番木瓜黃色素的初步定性和提取工藝優(yōu)化

張 雨，楊士花，李永強(qiáng)，高連晉，趙存朝

(1云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，昆明 650201;2 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)外語(yǔ)學(xué)院，昆明 650201)

番木瓜黃色素是一種主要的類胡蘿卜素，具有抗氧化和清除自由基等功能，能防治白內(nèi)障及保護(hù)因年齡增加帶來(lái)的黃褐部變性。

番木瓜(Carica papay)是番木瓜科番木瓜屬多年生肉質(zhì)草本植物［1］，在我國(guó)主要分布于廣東、廣西、云南、海南、福建、臺(tái)灣等地。番木瓜營(yíng)養(yǎng)豐富，含有糖類、蛋白質(zhì)、脂類、多種維生素和類胡蘿卜素，國(guó)外有文獻(xiàn)報(bào)道其種類達(dá)32 種之余。目前關(guān)于番木瓜中黃色素的定性和提取工藝優(yōu)化的研究鮮有報(bào)道，本研究以番木瓜為原料，通過對(duì)不同溶劑下的提取效果、不同pH值色素顏色的變化以及色素的最大吸光波長(zhǎng)的研究，初步定性番木瓜黃色素;在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化番木瓜黃色素的提取條件，為番木瓜的綜合利用提供了科學(xué)依據(jù)，對(duì)深度開發(fā)番木瓜具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)材料 本試驗(yàn)所用番木瓜均于2013 年2 月25 日來(lái)自云南農(nóng)業(yè)大學(xué)附近水果店，采購(gòu)后置于4℃冰箱中冷藏備用(為了提高試驗(yàn)的可比度，所有的樣品均為同一品種。)

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器 UV-1600 型紫外可見分光光度計(jì)(日本島津儀器有限公司)、BS-210S 電子天平(北京賽多科斯天平有限公司)、恒溫水浴鍋(嘉興市中新醫(yī)療儀器有限公司)。

1.1.3 試驗(yàn)試劑 甲醇、無(wú)水乙醇、石油醚、乙酸，均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 最佳提取溶劑的確定 準(zhǔn)確稱取2g 樣品，置于研缽中，在樣品中分別加入蒸餾水、石油醚、無(wú)水乙醇、甲醇、乙酸各10mL 置于室溫浸提30 min，研磨、過濾，定容于50mL 容量瓶中，適當(dāng)稀釋后，用紫外—可見分光光度計(jì)測(cè)定吸光度，確定最佳提取溶劑。

1.2.2 最大吸收波長(zhǎng)的確定 準(zhǔn)確稱取2g 樣品，置于研缽中，用無(wú)水乙醇在室溫暗處浸提40min。研磨、過濾后，定容于50mL 容量瓶中，在350～530nm 范圍內(nèi)測(cè)定吸光度，確定最大吸收波長(zhǎng)。

1.2.3 pH 值對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 以最佳提取劑提取色素溶液，用PHS 酸度計(jì)調(diào)pH 值，觀察色素溶液的顏色變化。

1.2.4 各因素對(duì)色素提取率的影響 準(zhǔn)確稱取樣品，分別在在各個(gè)影響因素下按相應(yīng)提取條件進(jìn)行試驗(yàn)，過濾之后定容于50mL 容量瓶中，在最大吸收波長(zhǎng)下測(cè)定色素溶液的吸光度，確定最佳液料比。

1.2.5 二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以最佳液料比、最佳提取時(shí)間、最佳提取溫度為零水平，在合理范圍內(nèi)設(shè)定上下限，利用DPS 軟件進(jìn)行三因素二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定番木瓜色素的最佳提取方案。

2 結(jié)果與分析

2.1 番木瓜黃色素的初步定性

2.1.1 最佳提取溶劑的確定

試驗(yàn)得出，番木瓜色素不溶于蒸餾水，但易溶于無(wú)水乙醇、甲醇、石油醚，并且在無(wú)水乙醇中吸光值最大，可以確定該色素為脂溶性色素，由于石油醚易揮發(fā)，故選取無(wú)水乙醇為最佳提取溶劑。

2.1.2 最大吸收波長(zhǎng)的確定

測(cè)定番木瓜色素在無(wú)水乙醇中不同波長(zhǎng)下的吸光度。由圖1 可知，該黃色素在波長(zhǎng)446nm 處有著最大吸收峰。文獻(xiàn)表明，黃色的類胡蘿卜素最大吸收波長(zhǎng)為450nm［2］，說(shuō)明該黃色素可能為類胡蘿卜色素。

圖1 番木瓜色素的吸收曲線

2.1.3 pH 值對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

觀察以無(wú)水乙醇作為浸提劑的番木瓜色素浸提液的顏色為深黃色，進(jìn)一步調(diào)節(jié)溶液pH，觀察溶液顏色變化。

本次試驗(yàn)主要研究不同pH 值條件下番木瓜色素的不同顏色，進(jìn)一步對(duì)番木瓜色素進(jìn)行分析。結(jié)果表明，在酸性條件下該黃色素具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，且顏色為深黃，隨著pH 值的升高色素顏色變化不明顯;堿性條件下浸提液為淺黃色(表1)。

