火龍果果皮色素提取及其性質(zhì)與應(yīng)用

賀江+劉蕊+韓淯欣+徐娟娟

摘要：以火龍果果皮為原材料，對果皮紅色素的提取工藝、色素的理化性質(zhì)、色素在食品中的應(yīng)用效果等方面展開研究。結(jié)果表明，干燥、粉碎后以水為提取溶劑，按1 g ∶30 mL的料液比，在40 ℃、超聲功率為100 W的條件下提取20 min時(shí)色素提取得率最高；火龍果果皮色素pH值在5～9范圍內(nèi)顏色穩(wěn)定，低于80 ℃時(shí)顏色變化不明顯，高溫會使色素變色；Ca2+與色素生成沉淀，F(xiàn)e3+使色素溶液變色，Cu2+使色素溶液褪色，SO2使色素褪色，碳水化合物對火龍果果皮色素?zé)o不良影響；火龍果果皮色素在飲料、酸奶、布丁中應(yīng)用效果良好，而在面條和蛋糕中應(yīng)用效果較差。本研究所獲結(jié)果有望為火龍果果皮的資源化利用提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：火龍果；果皮色素；超聲波；提取工藝；理化性質(zhì)；應(yīng)用效果

中圖分類號： TS2011文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）21-0213-03

收稿日期：2016-06-13

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：31401583）；湖南省常德市聯(lián)合基金（編號：2015JJ5008）。

作者簡介：賀江，博士，副教授，主要從事食品安全與食品生物技術(shù)研究。E-mail：hejiang1119@163com。

色澤是食品的基本屬性之一，通過添加色素改變食品的呈色，因而提高食品的品質(zhì)是食品加工過程中常用的措施。食品色素按照來源可分為天然色素和合成色素兩大類，其中合成色素雖然著色能力強(qiáng)，但存在安全隱患，因此受到消費(fèi)者的抵觸；而天然色素，因?qū)儆趧?dòng)植物或微生物的正常代謝產(chǎn)物，安全性較高，深受消費(fèi)者歡迎。以農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物為原材料，進(jìn)行色素等天然產(chǎn)物的提取，是農(nóng)產(chǎn)品綜合利用的有效思路1-4]。

火龍果原產(chǎn)于巴西、墨西哥等中美洲熱帶沙漠地區(qū)，在我國海南省、福建省、廣東省、廣西壯族自治區(qū)等地也有廣泛種植。火龍果果皮是火龍果產(chǎn)業(yè)加工的副產(chǎn)品，果皮中含有大量的紅色素，是提取天然紅色素的有效原材料。從火龍果果皮中提取紅色素，可以充分加工火龍果，減少對環(huán)境的污染，帶動(dòng)當(dāng)?shù)鼗瘕埞a(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而帶動(dòng)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，提高人們的收入水平。已有較多關(guān)于火龍果果皮色素的研究，但主要集中于色素提取工藝方面，對色素性質(zhì)和應(yīng)用方面的研究較少5-8]。

本研究在上述背景下，對火龍果果皮色素的超聲波輔助提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究火龍果果皮色素的理化性質(zhì)，探討火龍果果皮色素在食品中的應(yīng)用，以期為火龍果果皮資源的開發(fā)利用提供參考。

1材料與方法

11材料與試劑

火龍果果皮（取自紅皮白肉火龍果）；無水乙醇、甲醇、乙醇、丙酮、冰醋酸、氫氧化鈉、亞硫酸氫鈉、葡萄糖、果糖、麥芽糖、蔗糖、氯化鋅、氯化鈣、氯化鐵、氯化鈉、硫酸銅、硫酸鎂、硫酸錳（以上試劑均為分析純）；X-5大孔樹脂；水溶C100復(fù)合果汁飲料、布丁粉、牛奶冰激凌、酸奶、純牛奶、面粉、低筋面粉、玉米油、白砂糖（以上材料均為普通市售產(chǎn)品）。

12儀器與設(shè)備

101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；FW177型中草藥粉碎機(jī)（天津市泰斯特儀器有限公司）；HH-S4型恒溫水浴鍋（北京科偉永興儀器有限公司）；TDL-40B型離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）；KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗器（江蘇省昆山市超聲儀器有限公司）；RE-52C 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（河南省鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）；UV-2550型紫外-可見分光光度計(jì)（日本島津公司）；電熱烤箱（浙江省溫州一喜商用機(jī)械有限公司）。

13方法與步驟

131火龍果果皮的預(yù)處理

將新鮮的火龍果果皮用清水清洗干凈，除去根莖等雜質(zhì)切成小塊，35 ℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)干燥24 h，再用粉碎機(jī)磨碎，放置避光通風(fēng)處備用。

