楊梅渣紅色素的超聲提取和微膠囊化工藝研究*

李 帥， 吳麗嬌， 范王曼， 張應烙

(浙江師范大學化學與生命科學學院，浙江金華 321004)

楊梅渣是楊梅果加工后的副產物，約占楊梅果的30% ～40%［1］．當前楊梅渣均沒有被充分利用而大部分被直接廢棄，既污染環境又浪費資源．開發利用楊梅渣，不但可以解決其廢棄帶來的環境污染問題，并且可以延長楊梅的加工產業鏈，增加楊梅的附加值．廉價的楊梅渣含有豐富的楊梅紅色素，是天然紅色素的重要來源．

近年來超聲波法在食品加工領域受到了廣泛的關注，利用超聲波產生的強大能量可以加速細胞壁的破裂和物料中有效成分的轉移、擴散，從而達到有效提取的目的［2-3］．關于楊梅果紅色素的溶劑提取及微波提取方法已有報道［4-6］，但利用超聲波技術進行提取還未見報道．

與合成色素相比，天然色素在諸多方面尚不能盡如人意，特別是對光、熱及pH的敏感性較高，對氧化、還原及微生物作用的敏感性較大，如何克服因此帶來的褪色、變色等穩定性問題，是天然色素科研的重要課題［7］．微膠囊化［8-9］是提高色素穩定性的重要途徑之一．該方法是將色素封閉在囊膜內與外界環境隔離，可以改善其對光和氧等的穩定性［10］．本實驗對超聲波輔助提取的楊梅渣紅色素，經樹脂純化后對其微膠囊化，并對相關工藝條件進行了研究，以期為楊梅渣紅色素的工業化應用提供理論基礎．

1 材料與方法

1．1 實驗材料

東魁楊梅:2010年6月購于金華市農貿市場．其他試劑均為分析純．

1．2 主要儀器

JA3003A型電子天平(上海精天電子儀器有限公司);Ultrospec 4000型紫外可見分光光度計(Pharmacia Biotech);SB25-12YDTD型超聲清洗儀(寧波市新芝生物科技有限公司);MIKRO-22R型高速冷凍離心機(德國Eppendont);PB-10型pH計(德國Sartorius);DHG-9145A型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海一恒科技有限公司);SB25-12YDTD型超聲波儀(河南兄弟儀器設備有限公司);HH-4型數顯恒溫水浴鍋(山東鄄城科源儀器設備廠)．

1．3 楊梅渣的獲取

將新鮮東魁楊梅去核，經榨汁機榨汁后獲得楊梅渣，其含水率為80%．

1．4 楊梅渣紅色素的超聲提取

1．4．1 楊梅渣提取液最大吸收波長的確定

本實驗以楊梅渣提取液在最大吸收波長處的吸光度值表示待測液中色素的含量，從而確定楊梅渣紅色素超聲波提取的最佳工藝條件．

楊梅渣提取液最大吸收波長的測定方法:取上述楊梅渣0．5 g置于試管中，加入pH=2的HCl水溶液5 mL，室溫下超聲浸提，離心(12 000 r/min)5 min，上清液稀釋5倍．以HCl水溶液作為參比溶液，利用Ultrospec 4000紫外可見分光光度計在400～800 nm波長下進行掃描，確定其最大吸收波長為509．5 nm．

1．4．2 單因素實驗

以下單因素實驗中每處理均設置3個重復．

1)料液比

取楊梅渣0．5 g于6支試管中，各加入3，4，5，6，7，8 mL pH=2 的 HCl水溶液，在超聲波功率為400 W、溫度為30℃、提取時間為10 min的條件下超聲提取1次，提取液定容至8 mL，離心(12 000 r/min)5 min，取上清液稀釋5倍，測定上清液的吸光度．

2)pH

取楊梅渣0．5 g于6支試管中，各加入6 mL pH 為1，2，3，4，5，6 的 HCl水溶液，在超聲波功率為400 W、溫度為30℃、提取時間為10 min的條件下超聲提取1次，離心(12 000 r/min)5 min，取上清液稀釋5倍，調pH=2后測定上清液的吸光度．

