茄子皮红色素浸提工艺及稳定性研究

2014-04-24田喜强董艳萍马松艳

中国酿造 2014年5期

田喜强，董艳萍，马松艳

（绥化学院食品与制药工程系，黑龙江绥化 152061）

普遍使用的合成食用色素多是焦油类物质，一般含有苯环、萘环等芳香环，对人体器官都有不同程度的危害，一些能诱发染色体变异，甚至可以致癌。合成色素安全性的不断降低，致使合成色素的使用程度受到限制，尤其是在食品、医药和化妆品行业[1-4]。对比而言，天然色素色泽自然，安全可靠，同时兼有营养和药理作用，因而在食品工业中得到越来越广泛的应用[5-8]。近年来，我国对天然色素提取进行了较深入的探索，取得了一些可喜的成果。目前，已开发成功的天然色素有葡萄红色素、萝卜色素、紫玉米色素、紫甘蓝色素以及紫薯花青素等[9-14]。

茄子为一年生草本植物，在我国广大地区种植，是人们喜爱的蔬菜之一。茄子皮中含有丰富的花青素可作为天然食用色素，茄子皮色素具有很强的抗氧化活性和稳定性，对人体器官无害，可增强人体免疫机能，降低血脂等效果[15-16]，然而茄子皮常常作为食品加工的副产物被丢弃，且对环境产生污染。因此，从茄子皮中提取茄子皮花色素有一定的经济效益和生态效益，不仅为茄子的综合利用开辟了一条新途径，而且可以减少环境污染，变废为宝。本研究在超声波辅助条件下，考察了茄子皮红色素的浸提工艺，通过正交试验对提取工艺进行优化，对茄子皮色素的稳定性进行了研究，为茄子皮红色素的进一步应用提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茄子（市售），去皮，烘干，粉碎过80目筛。

乙酸、乙醇、乙酸乙酯、氯仿（分析纯）：天津市科迪化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

TU-1901紫外可见分光光度计：北京普析通用公司；KQ300VDE双频超声清洗仪：昆山超声仪器公司；G-903 MB数显鼓风干燥箱：天津市泰斯特仪器公司。

1.3 试验方法

1.3.1 茄子皮红色素最大吸收波长的测定

取一定量茄子皮色素提取液用体积分数8%的乙酸溶液稀释至适当浓度，采用TU-1901紫外可见分光光度计测定茄子皮红色素的吸收光谱，确定其最大吸收波长。

1.3.2 茄子皮色素浸提条件的选择

最佳提取溶剂的选择：准确称取5份5.00g粉碎的茄子皮，分别加入蒸馏水、乙醇、乙酸乙酯、乙酸和氯仿各30mL，室温条件下浸提50 min，观察其颜色，过滤，利用TU-1901分光光度计测定其浸提液的吸光度值，确定最佳提取溶剂。

最佳提取液体积分数的确定：准确称取5份5.00g粉碎的茄子皮，分别加入体积分数2%、4%、6%、8%和10%的乙酸各30mL，室温条件下浸提50min，过滤，利用TU-1901分光光度计测定其浸提液的吸光度值，确定最佳提取液体积分数。

最佳料液比的确定：准确称取5份5.00g粉碎的茄子皮，分别加入10mL、20mL、30mL、40mL、50mL和60mL体积分数8%的乙酸，室温条件下浸提50min，过滤，利用TU-1901分光光度计测定其浸提液的吸光度值，确定最佳料液比。

最佳提取温度的确定：准确称取5份5.00g粉碎的茄子皮，各加入体积分数8%的乙酸50mL，调节温度为40℃、50℃、60℃、70℃、80℃浸提50min，观察其颜色，过滤，利用TU-1901分光光度计测定其浸提液的吸光度值，确定最佳提取温度。

最佳提取时间的确定：准确称取5份5.00g粉碎的茄子皮，各加入50mL体积分数8%的乙酸，室温条件下分别浸提20min、30min、40min、50min、60min和70min，观察其颜色变化，过滤，利用TU-1901分光光度计测定其浸提液的吸光度值，确定最佳提取时间。

1.3.3 茄子皮红色素提取条件的优化

在上述各试验条件中选取时间、酸浓度、料液比和温度这4个影响较大的因素对茄子皮红色素的提取条件进行优化，并对其进行4因素3水平的正交试验，寻找最佳的色素提取条件，试验设计由表1所示。

表1 茄子皮红色素提取条件优化正交试验因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for eggplant peel red pigment extraction conditions optimization

1.3.4 茄子皮色素的稳定性试验

金属离子对茄子皮红色素稳定性的影响：取10支具塞试管，分别加适量的色素提取液，然后向试管中各加入6mL 0.2mol/L的含有Mg2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Ca2+的溶液，室温条件下分别放置1h和6h后，波长528nm处测定其吸光度值。

温度对茄子皮红色素稳定性的影响：将适量的色素提取液，稀释20倍，放入具塞试管中，分别在40℃、50℃、60℃、70℃和80℃的条件下放置50min后，利用TU-1901紫外分光光度计在波长528nm处测定吸光度值。

光照对茄子皮红色素稳定性的影响：称取适量色素提取液5份，用蒸馏水定容至10mL，放在日光直射区，在0、2h、4h、6h、8h、12h后，利用TU-1901紫外分光光度计在波长528nm处测定其吸光度值。

2 结果与分析

2.1 茄子皮色素最大吸收波长的确定

取一定量茄子皮色素提取液用8%乙酸溶液稀释至适当浓度，使用紫外分光光度计在波长400～650nm范围内进行扫描，确定茄子皮红色素提取液的最大吸收波长。平行3次扫描，结果如图1所示。由图1可知，花青素提取液最大吸收波长为528nm。

