火龙果果皮花青素提取及其热稳定性研究*

2020-12-16卢梦婷陶志杰祁文慧

广州化工 2020年23期

卢梦婷，陶志杰，祁文慧，林芳，潘杰

(蚌埠学院食品与生物工程学院，安徽蚌埠 233030)

火龙果(Hylocereusundatus)属仙人掌科(Cactaceae)量天尺属(Hylocereus)和蛇鞭柱属Selenicereus)植物[1]。红肉火龙果果肉及果皮色泽鲜艳，富含花青素类活性物质。研究表明，花青素具有抗氧化，消炎抑菌，抗衰老、抗癌以及保护肝脏、心脑血管和视力的作用[2-6]。随着食品安全知识的普及，人们对可食用天然色素的研究与开发广泛关注。然而由于天然色素稳定性较化学合成色素不稳定，在使用中容易受到温度、pH、光照、化学物质等的影响发生变色[7-11]。花青素作为食品天然着色剂和功能性成分被利用，往往由于其稳定性不佳而受到限制。火龙果食品加工以果肉或果皮为原料[12]，广泛应用于复合饮料、冰激凌，果酒、果醋、酸奶等发酵食品[13-16]生产中。发酵产品加工过程均需对果汁灭菌，灭菌条件的不同对花青素色泽有一定的损失。本实验主要利用超声波法优化提取火龙果果皮中的花青素，并探索酸奶加工条件下花青素的热稳定性。通过研究，对火龙果在酸奶发酵食品中的开发利用具有现实意义。

1 实验

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

广西金都一号红心火龙果；一水合柠檬酸，国药集团化学试剂有限公司；磷酸氢二钠，天津市永大化学试剂有限公司。

1.1.2 仪器与设备

电子天平，上海海康电子仪器厂；实验室超纯水机，上海和泰仪器有限公司；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；高速多功能粉碎机，上海高翔食品机械厂；数显恒温水浴锅，金坛市杰瑞尔电器有限公司；台式高速离心机，上海菁华科技仪器有限公司；JK-500DB型数控超声清洗器，合肥金尼克机械制造有限公司；752型可见-紫外光分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 材料预处理

火龙果果皮预处理：将火龙果果皮去除绿色部分，切成小块放入鼓风干燥箱中，在60 ℃下烘至恒重，再将烘干的火龙果果皮用粉碎机粉碎后过80目筛，密封备用[17]。

1.2.2 花青素的提取及测定

称取0.2 g干燥的火龙果果皮粉，用5%的柠檬酸提取，进行超声波处理后，将提取液过滤冷却至室温。在6000 r/min转速下离心20 min，留上清液，在波长525 nm测定其吸光值，加入相同浓度的柠檬酸水溶液作空白对照[18]。平行三次，取平均值。

1.2.3 单因素实验

用5%柠檬酸提取，考查时间20～60 min之间，液固比20:1～60:1之间，温度35～75 ℃之间，功率200～400 W之间，火龙果果皮花青素在525 nm波长的吸光度，探究超声提取时间、液固比、提取温度和功率对花青素提取效果的影响。

1.2.4 正交实验结果

1.2.4.1 正交优化实验

由单因素实验建立正交实验因素水平表，见表1。探究A功率、B液固比、C时间、D温度4个超声波提取因素对火龙果果皮花青素提取的影响。

表1 正交实验因素水平表

1.2.4.2 验证实验

称取三份质量为0.2 g火龙果果皮粉分别加入到100 mL烧杯中，按照正交优化后条件提取火龙果果皮花青素，其余条件一致。测其吸光值平行3次，取平均值。验证实验的可重复性。

1.2.4.3 比较实验

称取三份质量为0.2 g的火龙果果皮粉，直接水提法提取花青素，比较超声波辅助提取的优越性。

1.2.5 花青素热稳定性实验

作为火龙果彩色酸奶研发，如何在牛奶灭菌时保持较好的花青素稳定是关键。本实验选择酸奶制作过程不同牛奶灭菌条件为考察条件，比较花青素热稳定性。用柠檬酸-磷酸氢二钠配制pH 4的花青素溶液模拟酸奶环境[19]，分别在65 ℃ 30 min，75 ℃ 15 min，85 ℃ 10 min，95 ℃ 5 min，100 ℃ 1 min的水浴中加热[20]，冷藏静置一周后在525 nm波长处分别测其吸光度，考察火龙果花青素的热稳定性。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验结果

2.1.1 超声处理时间对花青素提取影响

由图1可知，花青素吸光值于提取40 min时达到最大，之后降低。原因是由于超声波具有空穴作用，在气泡挤碎瞬间的强力冲击波，可加快色素类物质溶出；但超声时间过长，会使花青素发生分解和氧化反应[21]，吸光度降低。因此，确定40 min为最佳超声提取时间。

图1 超声时间对火龙果果皮花青素提取影响

2.1.2 液固比对花青素提取影响

由图2得知，液固比与吸光度成正相关，达到50:1后则表现出平稳趋势，原因是当花青素提取达到最大时，已达到完全溶出，再增加柠檬酸水溶液体积花青素含量也不会发生明显变化。因此，超声提取花青素最佳液固比为50:1。

图2 液固比对火龙果果皮花青素提取影响

2.1.3 超声波处理温度对花青素提取影响

由图3可以看出，花青素的吸光值在提取温度65 ℃时出现高峰。其原因是在一定温度范围内，温度升高有利于物质扩散，使吸光度不断上升；但温度过高会使花青素结构不稳定，而影响其提取效果[21]。因此，最佳的超声提取温度为65 ℃。

2.1.4 超声波处理功率对花青素提取影响

图4中，起初花青素吸光度为上升趋势，在250 W时处于高点。原因是由于超声功率大时所产生的空化作用强，使细胞破碎效果好，释放出较多花青素。但当功率过大时花青素结构反遭破坏，使花青素含量降低。因此，确定最佳超声提取功率为250 W。

图4 超声功率对火龙果果皮花青素提取影响

2.2 优化实验结果分析

2.2.1 正交实验结果分析

通过正交软件设计分析，对不同超声处理时间，料液比，超声处理温度，超声处理功率，可以得到正交结果分析表，见表2。

由表2可知，在此实验中，各因素对花青素提取影响大小为D>B>A>C，即为超声波提取火龙果皮花青素影响顺序为超声温度>液固比>功率>时间。因此可以得到最优提取条件组合是A2B2C1D1，和A2B3C1D1，但我们考虑避免对试剂的浪费，所以最后得到超声最佳条件为功率250 W，液固比50:1，时间30 min，温度55 ℃。