建陽桔柚果皮色素的超聲提取及其穩定性研究

紀 穎，呂 峰，陳華瑜，林瀅穎

（1.福建農林大學 食品科學學院，福建 福州 350002;2.福建林業職業技術學院，福建 南平 353000）

建陽桔柚果皮色素的超聲提取及其穩定性研究

紀 穎1,2，呂 峰1，陳華瑜2，林瀅穎2

（1.福建農林大學 食品科學學院，福建 福州 350002;2.福建林業職業技術學院，福建 南平 353000）

采用超聲工藝提取建陽桔柚果皮色素，通過單因素和正交試驗進行分析，最佳提取條件為：料液比1∶25，超聲時間14min，浸提溫度40℃。研究表明：建陽桔柚果皮色素的熱穩定性差，溫度越高越不利于色素穩定，適宜的溫度是 20～40℃；光照和氧氣都可降低色素的穩定性；Na+、K+、Ca2+對建陽桔柚果皮色素穩定性影響不大，而蔗糖、Mg2+、Fe2+影響色素穩定性，pH在8.0～9.0時，色素較穩定。

建陽桔柚果皮；色素；超聲波提取法；穩定性

食用色素又稱食用著色劑，能使食品著色，從而改善食品色調和色澤，使人賞心悅目，刺激人們的食欲[1]。相關研究指出，許多合成色素可危害人體健康，有不同程度的毒性和致癌性[2]。因此，研究、開發安全無毒的天然色素能更好地促進食品加工業的發展，特別是以天然產物為原料的天然色素提取已經成為當前食品添加劑研究的新方向。

建陽桔柚是從上田溫州蜜柑（母本）和八朔（父本）的雜交品種——甜春桔柚的優良變異單株選育而成的雜柑新品種[3]。近年來，建陽桔柚種植面積的擴大和總產量不斷提高，其作為地理標志證明商標已經成為福建省的特色水果之一。建陽桔柚果皮占果實重的45%左右，果皮中既含有豐富的果膠、黃酮、精油等物質[4]，又含有類胡蘿卜素等天然色素，而且果皮色素色澤鮮艷，著色力強，性能穩定，是一種非常有開發價值的著色劑。但一直以來其果皮大部分被丟棄，造成自然資源的浪費，同時也對環境造成了污染。因此，以建陽桔柚果皮為原料提取色素，不但能改善因果皮浪費帶來的環境污染問題，而且可以帶來良好的經濟和社會效益。

天然色素的提取方法主要有：溶劑萃取法[5]、水浴提取法[6]、酶提取法[7]、超聲波提取法[8-10]、微波提取法[11-12]等。本文采用有機溶劑[13-14]提取果皮中的色素，利用超聲波輔助技術，通過單因素試驗和正交試驗對提取工藝進行優化，并對果皮色素在不同溫度、光照、蔗糖以及常見金屬離子等存在下的穩定性進行了研究，有望為桔柚果皮的綜合開發利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

建陽桔柚購自福建林業職業技術學院林果廠。試劑，95%乙醇，氯仿，環已烷，石油醚，均為分析純。

紫外可見分光光度計 （UV-1800PC-DS2上海美譜達儀器有限公司）；電子天平（CP213，奧豪斯儀器有限公司）；超聲波清洗器（KQ-500E，昆山市超聲儀器有限公司）；水浴鍋（DK-S24上海精宏實驗設備有限公司）；電熱烘箱（DHG-9240AS，寧波東南儀器有限公司）；組織搗碎機（JJ-2，金壇市新航儀器公司）；722分光光度計（上海精密科學儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 建陽桔柚果皮的預處理

將采摘來的建陽桔柚（成熟的）浸泡在蒸餾水中簡單的清洗3～5 min，擦去表面的水分，自然風干。風干后的建陽桔柚快速進行去皮，將果皮切成均勻的細條狀，用組織搗碎機破碎后裝袋備用。

