微波辅助提取吕梁木枣红色素工艺优化及稳定性研究

王晓晶，张永哲

（吕梁学院，山西 离石 033001）

吕梁木枣，是鼠李科枣属的植物，为中国黄河沿岸尤其是山西省吕梁地区以及陕西省榆林地区极为常见的枣品种。枣是我国第一大干果，同时也是我国一种传统中药材，有着许多利于健康的功效。木枣味甘性温、归脾胃经，同时可以补血；枣中富含糖类、蛋白质、维生素C、各种氨基酸类物质。因此，枣类有着可以抗氧化、延缓衰老和抗癌的功效。

随着人们生活水平的提高，大众们对食品食用色素的使用也提出了更高的需求。因此，相比于一般存在致癌风险的人工合成色素，天然植物色素更加受到人们的欢迎。天然色素将成为食品、药品、化妆品等产品不可缺少的重要添加剂。研究表明，枣类的枣皮富含枣皮红色素，枣皮红色素的主要化学成分是类黄酮类、橙酮类物质、黄烷醇类和黄酮醇类物质。枣皮中还含有花青素和多酚类等药用成分，同时，枣红色素本身还具有一定的抗还原能力。经研究表明，一定浓度食品添加剂对其稳定性影响不大。因此，枣红色素具有重要的实用价值。

目前，枣红色素的提取方法多为水提法，这种提取法提取率低、提取时间长。因此，本研究针对枣红色素提取率低、时间长等问题，利用微波提取法进行提取，研究各因素对枣红色素提取率和时间的影响，提高提取率，并缩短提取时间。为了进一步研究枣红色素，本研究还对枣红色素在不同环境下的稳定性进行了探究。

1 材料和方法

1.1 材料

吕梁木枣，购自吕梁学院星玛客超市。

1.2 主要仪器与设备

组织捣碎机，购自中国仪器批发城；恒温水浴锅，购自杭州蓝天化验仪器厂；高速离心机，购自湖南湘仪仪器有限公司；分光光度计，购自北京瑞利分析仪器有限公司；微波炉，购自顺德市格兰仕电器实业有限公司。

1.3 方法

1.3.1 最佳提取剂的确定 取5 g木枣粉末，分别加入50 mL的蒸馏水、50%乙醇、丙酮、0.2 mol·LNaOH溶液、0.2 mol·LHCl溶液中，在相同的微波功率和提取时间下，提取、过滤，观察滤液的颜色。

1.3.2 单因素试验 选择NaOH溶液为提取剂，以红色素得率为指标，采用单因素试验研究不同浓度NaOH溶液（0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70 mol·L）、萃取时间（40、80、120、160、200、240 s）、料液比（1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35 g·mL）、微波功率（140、300、460、600、760、900 W）以及温度（50、60、70、80、90、100℃）对木枣红色素提取效果的影响，并对提取条件进行初步优化，确定较佳因素试验参数范围，每个处理重复3次，结果取平均值。

1.3.3 正交试验 在单因素试验的基础上，选择提取温度、微波功率、NaOH浓度、萃取时间的3个较优水平进行正交试验，对吕梁木枣红色素的提取工艺进行优化，试验因素水平见表1。

表1 正交试验因素和水平

1.3.4 木枣红色素稳定性研究

（1）温度对木枣红色素稳定性的影响

将5份提取液放置于比色管中，分别放入不同温度的水浴锅中，每隔1 h，在270 nm处测定吸光度。

（2）pH值对木枣红色素稳定性的影响

用柠檬酸调节提取液的pH值，将色素液pH值调至1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11，再置于阴凉处静置24 h观察色素液的颜色与状态，分析pH值对色素稳定性的影响。

（3）蔗糖对木枣红色素稳定性的影响

分别配制浓度为2%、4%、6%、8%、10%的蔗糖溶液，然后在配制好的蔗糖溶液中分别添加相同体积的木枣色素液，以没有添加蔗糖溶液的木枣色素液为空白对照组，每隔10 min，在270 nm处测定木枣色素液的吸光度值。

（4）HO对木枣红色稳定性的影响

取30 mL木枣色素液5份，分别滴加浓度为2%的HO溶液2、4、6、8、10滴，以没有添加HO溶液的木枣色素液为空白对照组，每隔1 h在270 nm处测定1次各试样的吸光度值。

（5）添加剂对木枣红色素稳定性的影响

分别配制一定量的苯甲酸钠溶液与山梨酸钾溶液，并依次向配制好的苯甲酸溶液与山梨酸钾溶液中添加相同体积的木枣色素液，以没有添加任何防腐剂的木枣色素为空白对照组，每间隔1 h在270 nm处测定其吸光度。

2 结果与分析

2.1 最佳提取剂的确定

由表2可知，本研究所用的5种提取剂提取红色素后的颜色由浅至深顺序为：丙酮、蒸馏水、0.2 mol·LHCl溶液、50%乙醇、0.2 mol·LNaOH溶液。其中0.2 mol·LNaOH溶液为提取剂所得到的提取液的颜色最深，其余提取剂得到的液体颜色较淡。因此，NaOH溶液的提取效果最佳，此后试验所用提取 剂均为NaOH溶液。

