红心番木瓜色素提取及稳定性
2021-06-28张燕张洪斌
张燕，张洪斌
海南热带海洋学院海洋科学技术学院（三亚 572022）
番木瓜（Carica papayaL.）亦称万寿果、番瓜、乳瓜，隶属番木瓜科番木瓜属，是一种热带常绿果树[1]。成熟的番木瓜果实绵甜而醇香，营养丰富，含有多种氨基酸、酶、有机酸、维生素、微量元素、胡萝卜素、纤维素等物质[2]。番木瓜果实不仅作水果、蔬菜食用，还具有多种药用功效，能助消化、治便秘、祛风湿、清心润肺、舒筋活络、软化血管等[3]。除此，番木瓜还有美容养颜的作用。民间许多哺乳期妇女在乳汁缺乏时常食用番木瓜进行催乳。现有的文献对番木瓜在组培快繁[4-5]、栽培技术[6-7]、育苗[8]、贮藏保鲜[9-12]、病毒及病原菌鉴定[13-15]、次生代谢产物提取[16-18]、复合饮料制作[19-20]等方面报道较多，而在色素提取及稳定性方面鲜见报道。试验开展红心番木瓜色素提取及稳定性研究，旨在进一步提高番木瓜的经济附加值，为番木瓜天然色素资源的深度开发提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
红心番木瓜（三亚市售，新鲜成熟）。
丙酮、浓盐酸、氢氧化钠、无水乙醇、氯化钠、氯化钙、乙酸乙酯、亚硫酸钠、氯化镁、抗坏血酸、氯化钾、柠檬酸、硫酸锌、苯甲酸钠、30%过氧化氢、葡萄糖等（均为分析纯，购于上海化学试剂有限公司）。
1.2 主要仪器与设备
752紫外-可见分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；LH-95D隔膜式真空泵（临海市永昊真空设备有限公司）；1 L溶剂过滤器（天津市津腾实验设备有限公司）；HH-4数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）；JA2103N电子天平（上海精其仪器有限公司）；旋转蒸发仪RE-201D（郑州南北仪器设备有限公司）。
1.3 方法
1.3.1 选择提取溶剂和确定最大吸收波长
称取10 g红心番木瓜果肉，粉碎，分别加入50 mL蒸馏水、丙酮、无水乙醇、乙酸乙酯，搅匀，均在40℃水浴锅中浸提1 h，抽滤，减压浓缩，用相应的提取溶剂分别稀释15倍，在白背景下观察颜色深浅，选择最优提取溶剂。
称取10 g红心番木瓜果肉，粉碎，加入50 mL无水乙醇，搅匀，在40 ℃水浴锅中浸提1 h，抽滤，减压浓缩，用无水乙醇稀释15倍。以无水乙醇做空白，分光光度计在300～700 nm范围内扫描，确定番木瓜色素的最大吸收波长。
1.3.2 单因素试验和正交试验
1.3.2.1 单因素试验
分别考察提取液体积分数（乙醇体积分数80%，85%，90%，95%和100%）、提取温度（40，45，50，55和60 ℃）、提取时间（1.0，1.5，2.0，2.5和3.0 h）、料液比（1∶3，1∶4，1∶5，1∶6和1∶7 g/mL）对红心番木瓜色素提取效果的影响。
称取10 g红心番木瓜果肉，粉碎，加入乙醇溶液，搅匀，在恒温水浴锅中浸提，抽滤，减压浓缩，用相应体积分数乙醇液稀释15倍，在430 nm测定吸光度。
在40 ℃、浸提1 h条件下选择最佳提取液体积分数→在最佳提取液体积分数条件下，选择最佳提取温度→在最佳提取液体积分数、温度条件下选择最佳提取时间→在最佳提取液体积分数、温度、提取时间条件下选择最佳料液比
