柑橘皮色素超声辅助提取及其稳定性研究

2014-09-04陈荣华

荆楚理工学院学报 2014年4期

关键词：取适量丙酮柑橘

陈荣华

(马鞍山师范高等专科学校软件与食品工程系，安徽马鞍山 243041)

柑橘皮色素超声辅助提取及其稳定性研究

陈荣华

(马鞍山师范高等专科学校软件与食品工程系，安徽马鞍山 243041)

目的：研究超声辅助提取柑橘皮色素的工艺条件，并考察色素的稳定性。方法利用丙酮作为提取剂，采用超声辅助提取柑橘皮色素(POPU)；采用分光光度法研究POPU的理化性质以及在不同条件下的稳定性。结果POPU最大吸收波长为424 nm，热稳定性较好，对Cu2+、Fe3+的稳定性较差，其他金属离子较稳定；酸对其有一定的破坏作用，碱性条件下比较稳定；POPU对光十分敏感，需暗处保存；食品添加剂中除氧化剂对色素有一定的破坏作用外，抗氧化剂、还原剂和防腐剂对其影响不明显。结论超声辅助提取的柑橘皮色素具有较好的稳定性。

柑橘皮色素；超声辅助提取；稳定性

色泽是衡量食品质量的重要指标之一，色泽优良的食品可给人以美的享受，而且还能增进食欲[1]。食品工业中常采用食品着色剂即食用色素对食品进行染色，常用的食用色素有合成色素和天然色素两大类。合成色素是由人工合成方法制得的有机色素，20世纪研究结果发现大多数合成染料具有致畸、致癌、致突变等毒性或毒性嫌疑；天然色素大部分取自植物，部分取自动物和矿物[1]。绝大部分的天然色素本身基本无毒，有些还具有一定的生理功能，因此受到广泛的欢迎，但大部分天然色素与合成色素相比具有稳定性差、染色力不强、价格贵等缺点，且在加工及流通过程中易受到外界条件的影响[2]。由于上述种种原因，使得天然色素在使用上受到一定的限制。因此，开发出性能佳、稳定的天然色素品种以及对天然色素进行稳定改性是目前开发和推广使用天然色素的两个关键环节。

柑橘是芸香科柑橘亚科植物，共六个属[3]。本实验选用的是柑桔属中的宽皮柑桔类的芦柑，又名蜜桶柑、汕头蜜桔等，是世界上公认的品质最优的桔类品种。柑橘皮中含丰富的果胶、橙皮苷及大量的天然色素，其中柑橘皮的色素主要组成是柠檬烯和类胡萝卜素的混合物，且富含维生素E和稀有元素硒[4]。但可惜的是柑橘皮除少量用于中成药配方之外，绝大部分都被作为废料丢弃了，造成了资源的浪费。本文采用超声辅助提取柑橘皮色素，并研究了柑橘皮色素在各种外界条件下的稳定性，为今后柑橘皮色素的开发利用提供一定的理论依据。

1 实验材料、设备与方法

1.1 材料、设备与试剂

柑橘购于马鞍山大润发超市；双氧水(30%)、盐酸、氢氧化钠、丙酮、亚硫酸钠、抗坏血酸、山梨酸、苯甲酸钠、氯化铁、氯化钙、硫酸锌、硫酸镁、硫酸铜、碳酸钾、碳酸钠等试剂均为分析纯。

仪器设备：722N可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；电子天平(LA114)，常熟市衡器厂；高温恒温鼓风干燥箱(DGX-8243B)，杭州汇尔仪器设备有限公司；超声波清洗器(DS-8510DTH)，上海生析超声仪器有限公司；旋转蒸发仪，上海申胜生物技术有限公司；循环水式真空泵(SHB-Ⅲ-A)，杭州大卫科教仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 柑橘皮色素的超声辅助提取

将成熟新鲜的柑橘去皮，外皮用水洗净，自然晒干，放入烘箱中烘干后粉碎。称取5.000 g柑橘皮粗粉，加入15倍量的丙酮， 30 ℃超声辅助提取1.5 min，真空抽滤。滤液于40 ℃以下进行减压浓缩，得到深橙红色膏状物即柑橘皮色素粗提物(POPU)。