132火龍果果皮色素的超聲波輔助提取工藝

取1000 g火龍果果皮粉末加入30 mL提取溶劑，在設(shè)定溫度、超聲波功率及提取時(shí)間等條件下進(jìn)行提取，再將樣品于4 000 rmin條件下離心10 min，上清液稀釋5倍后測定其在535 nm處的吸光度（D535 nm），每個(gè)處理重復(fù)3次取平均值。

本研究比較了水、丙酮、甲醇、冰醋酸、乙醇等提取溶劑對火龍果果皮色素的效果，結(jié)果表明水為最佳提取溶劑。在此基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步的單因素試驗(yàn)探討提取時(shí)間、提取溫度和超聲波功率對火龍果果皮色素提取的影響。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，按表1所示因素水平，設(shè)定L9（34）正交試驗(yàn)對火龍果果皮色素超聲波輔助提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。

133火龍果果皮色素理化性質(zhì)研究

采用最優(yōu)的提取工藝獲得火龍果果皮色素粗提液；粗提液用經(jīng)活化的X-5大孔樹脂吸附1 h后，再將X-5大孔樹脂用50%乙醇溶液解吸1 h；試樣于4 000 rmin離心10 min后，上清液在40 ℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，殘?jiān)蒙倭砍兯芙獾蒙厝芤簜溆谩?/p>

本研究通過單因素對比試驗(yàn)，對火龍果果皮色素的酸堿穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究，同時(shí)還探討了金屬離子、碳水化合物及SO2對火龍果果皮色素的影響。具體研究過程：（1）火龍果果皮色素酸堿穩(wěn)定性研究。各取5 mL色素溶液置于7支試管中，用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值為1、3、5、7、9、11、13時(shí)，觀察其顏色變化并測定D535 nm。（2）火龍果果皮色素?zé)岱€(wěn)定性研究。各取5 mL色素溶液于7支試管中，分別在30、40、50、60、70、80、90 ℃的恒溫水浴鍋中加熱1 h，觀察其顏色變化并測定D535 nm。（3）金屬離子對火龍果果皮色素的影響研究。各取5 mL色素溶液于8支試管中，分別加入濃度為 10 gL 的NaCl、MgSO4、ZnCl2、CuSO4、FeCl3、CaCl2、MnSO4各5 mL，以5 mL蒸餾水作對照組，24 h后觀察其顏色變化并測定D535 nm。（4）碳水化合物對火龍果果皮色素的影響研究。各取5 mL色素溶液于5支試管中，分別加入濃度為 01 gmL 的蔗糖、果糖、麥芽糖、葡萄糖溶液各5 mL，以5 mL蒸餾水作對照，24 h后觀察其顏色變化并測定D535 nm。（5）SO2對火龍果果皮色素的影響研究。各取5 mL色素溶液于6支試管中，分別加入1%、2%、3%、4%、5% NaHSO3溶液 5 mL，以5 mL的蒸餾水作對照組，靜置3 min后觀察其顏色變化并測定D535 nm。endprint

134火龍果果皮色素在食品中的應(yīng)用效果

將“133”獲得的色素溶液用超純水稀釋到D535 nm為05左右，再通過對比試驗(yàn)進(jìn)一步研究火龍果果皮色素在面食、飲料、酸奶、布丁等食品中的應(yīng)用效果。具體研究方案：（1）火龍果果皮色素在面條中的應(yīng)用效果研究。取等質(zhì)量面粉2份分別作為試驗(yàn)組和對照組，試驗(yàn)組加入火龍果果皮色素稀釋液，對照組加入等體積清水；將制作成的2份面條放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中30 ℃干燥，將干制的帶有色素的面條取出少許，煮熟，觀察顏色的變化，其他的置于室溫中觀察顏色的變化。（2）火龍果果皮色素在蛋糕中的應(yīng)用效果研究。按照傳統(tǒng)蛋糕加工工藝進(jìn)行蛋糕制作，配料時(shí)對照組加入清水，試驗(yàn)組加入等體積的火龍果果皮色素稀釋液；蛋糕烤制出來后，室溫下觀察空白對照組和試驗(yàn)組的顏色變化。（3）火龍果果皮色素在飲料中的應(yīng)用效果研究。取無色的水溶C100復(fù)合果汁飲料2份，對照組加入清水，試驗(yàn)組加入等體積的火龍果果皮色素稀釋液；混勻后放入冰箱中保藏，定期觀察其顏色變化。（4）火龍果果皮色素在酸奶中的應(yīng)用效果研究。按照簡易工藝制作酸奶，配料時(shí)對照組加入清水，試驗(yàn)組加入等體積的火龍果果皮色素稀釋液；酸奶制作好后放入4 ℃冰箱中冷藏，定時(shí)觀察顏色變化。（5）火龍果果皮色素在牛奶布丁中的應(yīng)用效果研究。按照簡易工藝制作牛奶布丁，配料時(shí)對照組加入清水，試驗(yàn)組加入等體積的火龍果果皮色素稀釋液；牛奶布丁制作好后放入4 ℃冰箱中冷藏，定時(shí)觀察顏色變化。