表2 不同溶剂对木枣红色素提取的效果

2.2 红色素提取的单因素试验结果分析

2.2.1 NaOH浓度对木枣红色素提取效果的影响以NaOH溶液为提取剂，料液比为1∶20 g·mL，微波功率460 W、提取温度80℃，微波提取时间200 s，以不同浓度的NaOH溶液进行浸提，考察对吸光度的影响，结果见图1。

图1 不用浓度NaOH对木枣红色素提取效果的影响

由图1可知，不同浓度NaOH溶液对木枣红色素的提取率影响较大。NaOH溶液浓度较低时，木枣红色素的吸光度随着NaOH浓度的增大而增大。当NaOH溶液浓度在0.2 mol·L时，吸光值达到最大。当NaOH溶液浓度在0.2～0.6 mol·L之间时，随着NaOH浓度的增大，木枣红色素的吸光度值逐渐减小。所以，当NaOH浓度为0.2 mol·L时提取效果最好。这是因为当处于碱性环境中时，红枣红色素稳定性较高，枣皮中具有较高活性的果胶酶和纤维素酶，加快了果胶和纤维素的分解反应，从而使细胞中色素类物质溶出。但是浓度过大时，碱性物质可以溶解内酯、蒽醌、有机酸等成分，所以在一定程度上影响了红枣红色素的纯度。

2.2.2 提取时间对木枣红色素提取效果的影响 以0.2 mol·L的NaOH溶液为提取剂，料液比为1∶20 g·mL,微波功率为460 W，提取温度为80℃，在不同的时间下进行浸提，考察不同的浸提时间对吸光度的影响，结果见图2。

由图2可知，在40～200 s内，木枣红色素的吸光度值随时间的增加而显著提升，当萃取时间为200 s时，木枣红色素的吸光度最大，但在200～240 s内，木枣红色素吸光度值随时间的增加而明显下降，原因可能是萃取时间过长，导致提取剂消耗过大，从而使提取效率降低，色素液吸光度值降低。

图2 提取时间对木枣红色素提取效果的影响

2.2.3 料液比对木枣红色素提取效果的影响 以0.2 mol·L的NaOH溶液为提取剂，微波功率为460 W，提取温度为80℃，提取时间为200 s，在不同的料液比下进行浸提，结果见图3。

图3 料液比对木枣红色素提取效果的影响

由图3可知，料液比从1∶10增大到1∶20的过程中，木枣红色素的吸光度随着料液比的增大而增大，当料液比为1∶20时，木枣色素液吸光度达到峰值。当料液比从1：20增大到1∶35的过程中，木枣红色素吸光度随料液比增大而降低。原因可能是料液比过高导致提取液比例过高，从而使单位提取液中的木枣红色素含量降低，最终导致吸光度随料液比的提高而降低。总的来说，趋势较平缓，所以料液比对吸光值影响不大。

2.2.4 微波功率对木枣红色素提取效果的影响 以0.2 mol·L的NaOH溶液为提取剂，料液比为1∶20 g·mL，提取温度为80℃，提取时间为200 s，在不同的微波功率下进行浸提，考察微波功率对吸光度的影响，结果见图4。

图4 微波功率对木枣红色素提取效果的影响

由图4可知，在140～460 W微波功率区域内，木枣红色素吸光度随功率提高而增大，当微波功率为460 W，吸光度到达峰值；到达峰值后再提高微波功率，会使木枣红色素吸光度逐渐降低。由此可见，微波功率的高低对红色素的提取效果有明显的影响，在一定范围内，微波功率越高，提取物吸收微波能越多，升温越快，能加快扩散速度，但随着功率的增大，对红色素的结构有一定的破坏作用，所以吸光值降低。

2.2.5 温度对木枣红色素提取效果的影响 以0.2 mol·L的NaOH溶液为提取剂，料液比为1∶20 g·mL，微波功率为460 W，提取时间为200 s，在不同的温度下进行浸提，考察温度对吸光度的影响，结果见图5。

图5 温度对木枣红色素提取效果的影响

由图5可知，当温度在50～80℃时，吸光度呈上升趋势。当温度在80～100℃时，吸光度呈下降趋势。造成这种现象的原因可能是当温度升高时，提取剂的溶解能力大大提高，即色素的溶解能力提高，当温度在80～100℃时，过高的温度使色素物质受到破坏。因此，为了提高提取效率，同时保证色素成分完好，选择80℃为最佳提取温度。

2.3 红色素提取的正交试验结果分析

在单因素试验基础上，选择提取温度、微波功率、NaOH浓度、萃取时间4个因素进行正交试验，以红色素提取液的吸光值为指标，进一步优化红色素的提取工艺，试验设计及结果见表3。

