茄子皮紅色素浸提工藝及穩定性研究

田喜強，董艷萍，馬松艷

（綏化學院 食品與制藥工程系，黑龍江 綏化 152061）

普遍使用的合成食用色素多是焦油類物質，一般含有苯環、萘環等芳香環，對人體器官都有不同程度的危害，一些能誘發染色體變異，甚至可以致癌。合成色素安全性的不斷降低，致使合成色素的使用程度受到限制，尤其是在食品、醫藥和化妝品行業[1-4]。對比而言，天然色素色澤自然，安全可靠，同時兼有營養和藥理作用，因而在食品工業中得到越來越廣泛的應用[5-8]。近年來，我國對天然色素提取進行了較深入的探索，取得了一些可喜的成果。目前，已開發成功的天然色素有葡萄紅色素、蘿卜色素、紫玉米色素、紫甘藍色素以及紫薯花青素等[9-14]。

茄子為一年生草本植物，在我國廣大地區種植，是人們喜愛的蔬菜之一。茄子皮中含有豐富的花青素可作為天然食用色素，茄子皮色素具有很強的抗氧化活性和穩定性，對人體器官無害，可增強人體免疫機能，降低血脂等效果[15-16]，然而茄子皮常常作為食品加工的副產物被丟棄，且對環境產生污染。因此，從茄子皮中提取茄子皮花色素有一定的經濟效益和生態效益，不僅為茄子的綜合利用開辟了一條新途徑，而且可以減少環境污染，變廢為寶。本研究在超聲波輔助條件下，考察了茄子皮紅色素的浸提工藝，通過正交試驗對提取工藝進行優化，對茄子皮色素的穩定性進行了研究，為茄子皮紅色素的進一步應用提供了理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

茄子（市售），去皮，烘干，粉碎過80目篩。

乙酸、乙醇、乙酸乙酯、氯仿（分析純）：天津市科迪化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

TU-1901紫外可見分光光度計：北京普析通用公司；KQ300VDE雙頻超聲清洗儀：昆山超聲儀器公司；G-903 MB數顯鼓風干燥箱：天津市泰斯特儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 茄子皮紅色素最大吸收波長的測定

取一定量茄子皮色素提取液用體積分數8%的乙酸溶液稀釋至適當濃度，采用TU-1901紫外可見分光光度計測定茄子皮紅色素的吸收光譜，確定其最大吸收波長。

1.3.2 茄子皮色素浸提條件的選擇

最佳提取溶劑的選擇：準確稱取5份5.00g粉碎的茄子皮，分別加入蒸餾水、乙醇、乙酸乙酯、乙酸和氯仿各30mL，室溫條件下浸提50 min，觀察其顏色，過濾，利用TU-1901分光光度計測定其浸提液的吸光度值，確定最佳提取溶劑。

最佳提取液體積分數的確定：準確稱取5份5.00g粉碎的茄子皮，分別加入體積分數2%、4%、6%、8%和10%的乙酸各30mL，室溫條件下浸提50min，過濾，利用TU-1901分光光度計測定其浸提液的吸光度值，確定最佳提取液體積分數。

最佳料液比的確定：準確稱取5份5.00g粉碎的茄子皮，分別加入10mL、20mL、30mL、40mL、50mL和60mL體積分數8%的乙酸，室溫條件下浸提50min，過濾，利用TU-1901分光光度計測定其浸提液的吸光度值，確定最佳料液比。

最佳提取溫度的確定：準確稱取5份5.00g粉碎的茄子皮，各加入體積分數8%的乙酸50mL，調節溫度為40℃、50℃、60℃、70℃、80℃浸提50min，觀察其顏色，過濾，利用TU-1901分光光度計測定其浸提液的吸光度值，確定最佳提取溫度。

最佳提取時間的確定：準確稱取5份5.00g粉碎的茄子皮，各加入50mL體積分數8%的乙酸，室溫條件下分別浸提20min、30min、40min、50min、60min和70min，觀察其顏色變化，過濾，利用TU-1901分光光度計測定其浸提液的吸光度值，確定最佳提取時間。

