‘紅仙蜜’火龍果果皮紅色素的提取工藝研究

袁亞芳等

x摘 要 采用水浴浸提火龍果果皮紅色素，通過單因素和正交試驗(yàn)研究浸提液乙醇濃度、pH值、水提溫度和水提時(shí)間對(duì)火龍果果皮紅色素提取效果的影響。結(jié)果表明，影響火龍果果皮紅色素提取的主要因素及次序?yàn)椋航釡囟取⑻崛∫簼舛取H值、浸提時(shí)間。試驗(yàn)范圍內(nèi)，火龍果果皮紅色素最佳提取工藝條件為：浸提溫度30 ℃、浸提時(shí)間45 min、pH值為6.5和乙醇濃度40%。

關(guān)鍵詞 火龍果；色素；提取

中圖分類號(hào) S667.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Extraction of Peel Pigments of Hylocereus

undatus‘Hong Xian Mi

YUAN Yafang1， ZHAO Zhenzhen2， WANG Wei2， CHEN Qingxi2 *

1 Fujian Vocational College of Agriculture， Fuzhou， Fujian 350119， China

2 Horticultural Department， Fujian Agricultural and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China

Abstract Pitaya pigment is a natural pigment with healthy function. In this paper， pitaya peel powder was pretreated by water extraction. The results of single-factor and orthogonal experiments showed that the degree of the factors which significantly influenced the yield of pitaya pigment was in order of extraction temperature， extraction solvent concentration， pH， extraction time. The optimal parameters for this method were as follows：powder was extracted by ultrasonic density of 40% at 30 ℃ for 45 min.

Key words Hylocereus undatus‘Hong Xian Mi； Pigment； Extraction

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.01.028

火龍果（Hylocereus undatus）為仙人掌科（Cactaceae）植物，又名仙蜜果、紅龍果等。火龍果集豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、藥用價(jià)值和保健功能于一身，對(duì)人體健康具有良好的作用[1-5]。

火龍果色素是天然的植物源染色劑，成分穩(wěn)定且色域范圍廣闊[6-7]。實(shí)際中，火龍果果皮常被丟棄，造成環(huán)境污染，從果皮中可以提取天然紅色素，實(shí)現(xiàn)火龍果的綜合利用，對(duì)生產(chǎn)上有重要的意義[8-9]。我國(guó)對(duì)火龍果色素提取的研究有一些不同的報(bào)道。這些報(bào)道中，所用材料多直接采用鮮果皮研磨成漿，由于鮮果皮保鮮期限短，這給火龍果色素提取的生產(chǎn)應(yīng)用造成了較大的困難；有些研究者提出的提取最優(yōu)工藝中的提取液如丙酮成本過高，也不利于生產(chǎn)加工。

本研究采用經(jīng)冷凍干燥機(jī)凍干的粉末進(jìn)行提取工藝的優(yōu)化，可以延長(zhǎng)加工生產(chǎn)時(shí)間，提取工藝簡(jiǎn)便可行。通過優(yōu)化提取工藝條件，比較提取色素中甜菜苷含量，選出最佳提取條件，不僅增加收入，也可減少環(huán)境污染，提高火龍果的附加值，為火龍果果肉、果皮的綜合開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試材料 本試驗(yàn)采用的火龍果來自漳州龍海市角美鎮(zhèn)國(guó)信星火（漳州）紅龍果開發(fā)有限公司，供試品種為‘紅仙蜜（Hylocereus undatus ‘Hong Xian Mi，紅肉火龍果），九成熟，選擇無畸形、無病蟲害的果實(shí)，以蒸餾水沖洗干凈，去果肉取皮，用真空干燥，干燥果肉用多功能粉碎機(jī)研磨成粉末，過40目篩，于-40 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.1.2 主要試劑 無水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸等均為國(guó)產(chǎn)分析純，蒸餾水為實(shí)驗(yàn)室自制。

