糜子中β-胡萝卜素提取工艺及稳定性研究

◎ 关正萍，王　倩，关　正

（1.山西师范大学食品科学学院，山西　临汾　041000；2. 山西师范大学现代文理学院，山西　临汾　041000）

糜子又称为黍、稷，是一种小杂粮作物。主要种植区位于山西北部、吕梁地区、忻州地区，它具有养胃补气的作用。糜子在食用方面的价值比较高，它还有很多方面可以加以利用[1-4]。在人们的平常生活里，人们常常食用的是糜米，糜子壳得不到充分利用。所以，本文将从糜子中提取β-胡萝卜素并研究它最好的提取条件，这样不仅可以为β-胡萝卜素增加一条提取的途径，还可以使糜子皮得到充分利用。

β-胡萝卜素不仅可以用于着色，还可以满足人体营养需求，这使糜子的利用途径又多了几条。近几年来，对β-胡萝卜素各个方面的研究开始增多，但是形成的产品还是很少，需要从国外进口才能满足市场的需求。所以，本实验从糜子中提取β-胡萝卜素对糜子的深加工具有一定的参考价值。

近几年来，运用水溶浸提、超声波提取、微波提取等方法来增加提取量的研究日益增多，但从糜子中提取还没有人涉及过。所以，本文利用超声波振荡的方法来提取糜子中的β-胡萝卜素。

糜子中提取的β-胡萝卜素在温度、氧化剂、还原剂、时间、金属离子等多种因素的影响下或多或少会发生变化。本文将从中选择光照、温度和金属离子这3个因素来分析糜子中提取的β-胡萝卜素的稳定性。

1　实验与方法

1.1　材料与仪器

（1）材料。糜子，河曲一号，购于当地农贸市场。

（2）试剂。丙酮，分析纯，洛阳市化学试剂厂；石油醚，分析纯，天津市光复科技发展有限公司；氯化铜，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；氯化铝，结晶，天津市光复精细化工研究所；氯化亚铁，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；氯化铁，天津市光复科技发展有限公司。

（3）仪器。752N紫外可见分光光度计（湖南湘仪实验室仪器开发有限公司）、KQ-300E超声波清洗机（昆山市超声仪器有限公司）、RH-600A型高速多功能粉碎机（浙江荣浩工贸有限公司）、TDZ5-WS台式低速离心机（上海仪电分析仪器有限公司）、FA2204B电子天平（上海精科天美科学仪器有限公司）、HH-6数显恒温水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司）。

1.2　工艺流程

1.2.1糜子的预处理

将糜子放入破碎机中破碎5～6 min取出，放在自封袋中备用。

1.2.2工艺流程

糜子→破碎成粉→加入丙酮-石油醚的混合溶液提取→超声波振荡提取糜子中的β-胡萝卜素→过滤→上清液在离心机中离心分离→取分离后的上清液→移入100 mL容量瓶中并定容→测定从糜子中提取的β-胡萝卜素的吸光度值→计算β-胡萝卜素的含量[5]。

1.3　糜子色素吸收光谱

用分析天平准确无误地称取25 g已经用粉碎机破碎好的糜子粉，放到已经准备好的250 mL的具塞三角瓶中，然后将配好的丙酮-石油醚（2∶3）的混合有机溶剂用量筒量取100 mL加到具塞三角瓶中，然后把具塞三角瓶放到超声波清洗机中超声波振荡提取25 min，振荡完以后用纱布将溶液过滤，把过滤后的液体在调节到3000 r/min的离心机中离心10 min，把离心分离后的上清液用移液管移取50 mL放到100 mL的容量瓶中，后用丙酮-石油醚的混合液定容，波长最小取200 nm，最大取700 nm，然后每隔20 nm测量一个值，然后根据26个点绘制光谱图，找出最大吸收波长[6-7]。

1.4　标准曲线的测定

用分析天平称20 mg标准品把它放到烧杯里溶解，然后转到25 mL的容量瓶里，用混合提取剂加到容量瓶的刻度线。在比色管里放好要求的标准液后，开始测它们的吸光度，然后根据测得的吸光度绘制β-胡萝卜素的标准曲线。