1.3.3 茄子皮紅色素提取條件的優化

在上述各試驗條件中選取時間、酸濃度、料液比和溫度這4個影響較大的因素對茄子皮紅色素的提取條件進行優化，并對其進行4因素3水平的正交試驗，尋找最佳的色素提取條件，試驗設計由表1所示。

表1 茄子皮紅色素提取條件優化正交試驗因素水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for eggplant peel red pigment extraction conditions optimization

1.3.4 茄子皮色素的穩定性試驗

金屬離子對茄子皮紅色素穩定性的影響：取10支具塞試管，分別加適量的色素提取液，然后向試管中各加入6mL 0.2mol/L的含有Mg2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Ca2+的溶液，室溫條件下分別放置1h和6h后，波長528nm處測定其吸光度值。

溫度對茄子皮紅色素穩定性的影響：將適量的色素提取液，稀釋20倍，放入具塞試管中，分別在40℃、50℃、60℃、70℃和80℃的條件下放置50min后，利用TU-1901紫外分光光度計在波長528nm處測定吸光度值。

光照對茄子皮紅色素穩定性的影響：稱取適量色素提取液5份，用蒸餾水定容至10mL，放在日光直射區，在0、2h、4h、6h、8h、12h后，利用TU-1901紫外分光光度計在波長528nm處測定其吸光度值。

2 結果與分析

2.1 茄子皮色素最大吸收波長的確定

取一定量茄子皮色素提取液用8%乙酸溶液稀釋至適當濃度，使用紫外分光光度計在波長400～650nm范圍內進行掃描，確定茄子皮紅色素提取液的最大吸收波長。平行3次掃描，結果如圖1所示。由圖1可知，花青素提取液最大吸收波長為528nm。

圖1 茄子皮紅色素的紫外掃描圖Fig.1 UV scan of eggplant peel red pigment

2.2 提取溶劑的選擇

由表2可知，茄子皮色素既能溶于有機溶劑，又能溶于非極性有機溶劑，但溶于乙酸時吸光度值最大，顏色最深。因此，選擇乙酸作為提取茄子皮色素的提取溶劑。

表2 茄子皮在不同提取溶劑的提取效果Table 2 Extraction effect of eggplant peel in different extraction solvents

2.3 提取溶劑體積分數的選擇

由表3可知，利用體積分數8%乙酸提取的茄子皮色素吸光度值最大，且顏色最深。因此，選擇體積分數8%乙酸作為提取茄子皮色素的提取劑。

表3 茄子皮在不同濃度乙酸的提取效果Table 3 Extraction effect of eggplant peel in different concentrations of acetic acid

2.4 料液比的影響

圖2為料液比對茄子皮紅色素提取的影響，以8%乙酸溶液為提取液，在400W超聲輔助下，采用不同料液比對茄子皮紅色素提取，利用紫外光度計在波長528nm處測定其吸光度值。圖2表明，料液比在1∶2～1∶8的區間內吸光度值隨料液比的增大而升高，在料液比為1∶8時達到最大值，當料液比大于1∶8時吸光度值下降，因此最適提取料液比為1∶8。

圖2 料液比對茄子皮紅色素提取的影響Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on eggplant peel red pigment extraction yield

2.5 提取溫度的影響

溫度對提取效果的影響如圖3所示。由圖3可知，提取溫度為40～70℃時，溶液的吸光度值隨提取溫度的升高而增加，說明溫度高對茄子皮紅色素提取有利。溫度的升高，提高可溶性物質的溶解速度。當溫度＞70℃時，吸光度值有所下降，且溫度高對能源的消耗較高，高溫可能引起一些不穩定成分變質或分解，所以最適宜提取溫度為70℃。

圖3 提取溫度對茄子皮花青素提取效果的影響Fig.3 Effect of temperature on eggplant peel red pigment extraction yield