1.1.3 主要儀器 紫外可見光光度計(jì)：UV-2900型（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司），電熱恒溫水浴鍋：DK-24型（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），冷凍干燥機(jī)：FDU-1200型（日本EYELA公司），高速萬能粉碎機(jī)（天津市泰斯特儀器有限公司），高速冷凍離心機(jī)：AllegraTM64R Centrifuge型（美國(guó) BECKMAN公司），分析天平：Sartorius BS224S（德國(guó)賽多利斯），電子天平：EL3002型[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]，艾柯超純水系統(tǒng)：AKWL-IV-50（成都康氏康寧科技發(fā)展有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 乙醇濃度的選取 分別稱取火龍果果皮粉末0.1 g，加入pH值為6.5的濃度為10%、20%、30%、40%、50%、60%的無水乙醇提取劑10 mL，浸提溫度為30 ℃下振蕩提取30 min。8 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL，分別加入各提取劑10 mL，于538 nm下測(cè)吸光值。

1.2.2 浸提液pH值對(duì)火龍果果皮色素提取效果的影響 分別稱取火龍果果皮粉末0.1 g，加入pH值為2.2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12的40%的無水乙醇提取劑10 mL，浸提溫度為30 ℃下振蕩提取30 min。8 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL，分別加入各提取劑10 mL，于538 nm下測(cè)吸光值。

1.2.3 浸提溫度對(duì)火龍果果皮提取效果的影響

分別稱取火龍果果皮粉末0.1 g，加入pH值為5.0的40%的無水乙醇提取劑10 mL，放入浸提溫度為20、30、40、50、60、70、80、90、100 ℃下振蕩提取30 min。8 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL，分別加入各提取劑10 mL，于538 nm下測(cè)吸光值。

1.2.4 浸提時(shí)間對(duì)火龍果果皮色素提取效果的影響

分別稱取火龍果果皮粉末0.1 g，加入pH值為5.0的40%的無水乙醇提取劑10 mL，放入浸提溫度30 ℃下振蕩，使提取時(shí)間為30、45、60、70、120 min，8 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL，分別加入各提取劑10 mL，于538 nm下測(cè)吸光值。

1.2.5 料液比對(duì)火龍果果皮色素提取效果的影響

分別稱取火龍果果皮粉末0.1 g，加入pH值為5.0的40%的無水乙醇提取劑8、10、15、20、25 mL，放入浸提溫度30 ℃下振蕩提取60 min。8 000 r/min離心10 min，取上清液5 mL，分別加入各提取劑10 mL，于538 nm下測(cè)吸光值。

1.2.6 正交優(yōu)化篩選 提取火龍果果皮色素的4個(gè)因素間能夠互相影響，在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9（3）4正交表安排試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了4因素3水平的正交試驗(yàn)，確定提取火龍果果皮紅色素的最佳工藝參數(shù)。因素及水平選用如表1，以提取色素液中甜菜苷含量的大小為試驗(yàn)指標(biāo)。通過正交試驗(yàn)優(yōu)化得到浸提法提取火龍果果皮色素的最佳工藝。

以上試驗(yàn)均重復(fù)3次。

1.2.7 摩爾消光系數(shù)法測(cè)定火龍果甜菜苷含量

用分光光度計(jì)測(cè)得紅仙蜜火龍果果皮色素最大吸收波長(zhǎng)下吸光度值，按照以下公式計(jì)算甜菜苷含量（Tacy）（按標(biāo)準(zhǔn)甜菜苷含量計(jì)）[10]。

1.2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel與DPS7.05軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 乙醇濃度的選取

圖1表明，不同濃度的無水乙醇提取劑溶液對(duì)火龍果果皮色素產(chǎn)生不同的影響。當(dāng)濃度小于40%時(shí)，吸光度隨著濃度的升高而增大，紅色素甜菜苷含量上升；當(dāng)濃度大于40%時(shí)，吸光度隨著濃度的升高而減小，提取紅色素甜菜苷含量下降；當(dāng)乙醇濃度為40%時(shí)，有最大值，此時(shí)溶液顏色為紅色。原因主要是火龍果果皮色素為水溶性色素，有機(jī)溶劑濃度過高不利于火龍果果皮色素的提取。這與楊昌鵬等[9]對(duì)火龍果果皮色素的研究報(bào)道結(jié)果相一致。

