建阳桔柚果皮色素的超声提取及其稳定性研究

纪 颖，吕 峰，陈华瑜，林滢颖

（1.福建农林大学 食品科学学院，福建 福州 350002;2.福建林业职业技术学院，福建 南平 353000）

建阳桔柚果皮色素的超声提取及其稳定性研究

纪 颖1,2，吕 峰1，陈华瑜2，林滢颖2

（1.福建农林大学 食品科学学院，福建 福州 350002;2.福建林业职业技术学院，福建 南平 353000）

采用超声工艺提取建阳桔柚果皮色素，通过单因素和正交试验进行分析，最佳提取条件为：料液比1∶25，超声时间14min，浸提温度40℃。研究表明：建阳桔柚果皮色素的热稳定性差，温度越高越不利于色素稳定，适宜的温度是 20～40℃；光照和氧气都可降低色素的稳定性；Na+、K+、Ca2+对建阳桔柚果皮色素稳定性影响不大，而蔗糖、Mg2+、Fe2+影响色素稳定性，pH在8.0～9.0时，色素较稳定。

建阳桔柚果皮；色素；超声波提取法；稳定性

食用色素又称食用着色剂，能使食品着色，从而改善食品色调和色泽，使人赏心悦目，刺激人们的食欲[1]。相关研究指出，许多合成色素可危害人体健康，有不同程度的毒性和致癌性[2]。因此，研究、开发安全无毒的天然色素能更好地促进食品加工业的发展，特别是以天然产物为原料的天然色素提取已经成为当前食品添加剂研究的新方向。

建阳桔柚是从上田温州蜜柑（母本）和八朔（父本）的杂交品种——甜春桔柚的优良变异单株选育而成的杂柑新品种[3]。近年来，建阳桔柚种植面积的扩大和总产量不断提高，其作为地理标志证明商标已经成为福建省的特色水果之一。建阳桔柚果皮占果实重的45%左右，果皮中既含有丰富的果胶、黄酮、精油等物质[4]，又含有类胡萝卜素等天然色素，而且果皮色素色泽鲜艳，着色力强，性能稳定，是一种非常有开发价值的着色剂。但一直以来其果皮大部分被丢弃，造成自然资源的浪费，同时也对环境造成了污染。因此，以建阳桔柚果皮为原料提取色素，不但能改善因果皮浪费带来的环境污染问题，而且可以带来良好的经济和社会效益。

天然色素的提取方法主要有：溶剂萃取法[5]、水浴提取法[6]、酶提取法[7]、超声波提取法[8-10]、微波提取法[11-12]等。本文采用有机溶剂[13-14]提取果皮中的色素，利用超声波辅助技术，通过单因素试验和正交试验对提取工艺进行优化，并对果皮色素在不同温度、光照、蔗糖以及常见金属离子等存在下的稳定性进行了研究，有望为桔柚果皮的综合开发利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

建阳桔柚购自福建林业职业技术学院林果厂。试剂，95%乙醇，氯仿，环已烷，石油醚，均为分析纯。

紫外可见分光光度计 （UV-1800PC-DS2上海美谱达仪器有限公司）；电子天平（CP213，奥豪斯仪器有限公司）；超声波清洗器（KQ-500E，昆山市超声仪器有限公司）；水浴锅（DK-S24上海精宏实验设备有限公司）；电热烘箱（DHG-9240AS，宁波东南仪器有限公司）；组织捣碎机（JJ-2，金坛市新航仪器公司）；722分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 建阳桔柚果皮的预处理

将采摘来的建阳桔柚（成熟的）浸泡在蒸馏水中简单的清洗3～5 min，擦去表面的水分，自然风干。风干后的建阳桔柚快速进行去皮，将果皮切成均匀的细条状，用组织捣碎机破碎后装袋备用。

1.2.2 最大吸收波长的选择

取2.0 g建阳桔柚果皮粉，加入50mL 95%乙醇，在温度30℃，超声处理10min进行提取，冷却后离心过滤，滤液于波长150～550 nm范围内扫描。

1.2.3 提取溶剂的选择

以95%乙醇、氯仿、环已烷、石油醚、95%乙醇-氯仿、95%乙醇-石油醚作为提取建阳桔柚果皮色素的试剂。取1.0 g建阳桔柚果皮粉，按1∶25料液比，在温度30℃，超声处理10min进行提取，冷却后离心过滤，最后将滤液定容至50 mL，在不同波长下测定其吸光度。

1.2.4 料液比的选取

各取1.0 g建阳桔柚果皮粉，分别以95%乙醇为提取剂，按 1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40 的料液比（g/mL）进行建阳桔柚果皮色素的提取试验，在30℃下超声波处理10 min，冷却、洗涤滤渣，离心过滤、将滤液定容至50mL后，测其吸光度。