2結(jié)果與分析

21火龍果果皮色素的超聲波輔助提取工藝

在單因素試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，按表1所示因素水平設(shè)定L9（34）正交試驗(yàn)，對火龍果果皮色素超聲波輔助提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。以提取液的D535 nm為考察指標(biāo)，間接反映色素提取效果，結(jié)果見表2。

由表2可知，RA>RB>RC，即火龍果果皮色素提取效果的影響因素大小為溫度>時(shí)間>超聲波功率；最優(yōu)工藝參數(shù)組合為A2B2C3，即提取溫度40 ℃、提取時(shí)間20 min、超聲功率100 W。

22火龍果果皮色素的理化性質(zhì)

對火龍果果皮色素進(jìn)行初步純化后，通過單因素對比試驗(yàn)對火龍果果皮色素的酸堿穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究，并探討了金屬離子、碳水化合物及SO2對火龍果果皮色素的影響，結(jié)果分別如表3至表7所示。

由表3可知，火龍果果皮色素在pH值為5～9時(shí)顏色無明顯變化，當(dāng)pH值<5或者pH值>9時(shí)，D535 nm明顯下降，說明強(qiáng)酸強(qiáng)堿會改變色素結(jié)構(gòu)。由表4可知，隨著溫度的升高，火龍果果皮溶液D535 nm遞減，顏色由鮮紅色變淺最后變成淡黃色，火龍果果皮色素在80 ℃以下穩(wěn)定，高于80 ℃顏色變黃。由表5可知，Ca2+會與火龍果果皮色素發(fā)生反應(yīng)，生成白色沉淀；Fe3+使色素溶液變黃，Cu2+會使色素溶液顏色明顯變淺，Mg2+、Mn2+、Na+對色素有一定的增色作用，Zn2+對色素影響不大。由表6可知，碳水化合物對火龍果果皮色素?zé)o不良影響，蔗糖、果糖、麥芽糖對色素有一定的增色作用，葡萄糖對色素影響不大。由表7可知，SO2可使色素由鮮紅色逐漸變?yōu)闊o色，濃度越高，褪色越快。

23火龍果果皮色素在食品中的應(yīng)用效果

本研究通過對比試驗(yàn)，探討了火龍果果皮色素在面食、飲料、酸奶、布丁等食品中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，火龍果果皮色素在干制的面條中著色較好，顏色呈玫紅色，但是由于火龍果果皮色素是水溶性色素且在高溫下色素易被破壞，煮熟后的面條顏色明顯變淺，顏色偏暗，因此火龍果果皮色素不適合在面條中應(yīng)用?；瘕埞ど卦诘案庵兄幻黠@，在烤箱的高溫作用下，與空白對比顏色基本一致，因此火龍果果皮色素不適合在蛋糕中應(yīng)用?；瘕埞ど卦陲嬃现兄鶆?，呈現(xiàn)類似于紅酒的誘人紅色，且顏色穩(wěn)定，因此火龍果果皮色素在飲料中的應(yīng)用效果良好?；瘕埞ど卦谒崮讨兄€(wěn)定，呈現(xiàn)粉色，粉嫩的顏色讓人心情愉快，視覺上很吸引人，因此火龍果果皮色素在酸奶中應(yīng)用效果良好?；瘕埞ど卦诓级≈兄鶆?，呈山楂紅色，且顏色穩(wěn)定，因此火龍果果皮色素在果凍布丁中應(yīng)用效果良好。

3結(jié)論與討論

以火龍果果皮為原材料，對果皮紅色素的提取工藝、色素的理化性質(zhì)及色素在食品中的應(yīng)用效果等方面展開研究?；瘕埞そ?jīng)干燥、粉碎后以水為提取溶劑，按1 g ∶30 mL的料液比在40 ℃、超聲功率100 W的條件下提取20 min時(shí)色素提取得率最高?；瘕埞ど豴H值為5～9范圍內(nèi)時(shí)顏色穩(wěn)定，低于80 ℃時(shí)顏色變化不明顯，高溫會使色素變色，Ca2+與色素生成沉淀，F(xiàn)e3+使色素溶液變色，Cu2+使色素溶液褪色，SO2使色素褪色，碳水化合物對火龍果果皮色素?zé)o不良影響?；瘕埞ど卦陲嬃?、酸奶、布丁中應(yīng)用效果良好，而在面條和蛋糕中應(yīng)用效果較差。

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