張兆英，韓婧，宋麗麗，張亞楠，王君

(滄州師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，河北 滄州 061001)

目前，市場(chǎng)上作為食品添加劑應(yīng)用的色素大部分為人工合成類(lèi)的色素，其對(duì)人體十分有害，使用過(guò)量會(huì)有致癌風(fēng)險(xiǎn)。天然色素含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及對(duì)人體有益的功能性活性成分，具有消炎、抗氧化等作用[1]。天然色素著色均勻，色澤鮮艷，亮度好，常作為安全的著色劑被用于食品、藥品、化妝品等行業(yè)[2,3]。在食品方面改善食物、飲料鮮亮的顏色，清除加工食品中的亞硝酸鹽，增加食品的安全性[4]。新鮮的甜菜苷色素可以作為調(diào)味品添加入湯、醬汁、甜點(diǎn)、果醬、果凍、糖果、冰淇淋等食品中，是一種很受生產(chǎn)者和消費(fèi)者喜愛(ài)的天然色素[5]。

火龍果(HylocereusundulatusBritt)，也有人稱(chēng)之為紅龍果，最初生產(chǎn)于巴西和墨西哥等中美洲的熱帶戈壁地區(qū)，目前在我國(guó)的南方和很多沿海地區(qū)均有種植?；瘕埞恼w外形呈現(xiàn)橄欖狀，外皮是粉紅色，果肉的顏色大致有3種，即：白、黃和紅。我們?cè)谑袌?chǎng)上見(jiàn)得最多的是粉紅皮、白果肉的紅龍果。火龍果含有豐富的維生素、水溶性的膳食纖維和人體所需的無(wú)機(jī)鹽，具有解毒、明目、降血壓等功效，目前已成為一種新奇、優(yōu)良的綠色保健食品[6，7]。

火龍果外皮含有豐富的甜菜苷類(lèi)色素，使得紅龍果外皮成為紅色素提取的最理想試驗(yàn)原料[8]。我國(guó)是人口大國(guó)，火龍果的消費(fèi)量較大，火龍果的食用、加工方式很多，比如制作果干、果脯等，無(wú)論是人們的日常食用還是企業(yè)對(duì)火龍果進(jìn)行食品加工，往往都是取其肉而棄其皮，不僅造成了環(huán)境的污染，同時(shí)也浪費(fèi)了資源[9]。

火龍果果皮紅色素的提取方法較多，大部分學(xué)者較多采用溶劑浸提法。此外，超聲波輔助萃取技術(shù)、超臨界萃取技術(shù)等輔助提取技術(shù)開(kāi)始備受關(guān)注[10,11]。微波輔助提取是使用合適的溶劑在微波場(chǎng)中從天然植物、動(dòng)物組織、礦物等中提取分離各化學(xué)成分的技術(shù)方法[12]。本研究旨在前人研究的基礎(chǔ)之上將微波技術(shù)作為輔助工具進(jìn)一步探討火龍果果皮色素的最佳提取條件，以及色素在不同條件下的穩(wěn)定性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

火龍果：購(gòu)于滄州市市場(chǎng)。

將購(gòu)買(mǎi)的火龍果去除可使用部分取皮，然后將皮清洗干凈，用刀切割成條狀放到鼓風(fēng)干燥箱中在70 ℃的條件下烘制24 h(2次稱(chēng)量數(shù)之間沒(méi)有差值，即為烘干徹底)。將烘干好的干果皮放到九陽(yáng)料理機(jī)中打碎，然后將粉末過(guò)40目的篩，最后將粉末保存?zhèn)溆肹13]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 單因素試驗(yàn)

火龍果果皮色素提取選擇料液比、微波功率、提取時(shí)間、乙醇濃度4個(gè)影響因素，每個(gè)影響因素分別設(shè)置5個(gè)水平(見(jiàn)表1)[14]。

表1 單因素試驗(yàn)表Table 1 Single factor test table

1.2.1.1 料液比

分別稱(chēng)取0.5 g紅龍果外皮粉末于100 mL三角瓶中，加入濃度為30%的乙醇溶液，料液比為1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50，在微波功率為300 W的條件下提取90 s，冷卻后以6000 r/min離心5 min，上清液在538 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值。

1.2.1.2 微波功率

分別稱(chēng)取0.5 g紅龍果外皮粉末于100 mL三角瓶中，加入濃度為30%的乙醇溶液，按料液比為1∶30，分別在微波功率為100，200，300，400，500 W的條件下提取90 s，冷卻后以6000 r/min離心5 min，上清液在538 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值。

1.2.1.3 提取時(shí)間

分別稱(chēng)取0.5 g紅龍果外皮粉末于100 mL三角瓶中，加入濃度為30%的乙醇溶液，按料液比為1∶30，微波功率為300 W，提取時(shí)間分別為70，80，90，100，110 s，冷卻后以6000 r/min離心5 min，上清液在538 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值。