1.5　β-胡萝卜素含量的测定

用糜子粉提取的β-胡萝卜素含量按照下式计算[8]。

β-胡萝卜素得率（μg/g）=1000×CV/m

式中：C表示糜子中提取的β-胡萝卜素的浓度，mg/100 mL；V表示从糜子中提取的溶液的体积，mL；m表示糜子粉的质量，g。

1.6　单因素试验

本试验主要考虑丙酮-石油醚的体积比、料液比和提取时间3个因素，作为影响色素提取量的单因素，通过超声波清洗机的超声波振荡来提取糜子中的色素，然后将提取的色素经过一系列的处理后在紫外-可见分光光度计上测量吸光度，确定每个单因素的最优条件，然后进行单因素交叉试验，找到能使β胡萝卜素的含量达到最大的条件。

1.6.1丙酮-石油醚的体积比对提取效果的影响

用分析天平准确无误地称取15 g已经用粉碎机破碎好的糜子粉，放到已经准备好的250 mL的具塞三角瓶中，将提取糜子中的β-胡萝卜素的混合提取剂丙酮占总体积的1/2、1/5、1/10、2/5、3/10的配比各取90 mL，分别放入具塞三角瓶中，然后把具塞三角瓶塞好放到超声波清洗机中超声振荡提取90 min，振荡完以后用纱布将溶液过滤，把过滤后的液体在调节到3000 r/min的离心机中离心10 min，把离心分离后的上清液用移液管移取50 mL放到100 mL的容量瓶里后用丙酮-石油醚的混合液定容[9-11]，每个实验做两次。

1.6.2料液比对提取效果的影响

用分析天平准确无误地称取15 g已经用粉碎机破碎好的糜子粉，放到已经准备好的250 mL的具塞三角瓶中，取1份糜子粉分别加入3、4、5、6、7份丙酮-石油醚，其中混合提取剂丙酮占总体积的2/5，然后把具塞三角瓶放到超声波清洗机中超声波振荡提取90 min，振荡完以后用纱布将溶液过滤，把过滤后的液体在调节到3000 r/min的离心机中离心10 min，把离心分离后的上清液用移液管移取50 mL放到100 mL的容量瓶里后用丙酮-石油醚的混合液定容[12]，每个实验做两次。

1.6.3提取时间对提取效果的影响

用分析天平准确称取15 g已经用粉碎机破碎好的糜子粉，放到已经准备好的250 mL的具塞三角瓶中，加入混合提取剂（丙酮占总体积的2/3）90 mL，然后把具塞三角瓶放到超声波清洗机中超声振荡提取50、60、70、80、90、100 min，振荡完以后用纱布将溶液过滤，把过滤后的液体在调节到3000 r/min的离心机中离心10 min，把离心分离后的上清液用移液管移取50 mL放到100 mL的容量瓶里后用丙酮-石油醚的混合液定容[13]，每个实验做两次。

1.7　正交试验

为了使生成的β-胡萝卜素含量达到最大，在分析混合提取剂丙酮-石油醚的体积比、料液比、提取时间3个单因素试验的基础上进行L9（34）正交试验[5]。

1.8　糜子中β-胡萝卜素稳定性

本次实验分别从光照、温度和金属离子3个方面对糜子提取液中β-胡萝卜素稳定性的影响进行研究。1.8.1 光对β-胡萝卜素稳定性的影响

（1）日光。将糜子β-胡萝卜素提取液置于冬日下午1点至2点的日光下进行保存，然后每隔5 min把一个β-胡萝卜素提取液试管拿回实验室进行测定，从而观察日光对糜子中β-胡萝卜素提取液的影响[6]。

