乐陵金丝小枣枣皮色素提取工艺的优化

张红，万文婷，岳红霞，徐瑞霞，汪小钤，李玉玉

(德州学院 生命科学学院，山东 德州 253023)

红枣是鼠李科植物枣的成熟果实，与桃、李、栗、杏并称为我国古代“五果”，是我国北方重要的干果之一。2009～2017年我国红枣产销量数据显示，红枣产量逐年上升，但这几年的数据一直显示为产大于销，这意味着大约每年有1～2万吨的红枣滞销，如何利用这部分枣，并进一步利用其发展深加工产业，以获得更高的效益，是我们急需要解决的问题。枣皮由于难消化，在食品加工业中往往被当作废弃物丢弃，为更好地提高小枣的深加工和枣皮的综合利用，减少资源浪费，已有研究发现，碱液提取、超声波、微波及纤维素酶提取方法在提取不同枣类色素上由于原料种类不同，选用的提取条件不一致，各有优、缺点[1-11]。但针对一个枣类品种选用不同复合方法以获得最佳的提取条件，尚未见报道。本研究以乐陵金丝小枣为主要材料，采用4种复合加工方法分别进行提取优化进而提纯，以期获得可以用于食品加工业的红枣色素。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：红枣，购于德州乐陵市金丝小枣批发市场。试剂：盐酸、氢氧化钠溶液、纤维素酶、蒸馏水，购于当地试剂公司。

1.2 试验器材

XL-02A 100 g密封型手提式中药粉碎机 广州市旭朗机械设备有限公司；HH-s21-8-s电热恒温水浴锅 上海新苗医疗器械制造有限公司；超声仪器 上海新芝生物技术研究所；ZGX-9070MBE数显鼓风干燥箱 上海博讯有限公司医疗设备厂；LWMC-205型可调功率微波化学反应器 南京陵江科技开发有限公司； FA3104电子天平 梅特勒-托利多有限公司；FD-1B冷冻干燥机 北京博伊康实验仪器有限公司；TDZ5-WS型离心机 长沙湘智离心机仪器有限公司；旋转蒸发仪 德国 Heidolph公司。

1.3 枣皮色素的提取方法

1.3.1 预处理

将红枣在锅中煮沸一段时间，剥下枣皮，将枣皮用清水洗净，置于0.1 mol/L的HCl溶液中浸泡23 h,以溶解黏带果肉和表皮鞣质;用筛网滤除溶液和溶解胶质,将收集到的枣皮用弱酸性水和清水各冲洗1次,40 ℃恒温烘干至恒重,粉碎至40目,密闭储存即可作为提取前的原料。

1.3.2 正交试验

根据前人的研究结果及前期试验，确定提取剂种类、碱液浓度、料液比范围、超声波最佳功率及处理时间范围、微波处理功率及时间范围以及最佳纤维素酶液浓度及处理时间和温度范围，设计正交试验以确定出提取枣皮色素的最佳条件。

1.3.2.1 碱液浸提-超声波协同辅助提取法

称取2.5 g枣粉，加入物质的量浓度分别为0.3，0.4，0.5 mol/L，料液比为1∶20、1∶30、1∶40的氢氧化钠溶液(见表1)，在90 ℃的水浴锅中水浴1 h。在80 Hz频率下，分别超声20，30，40 min。将试剂过滤，过滤后离心操作，最后经旋转蒸发得到红枣色素的提取物。

表1 碱液浸提-超声波协同辅助提取法 正交试验设计Table 1 Orthogonal experimental design of alkali extraction-ultrasonic assisted extraction method

1.3.2.2 超声波-纤维素酶辅助碱液提取法

称取2.5 g枣粉，按照表2的正交试验，倒入不同浓度、不同体积的氢氧化钠溶液以及底物用量1.26%的纤维素酶。将试剂在常温下静置1 h以上，以80 Hz进行不同时间的超声。将试剂过滤，得到的上清液经离心后旋转蒸发，最终得到红枣色素的提取物。

表2 超声波-纤维素酶辅助碱液提取法正交试验设计Table 2 Orthogonal experimental design of ultrasound-cellulase assisted alkali extraction

1.3.2.3 微波-纤维素酶辅助碱液提取法

称取2.5 g枣粉，按照表3的正交试验，倒入不同浓度、不同容量的氢氧化钠溶液以及底物用量1.26%的纤维素酶[11]。将提取液在常温下静置1 h以上后过滤，过滤后离心，之后进行微波萃取，旋转蒸发后，得到红枣色素的提取物。

表3 微波-纤维素酶辅助碱液提取法正交试验设计Table 3 Orthogonal design of microwave-cellulase assisted alkali extraction

1.3.2.4 超声波-微波协同辅助提取法

首先称取2.5 g枣粉，按照表4正交试验设计，向枣皮中加入不同浓度、不同料液比的氢氧化钠溶液，共有9组正交试验。将9组试剂在80 Hz下超声20 min，超声后过滤，再按照试验设计放入微波仪中萃取。旋转蒸发后，得到红枣色素的提取物[12，13]。

表4 超声波-微波协同辅助提取法正交试验设计Table 4 Orthogonal experimental design of ultrasound-microwave assisted extraction