图1 茄子皮红色素的紫外扫描图Fig.1 UV scan of eggplant peel red pigment

2.2 提取溶剂的选择

由表2可知，茄子皮色素既能溶于有机溶剂，又能溶于非极性有机溶剂，但溶于乙酸时吸光度值最大，颜色最深。因此，选择乙酸作为提取茄子皮色素的提取溶剂。

表2 茄子皮在不同提取溶剂的提取效果Table 2 Extraction effect of eggplant peel in different extraction solvents

2.3 提取溶剂体积分数的选择

由表3可知，利用体积分数8%乙酸提取的茄子皮色素吸光度值最大，且颜色最深。因此，选择体积分数8%乙酸作为提取茄子皮色素的提取剂。

表3 茄子皮在不同浓度乙酸的提取效果Table 3 Extraction effect of eggplant peel in different concentrations of acetic acid

2.4 料液比的影响

图2为料液比对茄子皮红色素提取的影响，以8%乙酸溶液为提取液，在400W超声辅助下，采用不同料液比对茄子皮红色素提取，利用紫外光度计在波长528nm处测定其吸光度值。图2表明，料液比在1∶2～1∶8的区间内吸光度值随料液比的增大而升高，在料液比为1∶8时达到最大值，当料液比大于1∶8时吸光度值下降，因此最适提取料液比为1∶8。

图2 料液比对茄子皮红色素提取的影响Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on eggplant peel red pigment extraction yield

2.5 提取温度的影响

温度对提取效果的影响如图3所示。由图3可知，提取温度为40～70℃时，溶液的吸光度值随提取温度的升高而增加，说明温度高对茄子皮红色素提取有利。温度的升高，提高可溶性物质的溶解速度。当温度＞70℃时，吸光度值有所下降，且温度高对能源的消耗较高，高温可能引起一些不稳定成分变质或分解，所以最适宜提取温度为70℃。

图3 提取温度对茄子皮花青素提取效果的影响Fig.3 Effect of temperature on eggplant peel red pigment extraction yield

2.6 提取时间的影响

图4 提取时间对茄子皮花青素提取效果的影响Fig.4 Effect of extraction time on eggplant peel red pigment extraction yield

图4表明不同提取时间对茄子皮红色素提取效果的影响，在20～50min的提取时间内，随提取时间增加吸光度值增加，50min红色素的吸光度值达到最大。提取时间超过50min时，吸光度值变化不大。这是由于红色素发生水解的速率过大，导致吸光度值下降。所以，50min为最佳提取时间。

2.7 茄子皮红色素提取条件的优化

将时间、乙酸体积分数、温度和料液比这4个因素各取3个水平进行正交试验，结果和分析如表4所示，方差分析见表5。

表4 茄子皮红色素提取条件优化正交试验结果与分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiment for eggplant peel red pigment extraction conditions optimization

表5 正交试验结果方差分析Table 5 Variance analysis of the orthogonal experiment

由表4的正交试验结果以及表5方差分析综合考察可以得出，影响茄子皮红色素的主次因素为D＞C＞B＞A，料液比对茄子皮红色素的提取影响很大，其次是温度、乙酸体积分数和时间，从k值可以确定茄子皮红色素最佳提取条件为料液比1∶8，提取温度70℃，乙酸体积分数8%，提取时间50min。

2.8 茄子皮红色素稳定性试验

2.8.1 金属离子和饮料对茄子皮红色素稳定性的影响

由表6可以看出，Ca2+和Cu2+对茄子皮红色素稳定性影响较大，而Mg2+、Mn2+、Zn2+对茄子皮红色素稳定性影响较小。说明不宜用硬度大的水和铜制品加工和盛装茄子皮红色素的溶液。

表6 金属离子对茄子皮红色素稳定性的影响Table 6 Effect of metal irons on eggplant peel red pigment stability

2.8.2 温度对茄子皮红色素稳定性的影响

由图5可知，保存温度≤70℃，茄子皮红色素的色素吸光度值变化不大；保存温度＞70℃，吸光度值有所下降。在80～90℃温度范围内，溶液吸光度值下降明显。因此，茄子皮红色素的保存温度和加工温度不能过高，避免较长时间放置在高温环境之中。

图5 温度对茄子皮红色素稳定性的影响Fig.5 Effect of temperature on eggplant peel red pigment stability

2.8.3 光照时间对茄子皮红色素稳定性的影响

由图6可知，光照时间对茄子皮红色素的稳定性有一定的影响，固定其他条件，光照时间对茄子皮红色素的吸光度值影响较明显，随光照时间的增加茄子皮红色素吸光度下降。因此，茄子皮红色素最佳贮存条件是避光。

图6 光照对茄子皮红色素稳定性的影响Fig.6 Effect of sunlight on eggplant peel red pigment stability

3 结论

茄子皮内含有丰富的天然红色素，其颜色鲜艳，有一定的抗氧化能力，作为一种天然红色素，兼有营养和保健功效。本试验采用乙酸溶液提取茄子皮红色素，在超声浸提功率为400W时，通过正交试验得到提取茄子皮红色素的最佳工艺参数为最佳料液比为1∶8，提取时间50min，提取温度70℃，体积分数为8%的醋酸溶液。同时，稳定性研究表明，高温对茄子皮红色素具有一定的影响，因此，室温保存即可；Ca2+和Cu2+金属离子对色素稳定性影响较明显，说明不宜用硬度大的水和铜制品加工和盛装茄子皮红色素的溶液。光照会不同程度的影响茄子皮红色素的稳定性，避光保存茄子皮红色素的稳定性最好。茄子皮红色素可作为食品、饮料、医药等行业的天然植物色素广泛使用，因此具有一定的研究价值。

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