1.2.2 柑橘皮色素的理化特性测定

1.2.2.1 柑橘皮色素外观特性

称取适量POPU于烧杯中，观察其状态、颜色，并将其溶于不同溶剂考察其溶解性。

1.2.2.2 柑橘皮色素光谱特性测定

准确称取POPU 0.02 g，用丙酮溶解后定容至100 mL，室温下用722N分光光度计在400～460 nm范围内测定吸收光谱，确定最大吸光度相对应的波长。

1.2.3 柑橘皮色素稳定性研究

准确称取适量POPU，用丙酮溶解定容后，变化温度、酸碱性、光照，添加不同金属离子及食品添加剂，研究柑橘皮色素的稳定性[5]。

1.2.3.1 温度的影响

准确称取0.02 g的POPU，用丙酮溶解后定容至100 mL，在不同温度下恒温水浴1 h，冷却30 min后，用722N分光光度计在POPU的最大吸收波长处分别测定溶液吸光度[1]。

1.2.3.2 不同金属离子的影响

准确称取0.10 g POPU，溶于丙酮，定容至250 mL，准确吸取等量的上述溶液于编号0～21号的25 mL容量瓶中，以不加金属离子的丙酮水溶液0号为对照，吸取Fe3+、Cu2+、K+、Na+、Zn2+、Mg2+、Ca2+等七种不同的金属离子溶液，依次分别加入到0～21号容量瓶，用水定容后得到各种金属离子的浓度均为200、500、1 000 mg/kg，摇匀、静置，存于暗处，以0号容量瓶为参比溶液，在POPU的最大吸收波长处分别测定溶液吸光度[6-8]。

1.2.3.3 酸、碱的影响

准确称取适量POPU，溶于丙酮定容至500 mL，然后各取15 mL，分别加入0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 M的HCl和NaOH溶液2 mL，于室内暗处存放，定时取样，POPU的最大吸收波长处测定各溶液吸光度[6-8]。

1.2.3.4 光的影响

称取适量POPU，溶于丙酮溶剂中，各取50 mL。分别置于室内暗处、室内散射光、室外日光下，定时取样，POPU的最大吸收波长处测定溶液的吸光度[6-8]。

1.2.3.5 食品添加剂的影响

1)氧化剂的影响

取适量POPU溶于丙酮中，加入体积分数30%的H2O2溶液，使H2O2浓度分别为0.000、0.049、0.098、0.196和0.784 mol/L，室温暗处放置2 h，在POPU的最大吸收波长处测定溶液吸光度，并计算残存率[6-8]。

2)还原剂的影响

准确称取适量POPU溶于丙酮，加入Na2SO3溶液，配制Na2SO3溶液浓度分别为0.0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0和5.0 g/L的色素溶液，于室温暗处放置2 h，POPU的最大吸收波长处测定溶液的吸光度[6-8]。

3)抗氧化剂的影响

称取适量POPU，溶于丙酮，加入抗坏血酸(Vc)，配制Vc溶液浓度分别为0.00、0.01、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50 g/L的色素溶液，于室外日光下放置，定时取样，POPU的最大吸收波长处测定溶液的吸光度[6-8]。

4)防腐剂的影响

称取适量POPU，溶于丙酮，分别加入苯甲酸钠和山梨酸，配制苯甲酸钠和山梨酸浓度分别为0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 g/L的色素溶液，室温暗处放置2 h后，在POPU的最大吸收波长处测定溶液的吸光度[6-8]。

2 结果与分析

2.1 柑橘皮色素的理化特性

2.1.1 柑橘皮色素的外观性状

本实验所提取的柑橘皮色素的外观性状见表1，可知其属于脂溶性色素，易溶于多种有机溶剂。

表1 POPU的外观性状

2.1.2 柑橘皮色素的吸收光谱特性

由图1可知，POPU溶液在波长400～460 nm之间有一个最高吸收峰，该色素的最大吸收波长为424 nm。以下稳定性实验的测定波长选择为424 nm。

图1 POPU的吸收光谱

图2 温度对POPU吸光度的影响

2.2 不同条件下柑橘皮色素稳定性研究结果与分析

2.2.1 温度的影响

由图2可知，POPU在60 ℃以下时，吸光度的变化很小，在60 ℃以上时，POPU的吸光度呈下降趋势，但幅度不大，90 ℃时，残留率为87.6%，表明POPU热稳定性较好，但应避免在高温下保存。

