超聲波-微波協同輔助提取橘皮色素的研究

劉兆芳，張彧，徐楊，田琳，孔繁東，*

（1.大連工業大學食品學院，遼寧大連 116034；2.遼寧進出口商品檢驗檢疫局食品檢驗中心，遼寧大連 116001）

柑橘是世界第一大水果，世界有135個國家生產柑橘，年產量占水果總產量的22%左右[1]。柑橘果皮占整果重的20%，中國每年產出柑橘皮約達300萬t[2]。柑橘皮作為一種可再利用的生物資源，在中國除少數被作為藥物使用外，大部分未得到充分利用而被廢棄，造成很大的浪費，同時給環境造成了巨大的負擔。

柑橘皮中主要的功能性成分包括香精油、橘皮色素、果膠、膳食纖維、黃酮類化合物以及類檸檬苦素等[3-4]。成熟的柑橘皮主要賦色物質是類胡蘿卜素，另外還有含量較少的黃酮類色素及花色苷[5]。橘皮色素不僅是天然的著色劑，而且還是食品的營養強化劑。可作為提高食品、飲料營養與保健作用的添加劑[6]。橘皮色素的提取大多為單獨的有機溶劑萃取或單一的運用微波或單一運用超聲波輔助提取。本文旨在研究微波和超聲波協同輔助提取橘皮色素的工藝。為廢棄橘皮的綜合利用提供有價值的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

柑橘皮：源于本科學生食品工藝實驗——橘子罐頭加工產生的橘皮廢棄物，用清水洗凈，晾干后，用粉碎機將其粉碎備用。

無水乙醇、氫氧化鈉、苯甲酸鈉、鹽酸、氯化鈉、氯化鐵、醋酸鉛、無水亞硫酸鈉等均為國產分析純。

1.2 儀器

NJL07-5試驗用超聲-微波反應器：南京杰全微波設備有限公司；DFT-200手提式高速中藥粉碎機：溫嶺市林大機械有限公司；UV755B紫外可見光分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；SC-3610低速離心機：科大創新股份有限公司中佳分公司。

1.3 方法

1.3.1 橘皮色素的提取

準確稱取橘皮粉5.00 g置于燒杯中，再取一定量的乙醇，使兩者混合。設定超聲功率和超聲時間，進行超聲波輔助浸提。超聲波輔助浸提后，設定微波時間和微波功率，進行微波輔助浸提。浸提液于4 000 r/min條件下進行離心，時間為12 min。離心后取上層清液，稀釋到適宜濃度后，在330 nm[7]處測量其吸光度值。

1.3.2 單因素試驗

選擇料液比、超聲時間、超聲功率、微波時間、微波功率為考察因素。以其中一個為變量，固定其他因素，考察不同因素對橘皮色素得率的影響。

1.3.3 正交試驗

單因素試驗的基礎上，以超聲時間、超聲功率、微波時間、微波功率，進行L9（34）正交試驗，以優化橘皮色素的最佳提取條件。

表1 正交試驗因素水平表Table1 The levels of orthogonal test

2 結果與討論

2.1 選擇最佳料液比

料液比對色素提取的影響，見圖1。

圖1 料液比對色素提取的影響Fig.1 Effect of material ratio and solvent on extraction of pigment

采用不同的原料量、乙醇之比提取色素，開始時隨乙醇用量的增加，柑橘皮色素濃度明顯增大，從圖1可知，在料液比為1∶9（g/mL）之前，提取所得的橘皮色素濃度明顯呈直線性增加，在料液比為1∶11（g/mL）時，雖然濃度也有所增加，但增加幅度明顯減小。據實驗結果考慮到原料和乙醇的利用率，選擇1∶9（g/mL）的料液比較為合適。

2.2 選擇最佳超聲時間

采用不同的超聲時間提取橘皮色素，見圖2。

由圖2可見，隨著超聲時間的增大開始時提取所得的色素吸光度曲線明顯呈上升趨勢，當超聲時間為20 min時，色素吸光度曲線達到最高點，再增加超聲時間曲線不再上升，反而吸光度曲線有下降趨勢。因此，最佳超聲時間應選為20 min。

