天然楮果色素提取工藝的優(yōu)化

李 洋，李海亮，張 媛，李 琳，欽傳光

(西北工業(yè)大學生命學院，陜西 西安 710072)

隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對色素安全問題日益重視。人工合成色素因具有毒性[1]，應用受到限制，尤其是在食品、藥品、化妝品等行業(yè)；而來自自然界的天然色素因無毒副作用，產銷量逐年增長[2]，2005年天然色素的產量已達10 680 t[3]。目前，我國允許使用的食用天然色素有40多種[4]，開發(fā)利用無毒副作用的天然色素已成為色素產業(yè)的發(fā)展趨勢。

楮果(BroussonetiapapyriferaL.Vent.)是桑科構樹屬植物構樹的果實，在我國民間用作中藥材。楮果橙紅色素色澤鮮艷、性質穩(wěn)定、安全性好[5]，且構樹適應性強，在我國分布廣泛，來源充足。因此，楮果色素具有潛在的工業(yè)實用價值和經濟價值，適合作為天然色素進行大規(guī)模生產和應用研究。徐子婷等[6]探討了用純水作溶劑的提取工藝條件，但采用純水作溶劑進行提取時，楮果富含的可溶性成分如果膠、糖類、蛋白質等也同時被大量地提取出來，嚴重干擾分析結果，并且對色素的進一步精制和純化帶來不利影響，步驟繁瑣，成本和能耗較高。

為此，作者在此以乙醇為溶劑從楮果中提取色素，測定了楮果色素的最大吸收波長及pH值穩(wěn)定性，優(yōu)化了提取工藝條件，擬為開發(fā)利用楮果色素資源奠定基礎。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

新鮮的成熟楮果，七月份采摘于西安地區(qū)，塑料袋(桶)封裝，冷藏備用。

無水乙醇、36％鹽酸、氯化鉀、甘氨酸、磷酸氫二鈉、檸檬酸、氫氧化鈉均為分析純。

不同pH值的緩沖溶液(mol·L-1)：

pH值1：鹽酸+氯化鉀(0.04+0.05)；

pH值3：甘氨酸+鹽酸(0.05+0.0114)；

pH值5：磷酸氫二鈉+檸檬酸(0.103+0.0485)；

pH值7：磷酸氫二鈉+檸檬酸(0.1647+0.01765)；

pH值9：甘氨酸+氫氧化鈉(0.05+0.0088)；

pH值11：甘氨酸+氫氧化鈉(0.05+0.052)。

U-3310型紫外可見分光光度計，日本日立公司；PB-10型pH計，德國Sartorius公司；N-1001型旋轉蒸發(fā)儀、SB-2000型水浴鍋，日本東京理化器械株式會社。

1.2 方法

1.2.1 楮果色素的提取

選取新鮮、成熟的楮果，去核，按料液比1∶30(g∶mL，下同)加入80％(體積分數，下同)乙醇，室溫浸提4 h；浸提液用濾紙過濾除去殘渣后，置于旋轉蒸發(fā)儀在30 ℃水浴減壓蒸餾，得到濃縮液；低溫避光保存。

1.2.2 楮果色素最大吸收波長的測定

將楮果色素濃縮液用80％乙醇稀釋5倍，使吸收波長位于紫外可見分光光度計的線性范圍內，在200～800 nm掃描，測定楮果色素的最大吸收波長。

1.2.3 楮果色素pH值穩(wěn)定性的考察

取0.2 mL楮果色素濃縮液，分別用不同pH值的緩沖溶液稀釋10倍，在200～800 nm掃描，測定楮果色素的pH值穩(wěn)定性(以相應緩沖溶液作參比)。

1.2.4 楮果色素提取的單因素實驗

1.2.4.1 乙醇體積分數對浸提效果的影響

稱取5 g去核楮果，分別浸于50 mL 0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％的乙醇中，40 ℃浸提2 h，過濾，于485 nm下測定吸光度進行比較。

1.2.4.2 料液比對浸提效果的影響

稱取2 g去核楮果，與80％乙醇分別按料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶45、1∶50混合，40 ℃浸提2 h，過濾，于485 nm下測定吸光度進行比較。

1.2.4.3 浸提時間對浸提效果的影響

稱取2 g去核楮果，與80％乙醇按料液比1∶35混合，于40 ℃分別浸提1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，過濾，于485 nm下測定吸光度進行比較。