2.2.2 不同金属离子的影响

由表2可知，随着K+、Mg2+、Zn2+浓度上升，POPU的吸光度有小幅增大的趋势，表明这三种离子对POPU有一定的增色作用；与此同时，Cu2+和Fe3+对POPU有破坏作用，其余离子对POPU影响很小，幅度不大。

表2 不同金属离子对POPU吸光度的影响

2.2.3 酸、碱的影响

由表3和表4可知，HCl对POPU的破坏作用较大，且浓度越高，对色素的破坏程度越大；相反，柑橘皮色素在碱性条件下比较稳定，另随着碱的浓度升高，色素的吸光度还有了一定程度的上升，具体原因有待进一步研究，可能是生成了其他物质。

表3 碱对POPU吸光度的影响

表4 酸对POPU吸光度的影响

2.2.4 光照的影响

由表5可知，POPU对光十分敏感，尤其是日光。日光直射6 h内，POPU基本损失殆尽，室内自然光对其也有一定的影响，2 d内有88%残留。说明POPU宜在暗处避光保存，避免日光照射。

表5 光照对POPU稳定性的影响

2.2.5 食品添加剂的影响

1)氧化剂的影响

由表6可知，随H2O2浓度的增大，柑橘皮色素的吸光度呈下降趋势，说明H2O2对POPU有一定的破坏作用。在H2O2使用量较高的情况下，色素残存率还将近84%，说明氧化剂虽有影响，但下降幅度不是特别大，可认为POPU具有一定的抗氧化性。

表6 H2O2对POPU稳定性的影响

2)还原剂的影响

由表7可知，在不同浓度的Na2SO3影响下，POPU的吸光度变化幅度很小，Na2SO3浓度达到500 mg/kg时，色素残存率仍有96.5%，表明POPU对还原剂Na2SO3有很好的抗还原性。

表7 Na2SO3对POPU稳定性的影响

3)抗氧化剂的影响

由表8可知，Vc对POPU有一定的护色作用，可减少日光对色素的破坏作用，且浓度越高，对柑橘皮色素的护色作用更好。

表8 抗坏血酸(Vc)对POPU吸光值的影响

4)防腐剂的影响

由图3可知，山梨酸和苯甲酸钠对柑橘皮色素的影响很小，说明防腐剂可以与柑橘皮色素在食品中同时使用，而不影响色素的性能。

图3 防腐剂对POPU的影响

3 讨论

柑橘皮色素的主要成分为类胡萝卜素与柠檬烯混合物[5]，它不仅无毒而且具有较高的营养价值。本实验用丙酮为提取剂，采用超声辅助提取柑橘皮色素，经实验证实本方法可大大缩短传统溶剂提取法[9-10]的提取时间，制得的柑橘皮色素最大吸收峰波长为424 nm，其耐碱性很好，耐酸性一般，具有一定的耐氧化性，对光十分敏感，宜在暗处保存。还原剂和防腐剂对色素基本无影响，柑橘皮色素可与防腐剂同时在食品中使用，抗氧化剂对柑桔色素有一定的保护功能。各种金属离子除了Cu2+、Fe3+对柑橘皮色素稳定性影响较大外，其他金属离子则相对稳定，有些还有增色功能，说明柑橘皮色素稳定性较好，具有良好的开发前景。此外，本实验采用的是柑橘皮色素粗提物，为了更好利用柑橘皮色素，还需进一步优化超声辅助提取法的提取工艺并对柑橘皮色素纯化进行深入研究，以获得高纯度的色素提取物。

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2014-06-22

中央财政支持高等职业学校提升专业服务产业发展能力项目：食品加工技术专业建设(2011)