（2）避光。把从糜子中提取的β-胡萝卜素提取液放置在4 ℃冰箱内进行避光保存，然后每隔1 d对β-胡萝卜素提取液进行1次吸光度的测定[6]。

1.8.2温度对β-胡萝卜素稳定性的影响

分别把水浴锅调到4、20、60 ℃，对从糜子中提取的β-胡萝卜素进行保存，然后每隔2 h对糜子中提取的β-胡萝卜素提取液进行1次吸光度的测定[6]。

1.8.3金属离子对β-胡萝卜素稳定性的影响

在糜子β-胡萝卜素提取液中分别加入2 mL 0.01 mol/L Cu2+、Fe2+、Fe3+、Al3+，然后进行避光保存，在添加Fe2+的同时通入氮气，隔除氧气。然后每隔2 h对糜子中提取的β-胡萝卜素提取液进行一次吸光度的测定[6]。

2　结果与分析

2.1　糜子色素的吸收光谱

从图1可以看出，最大吸收波长在450 nm处，根据相关文献可知[1]，该色素为β-胡萝卜素。

图1　糜子色素的紫外-可见吸收光谱图

2.2　β-胡萝卜素的标准曲线

β-胡萝卜素吸光度标准曲线，如图2所示。

图2　β-胡萝卜素吸光度标准曲线图

根据图2可知，Y=2.1501X+0.0231，相关系数为0.9994，线性关系良好。

2.3　单因素试验结果

2.3.1提取剂丙酮-石油醚体积比对糜子中β-胡萝卜素提取效果的影响

选用混合提取剂丙酮-石油醚的不同体积配比来提取糜子中的β-胡萝卜素，结果如图3所示。

图3　丙酮-石油醚体积比对糜子中β-胡萝卜素提取效果的影响图

如图3所示，当混合提取剂丙酮占总体积的3/5时，提取的含量最高为7.564 μg/g。当混合提取剂丙酮占总体积的1/2和3/10时，含量相对较高。

2.3.2不同料液比对糜子中β-胡萝卜素提取效果的影响

混合提取剂丙酮占总体积的3/5，超声波振荡提取1.5 h时，选择不同料液比分别进行试验，结果如图4所示。

图4　料液比对糜子中β-胡萝卜素提取效果的影响图

如图4所示，在此条件下，随着糜子粉占丙酮-石油醚的比例不断增加，从糜子中提取的β-胡萝卜素含量表现出刚开始上升然后又下降的趋势。料液比在1∶6之前，从糜子中提取的β-胡萝卜素含量呈现不断上升的状态。取1份糜子粉和6份混合提取剂时，达到最高点，此时，它的含量为7.59 μg/g。在取1份糜子粉和7份混合提取剂时，它的含量又降低了。

2.3.3不同提取时间对糜子中β-胡萝卜素提取效果的影响

当混合提取剂丙酮占总体积的2/5，取1份糜子粉和6份混合提取剂时，β-胡萝卜素含量的影响结果如图5所示。

图5　提取时间对糜子中β-胡萝卜素提取效果的影响图

如图5所示，实验结果表明β-胡萝卜素的含量随着提取时间的增加呈现先增加后减小的趋势。当用超声波清洗机振荡小于1.5 h时，随着振荡时间不断增加，提取的含量趋势在不断上升。当用超声波清洗机振荡超过1.5 h时，它的含量开始下降。因此，使用超声波清洗机振荡提取β-胡萝卜素最好振荡1.5 h。

2.4　糜子中β-胡萝卜素提取的正交试验结果

在混合提取剂丙酮-石油醚的体积比、糜子粉与混合提取剂丙酮-石油醚的比例、提取时间3个单因素试验的基础上，决定利用L9（34）正交表来优化提取β-胡萝卜素的试验方案，确定3个单因素最优交叉实验结果，结果见表1、2。

表1　影响糜子β-胡萝卜素超声波室温提取效果的水平因子表

表2　糜子β-胡萝卜素超声波室温提取条件正交试验设计及结果表

通过表2极差分析可以得出，这3种因素对糜子中提取的β-胡萝卜素的影响大小为A＞B＞C，也就是混合提取剂丙酮-石油醚体积比＞料液比＞提取时间。并且可以得知，丙酮-石油醚体积比水平3最好，料液比水平3最好，提取时间水平2最好，即最优水平的搭配为A3B3C2，又根据上述的9个实验结果发现，极差分析结果的最优组合与9号实验的各条件一致，验证了正交试验的准确性，所以3个单因素的最优交叉组合为混合提取剂丙酮占总体积的1/2，1份糜子粉和7份混合提取剂的比例，提取1.5 h。