2.6 提取時間的影響

圖4 提取時間對茄子皮花青素提取效果的影響Fig.4 Effect of extraction time on eggplant peel red pigment extraction yield

圖4表明不同提取時間對茄子皮紅色素提取效果的影響，在20～50min的提取時間內，隨提取時間增加吸光度值增加，50min紅色素的吸光度值達到最大。提取時間超過50min時，吸光度值變化不大。這是由于紅色素發生水解的速率過大，導致吸光度值下降。所以，50min為最佳提取時間。

2.7 茄子皮紅色素提取條件的優化

將時間、乙酸體積分數、溫度和料液比這4個因素各取3個水平進行正交試驗，結果和分析如表4所示，方差分析見表5。

表4 茄子皮紅色素提取條件優化正交試驗結果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal experiment for eggplant peel red pigment extraction conditions optimization

表5 正交試驗結果方差分析Table 5 Variance analysis of the orthogonal experiment

由表4的正交試驗結果以及表5方差分析綜合考察可以得出，影響茄子皮紅色素的主次因素為D＞C＞B＞A，料液比對茄子皮紅色素的提取影響很大，其次是溫度、乙酸體積分數和時間，從k值可以確定茄子皮紅色素最佳提取條件為料液比1∶8，提取溫度70℃，乙酸體積分數8%，提取時間50min。

2.8 茄子皮紅色素穩定性試驗

2.8.1 金屬離子和飲料對茄子皮紅色素穩定性的影響

由表6可以看出，Ca2+和Cu2+對茄子皮紅色素穩定性影響較大，而Mg2+、Mn2+、Zn2+對茄子皮紅色素穩定性影響較小。說明不宜用硬度大的水和銅制品加工和盛裝茄子皮紅色素的溶液。

表6 金屬離子對茄子皮紅色素穩定性的影響Table 6 Effect of metal irons on eggplant peel red pigment stability

2.8.2 溫度對茄子皮紅色素穩定性的影響

由圖5可知，保存溫度≤70℃，茄子皮紅色素的色素吸光度值變化不大；保存溫度＞70℃，吸光度值有所下降。在80～90℃溫度范圍內，溶液吸光度值下降明顯。因此，茄子皮紅色素的保存溫度和加工溫度不能過高，避免較長時間放置在高溫環境之中。

圖5 溫度對茄子皮紅色素穩定性的影響Fig.5 Effect of temperature on eggplant peel red pigment stability

2.8.3 光照時間對茄子皮紅色素穩定性的影響

由圖6可知，光照時間對茄子皮紅色素的穩定性有一定的影響，固定其他條件，光照時間對茄子皮紅色素的吸光度值影響較明顯，隨光照時間的增加茄子皮紅色素吸光度下降。因此，茄子皮紅色素最佳貯存條件是避光。

圖6 光照對茄子皮紅色素穩定性的影響Fig.6 Effect of sunlight on eggplant peel red pigment stability

3 結論

茄子皮內含有豐富的天然紅色素，其顏色鮮艷，有一定的抗氧化能力，作為一種天然紅色素，兼有營養和保健功效。本試驗采用乙酸溶液提取茄子皮紅色素，在超聲浸提功率為400W時，通過正交試驗得到提取茄子皮紅色素的最佳工藝參數為最佳料液比為1∶8，提取時間50min，提取溫度70℃，體積分數為8%的醋酸溶液。同時，穩定性研究表明，高溫對茄子皮紅色素具有一定的影響，因此，室溫保存即可；Ca2+和Cu2+金屬離子對色素穩定性影響較明顯，說明不宜用硬度大的水和銅制品加工和盛裝茄子皮紅色素的溶液。光照會不同程度的影響茄子皮紅色素的穩定性，避光保存茄子皮紅色素的穩定性最好。茄子皮紅色素可作為食品、飲料、醫藥等行業的天然植物色素廣泛使用，因此具有一定的研究價值。

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