1.3.2.2 正交试验
依据单因素试验结果，按L9(34)正交设计优化红心番木瓜色素提取工艺参数。
表1 正交试验因素与水平
1.3.3 红心番木瓜色素稳定性试验
1.3.3.1 红心番木瓜色素样液制备
取60 g新鲜番木瓜红果肉，粉碎，加入300 mL 95%乙醇溶液，在55 ℃水浴锅下浸提1.5 h，冷却，抽滤，减压浓缩，用95%乙醇稀释15倍，备用。
1.3.3.2 光照对红心番木瓜色素稳定性的影响
分别取等量色素液放在室内散光、室内避光和室外强光处，放置0，1，2，3和4 h，在430 nm测定吸光度。
1.3.3.3 pH对红心番木瓜色素稳定性的影响
取等量色素液，分别滴入等体积用HCl和NaOH配制的pH 2，4，6，7，8和10溶液，混匀，避光处静置20 min，在430 nm测定吸光度。
1.3.3.4 金属离子对红心番木瓜色素稳定性的影响
取等量色素液，分别滴入等体积0.01，0.05，0.10和0.50 mol/L的CaCl2、MgCl2、NaCl、KCl、ZnSO4溶液，混匀，避光放置24 h，在430 nm测定吸光度。
1.3.3.5 还原剂、氧化剂对红心番木瓜色素稳定性的影响
取等量色素液，分别滴入等体积1%，3%，5%和7%的Na2SO3、H2O2溶液，混匀，避光放置1 h，在430 nm测定吸光度。
1.3.3.6 常用食品添加剂对红心番木瓜色素稳定性的影响
取等量色素液，分别滴入等体积2%，4%，6%和8%的葡萄糖、柠檬酸、苯甲酸钠、抗坏血酸溶液，混匀，避光放置3 h，在430 nm测定吸光度。
2 结果与分析
2.1 选择提取剂
用蒸馏水、丙酮、乙酸乙酯、无水乙醇分别浸提番木瓜果肉色素，获得的色素液颜色分别为淡红、粉红、粉红、深红。由颜色深浅可知，无水乙醇的浸提效果最佳，因此，选择无水乙醇作为红心番木瓜色素提取剂。
2.2 确定最大吸收波长
通过扫描可知，色素最大吸收峰在430 nm处，由此确定红心番木瓜色素最大吸收波长为430 nm。
2.3 单因素试验
2.3.1 提取液体积分数的影响
图2显示，乙醇体积分数80%～90%时，红心番木瓜色素吸光度逐渐上升；而乙醇体积分数高于90%后，红心番木瓜色素吸光度逐渐下降。故确定乙醇体积分数90%为红心番木瓜色素最佳提取液体积分数。
图2 乙醇体积分数对番木瓜色素提取效果的影响
2.3.2 提取温度的影响
图3显示，提取温度40～50 ℃时，红心番木瓜色素吸光度随温度升高而增高，提取温度高于50 ℃后，色素吸光度明显下降。由此确定红心番木瓜色素的最佳提取温度为50 ℃。
图3 提取温度对番木瓜色素提取效果的影响
2.3.3 提取时间的影响
图4显示，提取时间1～2 h内，红心番木瓜色素吸光度随时间延长而明显增加，2 h后，随时间推移，色素吸光度明显下降。由此确定红心番木瓜色素的最佳提取时间为2 h。
图4 提取时间对番木瓜色素提取效果的影响
2.3.4 料液比的影响
图5显示，料液比在1∶3～1∶5（g/mL）时，色素吸光度随料液比增加而明显增大，料液比大于1∶5（g/mL）后，色素吸光度随料液比的增加反而下降。因此，确定红心番木瓜色素提取的最佳料液比为1∶5（g/mL）。
图5 料液比对番木瓜色素提取效果的影响
