水溶性橘黄素的提取及稳定性研究

李妍，曹珂珂，王娣，许晖（蚌埠学院食品与生物工程系，安徽蚌埠233030）

水溶性橘黄素的提取及稳定性研究

李妍，曹珂珂，王娣，许晖
（蚌埠学院食品与生物工程系，安徽蚌埠233030）

研究水溶性橘黄素提取工艺及其稳定性，旨在促进水溶性橘黄素的综合利用。通过单因素试验和正交试验确定从橘皮中提取水溶性橘黄素的最佳工艺：料液比1∶5（g∶mL），温度50℃，提取时间2.0 h。在此最佳条件下，橘黄素提取液的吸光度值为2.661。稳定性试验表明：温度、金属离子、常见食品添加剂、常见氧化剂对水溶性橘黄素影响不大。

水溶性；橘黄素；提取；稳定性

柑橘为柑橘属、芸香科、柑橘亚科果树，柑橘亚科各属原产于亚洲、大洋洲及非洲的热带、亚热带地区[1-3]。现代研究表明，柑橘皮中的主要成分为色素、纤维素、精油、果胶、黄酮类化合物等多种可供处理利用的提取成分[4]。其中柑橘皮黄色素是一类利用现代的生物化学分离方法提取而得到的重要的天然可食用色素，在柑橘果皮中所含有的天然色素中主要分为：亲水性的水溶性色素和亲油性的脂溶性色素二类[5]。橘黄素主要来源于柑橘皮中，如蜜橘、芦柑等。橘黄素有脂溶性和水溶性之分，其中水溶性色素含量较脂溶性色素含量略高，其主要成分是类胡萝卜素和柠檬烯，也含有丰富的维生素E和稀有元素硒（Se）[6]。橘黄素不仅是安全可靠的着色剂，还是良好的食品强化剂，同时其中含有的维生素E、稀有元素（Se）、类胡萝卜素等具有一定的药用价值，这些物质对于防止癌细胞生长（尤其是皮肤癌），减少DNA损伤，延缓细胞衰老和增强人体免疫力等方面都具有积极的作用[7]。因此，对于天然色素—橘黄素的研究，在医药、食品、日用化工等领域有着重要的意义与价值[8-10]。该实验研究了从柑橘皮中提取水溶性橘黄素的提取工艺及水溶性橘黄素在不同条件下的稳定性。以此来提供更多的天然食用色素的选择及对这种天然色素的生产方式及保存方式提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

橘皮：购于安徽歙县；石油醚：江阴市五洋化工有限公司；抗坏血酸：陕西西安裕华生物科技有限公司；氯化钙：杭州欣然化工有限公司；蔗糖、葡萄糖、硝酸、草酸等均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

SB-25-12DT超声波清洗仪：昆山市超声仪器有限公司；722紫外可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；HH-1恒温水浴锅、CL-3250A磁力搅拌器：江苏省金坛市荣华仪器有限公司；FA214电子天平：上海衡器总厂；RE-2000B旋转蒸发仪：南京炳辉仪器仪表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 水溶性橘黄素的提取工艺流程及操作要点[11-12]

操作要点：使用组织捣碎机使橘皮成1 mm均匀颗粒，准确称量5 g鲜橘皮颗粒，采用蒸馏水浸提，抽滤得滤液，用石油醚分次萃取至石油醚层基本无色，合并萃取后的水层浓缩后以4 200 r/min转速离心10 min，上清液冷冻干燥得水溶性橘黄素粗品。

1.3.2 水溶性橘黄素提取单因素试验

（1）料液比的选择

提取温度50℃，浸提1 h，分别选择料液比1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6（g∶mL），平行3次，在波长368 nm处测定水溶橘黄素提取液的吸光度值，根据测定结果选择水溶性橘黄素提取料液比。

（2）提取时间的选择

提取温度50℃，料液比1∶4（g∶mL），分别选择提取时间0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h，平行3次，在波长368 nm处测定水溶橘黄素提取液的吸光度值，根据测定结果选择水溶性橘黄素提取时间。

（3）提取温度的选择

提取料液比1∶4（g∶mL），提取时间1 h，分别选择提取温度20℃、35℃、50℃、65℃、80℃，平行3次，在波长368 nm处测定水溶橘黄素提取液的吸光度值，根据测定结果选择水溶性橘黄素提取温度。

