超聲波輔助提取三角梅中紅色素及其穩(wěn)定性

杭瑜瑜，吳 環(huán)，陳多謀

(海南熱帶海洋學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院,海南 三亞 572022)

0 引言

色澤是食品感官評(píng)定的一個(gè)重要指標(biāo)。食用色素作為一種食品添加劑廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、日化等行業(yè)[1]。合成色素因其本身具有不同程度的毒性，應(yīng)用愈發(fā)受到限制[2]。天然色素在著色的同時(shí)具備生理活性以及藥物活性[3]。天然色素主要從生物體中提取，安全性較高、色澤自然、多數(shù)兼有營養(yǎng)保健和著色的雙重作用，研究和開發(fā)新型天然色素顯得很有必要[4-6]。天然色素由于本身具有不穩(wěn)定性，易氧化和受各種金屬離子及光照酸堿度的影響而發(fā)生化學(xué)變化，從而產(chǎn)生變色褪色現(xiàn)象。因此,研究天然色素穩(wěn)定環(huán)境具有現(xiàn)實(shí)意義。

三角梅(BougainvilleaspectabilisWilld.)又名葉子花、簕杜鵑、三角花、九重葛、毛寶巾等，在海南、福建、廣東、廣西、云南廣為栽培。三角梅生存適應(yīng)能力強(qiáng)，花期長，無毒害，色澤鮮艷，眾多研究結(jié)果表明，三角梅還可以入藥，具有清熱解毒、調(diào)和氣血、止咳等功效[7-8]，還可作為天然色素的良好來源途徑。超聲波提取法提取時(shí)間短，提取效率高，可作為提取天然色素的好方法[9]71。本文研究了超聲波提取三角梅紅色素的工藝，為天然色素的制備提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

三角梅：紫紅色，采自海南三亞海南熱帶海洋學(xué)院校園內(nèi)。

氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、硫酸銅、硫酸鋅、硫酸鐵均為分析純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

紫外可見分光光度計(jì)(UV-2550 日本島津公司)，恒溫水浴鍋(HWS-26 金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司)，超聲波-微波協(xié)同反應(yīng)工作站(XO-SM200 南京先歐儀器制造有限公司)。

1.2方法

1.2.1 三角梅紅色素的提取

新鮮三角梅苞片→切碎→超聲波提取→過濾→離心分離→紫外分光光度計(jì)測定吸光度。

1.2.2 最大吸收波長的確定

將除去花蕊的三角梅苞片切碎，準(zhǔn)確稱量3.00 g加入45.00 mL的蒸餾水，在超聲波功率為360 W的條件下提取20 min，過濾，取清液在離心機(jī)中以3 000 r·min-1離心15 min，上清液用紫外分光光度計(jì)在190～700 nm波長下掃描，確定其最大吸收波長。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 超聲波功率對提取率的影響

準(zhǔn)確稱取三角梅樣品3.0 g，在料液比1∶15(g∶mL)，提取時(shí)間為20 min，提取功率分別為120、240、360 、480 、600 W的條件下，測定吸光度。

1.2.3.2 超聲提取時(shí)間對提取率的影響

準(zhǔn)確稱取三角梅樣品3.0 g，在超聲波功率為240 W，料液比1∶15(g∶mL)，提取時(shí)間分別為15、20、25、30、35 min的條件下，測定吸光度。

1.2.3.3 料液比對提取率的影響

準(zhǔn)確稱取三角梅樣品3.0 g，在超聲波功率為240 W，提取時(shí)間為20 min，提取料液比分別為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30(g∶mL)的條件下，測定吸光度。

1.2.4 響應(yīng)面分析法實(shí)驗(yàn)

依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)響應(yīng)面分析法實(shí)驗(yàn)，見表1。

表1 響應(yīng)面分析法實(shí)驗(yàn)因素水平

1.2.5 提取色素的穩(wěn)定性研究

1.2.5.1 光照的影響

分別研究室外光照、室內(nèi)光照和避光對提取的三角梅紅色素穩(wěn)定性的影響。

1.2.5.2 溫度的影響

分別取三角梅紅色素提取液5 mL置于錐形瓶中，在30、40、50、60、70、80、90 ℃下恒溫水浴1 h后，測量其在最大吸收波長處的吸光度。

1.2.5.3 pH值的影響

在pH值1.0～12.0的緩沖液中分別加入5 mL三角梅提取液，放置24 h，在最大吸收波長處測定其吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 三角梅紅色素的紫外可見吸收光譜

按照1.2.2的方法，在200～700 nm波長下掃描，得到紫外-可見吸收光譜圖，見圖1。

圖1 三角梅紅色素的紫外-可見吸收光譜圖

從圖1可以看出，提取的紅色素在547 nm波長處有最大吸收值，符合花色苷的光譜學(xué)特性，可能為一種花色苷色素[10]。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 超聲波功率的影響