2.5　糜子中β-胡萝卜素稳定性的影响

2.5.1日光对糜子中β-胡萝卜素的影响

将糜子β-胡萝卜素提取液置于冬日下午1点至2点的日光下进行保存，然后每隔5 min拿回实验室测1次结果。结果如图6所示。

图6　日光对糜子中β-胡萝卜素的影响图

如图6所示，从糜子中提取的β-胡萝卜素随着在阳光下照射时间的不断增加，吸光度在逐渐减小，而且变化较快。可知，β-胡萝卜素受日光的影响比较大，应该进行避光保存。

2.5.2避光条件对糜子中β-胡萝卜素的影响

将糜子中提取的β-胡萝卜素放置在4 ℃冰箱内进行避光保存，然后每隔1 d对β-胡萝卜素提取液进行1次吸光度的测定。测定结果如图7所示。

图7　避光条件对糜子中β-胡萝卜素的影响图

如图7所示，在避光保存1~5 d的条件下，吸光度随着保存天数的增加而下降，但是下降的速度比较慢。可知，4 ℃冰箱内避光条件对糜子中提取的β-胡萝卜素的含量影响比较小。

2.5.3温度对糜子中β-胡萝卜素的影响

分别保持水浴锅恒温4、20、60 ℃，并对提取液进行保存，测定结果如图8所示。

图8　温度对糜子中β-胡萝卜素的影响图

由图8可知，处于4 ℃和20 ℃时，糜子中提取的β-胡萝卜素在恒温水浴锅里的数值变化很小，表明它比较稳定。但是在60 ℃时，吸光度突然间变大，说明提取量减少很快，温度对它的影响比较大。由此可知，在对糜子中提取β-胡萝卜素进行保藏时要尽量避免高温环境。

2.5.4金属离子对糜子中β-胡萝卜素的影响

把某几个离子加入β-胡萝卜素的提取液中，在添加Fe2+的同时通入氮气，隔除氧气。然后在4 ℃的冰箱里进行避光保存，每隔2 h拿回实验室测1次，其结果如图9所示。

图9　金属离子对糜子中β-胡萝卜素的影响

由图9可知，在前6个小时，Cu2+的吸光度变化幅度大，Fe2+对糜子中提取的β-胡萝卜素吸光度变化幅度比较小；6小时之后，Cu2+和Fe2+的吸光度开始逐渐上升，变化幅度相差不大。另外，在前6个小时，Al3+的吸光度在不断增大，但是变化幅度很小。在前8个小时，Fe3+的吸光度在逐渐减小，变化幅度相对较大；8小时之后，吸光度逐渐增加。总结如下，在将这4种离子加入从糜子中提取的β-胡萝卜素后发现，Cu2+、Fe3+和Fe2+对β-胡萝卜素的稳定性影响比较明显，但Al3+影响比较小。而且，在实验过程中看到，糜子β-胡萝卜素的提取液中加入Fe3+会氧化产生红色絮状沉淀，可能是提取液中的某些物质与Fe3+发生反应，生成具有相同波长的其他物质进而影响吸光度，导致吸光度变大。因此，不要将从糜子中提取的β-胡萝卜素放在铁制和铜制的容器里存放。

3　结论

（1）通过超声波振荡提取糜子中的β-胡萝卜素在3个单因素的交叉实验中，得出结论：混合提取剂丙酮占总体积的1/2、取1份糜子粉和7份丙酮-石油醚、提取1.5 h时，提取的β-胡萝卜素含量最多。

（2）从糜子中提取的β-胡萝卜素在温度较低的时候比较稳定，但是在温度较高时会快速降解，产生其他物质；在完全避光的条件下稳定性很好，阳光照射对其影响很大，β-胡萝卜素含量减少得较快。

（3）Cu2+、Fe3+、Fe2+这3种金属离子对糜子中的β-胡萝卜素含量影响比较大，Al3+对其影响比较小。

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