1.3.3 水溶性橘黄素提取正交试验设计

根据单因素试验结果以及相关文献，设计出L9（33）正交试验。考察时间、料液比、提取温度对水溶性橘黄素提取的影响，提取条件优化正交试验因素水平见表1。

表1 提取条件优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for extraction conditions optimization

1.3.4 水溶性橘黄素的稳定性研究[13-15]

（1）温度对水溶性橘黄素稳定性的影响

取0.01 g/mL水溶性橘黄素溶液5 mL，分别置于30～100℃的恒温水浴锅中，静置1 h，每隔5℃做一组对照试验，在波长368 nm处测定吸光度值，平行3次。

（2）金属离子对水溶性橘黄素稳定性的影响

采用0.1 mol/mL FeSO4、MgCl2、CaCl2、CuSO4、ZnCl2溶液各5 mL与0.01g/mL水溶性橘黄素溶液5 mL均匀混合。常温下静置30 min，在波长368 nm处测定吸光度值，平行3次。

（3）食品添加剂对水溶性橘黄素稳定性的影响

采用0.1 mol/mL NaCl、蔗糖、葡萄糖、淀粉溶液各5 mL与0.01 g/mL水溶性橘黄素溶液5 mL均匀混合。常温下静置30 min，在波长368 nm处测定吸光度值，平行3次。

（4）氧化剂对水溶性橘黄素稳定性的影响

分别采用0.1 mol/mL硝酸、草酸、维生素C、双氧水溶液各5 mL与0.01 g/mL水溶性橘黄素溶液5 mL混合。常温下静置30 min，在波长368 nm处测定吸光度值，平行3次。

2 结果与分析

2.1 水溶性橘黄素提取单因素试验

2.1.1 料液比对水溶性橘黄素提取影响

按照1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6（g∶mL）料液比，在温度50℃的条件下浸提1 h，得到不同料液比对水溶性橘黄素提取的影响，结果见图1。

图1 料液比对水溶性橘黄素提取的影响Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on water-soluble orange pigment extraction

由图1可知，在料液比为1∶2～1∶6（g∶mL）时，随着料液比的增长，水溶性橘黄素的吸光度值显递增趋势，之后趋于稳定，从经济角度考虑选择料液比1∶4（g∶mL）为宜。

2.1.2 提取时间对水溶性橘黄素提取的影响

在温度50℃，料液比1∶4（g∶mL）的条件下，分别以不同提取时间0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h对水溶性橘黄素进行浸提，得到不同提取时间对水溶性橘黄素提取的影响，结果见图2。

图2 时间对水溶性橘黄素提取的影响Fig.2 Effect of time on water-soluble orange pigment extraction

由图2可知，提取时间为0.5～2.0 h，随着提取时间的增长，水溶性橘黄素的吸光度值显递增趋势，之后趋于平稳，因此选择时间为1.5 h。2.1.3提取温度对水溶性橘黄素提取的影响

在料液比1∶4（g∶mL）的条件下，在提取温度分别为20℃、35℃、50℃、65℃、80℃条件下浸提1.5 h，得到提取时间对水溶性橘黄素提取的影响，结果见图3。

图3 温度对水溶性橘黄素提取的影响Fig.3 Effect of temperature on water-soluble orange pigment extraction

由图3可知，随着提取温度从20℃增加为65℃，水溶性橘黄素的吸光度值呈上升趋势，因此选择温度为65℃为宜。2.2水溶性橘黄素提取正交试验分析

2.2.1 水溶性橘黄素提取条件优化正交试验

水溶性橘黄素提取条件优化正交试验结果与分析见表2，方差分析见表3。

表2 提取条件优化正交试验结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for extraction conditions optimization

由表2可知，影响橘黄素提取效果的因素顺序为A＞B＞C，即料液比＞提取时间＞温度，综合正交试验结果及方差分析以及对成本及工艺简化考虑。本次试验最终确定最优工艺条件为A3B3C1，即料液比1∶5（g∶mL）、提取时间2.0 h、提取温度50℃。在此最佳条件下，橘黄素提取液吸光度值为2.661。

表3 正交试验结果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表3可知，料液比对橘黄素提取影响显著，提取温度及时间对橘黄素提取影响不显著。

2.3 水溶性橘黄素的稳定性研究

2.3.1 温度对水溶性橘黄素稳定的影响

取0.01 g/mL水溶性橘黄素溶液5 mL，分别置于30～100℃的恒温水浴锅中，静置1 h，每隔5℃做一组对照试验，平行3次，结果见图4。

图4 不同温度对水溶性橘黄素的稳定影响Fig.4 Effect of temperature on the stability of water-soluble orange pigment

