醇溶法提取黑米色素的工艺研究

郭梅，史云侠

（天津农学院食品科学系，天津300384）

醇溶法提取黑米色素的工艺研究

郭梅，史云侠

（天津农学院食品科学系，天津300384）

以黑米为原料，利用乙醇为浸提剂，研究了黑米色素的提取工艺，分别考察了料液比、浸提pH、浸提温度和浸提时间各单因素水平对提取效果的影响，并通过正交试验确定了醇溶法提取黑米色素最佳的工艺条件。结果表明，影响黑米色素提取的因素主次顺序为：浸提时间＞料液比＞浸提温度＞浸提pH。最佳提取工艺参数为：用体积分数95%的乙醇浸提，料液比1∶45（g∶mL），浸提pH3.0，浸提温度80℃，浸提时间90 min。

黑米色素；乙醇；浸提

化学合成色素因其化学性质稳定，着色力强、色泽鲜艳、价格低廉而在食品工业中得到广泛应用。近年来人们发现合成色素中某些品种具有慢性毒性，甚至有致癌性，因此，许多发达国家禁止在某些食品中使用合成色素。由于天然色素来源于自然，安全性好，有的还有一定的营养和药理作用[1]，因此天然食用色素的研究与开发已引起了人们的高度重视，应用安全无毒的天然食用色素代替合成食用色素是大势所趋。

黑米是脱去谷壳的黑色糙米，具有特殊的药用成分及很高的营养价值，有“补血米”、“长寿米”、“药米”、“神仙米”的美称。研究表明，黑米不但含有丰富的蛋白质，VB1、VB2等，而且氨基酸组成相当齐全，同时富含Fe、Zn、Cu等微量元素[2]，而且还含有具有重要药用价值的黑米色素[3]。大量研究表明，黑米色素为花青苷类色素，属植物多酚类化合物，具有降低冠心病发病率，改善视敏度，抗氧化和抗癌活性[4-5]。黑米色素的基本结构与花青定-3-葡萄糖和花青定-3-鼠李葡萄糖相似，具有良好的水溶性，可用于食品的着色[6]。因此，黑米在食品工业、医药加工和化妆行业都具有良好的发展前景和重要应用价值。目前，国内关于黑米色素的提取和测定方法已有部分研究报道[7-11]，但由于黑米色素的复杂性，其组成及结构至今尚未确定，所以，各种方法在材料处理、溶剂选择、色素含量表示等方面不尽相同。本实验通过单因素及正交试验研究了醇溶法提取黑米色素的工艺条件，为开发利用丰富的黑米资源，增加经济附加值，寻找天然食品着色剂提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑米：购于天津市西青区红旗农贸市场。

无水乙醇、95%乙醇、柠檬酸等试剂均为分析纯。

新型密封式粉碎机：温州市具力才业机械有限公司；FA2004电子天平：上海精科仪器厂；HH数显恒温水浴锅：江苏金坛市金城国盛实验仪器厂；RE-2000旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；UV-7504紫外可见分光光度计：龙尼柯（上海）仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 黑米色素提取工艺

黑米→预处理→黑米粉末→乙醇浸提（两次）→抽滤→浸提液→蒸馏→色素浓缩液

预处理：选取颗粒饱满的黑米粒，剔除杂质，置于粉碎机中粉碎，过60目，得到黑米粉末，置于密闭容器中备用。

1.2.2 单因素试验

1.2.2.1 料液比对黑米色素提取的影响

各称取3 g黑米样品，按不同料液比1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60（g∶mL），分别加入95%的乙醇，用柠檬酸调pH为3.0，在70℃的恒温水浴中加热回流浸提60 min，过滤，重复浸提，合并提取液，在510 nm处分别测定黑米色素提取液的吸光度。

