微波法提取枣皮中红色素及其稳定性研究

尚泽仁，卢志红，尚学军

(1.河北师范大学 化学与材料科学学院，河北 石家庄　050024；2.华北制药股份有限公司，河北 石家庄　050015)

微波法提取枣皮中红色素及其稳定性研究

尚泽仁1，卢志红2*，尚学军2

(1.河北师范大学 化学与材料科学学院，河北 石家庄050024；2.华北制药股份有限公司，河北 石家庄050015)

摘要：通过微波技术提取枣皮中的红色素，综合单因素实验和正交试验，探究微波提取枣皮中红色素的最优反应条件，即微波功率200W，NaOH浓度0.20mol/L，萃取时间60s，料液比1∶20(g/mL)。在酸性环境中枣皮红色素遭到破坏而易产生沉淀；在碱性的溶液中可增加其稳定性，从而呈现出枣红色，同时发现Zn2+、Mg2+、Ca2+也对红色素具有增色效果。该方法具有萃取率高，时间短，绿色环保等优势，为工业化生产红色素奠定了良好的实验基础。

关键词：枣皮；红色素；微波萃取；高效；绿色环保

0引言

色素可用作着色剂和食品防腐剂，而天然色素在食品方面的需求更大。同时天然红色素具有医疗方面的潜力，尤其是枣皮中的红色素因为拥有抗氧化，免疫性，抗致畸性，抗微生物，抗细胞毒性和抗肿瘤活性，而成为当前研究的热点[1-5]。目前，枣皮中红色素的提取方法主要有溶剂法、超声波法和微波法。溶剂法提取率低，操作复杂，耗时长，并且使用对环境有污染的有机物作溶剂。虽然超声波法相比溶剂法提高了产率和效率，但是还不能满足提取红色素的工艺需求[6-8]。微波法[9-11]作为一种现代提取技术，具有萃取完全、效率高、绿色环保等优点。因而广泛地应用到色素的提取工艺中。

通过以京唐红枣为实验材料，以正交试验法为原理，利用微波萃取法提取枣皮中的红色素，同时就稳定性方面进行探讨，旨在获得最佳提取工艺，为食品开发中红色素的处理提供参考。

1材料与方法

1.1材料与试剂

红色素标准品(上海源叶生物科技有限公司)；红枣样品(京唐红枣)；NaOH，KCl，ZnCl2，MgCl2，CaCl2(所有的药品均为分析纯)(重庆市汉科化工试剂厂)。

1.2仪器与设备

实验中所涉及到的仪器与设备见表1所示。

表1　实验中仪器与设备

1.3方法

1.3.1样品的预处理

枣→洗净煮沸7分钟去皮→烘干→粉碎→枣皮粉，密封保存。

1.3.2标准曲线制备及回归方程建立

以不加对照品的空白做参比，340nm作为测定波长，测出红色素标准品的吸光度。以标准品浓度为横坐标，测定的吸收度为纵坐标，进行回归分析，绘制回归曲线。

图1　红色素标准曲线Fig.1　Standardized curve of red pigment

以浓度对用紫外分光光度法在340nm处测定的红色素标准品的吸光度进行直线回归，得到回归方程A=1.408 7C+0.087 51(C：mg/mL)，R2=0.999 81，结果见图1所示。

1.3.3提取方法与提取量

准确称取一定质量的京唐红枣皮粉末，加入一定浓度NaOH，在一定温度下，微波提取。提取后，样品溶液用离心机在2 800r/min的条件下离心12min，再经0.22μm微孔滤膜过滤得澄清透明液体，滤液用紫外-可见分光光度计，以标准曲线法测定红色素含量，计算提取量。

1.3.4单因素试验

按微波功率、料液比、微波提取时间，NaOH浓度等进行单因素试验，探究其影响提取量的程度。

1.3.5正交优化试验

在单因素试验的基础上，对作为正交试验法的4个考察因素：微波提取时间、微波功率、料液比、NaOH浓度进行考察，并选取3个水平进行探究。采用L9(34)正交表进行相应的试验设计，确定提取枣皮中红色素的最优反应条件。