1.2.2 最大吸收波長的選擇

取2.0 g建陽桔柚果皮粉，加入50mL 95%乙醇，在溫度30℃，超聲處理10min進行提取，冷卻后離心過濾，濾液于波長150～550 nm范圍內掃描。

1.2.3 提取溶劑的選擇

以95%乙醇、氯仿、環已烷、石油醚、95%乙醇-氯仿、95%乙醇-石油醚作為提取建陽桔柚果皮色素的試劑。取1.0 g建陽桔柚果皮粉，按1∶25料液比，在溫度30℃，超聲處理10min進行提取，冷卻后離心過濾，最后將濾液定容至50 mL，在不同波長下測定其吸光度。

1.2.4 料液比的選取

各取1.0 g建陽桔柚果皮粉，分別以95%乙醇為提取劑，按 1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40 的料液比（g/mL）進行建陽桔柚果皮色素的提取試驗，在30℃下超聲波處理10 min，冷卻、洗滌濾渣，離心過濾、將濾液定容至50mL后，測其吸光度。

1.2.5 超聲時間的選取

各取1.0 g建陽桔柚果皮粉，按料液比為1∶25的比例加95%乙醇，在30℃下超聲波分別處理4、6、8、10、12、14、16、18min 后冷卻、洗滌濾渣，離心過濾、將濾液定容50mL后，測其吸光度。

1.2.6 浸提溫度的選取

各取1.0 g建陽桔柚果皮粉，按料液比為1∶25的比例添加 95% 乙醇，分別在 20、30、40、50、60 ℃不同的浸提溫度下超聲波處理12 min后冷卻、洗滌濾渣，離心過濾、將濾液定容50mL后，測其吸光度。

1.2.7 正交優化篩選

在單因素試驗基礎上，以料液比（A）、超聲波處理時間（B）、浸提溫度（C）進行 L9（33）正交試驗，見表 1。

表1 正交試驗因素與水平設計Table 1 Orthogonal experiment factor and level design

1.2.8 建陽桔柚果皮色素穩定性研究

色素原液：在最佳提取工藝下制備的色素液。

1.2.8.1 溫度對色素穩定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液50 mL，分別在20、30、40、50、60、70、80 ℃下水浴 30、60、90、120、180 min 后冷卻至室溫，在波長410 nm處測其吸光度。

1.2.8.2 光照對色素穩定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液50mL，分別置于自然光照、暗箱下放置，分別于 1、2、3、4、5 d 測定其吸光度，測定波長410 nm。

1.2.8.3 氧氣對色素穩定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液50 mL，分別通入純氮氣、純氧氣30 min后室溫下放置，分別靜置1、5、10、15、24 h，在波長410 nm處測其吸光度。

1.2.8.4 糖液對色素穩定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液10 mL，分別加入2%、4% 、6% 、8% 、10% 的蔗糖各 10 mL，室溫下放置 2、4、6、8、10 h后，分別測其在波長410 nm處的吸光度。

1.2.8.5 金屬離子對色素穩定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液10 mL，分別加入0.001、0.005、0.010、0.020、0.050 mol/L 的 NaCl、KCl、CaCl2、MgSO4、FeSO4各 2mL，室溫下靜置 1 h 后，分別在波長410 nm處測其吸光度。

1.2.8.6 pH值對色素穩定性的影響

取建陽桔柚果皮色素原液10 mL，分別加入pH 2.0、4.0、6.0、7.0、8.0、9.0 的緩沖液 （檸檬酸-磷酸氫二鈉溶液）各 10mL，室溫下放置 2、4、6、8、10 h 后，分別測其在波長410 nm處的吸光度。

1.3 統計分析

以上各試驗做三份平行樣，取其平均值。所得數據采用Excel作圖，并采用SPSS.20數據分析軟件進行方差分析與差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 確定最大吸收波長

由圖1可知，建陽桔柚果皮色素最大吸收波長為410 nm。

圖1 建陽桔柚果皮色素的吸收光譜Figure 1 The absorption spectrum of pigment from Jianyang Tangelo Peel

2.2 提取溶劑的的優選

表2可知，以95%乙醇作為提取溶劑所得的色素提取液吸光值最大，因此，選擇95%乙醇作為桔柚果皮色素的提取劑。

表2 不同提取劑所得提取液在400～430 nm波長之間測得的吸光度Table 2 The extract from differentextraction agents of between 400～430 nm wavelengthmeasured absorbance

