張澤志, 王 瑾, 李成未, 王宇婷, 方靖國, 王亞琦

(河南財(cái)政金融學(xué)院 環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)院,河南 鄭州 450046)

0 引言

色素能賦予物品一定顏色,尤其是食用色素加入食物后能調(diào)節(jié)人的食欲。合成色素不當(dāng)使用會導(dǎo)致人體不同程度的損害。隨著綠色生活理念的普及,天然色素受到更多青睞,天然色素主要存在于動(dòng)物和植物組織以及微生物,著色效果好,大部分具有一定的營養(yǎng)價(jià)值和生理活性,所以被廣泛應(yīng)用于飲料、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域。因此,對天然色素的提取研究具有一定的應(yīng)用價(jià)值[1-2]。

我國是柑橘的重要原產(chǎn)地之一,資源豐富[3-4]。通常情況下,橘皮被丟棄,造成環(huán)境污染及資源浪費(fèi)。橘皮中含有的橘皮色素是一種性能穩(wěn)定安全可再生天然色素,含有豐富的維生素E和稀有元素硒,常用于食品生產(chǎn)與加工中的營養(yǎng)強(qiáng)化劑、香味劑[5-10]。

本研究以乙醇為提取劑,采用微波輔助法提取橘皮總色素。通過單因素實(shí)驗(yàn)探討料液比、提取時(shí)間、微波功率對橘皮總色素得率的影響,并通過正交實(shí)驗(yàn),考察各因素對橘皮總色素提取的協(xié)同效應(yīng),尋求最佳提取條件,實(shí)現(xiàn)廢物利用,為食用色素的提取提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料及儀器

橘皮(超市自購)、乙醇、蒸餾水,微波爐(格蘭仕電器實(shí)業(yè)公司)、高速離心機(jī)(上海手術(shù)器械廠)、TU-1901雙光束紫外-可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)流程

將鮮橘皮用清水沖洗干凈,置于60 ℃烘箱內(nèi)烘干,粉碎后裝入保鮮袋中,避光密封保存?zhèn)溆谩?shí)驗(yàn)流程為:洗凈橘皮→烘干粉碎→微波浸提→抽濾→離心→稀釋定容→測吸光度。

1.2.2 橘皮色素最大吸收波長的確定

準(zhǔn)確稱取烘干粉碎后的橘皮樣品1.00 g,置于250 mL平底燒瓶中,以料液比1∶20 g/mL加入20 mL 80%乙醇溶液作為提取劑,纏繞多層聚四氟乙烯膜密封燒瓶口,搖勻后置于微波爐,以“低火檔”功率處理2 min。取出冷卻靜置,抽濾,收取全部濾液離心,用吸量管準(zhǔn)確量取離心后清液1.0 mL移于100 mL容量瓶中,用80%乙醇補(bǔ)充至刻度,搖勻后放3～5 min,以相應(yīng)試劑做空白,紫外-可見分光光度法于200～700 nm波長掃描,以確定最大吸收波長,結(jié)果見圖1。可知,色素的最大吸收波長λmax為330.0 nm。

圖1 橘皮總色素的紫外光譜

1.2.3 橘皮總色素提取單因素實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確稱量橘皮樣品于平底燒瓶中,以一定的料液比加入80%乙醇溶液作為提取劑,設(shè)置微波功率、提取時(shí)間對橘皮色素進(jìn)行提取,提取液取出冷卻靜置,抽濾,按1.2.2節(jié)實(shí)驗(yàn)方法,在330.0 nm處分別測定不同實(shí)驗(yàn)條件下所得提取液的吸光度值,吸光度值大表示色素提取率高,以此優(yōu)化最佳提取條件。

2 結(jié)果與討論

2.1 橘皮總色素提取率的單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 料液比對提取率的影響

準(zhǔn)確稱量5份橘皮樣品各1.00 g,分置于5個(gè)250 mL平底燒瓶,分別以1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50 g/mL的料液比加入相應(yīng)體積的80%乙醇溶液作為提取劑,封口后在“低火檔”微波處理3 min,取出冷卻靜置,抽濾,按1.2.2節(jié)實(shí)驗(yàn)方法,分別測定不同實(shí)驗(yàn)因素下所得提取液的吸光度值A(chǔ),以吸光度最大作為選擇最佳料液比的依據(jù),結(jié)果見圖2。