2.2 浸提液pH值對(duì)火龍果果皮色素提取效果的影響

試驗(yàn)結(jié)果顏色依次為：淡紅-淡紅-淡紅-淡紅-淡紅-粉紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-紫紅-淺黃-淺黃-淺灰黃。

不同的pH值對(duì)火龍果果皮色素的提取吸光值不同。由圖2可見，當(dāng)pH值為5.0時(shí)，提取的火龍果果皮色素中的甜菜苷含量有最大值。此時(shí)色素溶液顏色為紫紅色。pH值在2.2～5.0之間變化時(shí)，隨著pH值的變大，甜菜苷含量逐漸增加。當(dāng)pH值在5.0～12.0之間變化時(shí)，隨著pH值的變大，甜菜苷含量逐漸降低。當(dāng)pH值大于11.0時(shí)，色素的溶液由紅色變成黃色，當(dāng)pH值為12.0時(shí)，色素溶液顏色變成淺灰黃色。原因可能是因?yàn)樯刂械奶鸩思t色素變成了甜菜黃色素。在酸性溶液中，色素提取液顏色為紅色，當(dāng)色素提取液堿性較大時(shí)，顏色為黃色。可能是介質(zhì)中的質(zhì)子參與色素的氧化還原作用產(chǎn)生的。

2.3 浸提液溫度對(duì)火龍果果皮提取效果的影響

溫度對(duì)火龍果色素有較大的影響。從圖3可以看出，浸提溫度30 ℃時(shí)火龍果果皮色素吸光值最大，隨著溫度的升高，甜菜苷含量下降，溶液顏色也逐漸變淺。當(dāng)溫度小于30 ℃時(shí)，隨著溫度的升高，吸光值變大，甜菜苷含量增加；當(dāng)溫度大于30 ℃時(shí)，隨溫度的升高，吸光值變小，甜菜苷含量也相應(yīng)下降；顏色也開始從紅色不斷變淺紅色，當(dāng)溫度在100 ℃時(shí)，甚至無色。溫度的升高，紅色素易降解褐變[12]，影響了紅色素的穩(wěn)定性，火龍果果皮紅色素的耐熱性差。因此，在生產(chǎn)上，選擇30 ℃就可以充分提取出火龍果果皮紅色素。

2.4 浸提時(shí)間對(duì)火龍果果皮色素提取效果的影響

從圖4看出，提取時(shí)間為60 min時(shí)，甜菜苷含量有最大值。認(rèn)為提取時(shí)間為60 min時(shí)基本上能把色素溶出。提取時(shí)間為30 min時(shí)，提取得到的甜菜苷含量較低。可能是因?yàn)榛瘕埞げ牧显?0 min內(nèi)還有部分沒有得到充分的溶解。當(dāng)時(shí)間為90 min時(shí)，并沒有得到更好的提取效果，原因可能是因?yàn)闀r(shí)間過長(zhǎng)，提取溶液中的部分雜質(zhì)的溶出，降低了甜菜苷的含量。考慮到能量消耗等因素，浸提時(shí)間宜選60 min。

2.5 料液比對(duì)火龍果果皮色素提取效果的影響

在浸提溫度為30 ℃，浸提時(shí)間為60 min，提取次數(shù)為1次的條件下，0.1 g果皮粉末分別用pH值為5的40%無水乙醇溶液8、10、15、20、25 mL提取。由圖5可以看出，不同料液比的提取液結(jié)果差異很大，說明料液比是影響提取效果的重要因素。隨著液料比的不斷增大，吸光度值不斷減小，因此，為了節(jié)約物料成本，采用1 ∶ 100（g/mL）的料液比提取較為合適。因?yàn)楫?dāng)料液比較小時(shí)，溶劑不能充分提取果皮凍干粉末中的紅色素；繼續(xù)增加溶劑的用量時(shí)，甜菜苷含量卻逐漸下降，這可能是由于過多的溶劑降低了色素濃度，增加了溶解的雜質(zhì)。因此，在正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中不考慮料液比對(duì)果皮紅色素提取的影響。