圖2 超聲時間對色素提取的影響Fig.2 Effect of ultrasonic time on extraction of pigment

2.3 選擇最佳超聲功率

超聲功率對色素提取的影響，見圖3。

圖3 超聲功率對色素提取的影響Fig.3 Effect of ultrasonic power on extraction of pigment

由圖3可見，隨著超聲功率的增加，所得色素吸光度也隨之增長，當超聲功率達到300 W時，色素吸光度曲線到達最高點。超聲功率大于300 W后，再繼續增加功率，所得色素吸光度曲線明顯下降。因此，300 W為最佳提取功率。

2.4 選擇最佳微波時間

微波時間對色素提取的影響，見圖4。

圖4 微波時間對色素提取的影響Fig.4 Effect of microwave time on extraction of pigment

由圖4可見，隨著微波時間的增長，所得色素吸光度也隨之增長，當時間為3 min時，色素吸光度曲線達到最高峰，繼續延長微波時間曲線呈明顯的下降趨勢，所得色素濃度下降。產生下降趨勢的原因為，微波時間延長，溫度升高，浸提液乙醇的回流和高溫都會對色素的提取造成影響。而且高溫所帶來的影響比延長時間對提取的影響要大得多。因此，最佳微波時間應選為3 min。

2.5 選擇最佳微波功率

微波功率對色素提取的影響，見圖5。

圖5 微波功率對色素提取的影響Fig.5 Effect of microwave power on extraction of pigment

由圖5可見，隨著微波功率的增長，所得色素吸光度也隨之增長，當功率為200 W時，色素吸光度曲線達到最高峰，繼續延長微波時間曲線呈明顯的下降趨勢，所得色素濃度下降。產生下降趨勢的原因為，微波功率增加，溫度升高速度加快，迅速達到高溫，高溫所帶來的影響比微波功率增大對提取的影響要大得多。因此，最佳微波時間應選為200 W。

2.6 正交試驗確定最佳工藝

正交試驗結果表，見表2。

試驗結果表明，4個影響因素中，以微波時間對色素的提取效果影響最大，各因素對提取效果的影響大小順序為微波時間＞超聲功率＞微波功率＞超聲時間。最優提取工藝條件為：A3B2C3D3即超聲時間為25 min，超聲功率為300 W，微波時間為5 min，微波功率為250 W。在此條件下，20 g干橘皮粉可以制得色素5.317 g，即產率為26.6%。

3 結論

通過超聲波－微波協同輔助提取橘皮色素，優化工藝條件，最佳條件是：橘皮和乙醇的料液比為1∶9（g/mL），超聲時間為 25 min，超聲功率為 300 W，微波時間為5 min，微波功率為250 W。為橘皮色素的研究開發提供了理論參考。色素的組成成分及結構、功能特性等還有待進一步研究。

表2 正交試驗結果表Table 2 The results of orthogonal test

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[1]劉蕤,何秋星.柑橘果皮的深加工與綜合利用[J].韶關學院學報:自然科學版,2002,23(6):79－83

[2]李建敏.桔皮色素、果膠和橙皮苷的連續提取及精制的研究[D].南昌:南昌大學,2007

[3]關海寧,刁小琴,張潤光.柑橘皮功能性成分研究現狀及發展前景[J].食品研究與開發2008,29(9):169－173

[4]劉晶晶,徐培娟.柑橘皮中有效成分提取的工藝優化研究[J].食品研究與開發,2008,29(7):84－86

[5]王清濱,陳國良.食品著色劑及其分析方法[M].北京:化學工業出版社,2004:64

[6]Bendich A.Beta－carotene and the immune response[J].Proceedings of the nutrition society,1991(50):263－274

[7]耿敬章,白雪.超聲波輔助提取橘皮色素的工藝優化[J].農產食品科技2010,4(2):33－36