圖2 料液比對提取率的影響

由圖2可知,固定其他因素的條件下,吸光度值隨料液比的增加先升高后減小。當(dāng)料液比為1∶20 g/mL時(shí),吸光度值最大,即總色素提取率最好,所以本實(shí)驗(yàn)選擇料液比為1∶20 g/mL。

2.1.2 微波提取時(shí)間對提取率的影響

準(zhǔn)確稱量橘皮粉樣品5份1.00 g于250 mL平底燒瓶中,以1∶20 g/mL的料液比加入80%乙醇溶液作為提取劑, 封口后“低火檔”條件下分別設(shè)置微波提取時(shí)間2、3、4、5、6 min,取出冷卻靜置,抽濾,按1.2.2節(jié)實(shí)驗(yàn)方法,分別測定不同微波提取時(shí)間下所得提取液的吸光度值,以吸光度最大作為選擇最佳微波提取時(shí)間依據(jù),結(jié)果見圖3。

圖3 提取時(shí)間對色素提取率的影響

由圖3曲線變化趨勢可知,吸光度值隨提取時(shí)間的增加先迅速升高,然后緩慢降低,提取時(shí)間為3 min時(shí)吸光度值最高。提取時(shí)間的增加可能會導(dǎo)致橘皮糊化而增加溶液的黏度,既可阻滯色素提取,又可造成色素被纖維素等吸附造成得率減少[11],故實(shí)驗(yàn)提取時(shí)間取為3 min。

2.1.3 微波功率對提取效果的影響

準(zhǔn)確稱量橘皮樣品3份各1.00 g分置于3個(gè)250 mL平底燒瓶中,以1∶20 g/mL的料液比加入80%乙醇為提取劑,封口后分別于“低火檔”“解凍檔”“中火檔”條件下微波處理3 min, 取出冷卻靜置,抽濾,按1.2.2節(jié)實(shí)驗(yàn)方法,分別測定不同微波功率下所得提取液的吸光度值,以此選出最佳微波功率,結(jié)果見圖4。

圖4 微波功率對色素提取率的影響

圖4結(jié)果表明,微波功率越大,吸光度值越大。當(dāng)微波功率為中火時(shí),吸光度值最大,實(shí)驗(yàn)條件下提取效果最佳。研究[11]發(fā)現(xiàn),隨著微波功率不斷增加,提取物的溶解滲透、擴(kuò)散作用加強(qiáng),細(xì)胞膜破裂程度加大,色素提取率增加;若微波功率太大,溶劑乙醇易暴沸而不易控制,同時(shí)還可能造成色素成分發(fā)生變性破壞而使檢測值變低。所以本實(shí)驗(yàn)選擇的功率是中火檔。

2.2 橘皮總色素提取正交實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,設(shè)置影響橘皮總色素提取率的正交實(shí)驗(yàn)L9(34),考察各因素的協(xié)同效應(yīng),以優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件,正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平見表1,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2數(shù)據(jù)R料液比>R微波功率>R提取時(shí)間可知,各因素對橘皮總色素提取率的影響主次順序?yàn)榱弦罕?微波功率>提取時(shí)間,即料液比最大,其次是微波功率,而提取時(shí)間的影響相對較小。研究[11-12]發(fā)現(xiàn),當(dāng)固定物料質(zhì)量,增加溶劑的量時(shí),溶劑對微波提取產(chǎn)生雙重影響:溶劑用量增加提高了液固濃度差,也增大樣品與溶劑的接觸面,有利于色素?cái)U(kuò)散;同時(shí)過多的溶劑會吸收較多微波能,導(dǎo)致物料粉末對微波能吸收減少,細(xì)胞破裂不完全,色素不能充分溶出。故實(shí)驗(yàn)提取橘皮總色素的最佳實(shí)驗(yàn)條件組合為A2B2C3,即料液比1 g∶20 mL,提取時(shí)間3 min,微波功率為中火檔。

2.3 橘皮總色素提取的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證正交實(shí)驗(yàn),在最優(yōu)提取條件即料液比1∶20 g/mL,微波功率為中火,提取時(shí)間3 min下進(jìn)行了3次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),所得橘皮總色素的吸光度值見表3。結(jié)果證明,優(yōu)化提取條件選擇是可靠的,橘皮總色素提取率較高。

表3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

采用微波輔助提取橘皮總色素,以80%乙醇為提取劑,通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,得出最佳提取條件:料液比為1∶20 g/mL,提取時(shí)間為3 min,微波功率為中火檔。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明,橘皮總色素提取率較高,最佳提取條件是可靠的。