枸杞鲜果类胡萝卜素超声提取工艺优化及光稳定性

曹有龙，刘兰英，李晓莺，李越鲲

（国家枸杞工程技术研究中心，宁夏银川750002）

类胡萝卜素是一类重要的天然植物色素，广泛存在于水果、蔬菜、绿色植物及动物和微生物中，具有独特抗氧化功能和抗肿瘤作用，已被建议用作癌症预防剂，生命延长剂，溃疡抑制剂，心脏病发作与冠状动脉疾病的抑制剂[1-3]。20世纪80年代，食品工业中使用的大部分色素均为化学合成色素，大量研究发现，化学合成色素虽然纯度高，生产成本低，但合成产品中少量成分有毒，有致染色体畸变作用[4]。随着人们对食品色素的安全性问题重视程度增加，消费者对天然色素的需求与日俱增，天然类胡萝卜素作为一种安全有益的食品添加剂，其需求量将进一步扩大。如何从富含类胡萝卜素的天然物种中提取胡萝卜素，引起了人们越来越多的关注。枸杞是药食同源的功能性特色植物资源，其富含类胡萝卜素、黄酮类化合物、甜菜碱等多种生物活性成分，具有补肾养肝、润肺明目等功效。研究表明，枸杞子含有丰富的类胡萝卜素，其中β-胡萝卜素含量高达19.61 mg/100 g，是胡萝卜的3.8倍[5]。宁夏是枸杞的道地产区，截止2011年底，枸杞种植面积已逾87万亩，年产鲜果60万t，但年加工量不足总量13%，因此，积极开展枸杞类胡萝卜素的研究对枸杞资源的深度开发具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：宁杞7号枸杞鲜果：采摘于宁夏芦花台枸杞种植基地。

试剂：石油醚沸程30℃～60℃、四氢呋喃、乙醚、丙酮、BHT、无水硫酸钠。上述试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器

UV1080型紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；JPCT0628超声波提取器：武汉佳鹏电子有限公司；电子天平：赛多利斯（北京）科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 色素的提取

准确称取一定量样品，研磨置于棕色光口瓶中，加入适量提取剂，同时加入0.1%BHT，加塞，超声提取0.5 h，取出用无水硫酸钠过滤，按上述步骤重复提取2次，过滤，合并滤液。

1.3.2 色素含量测定[6]

以提取剂做空白，于450 nm处测定吸光度，根据以下公式计算类胡萝卜素含量：

类胡萝卜素含量（X）=A×V×F×10/m/2500×100

式中：X为样品中类胡萝卜素含量，（mg/100 g）；A为类胡萝卜素萃取液在最大吸收波长下的吸光值；V为类胡萝卜素萃取液样品的体积，mL；F为测定时类胡萝卜素萃取液的稀释倍数；m为样品质量，g； 2500—1%类胡萝卜素在最大吸收波长时的平均吸光系数。

1.3.3 色素光稳定性研究

不同光照条件（日光、室内散射光、避光）对色素稳定性的影响。按下式计算色素保存率（波长450 nm），色素保存率=测定吸光值/初始吸光值×100%。

2 结果与分析

2.1 类胡萝卜素提取液紫外可见光谱

枸杞鲜果类胡萝卜素提取液的紫外可见吸收光谱图如图1所示，在450 nm处有最大吸收峰。

图1 枸杞鲜果类胡萝卜素提取液紫外可见光谱图溶剂：四氢呋喃Fig.1 UV spectrum of carotenoids extract in wolfberry fruit Solvent：THF

2.2 提取溶剂的选择

分别选择丙酮、乙醚、石油醚、四氢呋喃、石油醚：丙酮体积比1∶1（体积比），石油醚∶丙酮体积比2∶1（体积比），作为提取溶剂，超声提取0.5 h，比较提取效果（见表1），其中以四氢呋喃浸提效果最佳，石油醚：丙酮体积比1∶1（体积比）次之，综合安全性和成本因素考虑选用四氢呋喃作为提取溶剂。

