火龍果果皮中花青素的提取與穩定性研究

嚴漢彬，駱瑋詩，韓 珍，徐 艷，邱元凱

（河源職業技術學院，廣東河源 517000）

原花青素，又名縮合鞣質，是從植物中分離得到的一類植物多酚，可在熱酸處理下產生紅色花色素，廣泛存在于植物中[1-2]。藥理和臨床研究表明，原花青素具有抗氧化[3]、抗腫瘤[4]、保護心腦血管[5]、預防老年癡呆及帕金森病[6]等作用，可作為一種天然食用色素，安全、無毒、資源豐富，而且具有一定營養和藥理作用，在食品、化妝、醫藥等方面有著巨大的應用潛力[7]。而天然花青素穩定性較合成色素等物質低，在生產應用及貯藏中易受如溫度、pH值、各種食品添加劑及金屬離子等環境因素的影響而變質，導致產品色澤改變而不易被消費者接受[8-10]。

火龍果（特別是紅肉火龍果） 果皮含有大量花青素，且物理穩定性較好。從火龍果果皮中提取天然花青素，不但可以實現火龍果的綜合利用，提高火龍果的附加值，而且可以減少食物垃圾與環境污染，在生產上具有重要意義。目前，花青素的提取方法研究較多，如浸提法、超聲波輔助法、微波輔助法等[11-12]，但有關不同提取條件下的火龍果皮花青素提取效果及穩定性比較的研究報道較少。以火龍果果皮為材料分別在不同條件下提取其花青素，考查不同因素對提取效果的影響，并考查對穩定性的影響因素。以期為火龍果果皮中花青素的綜合開發和利用提供試驗基礎和理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

火龍果，購自廣東省河源市，洗凈后于50 ℃下低溫烘干，粉碎后過60 目篩，置于4 ℃冰箱保存備用。

乙醇、濃鹽酸、蒸餾水、乙酸乙酯、60%乙醇、KCl、蔗糖、食醋溶液、10%碳酸氫鈉溶液、食鹽，均為分析純。

1.2 儀器和設備

數顯恒溫水浴鍋，常州華奧儀器制造有限公司產品；UV-1800 型紫外分光光度計，島津（中國）有限公司產品；電子天平，梅特勒托利多（上海）有限公司產品；KQ500DB 型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產品；榨汁機、SFG-02.500 型電熱恒溫鼓風干燥箱，黃石市恒豐醫療器械有限公司產品；L500 型離心機，長沙湘儀離心機儀器有限公司產品；SHA-CA 型水浴恒溫振蕩器，常州華奧儀器制造有限公司產品；pH 計，梅特勒托利多（上海） 有限公司產品。

1.3 火龍果皮花青素提取方法

稱取2 g 烘干后的果皮破碎物放入燒杯中，加濃度0.1 mol/L 的鹽酸- 乙醇溶液20 mL，均勻攪拌10 min，于40 ℃水浴中加蒸餾水20 mL，浸提一定時間后過濾，把溶液倒入50 mL 容量瓶中，加入體積分數60%乙醇10 mL 提取10 min，過濾后定容。

1.4 火龍果皮花青素含量測定

以鹽酸- 乙醇溶液作參比，使用紫外分光光度計測定提取液在波長530，620，650 nm 處的吸光度。花青素的含量如下[13]：

花青素提取量（C）：

式中：A——花青素的吸光度；

a——吸光系數（a=0.077 5 L/(g·cm)）；

b——液層厚度（通常為比色皿厚度，cm）；

W——樣品質量，g；

V——提取劑體積，mL。

1.5 正交試驗

1.5.1 確定最佳提取工藝參數

根據相關資料文獻[14]，選擇提取劑種類、提取時間、浸提溫度和料液比作為正交試驗因素進行L9（34）正交試驗。

正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設計

1.5.2 超聲波破碎對花青素提效果的影響

溶劑浸提是花青素最傳統、最常規的提取方法，但該方法存在提取時間較長、生產效率較低的缺陷，容易造成花青素降解和生理活性的降低[15]。而增加超聲波作用，可以加快破碎液的傳質和傳熱速度，加強細胞內物質的釋放，從而加速植物中有效成分的擴散和浸出。試驗在最佳提取工藝的基礎上，選取超聲功率、料液比、超聲時間與超聲溫度作為正交試驗因素進行L9（34）正交試驗。

試驗因素與水平設計見表2。

表2 試驗因素與水平設計

1.6 不同因素對火龍果皮花青素穩定性的影響

1.6.1 溫度對穩定性的影響

取50 mL 經過最佳條件提取的花青素原液（下稱原液） 分別置于5，25，45，65，85 ℃溫度下保溫放置，在1，2，4，6 h 時取樣并放置至室溫，于波長534 nm 處測其吸光度，并記錄觀察溶液顏色變化。