1.2.1.4 乙醇濃度

分別稱(chēng)取0.5 g紅龍果外皮粉末于100 mL三角瓶中，分別加入濃度為10%、20%、30%、40%、50%的乙醇溶液，料液比為1∶30，在微波功率為300 W的條件下提取90 s，冷卻后以6000 r/min離心5 min，上清液在538 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度值。

1.2.2 正交試驗(yàn)

在單因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。選擇L9(34) 正交表，選出火龍果果皮紅色素的最佳提取條件，見(jiàn)表2和表3。

表2 正交試驗(yàn)因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 3 Orthogonal test design table

1.2.3 色素穩(wěn)定性的測(cè)定

1.2.3.1 溫度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確量取紅龍果果皮紅色素提取液4 mL，定容于100 mL的容量瓶中。分別量取10 mL色素溶液于6支干凈試管中，標(biāo)號(hào)為1，2，3，4，5，6。將6支試管分別在室溫、40，50，60，70，80 ℃的恒溫水浴鍋中放置1 h。取出，冷卻后，在538 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光度值。

1.2.3.2 光照對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確量取紅龍果果皮紅色素提取液4 mL，定容于100 mL的容量瓶中。分別量取10 mL色素溶液于8支干凈試管中，將8支試管分別在黑暗、820，1230，2030，2820，3700，4180，4950 lux的光照培養(yǎng)箱中放置1 h。取出后，在538 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光度值。

1.2.3.3 甜味劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確量取紅龍果果皮紅色素提取液4 mL，定容于100 mL的容量瓶中。分別量取10 mL色素溶液于6支干凈的三角瓶中，每個(gè)三角瓶分別加入濃度為2%、4%、6%、8%、10%、12%的葡萄糖溶液和蔗糖溶液5 mL，常溫下避光放置24 h后，在538 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光度值。

1.2.3.4 食用酸對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確量取紅龍果果皮紅色素提取液4 mL，定容于100 mL的容量瓶中。分別量取10 mL色素溶液于6支干凈的三角瓶中，每個(gè)三角瓶分別加入濃度為0.01%、0.05%、0.1%、0.5%、1%、5%的檸檬酸、蘋(píng)果酸、抗壞血酸溶液5 mL，常溫下避光放置24 h后，在538 nm波長(zhǎng)下測(cè)其吸光度值。

1.2.3.5 金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確稱(chēng)取Al(NO3)3、CuSO4、KCl、FeCl3、BaCl2、ZnSO4、MgCl2固體，配制成濃度為0.01 mol/L的溶液，保存?zhèn)溆?。? mL的紅龍果外皮紅色素提取液，將其定溶到100 mL的容量瓶中，備用。分別取定容后的色素提取液10 mL于8支干凈的三角瓶中，分別加入5 mL的蒸餾水、 Al(NO3)3、CuSO4、KCl、FeCl3、BaCl2、ZnSO4、MgCl2溶液。常溫下避光放置24 h后，在538 nm的條件下測(cè)定其吸光度值。

2 結(jié)果與分析

2.1 色素濃度與吸光度之間的關(guān)系曲線

為測(cè)定色素的含量與其吸光度值之間的聯(lián)系進(jìn)行如下試驗(yàn)：各取色素提取液1，2，3，4，5，6 mL并且將它們?cè)?0 mL的容量瓶中定溶，在黑暗條件下保存?zhèn)溆?。各? mL，分別進(jìn)行吸光度測(cè)定，繪制色素濃度和吸光度關(guān)系圖，見(jiàn)圖1。

圖1 色素濃度與吸光度之間的關(guān)系Fig.1 Relationship between pigment concentration and absorbance

根據(jù)作圖和計(jì)算得出曲線方程為y=0.0475x+0.0252，R2=0.9994。因此可以得出如下結(jié)論：色素的含量與其在538 nm條件下的吸光度值呈線性關(guān)系。因此，在后續(xù)的試驗(yàn)中通過(guò)測(cè)定色素的吸光度值的大小，可以間接地反映色素的濃度大小，從而選取出提取條件的最優(yōu)組合以及保存的最佳條件。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 不同料液比對(duì)色素提取的影響

料液比的大小對(duì)火龍果果皮紅色素的提取有一定的影響。

圖2 不同料液比對(duì)色素提取的影響Fig.2 Effect of different ratios of material to liquid on pigment extraction

由圖2可知，當(dāng)料液比小于1∶40時(shí)，色素提取液的吸光度逐漸增加；當(dāng)料液比為1∶50時(shí)，吸光度降低?；瘕埞ぜt色素提取的最佳料液比為1∶40。

2.2.2 不同微波功率對(duì)色素提取的影響

圖3 不同微波功率對(duì)色素提取的影響Fig.3 Effect of different microwave power on pigment extraction

由圖3可知，所提取出的紅色素含量會(huì)隨著微波功率的改變而改變。當(dāng)微波的功率小于400 W時(shí)，隨著微波功率的增大，吸光度也增大；當(dāng)微波功率達(dá)到500 W時(shí)，色素的吸光度降低。