3)超聲波功率

取楊梅渣0．5 g于5支試管中，各加入6 mL pH=2的HCl水溶液，分別在超聲波功率為100，200，300，400，500 W 及溫度為30 ℃、提取時間為10 min的條件下超聲提取1次，離心(12 000 r/min)5 min，取上清液稀釋5倍，測定上清液的吸光度．

4)提取時間

取楊梅渣0．5 g于5支試管中，各加入6 mL pH=2的HCl水溶液，在超聲波功率為400 W、溫度為30 ℃ 及提取時間分別為 10，20，30，40，50 min的條件下超聲提取1次，離心(12 000 r/min)5 min，取上清液稀釋5倍，測定上清液的吸光度．

1．4．3 正交實驗

選取料液比、pH、超聲波功率、提取時間4種因素，分別設定3個水平，按L9(34)設計正交實驗，對超聲波提取楊梅渣紅色素的工藝參數進行優化．各因素與水平見表1．

表1 正交實驗因素與水平表

1．5 楊梅渣紅色素的精制

采用文獻［11］的方法，用大孔樹脂對楊梅渣提取粗色素進行純化，得到精制楊梅渣紅色素．

1．6 楊梅渣紅色素標準工作曲線的繪制

用95%乙醇溶液分別配制0．2～1．0 mg/mL精制楊梅渣紅色素溶液，于509．5 nm波長處測定吸光度值．以楊梅渣紅色素的質量濃度為橫坐標、吸光度值為縱坐標，繪制標準工作曲線．

1．7 楊梅渣紅色素的微膠囊化

選用阿拉伯膠和麥芽糊精為壁材、蔗糖脂肪酸酯和吐溫-80為乳化劑、普魯蘭多糖為粘稠劑，按照一定的配比加入到10 mL楊梅渣紅色素溶液(10 mg/mL)中，搖床搖動(120 r/min)4 h，冷凍干燥24 h，即得微膠囊化楊梅渣紅色素．微膠囊化效果用包埋率評定［8-9］．

1．7．1 壁材阿拉伯膠與麥芽糊精的比例

在芯壁比(芯材與壁材的比例)為1∶10，乳化劑含量為0．6%，普魯蘭多糖含量為1%，阿拉伯膠與麥芽糊精的比例分別為1∶1，1∶2，1∶3和1∶4的條件下，對楊梅渣紅色素進行微膠囊化，考察壁材阿拉伯膠與麥芽糊精的比例對包埋率的影響．

1．7．2 乳化劑蔗糖脂肪酸酯與吐溫-80的比例

在壁材阿拉伯膠與麥芽糊精的比例為1∶3，芯壁比為1∶10，普魯蘭多糖含量為1%，乳化劑含量為0．6%，其中蔗糖脂肪酸酯與吐溫-80的比例分別為1 ∶0，0 ∶1，1 ∶1，2 ∶1和1 ∶2的條件下，對楊梅渣紅色素進行微膠囊化，考察乳化劑中蔗糖脂肪酸酯與吐溫-80的比例對包埋率的影響．

1．7．3 芯材與壁材的比例

在壁材阿拉伯膠與麥芽糊精比例為1∶3，蔗糖脂肪酸酯含量為0．6%，普魯蘭多糖含量為1%，芯壁比為 1 ∶6，1 ∶10，1 ∶14，1 ∶16 和1∶18的條件下，對楊梅渣紅色素進行微膠囊化，考察芯壁比對包埋率的影響．

1．7．4 普魯蘭多糖的含量

在壁材阿拉伯膠與麥芽糊精比例為1∶3，蔗糖脂肪酸酯含量為0．6%，芯壁比1∶10，普魯蘭多糖含量分別為 0%，0．5%，1．0%，1．5% 和2．0%的條件下，對楊梅渣紅色素進行微膠囊化，考察粘稠劑普魯蘭多糖含量對包埋率的影響．

1．8 微膠囊化楊梅渣紅色素的穩定性

配制相同濃度的微膠囊化楊梅渣紅色素與未微膠囊化楊梅渣紅色素水溶液各10 mL，分別在不同溫度(60，70，80，90，100 ℃)、不同 pH(1，2，3，4，5)條件下考察兩者的耐熱性、耐酸性;同時置于陽光下照射，每天光照8 h，每隔一定天數后測定兩者的吸光度，7 d后對比分析吸光度的變化，考察兩者的耐光性．