1.2.5 超声时间的选取

各取1.0 g建阳桔柚果皮粉，按料液比为1∶25的比例加95%乙醇，在30℃下超声波分别处理4、6、8、10、12、14、16、18min 后冷却、洗涤滤渣，离心过滤、将滤液定容50mL后，测其吸光度。

1.2.6 浸提温度的选取

各取1.0 g建阳桔柚果皮粉，按料液比为1∶25的比例添加 95% 乙醇，分别在 20、30、40、50、60 ℃不同的浸提温度下超声波处理12 min后冷却、洗涤滤渣，离心过滤、将滤液定容50mL后，测其吸光度。

1.2.7 正交优化筛选

在单因素试验基础上，以料液比（A）、超声波处理时间（B）、浸提温度（C）进行 L9（33）正交试验，见表 1。

表1 正交试验因素与水平设计Table 1 Orthogonal experiment factor and level design

1.2.8 建阳桔柚果皮色素稳定性研究

色素原液：在最佳提取工艺下制备的色素液。

1.2.8.1 温度对色素稳定性的影响

取建阳桔柚果皮色素原液50 mL，分别在20、30、40、50、60、70、80 ℃下水浴 30、60、90、120、180 min 后冷却至室温，在波长410 nm处测其吸光度。

1.2.8.2 光照对色素稳定性的影响

取建阳桔柚果皮色素原液50mL，分别置于自然光照、暗箱下放置，分别于 1、2、3、4、5 d 测定其吸光度，测定波长410 nm。

1.2.8.3 氧气对色素稳定性的影响

取建阳桔柚果皮色素原液50 mL，分别通入纯氮气、纯氧气30 min后室温下放置，分别静置1、5、10、15、24 h，在波长410 nm处测其吸光度。

1.2.8.4 糖液对色素稳定性的影响

取建阳桔柚果皮色素原液10 mL，分别加入2%、4% 、6% 、8% 、10% 的蔗糖各 10 mL，室温下放置 2、4、6、8、10 h后，分别测其在波长410 nm处的吸光度。

1.2.8.5 金属离子对色素稳定性的影响

取建阳桔柚果皮色素原液10 mL，分别加入0.001、0.005、0.010、0.020、0.050 mol/L 的 NaCl、KCl、CaCl2、MgSO4、FeSO4各 2mL，室温下静置 1 h 后，分别在波长410 nm处测其吸光度。

1.2.8.6 pH值对色素稳定性的影响

取建阳桔柚果皮色素原液10 mL，分别加入pH 2.0、4.0、6.0、7.0、8.0、9.0 的缓冲液 （柠檬酸-磷酸氢二钠溶液）各 10mL，室温下放置 2、4、6、8、10 h 后，分别测其在波长410 nm处的吸光度。

1.3 统计分析

以上各试验做三份平行样，取其平均值。所得数据采用Excel作图，并采用SPSS.20数据分析软件进行方差分析与差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 确定最大吸收波长

由图1可知，建阳桔柚果皮色素最大吸收波长为410 nm。

图1 建阳桔柚果皮色素的吸收光谱Figure 1 The absorption spectrum of pigment from Jianyang Tangelo Peel

2.2 提取溶剂的的优选

表2可知，以95%乙醇作为提取溶剂所得的色素提取液吸光值最大，因此，选择95%乙醇作为桔柚果皮色素的提取剂。

表2 不同提取剂所得提取液在400～430 nm波长之间测得的吸光度Table 2 The extract from differentextraction agents of between 400～430 nm wavelengthmeasured absorbance

2.3 料液比对建阳桔柚果皮色素提取率的影响

由料液比对吸光度的影响曲线图（图2）可知，随着料液比的增加，吸光度是先增大后减小，料液比为1∶25时吸光度最大。可能是因为料液比低时，溶剂量少，不能充分提取色素，所以吸光度偏低；但是当溶剂过大时，可能是过多提取液使得色素浓度又降低了。因此，选用1∶25的料液比最佳。

图2 料液比对色素提取的影响Figure 2 Effectofmaterial-liquid radio on the extraction of pigment

2.4 超声波处理时间对色素提取率的影响

由超声时间对吸光度的影响曲线图（图3）可知，当时间较短时，随着超声时间的增加，提取液中的吸光值逐渐增大，说明色素提取率也逐渐增加，在12min时，吸光度最高；随后，随着超声时间继续增加，提取液的吸光度反而下降，可能是因为超声波处理时间过长引起物料局部过热使得色素被破坏，吸光度就下降。所以选择超声时间12min为最佳提取时间。