2.6 正交優(yōu)化篩選

乙醇濃度、浸提時(shí)間、浸提溫度和pH值這4個(gè)因素會(huì)互相影響，本實(shí)驗(yàn)在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以色素提取液得到的甜菜苷含量大小為試驗(yàn)指標(biāo)，采用L9（3）4正交表安排試驗(yàn)[13]。通過正交試驗(yàn)優(yōu)化得到浸提法提取火龍果果皮色素的最佳工藝。正交因素及水平見表1。正交試驗(yàn)和方差分析結(jié)果見表2、3。

（1）從表2中看到，乙醇濃度、浸提時(shí)間、浸提溫度、pH值這4個(gè)因素對(duì)提取甜菜苷含量都有影響。9組試驗(yàn)中，水平組合為A2B3C1D2的試驗(yàn)提取得到的甜菜苷含量最大，提取火龍果果皮色素的最佳工藝，即乙醇濃度40%，浸提時(shí)間75 min，浸提溫度30 ℃，pH值為5。

（2）表2的極差值表明乙醇濃度、浸提時(shí)間、浸提溫度、pH值這4個(gè)因素對(duì)提取甜菜苷含量的影響程度不同。4個(gè)單因素對(duì)提取效果的影響順序?yàn)椋航釡囟?提取劑濃度>pH值>浸提時(shí)間，由此可知，浸提溫度是浸提法提取火龍果果皮色素工藝的關(guān)鍵控制因素。

（3）通過用DPS 7.05數(shù)據(jù)處理正交試驗(yàn)結(jié)果，得優(yōu)化水平為A3B1C1D2，即是乙醇濃度40%，浸提時(shí)間45 min，浸提溫度30 ℃，pH值為6.5，將優(yōu)化條件與正交6試驗(yàn)比較，試驗(yàn)結(jié)果如表3，與正交試驗(yàn)的結(jié)果相比，優(yōu)化條件下的提取工藝所得產(chǎn)物的吸光值更大，但是差異不顯著（p>0.05），鑒于節(jié)約提取時(shí)間等因素的考慮，選擇A3B1C1D2作為提取火龍果果皮紅色素最佳提取工藝，即浸提溫度為30 ℃、浸提時(shí)間45 min、提取劑乙醇濃度40%、pH值為6.5。

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，采用濃度為40%的乙醇作為提取劑，紅色素溶液顏色最亮麗，吸光值最大。采用乙醇作為提取劑，成本低，還可以實(shí)現(xiàn)回收再利用，降低生產(chǎn)成本。回收濃縮時(shí)需要的溫度容易調(diào)節(jié)且不會(huì)過高，使色素結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，利于色素的純化。因此選用乙醇作為提取‘紅仙蜜火龍果果皮紅色素的提取劑，生產(chǎn)中操作簡(jiǎn)便，實(shí)際可行。

酸性條件下有利于果皮色素的提取；堿性條件下，隨著pH值的增大，色素顏色由紫紅色逐漸變成淺黃，甚至淺灰黃，吸光值降低，甜菜苷提取率越低。

在溫度為30 ℃時(shí)，吸光值最大。當(dāng)溫度超過30 ℃，隨著溫度的升高，吸光值下降。說明紅仙蜜果皮色素不耐高溫，不耐熱，熱穩(wěn)定性差。在實(shí)際生產(chǎn)中，采用室溫提取色素即可，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。

通過火龍果果皮紅色素多因素正交試驗(yàn)，最佳提取工藝為浸提溫度30 ℃、浸提時(shí)間45 min、pH為6.5和乙醇濃度40%。浸提溫度是浸提法提取火龍果果皮色素的關(guān)鍵控制因素。最佳提取溫度略低于舒娜等[14]對(duì)白龍果果皮色素（40 ℃）和王新廣等[15]對(duì)火龍果果皮色素的提取（50 ℃），pH值略高于舒娜等[14]的研究結(jié)果（pH5.0）。

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責(zé)任編輯：沈德發(fā)