別測(cè)其吸光度。結(jié)果如表6所示。

由表6可知，在100 ℃ 1 min加熱條件下，測(cè)得的吸光值為0.733，所以由此可知在此條件下花青素的穩(wěn)定性最好。

表6 花青素?zé)岱€(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

3 結(jié) 論

單因素實(shí)驗(yàn)表明：超聲溫度是對(duì)火龍果果皮花青素提取的顯著影響因子，在0.05水平上具有顯著性，而超聲功率，液固比和超聲時(shí)間對(duì)火龍果果皮花青素提取效果影響較小。

通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得到，在超聲功率250 W，液固比50:1，時(shí)間30 min，溫度55 ℃條件下，所測(cè)吸光值為0.515。說(shuō)明該條件下提取火龍果果皮花青素最佳。

通過(guò)花青素?zé)岱€(wěn)定性研究，其在100 ℃ 1 min條件下處理后放置一周，花青素的穩(wěn)定性最好。說(shuō)明高溫短時(shí)處理對(duì)花青素的穩(wěn)定性影響較小。