1.6.2 花青素在不同pH 值下的穩定性

用食醋溶液和10%碳酸氫鈉溶液，調節色素原液的pH 值3，4，5，6，7，8，9。在室溫下放置24 h后分別測其在波長534 nm 處吸光度，記錄并觀察溶液顏色變化，以原始原液作為空白，對不同pH 值下的花青素吸光度進行對比。

1.6.3 光照對穩定性的影響

取50 mL 色素原液，與不同環境（日光、暗箱）下靜置，分別在1，12，18，24 h 時測定波長534 nm處的吸光度，并記錄觀察溶液顏色變化。

1.6.4 鹽度對穩定性的影響

取50 mL 原液分別加入1.5，2.5，3.0 g 食鹽，在溫室下放置并分別在1，2，16，24 h 取樣，于波長534 nm 處分別測其吸光度，并記錄觀察溶液顏色變化。

1.6.5 糖度對穩定性的影響

取50 mL 原液分別按 2%，4%，6%， 8%，10%的質量分數加入蔗糖，在室溫下放置24 h 后分別在波長534 nm 處測其吸光度，并記錄觀察溶液顏色變化。

1.6.6 金屬離子對穩定性的影響

取50 mL 色素原液，分別按不同濃度加入KCl，MgSO4與Zn 標準溶液，室溫放置1，2，16，24 h，分別在波長534 nm 處測吸光度，并記錄觀察溶液顏色變化。

2 結果與分析

2.1 火龍果皮花青素提取的最佳工藝參數

影響火龍果皮花青素提取量的因素很多，在文獻[14]基礎上采用正交試驗法確定浸提法提取火龍果皮花青素的最適提取工藝，計算并分析其因素水平與試驗結果。

正交試驗結果見表3。

表3 正交試驗結果

由表3 可知，影響提取率大小的因素依次為A＞D＞C＞B，即火龍果果皮中浸提花青素含量的因素最主要的是提取劑種類，其次是料液比和浸提溫度，最弱的是提取時間。根據各因素K 值大小可以確定浸提法提取火龍果皮花青素的較優條件為蒸餾水作為溶劑，提取時間40 min，浸取溫度40 ℃，料液比1∶10，即A1B3C2D2。并在此最優工藝參數條件下提取花青素，得到花青素的平均提取量為370.0 mg/g，比正交試驗中每次試驗所得的花青素提取量都高，由此說明正交試驗得到的最優條件是可行的。

2.2 超聲波對花青素提取效果的影響

確定浸提法提取火龍果皮花青素的最優工藝參數條件后，在此條件下采用超聲波作用，采用正交試驗法確定最佳超聲條件。

超聲波正交試驗結果見表4。

由表4 可知，影響提取率大小的因素依次為D'＞C'＞A'＞B'，在超聲波提取中影響火龍果果皮中浸提花青素含量的因素最主要的是超聲溫度，其次是超聲時間和超聲功率，影響最弱的是料液比。根據各因素K 值大小可以確定最佳超聲條件為超聲功率80 W，料液比1∶10，超聲時間15 min，超聲溫度控制在50 ℃，即A'3B'1C'2D'2。為了驗證正交優化的工藝條件，按其參數進行3 次平行試驗，火龍果果皮的花青素的平均提取量為858.4 mg/g。試驗結果證明，在此條件下正交試驗組合的最高值，火龍果果皮的提取并未達到預期的提取量，由此可得試驗的最佳提取條件為試驗2：超聲功率60 W，料液比1∶12，超聲時間15 min，超聲溫度50 ℃。

表4 超聲波正交試驗結果

2.3 不同因素對火龍果皮花青素穩定性的影響

2.3.1 提取溫度對穩定性的影響

提取溫度對花青素穩定性的影響見圖1。

圖1 提取溫度對花青素穩定性的影響

由圖1 可知，當溫度為5，25 ℃時，6 h 內花青素變化不顯著；當溫度為45 ℃時，6 h 后花青素吸收值下降了0.360 9，為原液花青素吸光值的55%；當溫度為65 ℃時，6 h 后花青素吸光值下降了0.625 5，為原液花青素吸光值的22%；當溫度為85 ℃時，6 h后花青素吸光值下降了0.702 9，為原液花青素吸光值的12%；6 h 后5～25 ℃條件下原液顏色沒有明顯改變，45 ℃保存的原液由開始的玫瑰紅色變成了橙紅色，65 ℃與85 ℃保存的原液顏色已經變成了淺黃色。由此可得，若要長時間保存花青素，其提取溫度應該控制在較低溫度5～25 ℃。

