火龙果果皮色素提取工艺及稳定性研究

宋珊珊 谭 沙 蔡国跃 孙延斌 吴天祥 朱 威

SONG Shan-shan1 TAN Sha1 CAIGuo-yue1 SUN Yan-bin1 WU Tian-xiang1 WU Wei2

（1.贵州大学生命科学学院，贵州 贵阳 550025；2.浙江大学工业技术研究院，浙江 杭州 310058）

(1.College of life science,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025，China；2.ChinaZhu Wei，Industrial Technology Research Institute,Zhejiang University,Hangzhou,Zhejiang 310058,China)

火龙果是仙人掌科量天尺属的多年生多浆植物的果实，又叫仙人果、红龙果，有红皮白肉、红皮红肉和黄皮白肉之分[1]，原产于巴西、墨西哥等中美洲热带沙漠地区[2]，现在中国海南、福建、广东、广西、贵州等地均有一定规模种植[3]。

贵州罗甸因其独特的地理环境和气候成为火龙果的重点种植基地，截止2011年底火龙果种植面积达2 026 hm2[4]。火龙果的大量种植，使其供过于求，降低了火龙果的经济价值，而火龙果酵素产品、天然色素、果酒、低糖果脯、果醋等产品的研究，能扩大火龙果的应用市场，增加火龙果果品的附加值[5-7]。

火龙果果皮富含甜菜苷类色素[8]，该色素在1960年被允许用于食品着色，它具有抗氧化、抗辐射和消炎的作用[9]。本试验以火龙果果皮为研究对象，采用溶剂萃取法提取果皮中的天然红色素,并研究其在不同温度、pH和金属离子等环境下的稳定性，为该色素的使用和储存提供科学的依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

火龙果：红皮白肉火龙果，购于贵州罗甸；

无水乙醇、甲醇、异丙醇、丙酮、柠檬酸、磷酸氢二钠、磷酸氢钙、氯化钠、硫酸镁、乙酸锌、硫酸铁等：分析纯，重庆茂业化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

紫外可见光光度计：T6新世纪型，北京普析通用仪器有限公司；

离心机：TDL-40B型，上海安亭科学仪器厂；

电热恒温水浴锅：DK-98-Ⅱ型，天津泰斯特仪器有限公司；

榨汁搅拌机：GW-308A型，佛山市锯华电器有限公司；

恒温摇床：TS-2102C型，上海天呈实验仪器制造有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 色素提取工艺

火龙果→清洗→取皮→绞碎→称重→提取→过滤→滤液→浓缩→色素浓缩液

(1)红色素含量的测定：称取一定量的火龙果果皮，稀释一定倍数，以相应试剂为空白，于534 nm波长下测其吸光值。按照式(1)计算红色素含量[10]。

式中：

C——待测样品中甜菜苷浓度，g/L；

A——最大吸收波长下吸光值；

DF——稀释倍数；

MW——标准甜菜苷摩尔分子质量，550.46；

ε——标准甜菜苷摩尔消光系数，61 600。

(2)确定火龙果果皮色素最大吸收波长：取2 g绞碎后火龙果果皮溶于40 mL蒸馏水中，25℃，200 r/min振荡2 h，4 000 r/min离心5min。过滤，取滤液，用蒸馏水稀释至一定倍数，于波长200～800 nm范围内扫描。

(3)提取剂的选择：分别取2 g绞碎后火龙果果皮溶于40mL蒸馏水、异丙醇、0.25mol/L柠檬酸、50%丙酮、50%甲醇、50%乙醇中，25 ℃，200 r/min振荡 2 h，4 000 r/min离心5min，过滤，取滤液。以相应提取剂为空白，于534 nm波长下测其吸光值。

(4)料液比的选择：取4 g绞碎后火龙果果皮，按料液比为 1∶4，1∶8，1∶12，1∶16，1∶20，1∶24，1∶28(m∶V)加入提取剂。25℃，200 r/min振荡 2 h，4 000 r/min离心 5min。过滤，取滤液。以相应提取剂为空白，于534 nm波长下测其吸光值，按式(1)计算其红色素含量。

(5)提取时间的选择：取2 g绞碎后火龙果果皮，加40mL提取剂，25 ℃，200 r/min 分别振荡 10，20，30，40，50 min 和1，2 h，4 000 r/min离心5min。过滤，取滤液，于534 nm 波长下测其吸光值。

(6)提取温度的选择：取2 g绞碎后火龙果果皮，加40mL提取剂，于 20，30，40，50，60 ℃温度下 200 r/min 振荡提取50min，4 000 r/min离心 5 min，过滤，取滤液，于 534 nm 波长下测其吸光值。

(7)pH的选择：配置一定浓度的色素液，取该色素液10mL，用柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液调节其pH后定容至50mL，于534 nm波长下测其吸光值。

取2 g绞碎后火龙果果皮，加40 mL pH分别为2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0 的提取剂（用柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液调节pH），25℃，200 r/min振荡提取50 min，4 000 r/min离心5min，过滤，取滤液，于534 nm波长下测其吸光值。