2 結果與分析

2．1 楊梅渣紅色素超聲提取工藝參數確定

2．1．1 單因素實驗結果

1)料液比

不同料液比對楊梅渣紅色素提取液吸光度的影響如圖1所示．結果表明，隨提取液體積的增加，楊梅渣紅色素提取液的吸光度值逐漸增大，當料液比為1∶12時，其吸光度達到最大值，之后呈下降的趨勢．因此，選用料液比為1∶12較好．

2)pH

圖1 料液比對楊梅渣紅色素提取的影響

圖2 提取液pH對楊梅渣紅色素提取的影響

3)超聲波功率

超聲波功率對楊梅渣紅色素提取效果的影響如圖3所示．結果表明，在實驗選定的超聲功率范圍內，隨著超聲波功率的增大，楊梅渣紅色素提取液的吸光度逐漸增大，但超聲功率增加到400 W后，提取液的吸光度增加緩慢，超聲功率為400 W時提取液的吸光度與500 W時的相當．

圖3 超聲波功率對楊梅渣紅色素提取的影響

4)提取時間

不同提取時間對楊梅渣紅色素提取效果的影響如圖4所示．結果表明，隨著超聲提取時間的延長，楊梅渣紅色素提取液的吸光度逐漸增大，至40 min后，提取液的吸光度下降，原因可能是提取時間過長導致紅色素穩定性下降而降解．因此，超聲提取時間選為40 min較好．

圖4 提取時間對楊梅渣紅色素提取的影響

2．1．2 正交實驗結果

表2 正交實驗結果與分析

由表2中極差R的數據可知，各因素對楊梅渣紅色素提取效果的影響大小依次是料液比、pH、提取時間、超聲波功率．綜合分析正交實驗結果并考慮成本因素，確定楊梅渣紅色素提取的最佳工藝條件為A1B2C3D2，即pH值為1，提取時間為40 min，超聲波功率為400 W，料液比為1∶12 g·mL-1．

2．2 楊梅渣紅色素的標準曲線

以楊梅渣紅色素的質量濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標繪制的標準曲線見圖5，回歸方程為

R2=0．992 2．可見，在 0．2 ～1．2 mg·L-1，楊梅渣紅色素的質量濃度與其吸光度之間有良好的線性關系．

圖5 楊梅渣紅色素的標準曲線

2．3 楊梅渣紅色素微膠囊化工藝研究

2．3．1 壁材阿拉伯膠與麥芽糊精的比例

收集該院90例ICU糖尿病酮癥酸中毒患者，數字表法分組，綜合護理干預組男患者23例，女患者22例。年齡范圍 41～68 歲，平均年齡（53.24±2.34）歲。入院尿酮含量為（2.21±0.81）mmol/L.對照組男患者 24 例，女患者21 例。年齡范圍 42～69 歲，平均年齡（53.10±2.71）歲。入院尿酮含量為（2.21±0.82）mmol/L.兩組一般資料差異無統計學意義（P＞0.05）。

圖6 阿拉伯膠與麥芽糊精比例對包埋率的影響

壁材阿拉伯膠中引入麥芽糊精能有效地改善阿拉伯膠壁材的表面性能，能提高產品的玻璃化轉變溫度，從而延長產品的保質期［12］．壁材阿拉伯膠與麥芽糊精的比例對包埋率的影響見圖6．由圖6可知:在實驗設定的范圍內，壁材阿拉伯膠與麥芽糊精的比例為1∶3時，微膠囊化包埋率最高，為97．4%;當阿拉伯膠與麥芽糊精的比例高于或低于該比例時，兩者的協同性較差，微膠囊化包埋率不理想．故壁材阿拉伯膠與麥芽糊精的比例選擇為1∶3．

2．3．2 乳化劑蔗糖脂肪酸酯與吐溫-80的比例

乳化劑蔗糖脂肪酸酯與吐溫-80的比例對包埋率的影響見圖7．由圖7可知，當乳化劑為蔗糖脂肪酸酯，且其含量為0．6%時，乳化效果較好，微膠囊化包埋率最高達99．5%．因此，乳化劑選擇為0．6%蔗糖脂肪酸酯較好．