1.3.3 浓缩干燥

用旋转蒸发仪对提取的色素原液进行蒸发浓缩后，然后在真空冷冻干燥机中干燥12 h,最终得到干燥的色素产品[14]。

2 试验结果及分析

2.1 碱液浸提-超声波协同辅助提取法

表5 碱液浸提-超声波协同辅助提取法结果Table 5 The results of alkali extraction-ultrasonic assisted extraction method

根据单因素试验结果选取超声时间、料液比、NaOH浓度作为考察因素，采用三因素三水平正交试验设计，由表5正交试验可知，3个因素中影响红枣色素提取工艺参数的最主要因素是料液比，其次是NaOH浓度，最后是超声时间。从同时获得高提取率的红枣色素考虑，以9号为最佳组合B2C1A3，即对超声时间40 min，超声波频率80 Hz，NaOH浓度0.3 mol/L，料液比1∶30 (g/mL)的工艺参数进行提取，红枣色素的提取率较高，在此条件下得率为5.53%。

2.2 超声波-纤维素酶辅助碱液提取法

根据单因素试验结果，选取占底物用量1.26%的纤维素酶，以超声波时间、NaOH浓度、料液比作为考察因素，采用三因素三水平正交试验设计，见表6。

表6 超声波-纤维素酶辅助碱液提取法结果Table 6 The results of ultrasound-cellulase assisted alkali extraction method

续 表

由表6可知，3个因素中影响红枣色素提取率的首要因素是料液比，其次是NaOH浓度，最后是超声时间。

根据获得的红枣色素提取率数据来看，5号效果最优C1B2A2，所以红枣色素得到较高提取率的条件为超声频率80 Hz，料液比1∶20，超声时间30 min，NaOH浓度0.4 mol/L，此时枣皮色素的得率为5.67%。

2.3 微波-纤维素酶辅助碱液提取法

表7 微波-纤维素酶辅助碱液提取法结果Table 7 The results of microwave-cellulase assisted alkali extraction method

根据单因素试验结果，选取微波时间、微波功率、NaOH浓度作为考察因素，采用三因素三水平正交试验设计，由表7可知，3个因素中影响红枣色素提取工艺参数的最主要因素是微波时间，其次是微波功率，最后是NaOH浓度。从同时获得高提取率的红枣色素考虑，以6号为最佳组合 A2B3C2，即对微波时间4 min，微波功率560 W，NaOH浓度0.4 mol/L，料液比为1∶20 (g/mL)的工艺参数进行提取，红枣色素的提取率较高，在此条件下得率为5.29%。

2.4 超声波-微波协同辅助提取法

表8 超声波-微波协同辅助提取法结果Table 8 The results of ultrasound-microwave assisted extraction

根据单因素试验结果，选取微波时间、微波功率、NaOH浓度、料液比作为考察因素，采用四因素三水平正交试验设计，由表8正交试验可知，4个因素中影响红枣色素提取工艺参数的最主要因素是料液比，其次是NaOH浓度、微波功率，最后是微波时间。从同时获得高提取率的红枣色素考虑，以7号为最佳组合D3C3B1A3，即对微波时间6 min，微波功率160 W，NaOH浓度0.5 mol/L，料液比为1∶40 (g/mL)的工艺参数进行提取，红枣色素的提取率较高，在此条件下得率为3.96%。

3 结论

本研究以乐陵金丝小枣为实验原料，对比碱液-超声波法、纤维素酶-超声波辅助碱液提取法、纤维素酶-微波辅助碱液提取法、超声波-微波提取法4种复合方法在提取枣皮色素时的提取率。结果表明：除了超声波-微波提取法提取率较低外，其余3种方法相差不大，尤其是纤维素酶-超声波辅助碱液提取法，提取率最高。

本研究结果显示，在超声波辅助碱液提取法中以0.3 mol/L 的NaOH溶液为提取剂，按照1∶30的料液比所配制的溶液作为提取液，在超声功率80 W下超声时间40 min,所得红枣色素的得率最高。在纤维素酶-超声波辅助碱液提取法中以0.5 mol/L 的NaOH溶液，按照1∶40的料液比所配制的溶液作为提取液，在超声功率80 W下超声20 min,辅助160 W微波下萃取6 min所得红枣色素的得率最高；纤维素酶-微波辅助碱液提取法中以0.4 mol/L 的NaOH溶液，按照1∶20料液比所配溶液作为提取液，加入底物用量1.26%的纤维素酶作为辅助，在微波功率560 W下超声4 min,所得红枣色素的得率最高；在超声波-微波协同辅助提取法中以0.4 mol/L 的NaOH溶液，按照1∶20的料液比所配制的溶液作为提取液，加入底物用量1.26%的纤维素酶作为辅助，在超声功率80 W下超声30 min，所得红枣色素的得率最高。对比这4种方法，酶解-超声波协同辅助提取法提取率最高，但与超声波-碱液辅助提取法的提取率相差不大，建议在工厂中可采用此法。

综上所述，在金丝小枣枣皮、枣渣提取红枣色素时应用超声波-碱液辅助提取法提取率高，稳定性好，操作简单方便，值得进一步推广及应用。