1.3.6对比试验

用溶剂提取法得到的产量与微波法的提取量对比，比较两者的提取效果。

1.3.7稳定性研究

1)取一定量的红色素溶液，并加入5mL HCl(1mol/L)溶液，静置10min后，观察现象。重复实验，另加入其它酸性物质，观察现象；

2)另取一定量的红色素溶液，加入5mL NaHCO3(1mol/L)溶液，观察现象。重复实验，加入其它碱性物质，观察现象；

3)取5mL的红色素溶液于6支试管中，分别加入适量的KCl溶液、ZnCl2溶液、MgCl2溶液、CaCl2溶液、甜味剂、防腐剂，观察现象。

2结果与讨论

2.1单因素实验

2.1.1提取溶剂的选择

根据文献资料，枣皮中红色素易溶于碱性溶剂，在NaOH中溶解性较高，所以选择NaOH为提取溶剂。

2.1.2NaOH浓度对提取量的影响

准确配置浓度为0.00～0.30mol/L的NaOH溶液，分别准确吸取10mL于锥形瓶中，再加入1.000g样品，在微波功率200W下提取60s。离心过滤后测其吸光度。实验结果如图2所示。结果表明，在较低浓度条件下，随着NaOH浓度的增加，枣皮中红色素的提取量逐渐提升。0.20mol/L的NaOH为溶剂时，红色素的提取量达到峰值。之后，红色素的提取量随着NaOH浓度的增加而降低。因此选择0.20mol/L的NaOH作为提取剂。

图2　NaOH浓度对提取量的影响Fig.2　Effect of sodium hydroxide concentration on the extractive quantity

图3　料液比对提取量的影响Fig.3　Effect of solid-liquid ratio on the extractive quantity

2.1.3料液比对提取量的影响

准确称取样品1.000g，分别加入5.0～25.0mL范围内的0.20mol/L NaOH，微波功率为200W时提取60s，实验结果如图3所示。结果表明，液料比从1∶5增长到1∶20时，红色素提取量随比值增大而增大，当料液比为1∶20时达到最大值。当继续增大料液比，提取量反而下降。在液料比少于1∶20时使用更多的提取溶剂可得到更多的红色素，出现这种现象的原因可能是溶解在提取溶剂中的某些物质可提高红色素的溶解度。如果提取溶剂量显著增加，这些物质溶解在溶剂中的量明显降低，增加红色素溶解度的能力也明显下降，这将导致在提取中红色素的产量下降。因此，选择1∶10、1∶15、1∶20作为正交试验的3个水平。

2.1.4微波提取时间对提取量的影响

准确称取京唐红枣皮粉末1.000g，加入20mL NaOH(0.20mol/L)，在微波功率为200W时分别微波提取40～90s，实验结果如图4所示。红色素提取量在60s前随着时间的增加而增加，在60s时达到峰值。之后，随着时间的增加，红色素提取量降低。这或许是红色素在微波辐射下分解造成的，所以提取量在峰值后随微波时间的增加反而降低了。因此，选择40s、50s、60s作为正交试验的3个水平。

图4　微波时间对提取量的影响Fig.4　Influence of microwave time on the extractive quantity

图5　微波功率对提取量的影响Fig.5　Influence of microwave power on the extractive quantity

2.1.5微波功率对提取量的影响

准确称取京唐红枣皮粉末1.000g，加入20mL NaOH(0.20mol/L)，在微波功率分别为200～500W时提取60s。实验结果如图5所示。结果表明，随着微波功率的增大，红色素的提取量变化较大。当微波功率为200W时，红色素提取量达到最大。当功率为300W时，红色素的提取量可能是由

于吸附作用而下降。功率为400W时，红色素的提取量略有上升。当功率为500W时，可能有少量红色素结构遭到破坏，因此红色素的提取量再次有下降的趋势。因此，选择200W、400W、500W作为正交试验的3个水平。

2.2枣皮中红色素的微波提取工艺正交试验

以单因素试验所得数据，选取影响枣皮中红色素萃取收益的各因素中有参考价值的水平进行正交试验，并对结果展开极差分析，以确定最优的实验条件。采用L9(34)正交表以提取时间(A)、微波功率(B)、料液比(C)、NaOH浓度(D)作为4个考察因素，确定其中3个水平进行正交试验，因素及水平、正交试验设计及结果见表2。