2.4 正交试验结果
从表2分析可知，A、B、C、D这4个因素对红心番木瓜色素提取效果影响的排序为B＞A＞D＞C，即提取液体积分数＞提取温度＞料液比＞提取时间；红心番木瓜色素最佳提取组合为A3B3C1D2，即乙醇体积分数95%、提取温度55 ℃、料液比1∶5（g/mL）、提取时间1.5 h，在此条件下得到的红心番木瓜色素液测得吸光度为0.824，高于表2中的最大吸光度0.793。
表2 正交试验结果
2.5 红心番木瓜色素稳定性试验结果
2.5.1 红心番木瓜色素光的稳定性
图6显示，番木瓜色素在室内避光下存放，吸光度几乎没变化；在室内散光下存放吸光度变化极微；在室外日光下放置，吸光度下降显著，说明番木瓜色素不耐光照，应避光放置。
图6 光照对番木瓜色素稳定性的影响
2.5.2 pH对红心番木瓜色素稳定性的影响
图7表明，pH 2～4时，番木瓜色素吸光度有小幅变化，pH 4～7时，吸光度变化微小，pH＞7后，吸光度有显著变化，说明番木瓜色素在酸性和中性环境中稳定，在碱性环境中不稳定。
图7 pH对番木瓜色素稳定性的影响
2.5.3 金属离子对红心番木瓜色素稳定性的影响
图8显示，随着金属离子浓度增大，加入Ca2+、Na+溶液的色素吸光度都略微增加，加入K+、Mg2+溶液的色素吸光度都略微下降，而加入Zn2+溶液的色素吸光度升降变化明显。说明番木瓜色素对Ca2+、K+、Mg2+、Na+的稳定性较好，对Zn2+的稳定性差，番木瓜色素应避免与Zn2+接触。
图8 金属离子对番木瓜色素稳定性的影响
2.5.4 还原剂、氧化剂对红心番木瓜色素稳定性的影响
图9表明，随着氧化剂H2O2质量分数增大，番木瓜色素吸光度发生轻微变化；随着还原剂Na2SO3质量分数增大，番木瓜色素吸光度呈现先升后降的现象，变化显著。说明番木瓜色素对氧化剂H2O2稳定，对还原剂Na2SO3不稳定。
图9 还原剂、氧化剂对番木瓜色素稳定性的影响
2.5.5 常用食品添加剂对红心番木瓜色素稳定性的影响
图10显示，随着添加剂质量分数增大，葡萄糖、苯甲酸钠、抗坏血酸、柠檬酸4种添加剂均使色素吸光度发生升降变化，但变化幅度都不大。说明葡萄糖、苯甲酸钠、抗坏血酸、柠檬酸4种常用添加剂对番木瓜色素的稳定性影响不大。
图1 确定最大吸收波长
图10 食品添加剂对番木瓜色素稳定性的影响
3 结论
以红心番木瓜果肉为试验材料，乙醇为提取溶剂，通过单因素试验分别探究乙醇体积分数、提取时间、提取温度、料液比4个因素对番木瓜色素提取效果的影响。以单因素试验结果确定正交试验因素和水平。正交试验结果表明，影响番木瓜色素提取效果因素的排序为乙醇体积分数＞提取温度＞料液比＞提取时间。色素的最佳提取工艺组合为乙醇体积分数95%、提取温度55 ℃、料液比1∶5（g/mL）、提取时间1.5 h。此条件下提取的色素液测得的吸光度最大。番木瓜色素稳定性试验结果表明，番木瓜色素在酸性和中性环境中稳定，对氧化剂H2O2，金属离子Ca2+、K+、Mg2+、Na+以及食品添加剂葡萄糖、苯甲酸钠、抗坏血酸、柠檬酸的稳定性好；但番木瓜色素不耐光照，在碱性环境中不稳定，对还原剂Na2SO3和Zn2+的稳定性差。因此，番木瓜色素适宜在避光、酸性或中性条件下保存，避免与还原剂和Zn2+接触。试验结果为开发番木瓜色素成为天然食用色素应用在食品、药品、化妆品领域奠定基础。