图3 超声时间对色素提取的影响Figure 3 Effect of ultrasonic time on the extraction of pigment

2.5 浸提温度对色素得率的影响

由浸提温度对吸光度的影响曲线图（图4）可知，浸提温度在20～40℃时，提取温度与吸光度成正比；但是当温度在40～60℃时，提取温度与吸光度成反比，其原因可能是由于高温会使色素分解，造成吸光度下降。因此，选择适宜的提取温度是40℃。

图4 提取温度对色素提取的影响Figure 4 Effectof temperature on the extraction of pigment

2.6 正交试验结果与分析

在单因素试验基础上，采用L9（33）进行正交试验。正交试验因素与水平设计见表2，正交试验结果与分析见表3。从表3可知，影响建阳桔柚果皮色素得率的因素主次关系顺序为：浸提温度（C）＞料液比（A）＞超声波处理时间（B），优化后的工艺组合为：C3A2B3，即浸提温度为40℃、料液比为1∶25、超声时间为14min。

表3 正交试验结果与分析Table 3 Orthogonal experiment results and analysis

2.7 验证试验

为了考察上述优选最佳工艺条件的稳定性，按正交试验得出的最佳工艺条件重复进行4组试验，见表4。4组试验的色素平均吸光度达到0.315，说明该工艺稳定可行，提取效果好，验证了优化工艺的科学性和合理性。

表4 验证试验Table 4 Validation experiments

2.8 建阳桔柚果皮色素稳定性分析

2.8.1 温度对色素稳定性的影响

由图5可知，20～40℃时，建阳桔柚果皮色素变化不明显，但是当温度高于40℃后，随着时间的延长，色素吸光值下降明显；当温度是50℃时，180min后色素吸光值为原液色素吸光值的85.5%，当温度是60℃时，180 min后色素吸光值为原液色素吸光值的78%，当温度是70℃时，180 min后色素吸光值为原液色素吸光值的69.6%，当温度是80℃时，180 min后色素吸光值为原液色素吸光值的65.2%，说明高温不利于色素的储存。

图5 温度对建阳桔柚果皮色素稳定性的影响Figure 5 Effect of temperature on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.2 光照对色素稳定性的影响

由图6可知，在黑暗、光照条件下，放置5 d的建阳桔柚果皮色素吸光度均有下降，但是在黑暗条件下吸光度从0.443下降至0.414,下降幅度较慢；而在光照条件下，吸光度下降较快。因此，建阳桔柚果皮色素应该在避光条件下保存、使用。

图6 光照对建阳桔柚果皮色素稳定性的影响Figure 6 Effect of sunlight on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.3 氧气对色素稳定性的影响

由图7可知，氧气会加速建阳桔柚果皮色素的分解，无氧条件有助于保持色素的稳定性。因此，在保存和使用建阳桔柚果皮色素时可以添加抗氧化剂或通入惰性气体，使色素处在无氧的环境下，有利于提高其稳定性。

图7 氧气对建阳桔柚果皮色素稳定性的影响Figure 7 Effectof oxygen on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.4 糖浓度对色素稳定性的影响

由图8可知，随着蔗糖浓度的增大，加快色素的分解，吸光度加速下降，说明蔗糖对建阳桔柚果皮色素有消色作用。

图8 糖浓度对建阳桔柚果皮色素稳定性的影响Figure 8 Effectof different suger concentration on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.5 金属离子对色素稳定性的影响

由图 9 可知，Na+、K+、Ca2+对建阳桔柚果皮色素稳定性影响不大，而Mg2+、Fe2+对其影响显著，这可能是因为这两种金属离子能与建阳桔柚果皮色素中的某些基团结合，增加显色效果。因此，在保存和使用该色素时要避开含有Mg2+、Fe2+的溶剂或容器。

图9 金属离子对建阳桔柚果皮色素稳定性的影响Figure 9 Effect ofmetalionson stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.6 pH值对色素稳定性的影响

由图10可知，建阳桔柚果皮色素原液在各加入不同pH值的缓冲液后，在2 h以内，各种pH值环境中色素的保留率都在85%以上，说明短时间范围内，pH值对色素的稳定性没有太大的影响。但是随着保存时间的延长，在色素原液中分别加入pH为2.0、4.0、6.0、7.0缓冲液的色素保留率下降显著，而pH为8.0、9.0两种缓冲液中色素的保留率较高，说明碱性环境比酸性环境有利于保持其稳定性。因此，在使用和贮藏过程中，选用弱碱性的条件。

