橘皮黄色素的提取及其性能研究

赵金和，邓衍波，兰翠玲，罗志荣

（广西百色学院， 广西 百色 533000）

研究表明：随着社会科学技术的进步与发展，科学家对天然食用色素的研究水平日渐深入，研究技术方法也日趋成熟，科学家不断研究发现出一些新的天然食用色素的功能性，并广泛应用于药学、食品加工工艺、保健品等行业。在人类社会快速飞跃进步的今天，人类越来越关注食品安全，对天然色素的保健及营养价值的意识也在不断增强，人们追求的是安全无公害的食品。从橘皮中提取黄色素是一种重要的天然色素，其主要组成是柠檬烯与类胡萝卜素的混合物，还富含维生素E和稀有元素硒（Se）［1,2］，这些物质对于防止癌细胞的生长，延迟细胞衰老和增强人体免疫力均有很好的作用，所以柑橘皮色素不仅是单纯的着色剂，还是食品的强化营养剂、香味剂和保健食品的重要配料之一。

合成色素具有着色力强，色调多样，色泽鲜艳等优点。但是它具有毒性，合成色素中含有大量的砷、铅、铜、苯酚、苯胺、乙醚、氯化物和硫酸盐等毒性物质，它们对人体造成的危害是不可估量的，轻则腹泻，重则致癌。新的天然安全色素取代合成色素成为当下的严峻形象，中国食品安全问题层出不穷，全球食品安全危机也逐渐显现。

近年来化学合成色素的品种和数量逐渐减少。天然色素安全可靠、色泽自然，不少品种兼有营养和药理作用而受到人们青睐。因此，寻求和开发利用天然色素资源已成为人们日益关注的课题，这对保护人民的健康及食品工业的发展具有重要意义［3-5］。橘皮提取的黄色素历来被视为一种重要的保健中草药，具有理气健脾、去湿化痰的功用，可治疗胸腔涨闷、食少吐泻、咳嗽多痰等症。柑橘皮色素可用来制成保健品和食品着色添加剂。提高橘皮中黄色素的提取率及稳定性，对发展绿色食品工业是十分重要的［6-8］。

1 实验部分

1.1 实验材料

市场上新鲜的橘子。

1.2 仪器

721型可见分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司），JA5003型电子天平（上海精科），索氏提取器（北京精细仪器厂），减压蒸馏装置，恒温水浴锅（上海精科），PH计（PHS—3C 上海精科），抽滤器。

1.3 试剂

无水乙醇、氯化钠、30%H2O2、CCl4、葡萄糖、结晶氯化钙、乙醚、甲醇、蔗糖等，均为分析纯（AR）；另外还有pH=10的NaOH溶液、pH=3的HCl溶液、离子浓度为2 mol/L的钠、钾、镁、钙、铁等离子溶液、H2O2和KHSO3溶液等。

1.4 色素的提取

橘皮样品经过烤箱烘干或者晒干后，碾磨粉碎成橘皮粉，橘皮粉倒入干净的烧杯中，以不同的物料比、用不同浸提剂、在不同的浸提温度、提取时间浸提后用抽滤器抽出浸提液，再用浸提剂溶液对残渣浸提2次，合并3次浸提液，抽滤，得黄色液体，测溶液吸光度；用提取的色素溶液分别做其他性质实验。

2 结果与分析

2.1 色素的紫外可见吸收光谱

用蒸馏水溶解适量色素，以721可见分光光度计在340~470 nm范围内测定测其吸光度，得色素最大吸收光谱。

图 1结果显示：该色素在370 nm处有特征吸收峰。因此以370 nm作为提取工艺条件的最佳吸收波长。

图1 橘皮黄色素紫外可见吸收光谱图Fig.1 UV-visible absorption spectrogram of the yellow pigment from orange

2.2 浸提剂的选择

橘皮黄色素可溶于不同的有机溶剂中，但是有些具有一定的毒性（如醚类、酯类等有机溶剂）。因此，可选取无水乙醇和蒸馏水作为提取黄色素的浸提剂。按提取工艺流程，称取适量橘皮放入锥型瓶，分别向锥形瓶中加入等体积的无水乙醇和蒸馏水提取剂，在温度为40 ℃的水浴中浸渍4 h，料液比为1︰8 ( g / mL ) ，所浸提的浸提液在用分光光度计测定其在波长为370 nm的吸光度。所测定结果如下表 1。

表1 不同浸提溶液对黄色素吸光度的影响Table 1 Effect of different extracts on absorbance of the yellow pigment from orange

由上述表 1 可知，用无水乙醇作为浸提液所提取的橘皮黄色素溶液，其吸光度为 0.958，吸光度值比蒸馏水大，容易分析，而且溶液颜色清晰均匀、透明清澈；用蒸馏水作为提取剂，蒸馏水属于极性物质，其极性非常强，从而使色素细胞内的大量水溶性物质溶出（如糖类、蛋白酶累、酚类物质），导致所提取出的黄色素提取液浑浊不透明。因此，无水乙醇是作为提取黄色素的最佳提取剂。

2.3 正交试验

以体积分数99.7%的无水乙醇为浸提剂，浸提温度，浸提时间，物料比和pH值这4个因素的4个水平进行4因素4水平的正交试验（如表2），试验结果如表3所示。

表2 不同浸提溶液对黄色素吸光度的影响Table 2 L16 (45) orthogonal test of the yellow pigment from orange

表3 橘皮黄色素正交试验L16(45)结果Table 3 Orthogonal L16 (45) results of the yellow pigment from orange

