微波辅助提取仙人掌果红色素及稳定性研究

李媛媛，胡新新，陈伟娜，郭鸰，李小红

（乳品科学教育部重点实验室，东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030）

微波辅助提取仙人掌果红色素及稳定性研究

李媛媛，胡新新，陈伟娜，郭鸰*，李小红

（乳品科学教育部重点实验室，东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030）

主要研究微波辅助提取仙人掌果红色素的最佳提取条件，并对红色素的稳定性进行了研究。通过单因素实验确定微波辅助提取仙人掌果红色素的最佳工艺条件为微波作用时间2min，微波功率119W，料液比1∶20，温度40℃，提取时间65min，仙人掌果红色素提取效果最好。pH，光照，氧化剂，还原剂对色素稳定性有显著影响，抗坏血酸的存在对色素的稳定性的影响不显著。

仙人掌果；色素；微波提取；稳定性

食品中的天然色素安全性高，具有营养和保健的作用，在食品工业生产中占据着重要的地位，因而需求量日益增加。目前自然界中的植物及其果实中所含有的天然色素的开发和利用已逐渐成为人们研究的焦点。微波具有提取效率高，快速简单，加热均匀的优点，是一种具有发展潜力的新型的提取技术。

本实验以仙人掌果为原料，采用冷冻后，以乙醇作为溶剂，研究微波辅助条件下仙人掌果红色素提取的最佳工艺条件并对pH，光照，氧化剂，还原剂，抗坏血酸，对色素的稳定性影响进行研究，这对仙人掌果的产业化具有一定重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

仙人掌果：海南野生品种

药品：无水乙醇，0.1%盐酸，1.0%氢氧化钠，200目纱布，滤纸，亚硫酸钠，H2O2，抗坏血酸。

LG10-2.4A高速离心机：北京医用离心机厂；721可见分光光度计：上海光谱仪器有限公司；数显恒温水浴锅：上海申生科技有限公司；JJ-2B高速组织捣碎机：江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；pH计，电子天平，比色杯，移液枪，烧杯，玻璃棒，试管，容量瓶，量筒。

1.2 方法

1.2.1 最大吸收波长的测定

用721分光光度计测定波长400 nm～700 nm仙人掌果色素溶液的吸光度，绘制吸收光谱曲线，并根据曲线，确定最大吸光值[1]。

1.2.2 原料预处理

将仙人掌果清洗去刺、去皮，取出果肉部分，放入高速组织捣碎机中粉碎成浆状，放入冰箱备用。

1.2.3 提取工艺流程

原料→预处理→提取→微波作用→定容→离心→过滤→测吸光值

1.2.4 仙人掌果红色素提取的单因素实验

在仙人掌果红色素提取单因素实验中，依次改变提取温度、液料比、浸提时间、微波作用时间，微波功率，以吸光度为评价指标进行结果分析。

1.2.5 仙人掌果红色素稳定性研究

取1.00 g仙人掌果浆体于锥形瓶中，分别控制其他条件一致，研究pH，光照，氧化剂，还原剂，抗坏血酸对仙人掌果红色素稳定性的影响。

1.2.6 数理统计方法

数据统计方法：运用SPSS软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 仙人掌果红色素最大吸收波长的测定

提取后的仙人掌果红色素经过浓缩后，对其在波长400 nm～700 nm之间进行吸光值得测定，绘制曲线后确定最大吸收波长。实验表明，最大吸光值在波长540 nm处。根据文献表明仙人掌果红色素的最大吸光值在535 nm左右，基本符合。

2.2 单因素对仙人掌果红色素提取影响的结果

2.2.1 提取温度对色素提取的影响

锥形瓶中加入50%乙醇溶液20mL，分别放在30、40、50、60、70℃水浴锅中水浴60min，然后于385W的功率下微波2min，8 000 r/s，15min离心取上清液，在540 nm处测定各个提取温度的上清液的吸光度，每个处理做3个平行实验。

图1 温度对红色素提取的影响Fig.1 Response of extraction temperature on the extraction of red pigment