圖7 乳化劑蔗糖脂肪酸酯含量對包埋率的影響

2．3．3 芯壁比

芯壁比對微膠囊化包埋率的影響見圖8．由圖8可知:在本實驗選定范圍內，當芯壁比例較小時，楊梅渣紅色素不能被充分包埋，包埋率較低;隨壁材比例增加，微膠囊的壁逐漸變厚，包埋率逐漸升高，當芯壁比為1∶14時，包埋率達到最大值95．5%;當壁材比例進一步增加時，其包埋率反而下降，這與文獻［8-9］的實驗結果相似．因此，芯壁比選擇1∶14較好．

2．3．4 粘稠劑普魯蘭多糖的含量

粘稠劑普魯蘭多糖含量對微膠囊化包埋率的影響見圖9．由圖9可知，有普魯蘭多糖的包埋率比沒有普魯蘭多糖的包埋率要大，這可能與粘稠劑的成膜作用有關，但普魯蘭多糖含量為0．5% ～2．0%的包埋率相近．考慮到生產成本問題，選擇普魯蘭多糖含量為0．5%．

圖9 普魯蘭多糖含量對包埋率的影響

2．4 微膠囊化楊梅渣紅色素穩定性實驗

2．4．1 耐熱性

不同溫度對微膠囊化及未微膠囊化楊梅渣紅色素的影響見圖10．由圖10可知:在70℃以下時，溫度的變化對兩者吸光度的改變不大;但隨著溫度的進一步提高，未微膠囊化楊梅渣紅色素的穩定性明顯下降，而微膠囊化楊梅渣紅色素的穩定性幾乎不變;到達100℃時，未微膠囊化楊梅渣紅色素溶液的吸光度值減小率高達38．7%，而微膠囊化楊梅渣紅色素溶液的吸光度值減小率僅為8．6%．由此可知，楊梅渣紅色素經微膠囊化后耐熱性明顯增加．

2．4．2 耐酸性

pH對微膠囊化及未微膠囊化楊梅渣紅色素的影響見圖11．由圖11可知:在本實驗選定的酸性范圍內，溶液pH值由1變至5時，未微膠囊化楊梅渣紅色素溶液的吸光度減少率為61．3%;相同條件下，微膠囊化楊梅渣紅色素溶液的吸光度減少率僅為28．2%．目測溶液顏色的變化:隨著pH值的增大，前者的顏色由紅色變成淡紅再變為褐色;而后者的顏色基本未發生變化．對比可知，楊梅渣紅色素經微膠囊化后耐酸性明顯增加．

圖10 溫度對微膠囊化及未微膠囊化楊梅渣紅色素穩定性的影響

2．4．3 耐光性

不同光照時間對微膠囊化及未微膠化楊梅渣紅色素的影響見圖12．由圖12可知:未微膠囊化楊梅渣紅色素溶液經光照144 h后吸光度減少率達52．5%;而在相同時間內，微膠囊化楊梅渣紅色素溶液的吸光度減少率僅為26．6%．因此，楊梅渣紅色素經微膠囊化后耐光性明顯增強．

3 結論

1)本實驗以酸水為提取溶劑，用單因素實驗和正交實驗設計優化了超聲波提取楊梅渣紅色素

的工藝．實驗結果表明:超聲波提取楊梅渣紅色素的4個因素影響力大小順序為料液比、pH、提取時間、超聲波功率;最佳工藝條件是料液比為1∶12 g·mL-1，提取液 pH=1，提取時間為40 min，超聲波功率為400 W．

2)單因素微膠囊化實驗表明:在壁材阿拉伯膠與麥芽糊精比例為1∶3，乳化劑蔗糖脂肪酸酯含量為0．6%，粘稠劑普魯蘭多糖含量為0．5%，芯壁比為1∶14的情況下，楊梅渣紅色素微膠囊化效果較好．

3)穩定性實驗表明楊梅渣紅色素經微膠囊化后耐熱性、耐酸性和耐光性均顯著提高．

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