由表3正交试验结果显示：以体积分数99.7%的无水乙醇为浸提剂，准确称取16份橘皮粉末，按正交表作试验所得的浸提液过滤后，滤液稀释到相同倍数后，用721紫外可见光分光光度计在370 nm波长下测吸光度，以吸光度为考核指标，进行级差分析，由表3可知，各因素影响顺序是D>B>A>C，最佳组合为A1B1C4D2，即以体积分数99.7%的无水乙醇为浸提剂，料液比为1 g：8 mL，温度为65 ℃，浸提时间5 h，pH值为5.0时提取效果最好。

2.4 橘皮黄色素对光的稳定性

将索氏提取装置中的色素提取液溶液分别在室内自然光下和室外日光放置3 h，每隔30 min测定其在370 nm处的吸光度(记为A370)。其影响分别见图2与图3。

图2 日光对色素的影响Fig.2 Effect of sunlight on the yellow pigment from orange

图3 自然光对色素的影响Fig.3 Effect of natural light on the yellow pigment from orange

由图2和图3结果表明：日光和室内自然光对色素的色泽基本没有影响，溶液的吸光度基本不变，说明色素的耐光性强，固无需避光保存。

2.4 色素的溶解性

分别向7份色素膏(少许)中加入4 mL的pH=10的NaOH溶液、pH=3的HCl溶液、水、甲醇、乙醇、乙醚、CCl4，观察色素膏在不同物质中的溶解性及其颜色变化，结果见表4。

由表4知：橘皮黄色素易溶于极性的物质中，不溶于非极性物质或者是弱极性液体物质中，易溶于极性物质的液体中。

表4 色素在不同物质中的溶解性Table 4 The solubility of yellow pigment in different materials

2.5 pH对色素的色泽及吸光度的影响

取适量上述索氏提取的过程中的提取液样品，用NaOH，HCl分别调节不同的pH色素提取液，观察其颜色，并在370 nm 处测其吸光度(表5)。

表5 pH与橘皮黄色素的颜色及吸光度的关系Table 5 The relationship of pH and yellow pigment color and absorbance

2.6 氧化剂和还原剂对色素稳定性的影响

配制一系列含有不同浓度的H2O2和KHSO3的色素溶液，在370 nm 处分别测定不同时间的吸光度，表6结果显示：随着H2O2浓度的增加，吸光度略有升高；而随着KHSO3浓度的升高，吸光度略有下降。

表6 氧化剂、还原剂对色素稳定性的影响Table 6 Effect of oxidant and reducing agent on the stability of the yellow pigment from orange

2.7 金属离子对色素的影响

将5份适量的橘黄色素溶液移入到容量瓶中，再分别向容量瓶中加入离子浓度为2 mol/L的钠、钾、镁、钙、铁离子，分别对容量瓶标识好标签，将其充分振摇，静止8 h后用分光光度计测其在370 nm处的吸光度，结果见如下表7。

表7 金属对色素的Table 7 The impact of metal ions on the yellow pigment from orange

上述表7结果表明：各种离子对色素的吸光度都产生一定的影响，镁、钙、铁离子对其影响较大。铁离子致使色素变成深棕红色，故色素应避免与铁离子接触，运输保存不能用铁罐装载。

2.8 常用食品添加剂对色素稳定性的影响

取少量色素溶解，分别加入不同浓度的蔗糖，葡萄糖，氯化钠，柠檬酸，用蒸馏水定容至50 mL，在370 nm下测定其吸光度，结果见表8。

表8 常用食品添加剂对色素稳定性的影响Table 8 Effect of common food additives on the stability of the yellow pigment g/L

由表8知：上述食品添加剂对色素影响都不大。葡萄糖和食盐使色素溶液的吸光度稍微升高，而蔗糖和柠檬酸使色素溶液吸光度稍微降低。总体上基本对色素溶液的颜色无影响。

3 结论与展望

3.1 结论

本实验分别用蒸馏水和乙醇作为提取橘皮黄色素浸提剂，经过对比研究：乙醇是作为提取黄色素的最佳浸提剂。并用分光光度法测定黄色素的吸收光谱特性，确定其最大吸收值，并以此最大吸收光度值分析研究色素的物化性能和稳定性等。如pH、温度、金属离子、有机酸、氧化剂、还原剂等对色素稳定性的影响。实验结果显示：橘皮黄色素在波长为370 nm有最大吸收峰值。可见分光光度法具有快捷、准确等优点。黄色橘皮提取的色素在水中和弱酸、弱碱溶液中溶解性好。最佳提取工艺条件：体积分数99.7%的无水乙醇为浸提剂，料液比为1 g︰8 mL，温度为65 ℃，浸提时间5 h，pH值为5.0时提取效果最好。

3.2 展望

我国是一个盛产橘子水果的超级大国，但是在橘皮的应用技术及对色素的研究发展正处在发展起步阶段，水平较低。橘皮黄色素中富含有许多医疗方面的稀有微量元素，加强对橘皮色素的提取，研究其物化性能，可以提高在工艺生产的产率，在化工生产工艺、医疗、食品工业有着重大意义。改善色素生产工艺，采用科学技术是非常必要的。加强色素的开发研究已刻不容缓，在未来的化工及生物技术上，我国的研究专家们应加强技术改良，并在工业生产推广提高更为广阔的市场前景和经济价

值。随着食品工业不断发展与壮大，天然色素的开发与利用越来广泛，我国应该好好把握机会，不断增强色素学术研究，加强科学管理，改善生产工艺条件，生产出更安全更有效的天然色素。

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