由图1可以看出，随着提取温度的升高，吸光值逐渐下降，温度的升高导致天然色素分解，使得吸光度下降，40℃是提取效果最好。

2.2.2 料液比对色素提取的影响

锥形瓶中加入50%乙醇溶液10、20、30、40、50mL，放在50℃水浴锅中水浴60min，然后于385W的功率下微波2min，8 000 r/s，15min离心吸取上清液，在540 nm处测定吸光度。每个处理做3个平行。由图2可以看出，随着料液比的增大，即提取溶剂体积增加，吸光值逐渐下降，随着提取溶剂的增加，色素相当于被稀释了，在提取溶剂为20mL时，吸光度最大。

图2 料液比对吸光值的影响Fig.2 Response of material ratio on extraction of red pigment

2.2.3 提取时间对色素提取的影响

锥形瓶中加入50%乙醇溶液20mL，放在50℃水浴锅中水浴，分别提取30、50、60、70、80、90min然后于385W的功率下微波2min，8 000 r/s，15min离心，之后吸取上清液，在540 nm处测定各个提取时间的上清液的吸光度。每个处理做3个平行。

图3 浸提时间对吸光值的影响Fig.3 Response of extraction time on extraction of red pigment

由图3可以看出，在提取时间为65min时吸光值达到最大，65min后随着提取时间的延长，色素被分解，所以吸光值逐渐下降。

2.2.4 微波作用时间对色素提取的影响

锥形瓶中加入50%乙醇溶液20mL，放在50℃水浴锅中水浴，提取60min，然后于385W的功率微波下分别作用1、2、3、4，5min，8 000 r/s，15min离心，之后吸取上清液，在540 nm处测定各个微波作用时间的上清液的吸光度。每个处理做3个平行。

图4 微波作用时间对吸光值的影响Fig.4 Response of microwave time on extraction of red pigment

由图4可以看出，随着微波作用时间的增长，吸光值逐渐下降，在微波作用时间为2min提取效果最佳。

2.2.5 微波功率对色素提取的影响

锥形瓶中加入50%乙醇溶液20mL，放在50℃水浴锅中水浴，提取60min，然后分别于119、231、385、539、700W的功率下微波2min，8 000 r/s，15min离心，之后吸取上清液，在540 nm处测定各个微波功率的上清液的吸光度。每个处理做3个平行。

图5 微波功率对吸光值的影响Fig.5 Response of microwave power on extraction of red pigment

由图5可知，在微波功率为119W时吸光值达到最大，119W后随着提取时间的延长，色素被分解，所以吸光值逐渐下降。

2.3 仙人掌果色素稳定性研究结果

2.3.1 pH对仙人掌果红色素的影响

取5.00 g仙人掌果浆体于锥形瓶中，用1.0mol/L HCl，1.0mol/LNaOH调节pH，使pH分别为3、5、7、9、11、13，并定容至100mL，静置，观察其色素颜色变化，并进行吸光度测定，每个处理做3个平行[3]。仙人掌果红色素的pH在6左右，通过盐酸和NaOH稀溶液进行pH的调节，并测定其吸光度，结果见图6。

图6 不同pH对色素稳定性的影响Fig.6 Effect of pH on pigment stability

由图6可知，在酸性条件下随着pH的增加吸光值逐渐增大，红色素比较稳定；在碱性条件下，色素逐渐被分解，所以吸光值逐渐呈减小的趋势，可看出仙人掌果红色素在pH5～7条件下损失最小。

2.3.2 光照对仙人掌果红色素的影响

取5.00 g仙人掌果浆体于锥形瓶中并放置在自然光下，同时进行相同条件下的暗室处理，每天进行吸光值的测定，以作比较，每个处理做3个平行[4]。在研究光照对仙人掌果红色素的影响过程中，采用自然光照，同时进行一组相同条件下的暗室处理以作比较，结果见图7。