各因素对枣皮中红色素提取量的影响顺序是根据极差分析得出的结果：NaOH浓度(D)>料液比(C)>时间(A)>微波功率(B)，最佳组合为A3B1C3D3，即微波时间60s、微波功率200W、料液比1∶20、NaOH浓度0.20mol/L。在最佳提取工艺条件下进行验证实验，枣皮中红色素提取量为7.77mg/g，说明最佳提取工艺条件是可信的。

表2　正交试验因素、水平表及正交试验结果

2.3与溶剂提取法的对比

将微波法与溶剂提取法进行比较研究，微波法使用的是通过L9(34)试验得出的最佳提取条件，即微波时间60s、微波功率200W、料液比1∶20、NaOH浓度0.20mol/L。溶剂提取法工艺条件是料液比1∶20、NaOH浓度0.20 mol/L、水浴温度40℃、提取时间6h，用离心机在3 000r/min的条件下离心40min，再经0.22μm微孔滤膜过滤得到澄清透明液体，滤液按红色素标准曲线测定提取量。

通过与溶剂提取法相比较，微波法中红色素提取量为7.77mg/g，而溶剂提取法红色素提取量仅为3.86mg/g，从这一结果来看，微波法明显优于溶剂提取法。

2.4红色素稳定性的研究

实验中通过加入酸性物质(HCl、CH3COOH、H2SO4、HNO3)，观察红色素稳定性，实验现象均产生少量沉淀，可推测枣皮红色素在酸性溶液中易受到破坏；加入碱性物质(NaHCO3、K2CO3、Na2CO3、MgCO3)，实验现象均无明显变化，可推测红色素在碱性环境中稳定性未遭到破坏；加入其它物质(KCl、ZnCl2、MgCl2、CaCl2、甜味剂、防腐剂)，实验现象中只有KCl的加入没有引起明显变化，而其它物质的加入均使溶液颜色有一定程度的加深，可推测Zn2+、Mg2+、Ca2+、甜味剂、防腐剂对色素溶液的稳定性无破坏作用，具有一定的增色效果。

3结论

1)实验采用微波提取法提取枣皮中的红色素，研究了提取溶剂NaOH浓度、料液比、微波功率、提取时间对提取效果的影响，并用正交试验法确定了最佳提取工艺条件。

2)正交试验法优选的最佳工艺条件为微波功率200W，NaOH浓度0.20mol/L，萃取时间60s，料液比1∶20(g/mL)，得到枣皮中红色素的提取量为7.77mg/g。

3)实验发现枣皮红色素在酸性溶液中容易发生变质；在碱性的环境中可稳定，并呈现枣红色；Zn2+、Mg2+、Ca2+、甜味剂、防腐剂对红色素均具有稳定和增色效果。

4)微波提取法大大地缩短提取时间，能达到较高的提取量。因此，微波法是一种较为理想的提取红枣枣皮中红色素的方法，具有省时、高效的特点。

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Study on extraction technique and stability of the red pigment in jujube peel by microwave method

SHANG Zeren1,LU Zhihong2*,SHANG Xuejun2

(1.College of Chemistry and Material Science, Hebei Normal University, Shijiazhuang, He’bei 050024, China;2.North China Pharmaceutical Company Limited, Shijiazhuang, He’bei 050015, China)

Abstract:Microwave method is used to extract red pigment from jujube peel.By single factor experiment and orthogonal test, we find the best factors of microwave method to extract red pigment from jujube peel: microwave power (200W), CNaOH(0.20mol/L), extraction time (60s), solid to liquid ratio (1∶20,g/mL). Red Pigment from jujube peel is unstable in an acidic environment, and is easy to produce precipitation. When it is in an alkaline environment, its stability will increase. Pigment solution is purplish red, Zn2+、Mg2+、Ca2+can enhance the color of red pigment.This method is efficient, fast and environmental friendly.This experiment laid a good foundation for the industrial production.

Key words:jujube peel; red pigment; microwave method; efficient; environmental friendly

文章编号：1004—5570(2016)02-0084-05

收稿日期：2015-12-06

基金项目：河北省自然科学基金资助项目(B2015205172)；河北省大学生创新创业训练计划资助项目(201510094027)

作者简介：尚泽仁(1994-)，男，学士，研究方向：药物合成与分析，E-mail:18576212@qq.com. *通讯作者：卢志红(1966-)，女，高级工程师，研究方向：药学与机械化工，E-mail:major-general@sohu.com.

中图分类号：O657.32

文献标识码：A