2.3.2 花青素在不同pH 值下的穩定性

pH 值對花青素穩定性的影響見圖2。

由圖2 可知，在pH 值3～7 時，花青素吸光度與原液顏色均變化不顯著，表明酸性環境下花青素可以保持穩定。在偏堿性條件下（pH 值8～9），吸光度比空白略有下降，溶液顏色沒有明顯變化。由此可得，pH 值對花青素穩定性的影響較小，但是酸性環境是更合適的保存環境。表明火龍果皮花青素更適宜用作酸性食品的添加劑或著色。

圖2 pH 值對花青素穩定性的影響

2.3.3 光照對穩定性的影響

光照對花青素穩定性的影響見圖3。

圖3 光照對花青素穩定性的影響

由圖3 可知，光照對花青素的影響較小，隨著時間的增加，無論是光照還是避光，花青素吸光度均有少量下降，但變化不明顯，表明火龍果皮花青素提取液無需避光保存。

2.3.4 食鹽對穩定性的影響

食鹽對花青素穩定性的影響見圖4。

圖4 食鹽對花青素穩定性的影響

由圖4 可知，無論是空白還是加入食鹽后1h，吸光度均急劇下降，即對花青素的消色作用明顯；隨后食鹽對花青素穩定性影響逐步穩定，不再發生明顯變化。在整個過程中，空白試驗（不添加食鹽）下的原液花青素下降比較明顯，添加1.5 g 食鹽的原液花青素吸光度下降最少，其次是添加2.5，3.0 g 食鹽的原液。表明添加少量食鹽，可以提高火龍果皮花青素的穩定性。

2.3.5 蔗糖對穩定性的影響

蔗糖對花青素穩定性的影響見圖5。

圖5 蔗糖對花青素穩定性的影響

由圖5 可知，添加蔗糖后加入花青素吸光度均有少許上升，并且原液的顏色沒有發生變化，其中添加0.04～0.08 g/mL 的蔗糖時，原液的吸光值最穩定。表明在花青素的儲存或使用中，可以適當增加溶液的糖度對花青素穩定性的影響可以忽略。

2.3.6 金屬離子對穩定性的影響

金屬離子對火龍果皮花青穩定性的影響見表5。

表5 金屬離子對火龍果皮花青穩定性的影響

由表5 可知，添加K+、Mg2+、Zn2+的原液在放置了24 h 后，雖然溶液顏色都保持玫瑰紅色，但是吸光度下降百分比都比空白對照樣低。隨著金屬離子濃度的增加，添加K+、Mg2+的原液吸光度變化不明顯，這表明添加K+、Mg2+有助于火龍果皮花青素提取原液的色素穩定性；而添加低濃度Zn2+（0.4 mol/L）的原液與對照樣的吸光值和對照的吸光值較為接近相差不大，但添加濃度為0.8 mol/L 時，色素溶液的顏色更鮮亮并且吸光度下降值比對照樣降低將近一半，這說明添加較高濃度的Zn2+離子對火龍果皮花青素的穩定性有促進作用，然而繼續提高Zn2+離子濃度到1.2 mol/L 后，原液的吸光度值又降低了。結果表明，適當添加K+、Mg2+、Zn2+的等金屬離子，有助于火龍果皮花青素提取液的保存。

3 結論

研究采取浸提法與超聲波輔助破碎浸提法提取火龍果皮的花青素，可以看出火龍果皮花青素的最佳浸提工藝為以蒸餾水作為溶劑，提取時間40 min，浸取溫度40 ℃，料液比1∶10，在此最優工藝參數條件下提取花青素平均提取量為370.0 mg/g；如果在浸提之前輔助超聲波進行破碎，最佳超聲條件為超聲功率60 W，料液比1∶12，超聲時間15 min，超聲溫度50 ℃，在該超聲條件下可獲得1 065.1 mg/g 的提取量。

溫度對火龍果皮花青素的穩定性影響較大，若要長時間保存花青素其溫度應該控制在較低溫度為5～25 ℃；pH 值對其穩定性影響不大，但是偏酸性條件pH 值3～7 時，火龍果果皮花青素能維持穩定，堿性條件pH 值＞7 之后花青素較不穩定，應在弱酸條件下保存；適宜添加質量濃度為0.04～0.08 g/mL蔗糖，0.03 g/mL NaCl，有助于穩定火龍果皮皮花青素原液；光照對火龍果花青素穩定性影響較小，無需避光保存；食鹽的加入對花青素有一定的保護作用，制作花青素產品時可適當添加食鹽；金屬離子K+、Mg2+、Zn2+對該花青素有一定的增色作用。

綜上所述，火龍果皮花青素提取工藝簡單，具有一定的穩定性，而且火龍果在我國南方種植廣泛，原料來源容易，價格低廉，果皮又是食用火龍果的副產物，可合理利用資源、變廢為寶，因此從火龍果皮中提取天然花青素具有廣闊的前景。