表3 正交试验方案及结果

从表3和表4可以看出，影响红色素提取效果的因素主次顺序为B＞A＞D＞C，即影响最大的因素为微波功率，其次是提取温度、萃取时间，影响较小的因素是NaOH浓度。ABCD为最佳提取工艺组合，即当提取温度为70℃，微波功率为460 W，NaOH浓度为0.3 mol·L，萃取时间为200 s时提取率最高。经试验验证得出，以ABCD组合测试吸光度结果为4.372，结果高于正交表中最大吸光值，ABCD组合为最佳提取工艺组合。

表4 方差分析表

2.4 木枣红色素稳定性结果分析

2.4.1 温度对木枣红色素稳定性的影响 从图6可知，在1 h内红色素受温度影响较大，且吸光值随着温度的上升而显著下降，稳定性降低。说明高温可以破坏色素的稳定性，不利于色素的保藏；当时间超过1 h，红色素吸光度变化趋于平稳。因此，在储藏中应尽量低温保存。

图6 温度对木枣红色素稳定性的影响

2.4.2 pH值对木枣红色素稳定性的影响 从表5可以看出，当pH值增大时，木枣提取液的颜色也越来越深，当pH值在1～5范围内时，木枣提素液产生沉淀，说明色素物质溶解不充分；当提素液pH值等于6时，色素液溶解度下降，说明稳定性较差；当木枣色素液pH值在8～11范围内时，木枣色素液中无沉淀产生，并且木枣色素液呈现出枣红色的颜色。所以，当木枣红色素pH值越大的时候色素越稳定，也就是在碱性条件下更加稳定。

表5 pH值对木枣红色素稳定性的影响

2.4.3 蔗糖对木枣红色素稳定性的影响 蔗糖是食品中经常添加的甜味剂，从图7可知，在10 min内，蔗糖浓度越高，吸光度下降程度越大，即浓度越高，对红色素的稳定性的破坏作用越大。10 min后，下降缓慢，趋势趋于平稳，破坏性减小。

图7 蔗糖对木枣红色素稳定性的影响

2.4.4 HO对木枣红色素稳定性的影响 从图8可以看出，HO对枣红色素的稳定性有一定的影响，随着当HO溶液浓度升高时，木枣红色素的吸光值呈下降趋势，当时间增加时，木枣红色素的吸光度呈下降趋势，这说明在有HO溶液的环境中，红色素的稳定性会在时间以及浓度的影响下变差。因此，枣红色素的抗氧化性能力差，保存的时候应注意氧化。

图8 H2O2对木枣红色素稳定性的影响

2.4.5 防腐剂对木枣红色素稳定性的影响 山梨酸钾和苯甲酸钠是食品中常用的防腐剂，由图9可知，添加防腐剂的木枣色素液与对照组色素液的吸光度都随时间的增长而呈现下降趋势。添加防腐剂的木枣色素液在4 h内，吸光度值缓慢下降，对木枣色素液稳定性的影响相对较小；4 h以后木枣色素液吸光度明显降低，对木枣红色素稳定性影响增大。所以山梨酸钾和苯甲酸钠两类防腐剂对于木枣红色素稳定性短时间内影响不大。

图9 防腐剂对木枣红色素稳定性的影响

3 结论与讨论

本研究以吕梁木枣为原料，采用微波辅助提取法对枣皮红色素进行提取。使用单因素试验和正交试验优化提取工艺。结果表明，NaOH浓度、提取温度、萃取时间、微波功率对对提取率有明显影响，且影响顺序为：微波功率>提取温度>萃取时间>NaOH浓度；得出最佳提取工艺为，提取温度为70℃，微波功率为460 W，NaOH浓度0.3 mol·L，萃取时间200 s，在此条件下木枣红色素提取液的吸光度为4.372。同时研究了提取的红色素稳定性，试验结果表明，在短时间内红色素的稳定性受温度影响较大，且温度越高破坏性越大。因此，在储藏中应尽量低温保存。红色素的稳定性受pH值影响较大，在碱性条件下稳定性提高。蔗糖、HO溶液对红色素的稳定性也有一定的影响，且随着浓度的增大色素的稳定性下降。山梨酸钾和苯甲酸钠两种添加剂对于木枣红色素稳定性在较短时间内影响不明显。

随着人们认识水平的提高，对色素的安全性越来越重视。因此，天然色素受到了人们的欢迎。枣红色素的传统提取方法为水浸提法，马奇虎等探讨了不同因素在微波辅助提取中的影响，指出微波功率、微波时间，NaOH浓度,料液比均对提取率有较大的影响，与本研究的结果一致。陈海华等指出微波辅助法能明显提高枣红色素的提取率,且研究了光照、温度、酸碱度、食盐对红色素稳定性的影响，结果表明红色素受这些因素影响较小。本研究在此基础上探讨了蔗糖、HO、食品防腐剂对红色素的影响，为红色素作为食品添加剂应用于食品中奠定了一定的理论基础。

因此，采用微波辅助提取法，使物质内的分子在特定的微波频率下运动，从而使物质内部的温度升高，导致物质内部断裂，这样可以使提取液快速渗透物质内部，快速地提取色素。所以使用微波辅助提取法能够提高提取率，使提取时间缩短，节约能源和溶剂，是一种很有发展前途的提取工艺。