基于微波輔助提取橘皮總色素的實驗研究

張澤志, 王 瑾, 李成未, 王宇婷, 方靖國, 王亞琦

(河南財政金融學院 環境經濟學院,河南 鄭州 450046)

0 引言

色素能賦予物品一定顏色,尤其是食用色素加入食物后能調節人的食欲。合成色素不當使用會導致人體不同程度的損害。隨著綠色生活理念的普及,天然色素受到更多青睞,天然色素主要存在于動物和植物組織以及微生物,著色效果好,大部分具有一定的營養價值和生理活性,所以被廣泛應用于飲料、食品和醫藥等領域。因此,對天然色素的提取研究具有一定的應用價值[1-2]。

我國是柑橘的重要原產地之一,資源豐富[3-4]。通常情況下,橘皮被丟棄,造成環境污染及資源浪費。橘皮中含有的橘皮色素是一種性能穩定安全可再生天然色素,含有豐富的維生素E和稀有元素硒,常用于食品生產與加工中的營養強化劑、香味劑[5-10]。

本研究以乙醇為提取劑,采用微波輔助法提取橘皮總色素。通過單因素實驗探討料液比、提取時間、微波功率對橘皮總色素得率的影響,并通過正交實驗,考察各因素對橘皮總色素提取的協同效應,尋求最佳提取條件,實現廢物利用,為食用色素的提取提供理論依據。

1 實驗部分

1.1 材料及儀器

橘皮(超市自購)、乙醇、蒸餾水,微波爐(格蘭仕電器實業公司)、高速離心機(上海手術器械廠)、TU-1901雙光束紫外-可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)等。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗流程

將鮮橘皮用清水沖洗干凈,置于60 ℃烘箱內烘干,粉碎后裝入保鮮袋中,避光密封保存備用。實驗流程為:洗凈橘皮→烘干粉碎→微波浸提→抽濾→離心→稀釋定容→測吸光度。

1.2.2 橘皮色素最大吸收波長的確定

準確稱取烘干粉碎后的橘皮樣品1.00 g,置于250 mL平底燒瓶中,以料液比1∶20 g/mL加入20 mL 80%乙醇溶液作為提取劑,纏繞多層聚四氟乙烯膜密封燒瓶口,搖勻后置于微波爐,以“低火檔”功率處理2 min。取出冷卻靜置,抽濾,收取全部濾液離心,用吸量管準確量取離心后清液1.0 mL移于100 mL容量瓶中,用80%乙醇補充至刻度,搖勻后放3～5 min,以相應試劑做空白,紫外-可見分光光度法于200～700 nm波長掃描,以確定最大吸收波長,結果見圖1?？芍?色素的最大吸收波長λmax為330.0 nm。

圖1 橘皮總色素的紫外光譜

1.2.3 橘皮總色素提取單因素實驗

準確稱量橘皮樣品于平底燒瓶中,以一定的料液比加入80%乙醇溶液作為提取劑,設置微波功率、提取時間對橘皮色素進行提取,提取液取出冷卻靜置,抽濾,按1.2.2節實驗方法,在330.0 nm處分別測定不同實驗條件下所得提取液的吸光度值,吸光度值大表示色素提取率高,以此優化最佳提取條件。

2 結果與討論

2.1 橘皮總色素提取率的單因素實驗

2.1.1 料液比對提取率的影響

準確稱量5份橘皮樣品各1.00 g,分置于5個250 mL平底燒瓶,分別以1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50 g/mL的料液比加入相應體積的80%乙醇溶液作為提取劑,封口后在“低火檔”微波處理3 min,取出冷卻靜置,抽濾,按1.2.2節實驗方法,分別測定不同實驗因素下所得提取液的吸光度值A,以吸光度最大作為選擇最佳料液比的依據,結果見圖2。