图7 不同光照时间对色素稳定性的影响Fig.7 Effects of time of sunlight on pigment stability

由图7可知，光照对色素稳定性有影响。实验要保证除光照条件外其他条件的一致性，以防干扰实验结果。

2.3.3 氧化剂对仙人掌果红色素的影响

以双氧水作为氧化剂，配制体积分数为0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%的等量双氧水，以蒸馏水作为对照，取色素提取液10mL稀释至100mL，分别加入不同浓度的双氧水溶液3mL，振荡后室温放置5 h后并测定吸光值，每个处理做3个平行。

图8 双氧水对仙人掌果红色素稳定性的影响Fig.8 Effect of H2O2on pigment stability

由图8可知，随着双氧水体积分数的增大，吸光值逐渐减小，说明红色素被双氧水分解使得吸光值下降，所以双氧水对仙人掌果红色素稳定性有影响。实验中，要保证在静置过程中要放在暗处，以防光照对其实验结果造成干扰。

2.3.4 还原剂对仙人掌果红色素的影响

以Na2SO3作为还原剂，配制体积分数为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的等量Na2SO3溶液，以蒸馏水作为对照，取色素提取液10mL稀释至100mL，分别加入不同浓度的Na2SO3溶液3mL，振荡后室温放置5 h后测定吸光值，每个处理做3个平行。由图9可知，随着亚硫酸钠体积分数的增大，吸光值逐渐减小，说明红色素被双氧水分解使得吸光值下降，所以亚硫酸钠对仙人掌果红色素稳定性有影响。实验中，要保证在静置过程中要放在暗处，以防光照对其实验结果造成干扰。

2.3.5 抗坏血酸对仙人掌果红色素的影响

图9 亚硫酸钠对仙人掌果红色素稳定性的影响Fig.9 Effect of Na2SO3on pigment stability

配制0.05%、0.1%、0.2%、0.5%的抗坏血酸，以蒸馏水作为对照，各取10mL色素浓缩液稀释至100mL，并加入上述不同浓度的抗坏血酸溶液，摇匀，静置1h后观察红色素，测吸光度，吸光值的变化反应色素含量的变化[5]，每个处理做3个平行。

表1 抗坏血酸对仙人掌果红色素的影响Table1 Effect of Vc on pigment stability

由表1可知，在不同的抗坏血酸浓度下，吸光值变化较小，且提取液颜色无变化，故抗坏血酸对仙人掌果红色素的稳定性无影响。

3 结论

通过研究，微波辅助提取仙人掌果红色素最佳提取条件为微波作用时间2min，微波功率为119W料液比1∶20，温度40℃，提取时间65min。在测定仙人掌果红色素化学特性过程中，仙人掌果红色素的最大吸光值在540 nm处；pH对仙人掌果红色素影响显著，颜色随pH的增大而红色逐渐加深，最适pH为5～7，光照对色素具有一定的分解作用，所以仙人掌果红色素应避光保存。随氧化剂、还原剂体积分数的增加，色素破坏程度越大。抗坏血酸的存在对色素的稳定性没有本质上的影响。

仙人掌果红色素作为一种功能性色素，提取方便且成本较低，可作为一种天然色素应用于食品中，但由于温度，pH，光照等会影响色素的稳定性，会限制其应用范围，使用时应注意。

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Microwave-assisted Extraction of Pigments from Cactus Pear Fruit and Study on Stability

LI Yuan-yuan，HU Xin-xin，CHEN Wei-na，GUO Ling*，LI Xiao-hong
（Key Laboratory of Dairy Science，Ministry of Education，Northeast Agricultural University，College of Food，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

The aim of this study is to determine best conditions of microwave-assisted extraction pigments from cactus pear fruit and the stability of the red pigment was researched.The optimum conditions for microwave-assisted extraction pigments from cactus pear fruit is microwave 2 min，microwave power 119W，1∶20，temperature 40℃，extraction time 65min determined by single factor experiments.pH，light，oxidant，reluctant has an effect on the stability of pigment and the presence of ascorbic acid effects on the stability of the pigment is not essential.

cactus pear fruit；pigment；microwave extraction；stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.16.013

2013-06-02

东北农业大学实验中心开放资助项目

李媛媛（1992—），女（汉），本科，研究方向：畜产品加工。

*通信作者