1.2.2.2 浸提pH对黑米色素提取的影响

各称取3 g黑米样品，料液比1∶50（g∶mL），加入95%的乙醇，用柠檬酸调pH分别为2.0、3.0、4.0、5.0、6.0，在70℃的恒温水浴中加热回流浸提60 min，过滤，重复浸提，合并提取液，在510 nm处分别测定黑米色素提取液的吸光度。

1.2.2.3 浸提时间对黑米色素提取的影响

各称取3 g黑米样品，料液比1∶50（g∶mL），加入95%的乙醇，用柠檬酸调pH为3.0，在70℃的恒温水浴中加热回流，浸提时间分别为30、60、90、120、150 min，过滤，重复浸提，合并提取液，在510 nm处分别测定黑米色素提取液的吸光度。

1.2.2.4 浸提温度对黑米色素提取的影响

各称取3 g黑米样品，料液比1∶50（g∶mL），加入95%的乙醇，用柠檬酸调pH为3.0，分别在50、60、70、80、90℃的恒温水浴中加热回流，浸提时间为60 min，过滤，重复浸提，合并提取液，在510 nm处分别测定黑米色素提取液的吸光度。

1.2.3 正交试验

根据单因素试验的结果，进行L9（34）正交试验，确定出黑米色素提取的最佳工艺条件。

2 结果与分析

2.1 料液比对黑米色素提取的影响

料液比对黑米色素提取的影响，实验结果见图1。

图1 料液比对黑米色素吸光度的影响Fig.1 Effects of solid-liquid ratio on absorbance of black rice pigment

由图1可见，当料液比在1∶20与1∶50之间时，吸光度呈递增趋势，当料液比在1∶50与1∶60之间时，吸光度有递减趋势。即吸光度随料液比的变化先增加后减小，一般来说溶剂用量越大，提取效果越好，但过大的溶剂用量会造成溶剂和能源的浪费，并给后续工作如过滤、浓缩等带来麻烦。因此选择料液比为1∶50。

2.2 浸提pH对黑米色素提取的影响

浸提pH对黑米色素提取的影响，实验结果见图2。

图2 浸提pH对黑米色素吸光度的影响Fig.2 Effects of extraction pH on absorbance of black rice pigment

由图2可以看出，当pH在2.0～4.0时，黑米色素的吸光度较大；当pH大于4.0时，黑米色素的吸光度逐渐下降，说明黑米色素颜色受酸度影响比较大，酸性条件对黑米色素有一定的保护作用。有研究表明[12]，选用柠檬酸对黑米色素稳定性影响较小，稳定性最好，色泽最佳，适合在酸性食品中使用。由此可知，pH的变化对黑米色素溶液吸光度影响较大，酸性条件下能促进色素的溶解，故选择乙醇浸提pH为3.0。

2.3 浸提时间对黑米色素提取的影响

浸提时间对黑米色素提取的影响，实验结果见图3。

图3 浸提时间对黑米色素吸光度的影响Fig.3 Effects of extraction time on absorbance of black rice pigment

一般理论上来讲，浸提时间越长，色素提取的也就越彻底。由图3可以看出，在浸提时间低于60 min时，黑米色素的吸光度随时间的增加而增大，超过60 min后，吸光度随时间变化的趋势为逐渐下降，有可能因为体系温度较高，随着浸提时间的延长造成色素的部分破环。由于长时间加热也会增加生产成本，所以选择60 min为浸提时间。

2.4 浸提温度对黑米色素提取的影响

浸提温度对黑米色素提取的影响，实验结果见图4。

图4 浸提温度对黑米色素吸光度的影响Fig.4 Effects of extraction temperature on absorbance of black rice pigment

由图4可见，浸提温度在50℃到80℃范围内时，随温度的升高，色素的吸光度也同时上升，温度对色素的吸光度影响比较显著，温度在80℃时吸光度达到峰值。超过80℃以上时，吸光度开始下降，可能是黑米色素中的花色苷物质当温度过高时结构会发生变化，从而对黑米色素的色价及稳定性有一定影响，同时高温提取也会增加能源消耗，因此选择浸提温度为80℃。