圖2 料液比對提取率的影響

由圖2可知,固定其他因素的條件下,吸光度值隨料液比的增加先升高后減小。當料液比為1∶20 g/mL時,吸光度值最大,即總色素提取率最好,所以本實驗選擇料液比為1∶20 g/mL。

2.1.2 微波提取時間對提取率的影響

準確稱量橘皮粉樣品5份1.00 g于250 mL平底燒瓶中,以1∶20 g/mL的料液比加入80%乙醇溶液作為提取劑, 封口后“低火檔”條件下分別設置微波提取時間2、3、4、5、6 min,取出冷卻靜置,抽濾,按1.2.2節實驗方法,分別測定不同微波提取時間下所得提取液的吸光度值,以吸光度最大作為選擇最佳微波提取時間依據,結果見圖3。

圖3 提取時間對色素提取率的影響

由圖3曲線變化趨勢可知,吸光度值隨提取時間的增加先迅速升高,然后緩慢降低,提取時間為3 min時吸光度值最高。提取時間的增加可能會導致橘皮糊化而增加溶液的黏度,既可阻滯色素提取,又可造成色素被纖維素等吸附造成得率減少[11],故實驗提取時間取為3 min。

2.1.3 微波功率對提取效果的影響

準確稱量橘皮樣品3份各1.00 g分置于3個250 mL平底燒瓶中,以1∶20 g/mL的料液比加入80%乙醇為提取劑,封口后分別于“低火檔”“解凍檔”“中火檔”條件下微波處理3 min, 取出冷卻靜置,抽濾,按1.2.2節實驗方法,分別測定不同微波功率下所得提取液的吸光度值,以此選出最佳微波功率,結果見圖4。

圖4 微波功率對色素提取率的影響

圖4結果表明,微波功率越大,吸光度值越大。當微波功率為中火時,吸光度值最大,實驗條件下提取效果最佳。研究[11]發現,隨著微波功率不斷增加,提取物的溶解滲透、擴散作用加強,細胞膜破裂程度加大,色素提取率增加;若微波功率太大,溶劑乙醇易暴沸而不易控制,同時還可能造成色素成分發生變性破壞而使檢測值變低。所以本實驗選擇的功率是中火檔。

2.2 橘皮總色素提取正交實驗

在單因素實驗基礎上,設置影響橘皮總色素提取率的正交實驗L9(34),考察各因素的協同效應,以優化實驗條件,正交實驗設計水平見表1,實驗結果見表2。

表1 正交實驗因素水平

表2 正交實驗結果

由表2數據R料液比>R微波功率>R提取時間可知,各因素對橘皮總色素提取率的影響主次順序為料液比>微波功率>提取時間,即料液比最大,其次是微波功率,而提取時間的影響相對較小。研究[11-12]發現,當固定物料質量,增加溶劑的量時,溶劑對微波提取產生雙重影響:溶劑用量增加提高了液固濃度差,也增大樣品與溶劑的接觸面,有利于色素擴散;同時過多的溶劑會吸收較多微波能,導致物料粉末對微波能吸收減少,細胞破裂不完全,色素不能充分溶出。故實驗提取橘皮總色素的最佳實驗條件組合為A2B2C3,即料液比1 g∶20 mL,提取時間3 min,微波功率為中火檔。

2.3 橘皮總色素提取的驗證實驗

為驗證正交實驗,在最優提取條件即料液比1∶20 g/mL,微波功率為中火,提取時間3 min下進行了3次平行驗證實驗,所得橘皮總色素的吸光度值見表3。結果證明,優化提取條件選擇是可靠的,橘皮總色素提取率較高。

表3 驗證實驗結果

3 結論

采用微波輔助提取橘皮總色素,以80%乙醇為提取劑,通過單因素實驗和正交實驗對提取工藝進行優化,得出最佳提取條件:料液比為1∶20 g/mL,提取時間為3 min,微波功率為中火檔。驗證實驗表明,橘皮總色素提取率較高,最佳提取條件是可靠的。