由圖2可知，隨著超聲功率的增大，色素樣液的吸光度呈先上升后下降的趨勢，超聲波可以使細(xì)胞壁破裂，色素更好地溶出，但是超聲功率過高，會(huì)使色素的構(gòu)象發(fā)生改變[11]，吸光度降低。

圖2 超聲功率對色素提取液吸光度的影響

2.2.2 超聲時(shí)間的影響

由圖3可知，在一定時(shí)間內(nèi)，吸光度隨著超聲時(shí)間的延長而增大，超過30 min后，吸光度降低，超聲作用時(shí)間過長，超聲波的熱效應(yīng)可能會(huì)影響提取色素的穩(wěn)定性，造成色素?fù)p失。

圖3 超聲時(shí)間對色素提取液吸光度的影響

2.2.3 料液比的影響

由圖4可知，在一定的提取液體積范圍內(nèi)，吸光度隨著提取液體積的增大而增大。料液比在達(dá)到1∶15(g∶mL)以后，吸光度減小，提取液增加，增大了物料與提取溶劑的接觸界面，提高了提取效率；但提取液過多時(shí)，超聲波作用產(chǎn)生的能量被分散，提取效果有所下降[12]。

科液比(g∶mL)圖4 料液比對色素提取液吸光度的影響

2.3 超聲波輔助提取三角梅紅色素的工藝條件優(yōu)化

采用軟件Design Expert v8.0.7對超聲波功率、超聲時(shí)間、料液比設(shè)計(jì)響應(yīng)面分析法試驗(yàn)，依據(jù)表1中的因素與水平值，其試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面分析法試驗(yàn)結(jié)果

利用Design Expert v8.0.7軟件，對超聲波功率、超聲時(shí)間、料液比進(jìn)行多元擬合分析，得到二次多項(xiàng)回歸方程：

Y=1.19+0.16A-0.072B-0.11C+0.011AB-0.13AC+0.054BC-0.028A2-0.17B2-0.36C2。

由表3數(shù)據(jù)分析可知，該回歸模型極顯著,失擬項(xiàng)不顯著，表明該模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合度較高，可用該模型分析和預(yù)測超聲波輔助提取三角梅紅色素的工藝結(jié)果。

表3 響應(yīng)面分析法試驗(yàn)結(jié)果的方差分析

表3(續(xù))

表3數(shù)據(jù)反映了各單因素以及兩兩交互作用對三角梅紅色素提取效果的影響，通過分析可以看出，各單因素對三角梅紅色素提取效果的影響程度大小依次為：超聲波功率>料液比>超聲時(shí)間。

根據(jù)響應(yīng)面分析法試驗(yàn)結(jié)果及其回歸方程模型分析可知，超聲波輔助提取三角梅紅色素的最優(yōu)工藝為：超聲功率331 W，超聲時(shí)間25 min，料液比1∶12(g∶mL)，預(yù)測提取紅色素的吸光值為1.389。在此條件下進(jìn)行3次重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，所提取紅色素吸光值的平均值為1.402。該實(shí)驗(yàn)值與模型方程的預(yù)測值相差僅0.93%，表明經(jīng)響應(yīng)面分析法優(yōu)化的提取工藝組合條件較為準(zhǔn)確。

2.4 提取色素的穩(wěn)定性研究

2.4.1 光照的影響

由表4可以看出，強(qiáng)光沒有使三角梅的色素吸光值變小，甚至有增大的趨勢。但從顏色上可以看出，三角梅色素明顯發(fā)生變化，所以在保藏過程中防止暴曬即可。

表4 光照對三角梅紅色素的影響

2.4.2 溫度對三角梅紅色素穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，三角梅紅色素吸光度在20 ℃～70 ℃變化不明顯，在80 ℃有明顯變化，說明三角梅紅色素不耐80 ℃以上的溫度。

圖5 溫度對三角梅紅色素的影響

2.4.3 pH值的影響

從表5可以看出，三角梅提取液的顏色會(huì)隨著溶液pH值的改變而改變，在pH值小于8.0時(shí)變化不明顯，呈鮮紅色；pH值為9.0時(shí)顏色開始變深，pH值大于11.0以后，變成了深棕色，這可能是由于花色苷在不同的pH值溶液中發(fā)生了化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化而使得其顏色產(chǎn)生改變[6]。因此，從穩(wěn)定性方面看，三角梅花色素適宜在偏酸性及中性環(huán)境中應(yīng)用。

表5 pH值對三角梅紅色素的影響

3 結(jié)論

超聲波輔助提取三角梅紅色素的最優(yōu)工藝條件為：超聲功率331 W，超聲時(shí)間25 min，料液比1∶12(g∶mL)，所提取的紅色素的吸光值為1.402。穩(wěn)定性研究結(jié)果表明，pH值在偏酸性及中性環(huán)境時(shí)較穩(wěn)定，對光敏感度不高，避免暴曬，80 ℃以下耐熱性良好。