图10 pH值对建阳桔柚果皮色素稳定性的影响Figure 10 Effect of pH on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

3 结论

本试验利用超声波辅助技术提取建阳桔柚果皮色素，通过单因素试验和正交试验，优化了工艺条件，分析结果表明，建阳桔柚果皮色素提取最佳工艺为：料液比 1∶25、超声时间 14min、浸提温度 40 ℃。

建阳桔柚果皮色素热稳定性差，最适合温度在40℃以下；光照和氧气都会影响色素的稳定性，故需避光、隔氧保存；蔗糖对建阳桔柚果皮色素有消色作用；Na+、K+、Ca2+对建阳桔柚果皮色素稳定性影响不大，而Mg2+、Fe2+对其影响较大；pH 在 8.0～9.0时，色素较稳定。

[1] 陈团伟,康彬彬,任琳毅,等.栀子黄色素提取工艺参数的优化[J].热带作物学报,2010,31(8):1398-1402.

[2] 张福娣,苏金为,蔡碧琼.黑米色素提取工艺及其性质表征[J].福建农林大学学报（自然科学版）,2014,35(1):93-97.

[3] 刘韬,吴瑞东.杂柑类新品种:建阳橘柚的选育[J].果树学报,2007,24(2):250-251.

[4] 曾小峰,曾顺德,尹旭敏,等.柚子皮有效成分提取方法研究进展[J].南方农业,2016,10(34):67-70.

[5] 宋珊珊,谭沙,蔡国跃,等.火龙果果皮色素提取工艺及稳定性研究[J].食品与机械,2013,29(12):121-125.

[6] 袁亚芳,赵珍珍,王威,等.“红鲜蜜”火龙果果皮红色素的提取工艺研究[J].热带作物学报,2014,35(1):161-165.

[7] 冯中秀,来丽丽.酶辅助提取菠萝皮色素的研究[J].山西中医学院学报,2013,14(5):37-39.

[8] 罗玉芳,祈建民,艺贞方,等.超声波辅助提取菜用黄麻色素及其抗氧化活性的研究[J].福建农林大学学报（自然科学版）,2014,41(6):644-649.

[9] 庞庭才,胡上英,甘红.红菇色素超声波提取及其稳定性和抗氧化性研究[J].食品与发酵工业,2015,41(11):222-227.

[10] PRAKASH M J,MANIKANDAN S,VIGNA N C,DINESH R.Ultrasound assisted extraction of bioactive compounds from Nephelium lappaceum L.fruit peel using central composite face centered response surface design[J].Arabian Joural of Chemistry,2017(10):1145-1157.

[11] 郭远凯,何江.微波辅助提取柚皮色素的研究[J].广东化工,2006,33(3):10-11.

[12] 李辛雷,李纪元,范正琪,等.桑果色素提取条件优化[J].上海农业学报,2010,26(3):60-63.

[13] 时伟,常明,俱卫秀,等.脐橙果皮色素提取工艺条件优化[J].江苏农业科学,2013,41(9):241-243.

[14]ZHU X,MANG Y,SHEN F,etal.Homogenate extraction of gardenia yellow pigment from Gardenia Jasminoides Ellis fruit using response surfacemethodology[J].Journal of Food Scienceamp;Technology,2014,51(8):1575-1581.

（责任编辑：华伟平）

Research on Stability of Jianyang Tangelo Peel Pigment by Ultrasonic Extraction

JIYing1,2,LYU Feng1,CHEN Huayu2,LIN Yingying2

（1.College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou，Fujian 350002;2.Fujian Forestry Vocational Technical College,Nanping，Fujian 353000）

Extracting pigment from Jianyang tangelo peel by ultrasonicmethod was analyzed.The results of single-factor and orthogonal experiments showed that the optimal extraction conditionswere following:material-liquid radio 1∶25,ultrasonic time 14min,extracting temperature 40℃.Jianyang tangelo peel pigmentwas unstable to heat,and it was the stablest at temperature 20～40℃;and sunlight and oxygen could speed up its degradation.Sodium ion,potassium ion and calcium ion have no effect on the stability of pigment,but sucrose,magnesium ion,ferric ion have a negative effect on pigment stability,and itwas the stablestat the pH8.0～9.0.

Jianyang Tangelo peel;pigment;ultrasonic extraction;stability

TS255.2；TS202.3

A

1674-2109(2017)09-0006-07

2017-05-26

福建省教育厅科技项目（2016JAT160736）。

纪颖（1980-），女，汉族,副教授，高级工程师，主要从事农产品加工及贮藏工程方面的研究。

吕峰（1964-），女，汉族，教授，主要从事农产品加工及贮藏工程方向的研究。