表1 不同提取剂对提取效果的影响Table 1 Effect of solvent on extraction

2.3 料液比对提取效果的影响

在超声功率480 W，提取时间0.5 h，超声频率50 Hz的条件下，考察料液比对提取效果的影响，结果见表2。

表2 料液比对提取效果的影响Table 2 Effect of material ratio and solvent on extraction

如表2所示，随着料液比的增大，提取量逐渐增大，料液比 1 ∶25（g/mL）时提取量最大，料液比 1 ∶15（g/mL）时提取趋于稳定，继续增大料液比提取量增幅不大，因此选用料液比 1 ∶15（g/mL）。

2.4 提取时间对提取效果的影响

在超声功率 480 W，料液比 1∶15（g/mL），超声频率50 Hz条件下，考察提取时间对提取效果的影响，结果见表3。

表3 提取时间对提取效果的影响Table 3 Effect of time on extraction

由表3可以看出，随着提取时间的延长，提取量逐渐增加，提取时间为45 min时提取量最大，提取时间延长提取量反而下降。

2.5 超声功率对提取效果的影响

在料液比 1 ∶15（g/mL），提取时间 45 min，超声频率50 Hz的条件下考察超声功率对提取效果的影响，结果见表4。

如表4所示，在超声功率为300 W时提取量最大，增大超声功率提取量有下降趋势，因此选择提取功率300 W。

表4 超声功率对提取效果的影响Table 4 Effect of ultrasonic power on extraction

2.6 超声频率对提取效果的影响

在超声功率 300 W，料液比 1 ∶15（g/mL），提取时间45 min的条件下，考察超声频率对提取效果的影响，结果见表5。

表5 超声频率对提取效果的影响Table 5 Effect of ultrasonic frequency on extraction

从表5可以看出，提取量在超声频率为50 Hz时达到最大，超声频率过高或过低都不利于提取。

2.7 正交试验设计

以类胡萝卜素的提取率为指标，影响提取效果的4个主要因素：料液比、提取时间、超声频率、超声功率，进行L9（34）正交试验，即四因素三水平，按照正交试验设计共进行了9组试验，类胡萝卜素的浸提条件、因素水平见表6。

表6 正交试验因素水平表Table 6 Factor and levels of experiment L9（34）

正交试验结果见表7。

表7 正交试验结果Table 7 Results of orthogonal test

续表7 正交试验结果Table 7 Results of orthogonal test

由表7可以看出，各因子对提取效果影响顺序为：超声功率＞提取时间＞料液比＞超声频率，最佳提取条件为A2B2C3D1，即超声功率300 W，料液比1∶15g/mL，提取时间50 min，超声频率60 Hz，提取量达到最大18.16 mg/100 g。

2.8 光稳定性研究

比较不同光照条件下枸杞类胡萝卜素的稳定性（见表8），发现该色素对日光不稳定，经过8 h的日光照射，保存率仅为18.6%，但对室内散射光较稳定。

表8 不同光照条件对枸杞类胡萝卜素稳定性影响Table 8 Effect of light on stability of carotenoids in wolfberry fruit

3 结论

研究表明，枸杞类胡萝卜素素在可见区间400nm～600nm范围内有最大吸收峰，最大吸收波长为450nm。经测定，宁杞7号枸杞鲜果类胡萝卜素含量约为19.1 mg/100 g，四氢呋喃是枸杞鲜果类胡萝卜素适宜提取剂，提取的较适宜条件为：超声功率300 W，料液比 1 ∶15（g/mL），提取时间 50 min，超声频率 60 Hz。该色素对日光不稳定，对室内散射光较稳定。

[1] 惠伯槺.类胡萝卜素化学剂生物化学[M].北京：中国轻工业出版社,2005：250

[2] 李福枝,刘飞,曾晓希,等.天然类胡萝卜素的研究进展[J].食品工业科技,2007,9(28)：227-232

[3]李宁宁.类胡萝卜素的研究进展[J].中国现代实用医学杂志,2004,1(2)：51-53

[4] 赵文恩,韩雅珊,苏震,等.类胡萝卜素对H2O2-NaOCl体系生成的1O2的淬灭作用[J].生物物理学报,1997,13(1)：137-142

[5] 黄丽,於洪建,吴巍.枸杞类胡萝卜素的研究进展[J].食品研究与开发,2012,33(5)：233-236

[6] 巍苑.几种处理方式对枸杞汁成分的研究[D].兰州：甘肃农业大学,2011