微波辅助提取火龙果果皮色素及其稳定性的研究

郝抗园，买申申，郝 文，王兆琛，徐辉艳

（陕西学前师范学院生命科学与食品工程学院，陕西西安 710100）

目前，市场上食品添加剂应用的色素大部分为人工合成的色素，对人体有害，过量使用还会有致癌风险。天然色素含有丰富的营养物质及对人体有益的功能性活性成分，具有消炎、抗氧化等作用。火龙果外皮含有丰富的甜菜苔类色素，使得火龙果外皮成为红色素提取的最理想试验原料[1]。火龙果的食用、加工方式很多，人们往往都是取其肉而弃其皮，不仅造成了环境的污染，同时也浪费了资源[2]。以微波技术作为辅助工具进一步探讨火龙果果皮色素的最佳提取条件，以及色素在不同条件下的稳定性[3]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

火龙果、盐酸、氢氧化钠、硫酸铜、无水乙醇、蔗糖、硫酸锌、柠檬酸、硝酸铝、葡萄糖、双氧水、氯化钠、硫酸亚铁、氯化镁和抗坏血酸。

1.2 试验仪器

MJIUPIN-WB-1000W 型微波超声波组合催化合成萃取仪、ME203 型电子天平、DHG-9053A 型电热鼓风干燥箱、DS-1 型高速组织捣碎机、TDL-40B 型飞鸽牌系列普通台式离心机、752 型紫外分光光度计、HWS-24 型电热恒温水浴锅。

1.3 试验方法

1.3.1 预处理过程

火龙果取其果皮，去除多余的杂质，切成长条放到电热鼓风干燥箱中，设定温度为70 ℃，时间为24 h 进行烘制（2 次称量值没有差值即烘干彻底）[4]。然后将烘干好的果皮捣碎，将粉末过60 目筛，于干燥条件下避光保存，备用。

1.3.2 评价指标

红色素于波长532～538 nm 处会有最大的吸收波长，试验选择了536 nm 波长，通过在该波长下测定出提取液的吸光度来判断提取效果的优劣[5]。

1.3.3 WP 红色素的正交试验设计

在单因素试验结果的基础上，分别进行如表1所设计的正交试验[6]，选出4 种因素最合适的条件。

表1 WP 红色素提取正交试验因素与水平设计

WP 红色素提取正交试验因素与水平设计见表1。

1.3.4 影响稳定性的因素

（1）pH 值。分别量取5 mL 红色素溶液于6 支试管中，调节pH 值分别为1，3，5，7，9 时，仔细观察其颜色转变并测定OD536。

（2）温度。分别量取5 mL 红色素溶液于6 支试管中，将6 支试管分别放入温度为30，40，50，60，70，80 ℃的水浴锅中1 h，仔细观察其颜色转变并测定OD536。

（3）金属离子。取6 支试管各加入5 mL 红色素溶液，再分别加入浓度为0.01 mol/mL 的ZnSO4、CuSO4、AI(NO3)3、MgCl2、FeSO2、NaCl 溶液各5 mL，以5 mL 蒸馏水作对照组，常温下避光放置24 h 后，仔细观察其颜色转变并测定OD536[7]。

（4）惯用食品添加剂。分别量取5 mL 红色素溶液于6 支试管中，分别加入质量分数为1%的蔗糖、抗坏血酸、柠檬酸、葡萄糖溶液和15%双氧水，30%双氧水各5 mL，以5 mL 蒸馏水作对照组，常温下避光放置24 h，仔细观察其颜色转变并测定OD536。

2 结果与分析

2.1 微波辅助提取WP 红色素的正交试验结果及其分析

正交试验结果见表2。

表2 正交试验结果

通过对表中R 值的分析可以得出，影响WP 红色素提取的因素大小顺序是D＞C＞A＞B，即4 个因素最合适的条件分别为料液比1∶40，提取时间80 s，乙醇体积分数40%，微波功率300 W。

2.2 WP 红色素稳定性与4 种不同因素之间的关系

2.2.1 WP 红色素稳定性与pH 值之间的关系

WP 红色素稳定性与pH 值关系的结果见表3。

表3 WP 红色素稳定性与pH 值关系的结果

由表3 可知，在pH 值为5～9 时，OD 值较高，颜色较稳定。可得出强酸或强碱在一定程度上使色素的结构发生转变。

2.2.2 WP 红色素稳定性与温度之间的关系

WP 红色素稳定性与温度关系的结果见表4。

表4 WP 红色素稳定性与温度关系的结果

由表4 可知，随着温度的升高，OD 值明显下降，颜色由最初的玫瑰红色最后变成了浅黄色；由此可以得出，当温度高于70 ℃时，红色素遭到破坏，从而影响了色素的稳定性。

2.2.3 WP 红色素稳定性与金属离子之间的关系

WP 红色素稳定性与金属离子关系结果见表5。

表5 WP 红色素稳定性与金属离子关系结果

由表5 可知，以蒸馏水作为对照组，当加入Zn2+和Al3+时，OD 值下降幅度很小，颜色较为稳定；当加入Mg2+和Na+时，OD 值升高，达到增色的效果；当加入Fe2+和Cu2+时，OD 值明显减小，颜色逐渐变浅。

2.2.4 WP 红色素稳定性与常用添加剂之间的关系

WP 红色素稳定性与常用添加剂关系的结果见表6。

表6 WP 红色素稳定性与常用添加剂关系的结果

由表6 可知，以蒸馏水作为对照组，当在红色素溶液中加入蔗糖和葡萄糖时，吸光度较为稳定；当在色素溶液中加入抗坏血酸、柠檬酸及双氧水溶液时，吸光度明显下降；氧化剂双氧水溶液有明显的漂白作用，所以加入会使红色素溶液逐渐褪色。

3 结论

通过设计正交试验对4 个提取因素进行优化，最终得出4 个最合适的参数分别为料液比1∶40，提取时间80 s，乙醇体积分数40%，微波功率300 W。通过对红色素稳定性进行的一系列研究得出，pH 值为5～9 时颜色稳定；红色素不耐高温；在金属离子中对WP 红色素稳定性几乎没影响的是Mg2+和Fe2+；蔗糖及葡萄糖对色素稳定性影响不大，而柠檬酸、抗坏血酸和双氧水会使红色素褪色。因此，日常生活中要在适宜的温度条件下（低温或常温）下保存色素，避免使用锌制铜制的容器包装和储存色素，在进行试验或生产应用时避免加入强氧化剂。