表1 pH 值對(duì)番木瓜色素顏色的影響

由2.1.1、2.1.2 和2.1.3 的試驗(yàn)結(jié)果可以判斷，番木瓜黃色素初步定性為脂溶性的類胡蘿卜素，在不同的pH 條件下穩(wěn)定性較好。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 最佳液料比的確定

液料比值越大，番木瓜色素溶液的吸光度越高，當(dāng)液料比值大于10 后，溶液的吸光度增加開始不太明顯，從減少溶劑用量和濃縮耗能方面考慮，所以選擇的最佳液料比值為10∶1 (圖2)。

2.2.2 最佳提取時(shí)間的確定

番木瓜色素用無(wú)水乙醇提取不同時(shí)間后，測(cè)得吸光度隨時(shí)間變化曲線。

由圖3 可知，提取時(shí)間越長(zhǎng)，番木瓜色素溶液的吸光度越高，提取率越高，在60 min 達(dá)到最高，之后便呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，可能是提取時(shí)間的過長(zhǎng)，黃色素在氧氣和光存在下不穩(wěn)定所導(dǎo)致的，所以選擇的最佳提取時(shí)間為60 min。

圖2 液料比值吸光值的影響

圖3 提取時(shí)間對(duì)吸光值的影響

2.2.3 最佳浸提次數(shù)的確定

提取次數(shù)越多，番木瓜色素溶液的吸光度越大，說(shuō)明提取效率在增加，但是提取2 次后吸光度開始變化不大，說(shuō)明提取效率也變化不大，從提取效率和回收成本方面考慮，所以選擇的最佳提取次數(shù)為2 次(圖4)。

圖4 浸提次數(shù)對(duì)吸光值的影響

2.2.4 最佳提取溫度的確定

番木瓜色素用無(wú)水乙醇提取時(shí)，測(cè)得吸光度隨溫度變化曲線如圖5。

圖5 提取溫度對(duì)吸光值的影響

由圖5 可知，溫度越高，番木瓜色素溶液的吸光度先上升，該色素的提取率也呈增加趨勢(shì);在50℃時(shí)達(dá)到最高后，隨溫度的升高，吸光度開始緩慢降低，色素的提取率也逐漸降低。可能是黃色素在高溫條件下不穩(wěn)定，導(dǎo)致色素分解，從而降低了提取率，所以選擇的最佳提取溫度值為50℃。

2.3 二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)［3-5］

以單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)確定的最佳水平為提取時(shí)間60min、提取溫度50℃、液料比10∶1 (mL/g)進(jìn)行三因素五水平二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)果如表2。

表2 因素水平

2.4 數(shù)學(xué)模型的建立與分析［5-7］

二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

表3 二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果

將上述數(shù)據(jù)用DPS 軟件分析得到二次回歸模型如(1)式:

由表4 可知，該二次回歸方程的失擬檢驗(yàn)F1=3.563 6 ＜F0.05(5，5)=5.05，說(shuō)明差異不顯著，擬合檢驗(yàn)F2=7.547 4 ＞F0.01(9，10)=4.94，達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明該方程能夠反映番木瓜黃色素提取率與提取溫度、提取時(shí)間、液料比之間的關(guān)系，與實(shí)際情況擬合較好。此時(shí)各因素取值為:X1=1、X2=0、X3=－1.682，即提取溫度為56.82℃、液料比為10∶1、提取時(shí)間為36.36min。

表4 試驗(yàn)結(jié)果方差分析

利用DPS 數(shù)據(jù)分析軟件，以試驗(yàn)結(jié)果的均值0.29為臨界值，獲得大于臨界值的方案45 個(gè)，各變量取值的頻率分布見表5。由表5 可將優(yōu)化方案定為:液料比為15∶1、提取溫度為50℃、提取時(shí)間為60min。對(duì)此方案進(jìn)行驗(yàn)證得到黃色素吸光度為0.358，比較接近優(yōu)化方案的理論值0.36，說(shuō)明該方案比較可靠。

表5 優(yōu)化提取方案中Xi取值頻率分布

3 結(jié)論

3.1 番木瓜色素的初步定性

番木瓜中提取到的色素是一種脂溶性色素，用無(wú)水乙醇提取效果較佳，446nm 處有最大吸收波長(zhǎng)，在不同pH 下穩(wěn)定性較好，初步定性為脂溶性的類胡蘿卜素。

3.2 番木瓜色素的最佳提取條件

(1)采用二次通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，建立影響番木瓜黃色素提取率(Y)的提取溫度(X1)、液料比(X2)、提取時(shí)間 (X3)的條件優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為(2)式:

(2)番木瓜黃色素確定最佳提取條件為:液料比為15∶1、提取溫度為50℃、提取時(shí)間為60min。

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