2.2.3 不同提取時(shí)間對(duì)色素提取的影響

由圖4可知，所提取出的紅色素含量會(huì)隨著微波提取時(shí)間的改變而改變。當(dāng)微波提取時(shí)間小于80 s時(shí)，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，吸光度也增大，表明色素的提取效率也在上升；當(dāng)微波提取時(shí)間大于80 s時(shí)，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，吸光度減小，表明色素的提取效率也在減小。因此，火龍果果皮紅色素提取的最佳時(shí)間確定為80 s。

圖4 不同提取時(shí)間對(duì)色素提取的影響Fig.4 Effect of different extraction time on pigment extraction

2.2.4 不同乙醇濃度對(duì)色素提取的影響

不同乙醇濃度對(duì)火龍果果皮紅色素的提取也產(chǎn)生不同的影響。

圖5 不同乙醇濃度對(duì)色素提取的影響

由圖5可知，當(dāng)乙醇濃度為10%，吸光度較低；乙醇濃度為20%時(shí)，吸光度最大；當(dāng)乙醇濃度大于20%時(shí)，隨著濃度的增大吸光度逐漸減小。所以，選擇20%的乙醇濃度為火龍果果皮紅色素提取的最佳濃度。

2.3 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)L9(34)正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The results of orthogonal test

續(xù) 表

正交試驗(yàn)結(jié)果表明：微波功率、乙醇濃度、料液比、提取時(shí)間4個(gè)因素對(duì)火龍果果皮紅色素的提取都有影響?；瘕埞ぜt色素的最佳提取條件為：微波功率400 W，料液比1∶30，乙醇濃度30%，提取時(shí)間80 s，即A3B1C3D2。影響色素提取的主次因素為：A>B>C>D，即：微波功率>料液比>乙醇濃度>提取時(shí)間。

2.4 色素穩(wěn)定性的研究

2.4.1 溫度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

天然色素食用安全，但穩(wěn)定性較差，對(duì)光、溫度、酸堿、金屬離子等比較敏感[15]。

圖6 溫度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of temperature on the stability of pigment

由圖6可知，火龍果果皮紅色素的吸光度隨著溫度的上升而下降，穩(wěn)定性降低。當(dāng)溫度低于60 ℃時(shí)，吸光度隨著溫度的變化趨勢(shì)較小，表明色素利于在該條件下保存；當(dāng)溫度為60 ℃時(shí)，吸光度隨著溫度的升高下降較為迅速，表明該條件下不利于色素的保藏；由此可知，高溫可以破壞色素的穩(wěn)定性。

2.4.2 光照對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

圖7 光照對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of light on the stability of pigment

由圖7可知，以黑暗條件下保存的色素為對(duì)照，隨著光照強(qiáng)度的增加，火龍果果皮紅色素的穩(wěn)定性下降，表明色素對(duì)光照敏感。

2.4.3 甜味劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

葡萄糖和蔗糖是食品中經(jīng)常添加的甜味劑，甜味劑對(duì)色素穩(wěn)定性也有一定的影響作用。

圖8 甜味劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of sweetener on the stability of pigment

由圖8可知，隨著葡萄糖和蔗糖濃度的增加，火龍果果皮紅色素的吸光度逐漸下降，濃度較高時(shí)，蔗糖對(duì)色素的影響表現(xiàn)更明顯。

2.4.4 食用酸對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

圖9 食用酸對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.9 Effect of edible acid on the stability of pigment

由圖9可知，檸檬酸、蘋(píng)果酸、抗壞血酸對(duì)火龍果果皮紅色素穩(wěn)定性都有一定的影響。隨著濃度的增加，色素吸光度逐漸下降。

2.4.5 金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

以加入蒸餾水的一組作為參照， K+和Mg2+2種離子對(duì)火龍果果皮紅素的影響較??；Ba2+、Al3+和Zn2+3種離子的作用下，色素吸光度稍有下降，下降幅度不明顯； Cu2+和Fe3+對(duì)色素吸光度的影響最為明顯，相比對(duì)照，色素吸光度分別下降了78.26%和85.51%，見(jiàn)圖10。

圖10 金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.10 Effect of metal ions on the stability of pigment

3 結(jié)論

本試驗(yàn)對(duì)火龍果果皮紅色素采用微波輔助提取法進(jìn)行提取。在單因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定適合火龍果皮紅色素提取的微波提取法的最優(yōu)提取工藝為：微波功率400 W，料液比1∶30，乙醇濃度30%，提取時(shí)間80 s。并對(duì)提取的色素進(jìn)行了穩(wěn)定性研究，研究結(jié)果表明：高溫、強(qiáng)光對(duì)火龍果果皮紅色素的穩(wěn)定性影響較大，保存時(shí)適宜低溫、遮光保存。不同的甜味劑對(duì)色素穩(wěn)定性也有不同程度的影響，且濃度越高，色素穩(wěn)定性越低。金屬離子中Cu2+和Fe3+對(duì)火龍果果皮紅色素穩(wěn)定性的影響最為強(qiáng)烈。所以，在色素保存及含有食用色素的食品保存時(shí)要注意器皿的選擇。