2.3 料液比對建陽桔柚果皮色素提取率的影響

由料液比對吸光度的影響曲線圖（圖2）可知，隨著料液比的增加，吸光度是先增大后減小，料液比為1∶25時吸光度最大。可能是因為料液比低時，溶劑量少，不能充分提取色素，所以吸光度偏低；但是當溶劑過大時，可能是過多提取液使得色素濃度又降低了。因此，選用1∶25的料液比最佳。

圖2 料液比對色素提取的影響Figure 2 Effectofmaterial-liquid radio on the extraction of pigment

2.4 超聲波處理時間對色素提取率的影響

由超聲時間對吸光度的影響曲線圖（圖3）可知，當時間較短時，隨著超聲時間的增加，提取液中的吸光值逐漸增大，說明色素提取率也逐漸增加，在12min時，吸光度最高；隨后，隨著超聲時間繼續增加，提取液的吸光度反而下降，可能是因為超聲波處理時間過長引起物料局部過熱使得色素被破壞，吸光度就下降。所以選擇超聲時間12min為最佳提取時間。

圖3 超聲時間對色素提取的影響Figure 3 Effect of ultrasonic time on the extraction of pigment

2.5 浸提溫度對色素得率的影響

由浸提溫度對吸光度的影響曲線圖（圖4）可知，浸提溫度在20～40℃時，提取溫度與吸光度成正比；但是當溫度在40～60℃時，提取溫度與吸光度成反比，其原因可能是由于高溫會使色素分解，造成吸光度下降。因此，選擇適宜的提取溫度是40℃。

圖4 提取溫度對色素提取的影響Figure 4 Effectof temperature on the extraction of pigment

2.6 正交試驗結果與分析

在單因素試驗基礎上，采用L9（33）進行正交試驗。正交試驗因素與水平設計見表2，正交試驗結果與分析見表3。從表3可知，影響建陽桔柚果皮色素得率的因素主次關系順序為：浸提溫度（C）＞料液比（A）＞超聲波處理時間（B），優化后的工藝組合為：C3A2B3，即浸提溫度為40℃、料液比為1∶25、超聲時間為14min。

表3 正交試驗結果與分析Table 3 Orthogonal experiment results and analysis

2.7 驗證試驗

為了考察上述優選最佳工藝條件的穩定性，按正交試驗得出的最佳工藝條件重復進行4組試驗，見表4。4組試驗的色素平均吸光度達到0.315，說明該工藝穩定可行，提取效果好，驗證了優化工藝的科學性和合理性。

表4 驗證試驗Table 4 Validation experiments

2.8 建陽桔柚果皮色素穩定性分析

2.8.1 溫度對色素穩定性的影響

由圖5可知，20～40℃時，建陽桔柚果皮色素變化不明顯，但是當溫度高于40℃后，隨著時間的延長，色素吸光值下降明顯；當溫度是50℃時，180min后色素吸光值為原液色素吸光值的85.5%，當溫度是60℃時，180 min后色素吸光值為原液色素吸光值的78%，當溫度是70℃時，180 min后色素吸光值為原液色素吸光值的69.6%，當溫度是80℃時，180 min后色素吸光值為原液色素吸光值的65.2%，說明高溫不利于色素的儲存。

圖5 溫度對建陽桔柚果皮色素穩定性的影響Figure 5 Effect of temperature on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.2 光照對色素穩定性的影響

由圖6可知，在黑暗、光照條件下，放置5 d的建陽桔柚果皮色素吸光度均有下降，但是在黑暗條件下吸光度從0.443下降至0.414,下降幅度較慢；而在光照條件下，吸光度下降較快。因此，建陽桔柚果皮色素應該在避光條件下保存、使用。

圖6 光照對建陽桔柚果皮色素穩定性的影響Figure 6 Effect of sunlight on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.3 氧氣對色素穩定性的影響