在工程項目管理當中應用價值工程分析方法，可以將其作為整體系統(tǒng)，對項目進行功能性分析，還可以創(chuàng)造和評價方案，詳細分析用戶所需功能。因此，從某種意義上看，價值工程得本質在于采用低成本獲得高性能的建設項目。其次，價值工程主要在于功能性分析，所以在項目具體實施期間需要全面分析工程的功能性。由于價值工程借助集體智慧實現，所以屬于一項具備領導組織的活動。

1.2.4.4 浸提溫度對浸提效果的影響

稱取2 g去核楮果，與80％乙醇按料液比1∶35混合，分別于20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃浸提2 h，過濾，于485 nm下測定吸光度進行比較。

1.2.5 楮果色素提取的正交實驗

在單因素實驗的基礎上，采用正交實驗進一步研究楮果色素的最優(yōu)提取工藝條件。選擇浸提溫度、浸提時間、料液比、乙醇體積分數為考察因素，進行L16(44)正交實驗，其因素與水平見表1。

表1 正交實驗的因素與水平

2 結果與討論

2.1 楮果色素的最大吸收波長

楮果色素在80％乙醇中的紫外可見吸收光譜如圖1所示。

圖1 楮果色素的紫外可見吸收光譜

由圖1可看出，楮果色素的可見光區(qū)最大吸收波長為485 nm。由比爾定律可知，吸光度與色素濃度成正比，因此本實驗采用485 nm處的吸光度間接表示色素濃度。

2.2 楮果色素的pH值穩(wěn)定性

圖2 楮果色素在不同pH值緩沖溶液中的紫外可見吸收光譜

由圖2可看出，楮果色素在pH值 1、3、5、7、9的緩沖溶液中均穩(wěn)定存在，分子結構沒有發(fā)生變化；而在pH值為11的緩沖溶液中的吸收光譜變化較大。表明楮果色素在pH值1～9的溶液中穩(wěn)定性良好。

2.3 楮果色素提取的單因素實驗結果

2.3.1 乙醇體積分數對浸提效果的影響(圖3)

圖3 乙醇體積分數對浸提效果的影響

由圖3可知，乙醇體積分數達到80％時，吸光度最大、浸提效果最好；其次為70％和90％乙醇。這是因為，乙醇體積分數較低時，會在提取過程中引入部分果膠、糖類、蛋白質等雜質，增大色素純化難度，增加成本。因此，選擇80％左右乙醇作浸提液，既可減少色素浸提液中的雜質含量，又能方便色素浸提液濃縮及回收乙醇。

2.3.2 料液比對浸提效果的影響(圖4)

圖4 料液比對浸提效果的影響

由圖4可知，料液比在1∶35時，吸光度最大、浸提效果最好。這是因為，料液比較高(溶劑用量較少)時，色素溶出量少，浸提效果差；料液比過低(溶劑用量過多)時，溶出的雜質相應增多[7]，增大了后續(xù)濃縮工作量。因此，料液比選擇1∶35左右較為適宜。

2.3.3 浸提時間對浸提效果的影響(圖5)

圖5 浸提時間對浸提效果的影響

由圖5可知，浸提時間短于2 h，色素濃度隨時間的延長逐漸升高；2 h后色素濃度趨于平穩(wěn)，不再升高。因此，浸提時間選擇2 h左右較為適宜。

2.3.4 浸提溫度對浸提效果的影響(圖6)

圖6 浸提溫度對浸提效果的影響

由圖6可知，浸提溫度為40 ℃時，吸光度最大、浸提效果最好；繼續(xù)升高溫度，吸光度略有降低。因此，浸提溫度選擇40 ℃左右較為適宜。

2.4 楮果色素提取的正交實驗結果(表2)

表2 正交實驗結果與分析

由表2可知，各因素對楮果色素浸提效果的影響大小依次為：乙醇體積分數>浸提溫度>浸提時間>料液比，其中乙醇體積分數對楮果色素浸提效果的影響最大，料液比對提取效果的影響最小。最優(yōu)提取工藝條件為A3B2C3D3，即80％乙醇作浸提液、料液比1∶35(g∶mL)、浸提時間2 h、浸提溫度40 ℃。

以料液比為誤差，在α=0.10水平進行方差分析，結果見表3。

表3 正交實驗方差分析(α=0.10)

由表3可知，因素D差異有顯著性。

3 結論

在乙醇溶液中，楮果色素在可見光區(qū)的最大吸收波長為485 nm，并在pH值為1～9的溶液中具有良好的穩(wěn)定性。通過單因素實驗和正交實驗確定楮果色素的最優(yōu)提取工藝條件為：以80％乙醇作浸提液、料液比1∶35(g∶mL)、浸提溫度40 ℃、浸提時間2 h。為大規(guī)模開發(fā)利用天然楮果色素資源奠定了基礎。

參考文獻：

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