由图4可知，水溶性橘黄素在30～80℃时较为稳定，表现为吸光度值变化较小。温度在85～100℃时，水溶性橘黄素颜色加深并出现浑浊现象，表现为吸光度值增大。2.3.2金属离子对水溶性橘黄素稳定性的影响

采用0.1 mol/mL FeSO4、MgCl2、CaCl2、CuSO4、ZnCl2溶液各5 mL与0.01g/mL水溶性橘黄素溶液5 mL均匀混合。常温条件下静置30 min，在波长368 nm处测定吸光度值，平行3次，结果见图5。

图5 不同金属离子对水溶性橘黄素的稳定影响Fig.5 Effect of metal ion on the stability of water-soluble orange pigment

由图5可知，不同金属离子处理下，水溶性橘黄素均具有较好的稳定性，表现在对照的吸光度值为0.713，而不同金属离子处理后水溶性橘黄素吸光度值在0.713～0.739范围内，变化不明显。

2.3.3 食品添加剂对水溶性橘黄素稳定性的影响

采用0.1 mol/mL NaCl、蔗糖、葡萄糖、淀粉溶液各5 mL与0.01 g/mL水溶性橘黄素溶液5 mL均匀混合。常温条件下静置30 min，在波长368 nm处测定吸光度值，平行3次，结果见图6。

图6 不同食品添加剂对水溶性橘黄素的影响Fig.6 Effect of food additives on the stability of water-soluble orange pigment

由图6可知，不同食品添加剂处理下，水溶性橘黄素的吸光度值在0.943～1.028范围内，而对照吸光度值为0.968。可见不同食品添加剂处理下，水溶性橘黄素较为稳定，基本不受影响。

2.3.4 氧化剂对水溶性橘黄素稳定性的影响

分别采用0.1 mol/mL硝酸、草酸、维生素C、双氧水溶液各5 mL与0.01 g/mL水溶性橘黄素溶液5 mL混合。常温条件下静置30 min，在波长368 nm处测定吸光度值，平行3次，结果见图7。

图7 不同氧化剂对水溶性橘黄素的影响Fig.7 Effect of oxidants on the stability of water-soluble orange pigment

由图7可知，氧化剂硝酸和草酸对水溶性橘黄素具有一定增色效应，吸光度值分别为1.083和1.074，对照吸光度值为0.979。而氧化剂维生素C和双氧水对水溶性橘黄素的影响不大。

3 结论

初步考察影响提取水溶性橘黄素的因素为料液比（A）、提取时间（B）和温度（C），通过单因素试验确定本次试验的所需要的水平取值范围。通过正交试验结果及方差分析得出最佳提取工艺为A3B3C1，即提取温度50℃、料液比1∶5（g∶mL）、提取时间2.0 h。在此最佳条件下，橘黄素提取液吸光度值为2.661。同时在稳定性试验中通过测定水溶性橘黄素在温度、金属离子、食品添加剂、氧化剂等因素影响下吸光度值的变化来检测其稳定性，通过试验证明水溶性橘黄素的稳定性良好，在不同的条件下，吸光度值变化幅度变化较小。水溶性橘黄素在氧化剂硝酸和草酸的作用下，其吸光度值有增加趋势，可以此来开展对天然色素的色泽改变及优化的研究。

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Extraction technology and stability of water-soluble orange pigment

LI Yan,CAO Keke,WANG Di,XU Hui

(Department of Food and Biology Technology,Bengbu College,Bengbu 233030,China)

The extraction technology and stability of water-soluble orange pigment was studied to promote the comprehensive utilization of watersoluble orange pigment.Through single factor and orthogonal experiment,the optimized extraction condition was determined:solid-liquid ratio 1∶5 (g∶ml),temperature 50℃,extraction time 1.5 h.Under this condition,the absorbance value of orange extract was 2.661.Stability tests showed that the temperature,metal ion,common food additives and oxidants had little effect on water-soluble orange pigment.

water-soluble;orange pigment;extraction;stability

TQ028.3

A

0254-5071（2014）07-0122-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2014.07.028

2014-04-15

安徽省高等学校省级质量工程项目（20101091）

李妍（1982-），女，助教，硕士，研究方向为天然药物的提取与分离纯化。