由圖7可知，氧氣會加速建陽桔柚果皮色素的分解，無氧條件有助于保持色素的穩定性。因此，在保存和使用建陽桔柚果皮色素時可以添加抗氧化劑或通入惰性氣體，使色素處在無氧的環境下，有利于提高其穩定性。

圖7 氧氣對建陽桔柚果皮色素穩定性的影響Figure 7 Effectof oxygen on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.4 糖濃度對色素穩定性的影響

由圖8可知，隨著蔗糖濃度的增大，加快色素的分解，吸光度加速下降，說明蔗糖對建陽桔柚果皮色素有消色作用。

圖8 糖濃度對建陽桔柚果皮色素穩定性的影響Figure 8 Effectof different suger concentration on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.5 金屬離子對色素穩定性的影響

由圖 9 可知，Na+、K+、Ca2+對建陽桔柚果皮色素穩定性影響不大，而Mg2+、Fe2+對其影響顯著，這可能是因為這兩種金屬離子能與建陽桔柚果皮色素中的某些基團結合，增加顯色效果。因此，在保存和使用該色素時要避開含有Mg2+、Fe2+的溶劑或容器。

圖9 金屬離子對建陽桔柚果皮色素穩定性的影響Figure 9 Effect ofmetalionson stability of Jianyang Tangelo peel pigment

2.8.6 pH值對色素穩定性的影響

由圖10可知，建陽桔柚果皮色素原液在各加入不同pH值的緩沖液后，在2 h以內，各種pH值環境中色素的保留率都在85%以上，說明短時間范圍內，pH值對色素的穩定性沒有太大的影響。但是隨著保存時間的延長，在色素原液中分別加入pH為2.0、4.0、6.0、7.0緩沖液的色素保留率下降顯著，而pH為8.0、9.0兩種緩沖液中色素的保留率較高，說明堿性環境比酸性環境有利于保持其穩定性。因此，在使用和貯藏過程中，選用弱堿性的條件。

圖10 pH值對建陽桔柚果皮色素穩定性的影響Figure 10 Effect of pH on stability of Jianyang Tangelo peel pigment

3 結論

本試驗利用超聲波輔助技術提取建陽桔柚果皮色素，通過單因素試驗和正交試驗，優化了工藝條件，分析結果表明，建陽桔柚果皮色素提取最佳工藝為：料液比 1∶25、超聲時間 14min、浸提溫度 40 ℃。

建陽桔柚果皮色素熱穩定性差，最適合溫度在40℃以下；光照和氧氣都會影響色素的穩定性，故需避光、隔氧保存；蔗糖對建陽桔柚果皮色素有消色作用；Na+、K+、Ca2+對建陽桔柚果皮色素穩定性影響不大，而Mg2+、Fe2+對其影響較大；pH 在 8.0～9.0時，色素較穩定。

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（責任編輯：華偉平）

Research on Stability of Jianyang Tangelo Peel Pigment by Ultrasonic Extraction

JIYing1,2,LYU Feng1,CHEN Huayu2,LIN Yingying2

（1.College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou，Fujian 350002;2.Fujian Forestry Vocational Technical College,Nanping，Fujian 353000）

Extracting pigment from Jianyang tangelo peel by ultrasonicmethod was analyzed.The results of single-factor and orthogonal experiments showed that the optimal extraction conditionswere following:material-liquid radio 1∶25,ultrasonic time 14min,extracting temperature 40℃.Jianyang tangelo peel pigmentwas unstable to heat,and it was the stablest at temperature 20～40℃;and sunlight and oxygen could speed up its degradation.Sodium ion,potassium ion and calcium ion have no effect on the stability of pigment,but sucrose,magnesium ion,ferric ion have a negative effect on pigment stability,and itwas the stablestat the pH8.0～9.0.

Jianyang Tangelo peel;pigment;ultrasonic extraction;stability

TS255.2；TS202.3

A

1674-2109(2017)09-0006-07

2017-05-26

福建省教育廳科技項目（2016JAT160736）。

紀穎（1980-），女，漢族,副教授，高級工程師，主要從事農產品加工及貯藏工程方面的研究。

呂峰（1964-），女，漢族，教授，主要從事農產品加工及貯藏工程方向的研究。