2.5 正交试验结果

在单因素试验基础上，对浸提pH、浸提温度、浸提时间和料液比四个因素进行了L9（34）正交试验，每个试验做三次重复，因素水平表见表1，正交试验结果见表2。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test for extraction of black rice pigment

表2 正交试验结果L9（34）Table 2 Result of orthogonal test

根据表2中的极差分析可知，影响黑米色素提取的因素主次顺序为：C（浸提时间）＞D（料液比）＞B（浸提温度）＞A（浸提 pH）。最佳工艺条件组合为A2B2C3D1，即料液比1∶45（g∶mL），浸提pH3.0，浸提温度80℃，浸提时间90 min。采用A2B2C3D1的工艺条件提取黑米色素，验证试验测得吸光度为0.846。

3 结论

采用醇溶法提取黑米色素，通过单因试验素确定了料液比、浸提pH、浸提温度、浸提时间对黑米色素提取的影响水平，并通过正交试验确定了影响黑米色素提取的因素主次顺序是：C（浸提时间）＞D（料液比）＞B（浸提温度）＞A（浸提pH）。最佳工艺参数：料液比1∶45（g∶mL），浸提pH3.0，浸提温度80℃，浸提时间90 min时，在此条件下黑米色素的提取效果达到最佳。

[1]宋萍,马彦芳．食品安全与食品添加剂[J]．食品与药品,2006,8(8): 12-14

[2]王立,王领军,姚惠源,等．黑米及黑米色素的加工与利用[J]．粮油与饲料工业,2004(6):11-14

[3]吴素萍,徐桂花．试论黑米的营养价值及其应用[J]．食品工业, 2004(5):5-6

[4]秦玉,凌文华.黑米花色苷提取物胶囊对高血脂症病人的降血脂作用[J].食品科学,2008,29(10):540-542

[5]王艳龙,石绍福,韩豪,等.中国黑米花色苷研究现状及展望[J].中国生物药物杂志,2010,31(1):63-66

[6]张福娣,苏金为,蔡碧琼.黑米色素提取工艺及其性质表征[J]．福建农业大学学报,2006,35(1):93-97

[7]侯召华,瞿虎渠,万建华,等.黑米花色苷的提取及纯化[J]．食品科学,2010,32(10):53-59

[8]吴素萍.黑米色素的提取及稳定性研究[J]．食品添加剂,2011,36 (12):106-110

[9]季云琪,徐从勇,张绍鹏.黑米色素的提取工艺优化及稳定性研究[J]．粮食加工,2012,37(2):33-35

[10]王旭,王丹生,王鹏,等．紫米色素的提取及稳定性研究[J]．辽东学院学报:自然科学版,2012,19(1):5-8

[11]王凤洁,李良,贾常英,等．浸提法提取黑米色素的工艺研究[J]．农业机械,2011(8):110-113

[12]雷晓燕.黑米色素稳定性的研究[J]．沈阳化工大学学报,2013,27 (3):215-219

Study on the Extraction Technology of Black Rice Pigment by Alcohol

GUO Mei，SHI Yun-xia
（Department of Food Science，Tianjin Agriculture College，Tianjin 300384，China）

The alcohol extraction of black rice pigment was studied.This study choose alcohol as the extract agent.Using single factor and orthogonal experimental method，the effects of ratio of solid-liquid，extraction pH，extraction temperature and extraction time on extraction efficiency were further detected.The results showed that the extraction rate of black rice pigment was mostly influenced by extraction time，followed by ratio of solid-liquid，extraction temperature and extraction pH.The optimum process parameters were alcohol percent 95%as the extract agent，ratio of solid-liquid 1∶45 （g∶mL），extraction pH 3.0，extraction temperature 80℃and extraction time 90 min.

black rice pigment；alcohol；extraction

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.08.016

郭梅（1966—），女（汉），教授，博士，研究方向：食品科学与生物工程。

2014-10-14