1.3.2 色素的稳定性研究 色素原液：在最佳提取工艺下制备的色素液。

(1)温度对色素稳定性的影响：100 mL色素原液分别置于 5，25，45，65，85，100 ℃温度下，当保温 1，2，3，6，24 h 时，取色素液放置至室温，于534 nm波长下测其吸光值。

(2)光照对色素稳定性的影响 取100 mL色素原液，于不同环境（日光、暗箱）下静置，1，6，24，48，72，120 h 时分别测其色素液在534 nm波长下吸光值。

(3)糖浓度对色素稳定性的影响：取100 mL色素原液，按2%，4%，6%，8%，10%的浓度加入蔗糖。在室温下放置1，6，12，24，48，72，100 h，分别测其色素液在 534 nm 波长下的吸光值。

(4)氧气对色素稳定性的影响：取50mL离心管加入10mL色素原液，通纯氮气 10 min，放置 1，6，12，24，48，72，100 h分别测其色素液在534 nm波长下吸光值。另取10mL色素原液，通纯氧气10min，重复上述操作。

(5)食盐对色素稳定性的影响：取100 mL色素原液，分别加入 3，5，6 g 食盐。在室温下，放置 1，2，12，24，80 h 分别测其色素液在534 nm波长下吸光值。

(6)金属离子对色素稳定性的影响：取100 mL色素原液，分别加入不同浓度 KCl（1.0，1.5，2.0 g/kg）、FeSO4(5，10，15mg/kg)、MgSO4(0.01，0.03，0.05 g/kg)、CaCl2(1，3，5 g/kg)、醋酸锌（0.002，0.004，0.006 g/L），常温放置 1，2，12，24，80 h 时分别测其色素液在534 nm波长下吸光值。

(7)pH对色素稳定性的影响：用柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液调节色素原液的 pH 至 3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0；在室温下，放置2，4，6，8 d分别测其色素液在534 nm波长下吸光值。

1.4 数据分析

IBM SPSSStatistics v19.0.0：数据显著性分析；Microsoft Office Excel 2007：作图。

2 结果与分析

2.1 色素提取

2.1.1 确定火龙果果皮色素最大吸收波长 由图1可知，火龙果果皮色素的最大吸收波长为534 nm。

2.1.2 确定提取剂 由图2可知，蒸馏水对色素的提取效果最好，所以选择蒸馏水为提取剂。

图1 火龙果果皮色素紫外—可见光谱图Figure1 UV-visible spectra ofpigment from pitaya peel

2.1.3 确定料液比 由图3可知，增加料液比可显著性的提高红色素的单位浓度，提高提取效果；当料液比为1∶20(m∶V)时，继续增加料液比不能带来提取效果的显著性增加。所以从色素提取效果和节约成本两方面考虑，确定料液比为1∶20(m∶V)。

图2 提取剂对提取效果的影响Figure2 Effectofdifferentextratanton extracting pigment

图3 料液比对色素提取效果的影响Figure3 Effectofdifferentsolid-liquid ratioonextractingpigment

2.1.4 确定提取时间 由图4可知，色素提取效果随提取时间的加长有所提高，当提取时间为50min时，继续延长提取时间不能带来提取效果的显著性增加。因此确定提取时间为50min。

图4 提取时间对提取效果的影响Figure4 Effectof timeon extracting pigment

2.1.5 提取温度的确定 由图5可知，当提取温度为30℃时，色素提取效果最好，继续增加提取温度，色素提取效果呈显著性下降。因此选择30℃为提取温度。

2.1.6 确定提取pH 由图6可知，相同浓度的色素液在不同pH下其吸光值无差异，因此图7中色素吸光值的改变是色素浓度不同导致的，不同pH的提取剂对色素提取效果有影响；由图7可知，当pH为6时，色素提取效果最好。

图5 提取温度对色素提取效果的影响Figure5 Effectof temperatureon extracting pigment

图6 pH对色素的影响Figure 6 EffectofpH on pigment

图7 提取pH对色素提取效果的影响Figure 7 EffectofpH on extracting pigment

2.1.7 火龙果果皮色素提取最佳提取工艺 提取剂：蒸馏水；料液比：1∶20(m∶V)；提取时间：50min；提取温度：30 ℃；提取pH 6。

2.2 色素的稳定性研究

2.2.1 温度对色素稳定性的影响 由图8可知，当温度为5，25℃时，24 h内色素变化不显著；当温度为45℃时，24 h后色素吸光值下降了0.408，为原液色素吸光值的56%；当温度为65℃时，24 h后色素吸光值下降了0.797，为原液色素吸光值的15%；当温度为85，100℃时，6 h后色素液红色褪去变为无色。因此常温以下利于色素的储存。

2.2.2 光照对色素稳定性的影响 由图9可知，48 h内，光照对色素稳定性的影响不大，随着时间的增加，日光条件下色素吸光值下降更显著。

2.2.3 糖浓度对色素稳定性的影响 由图10可知，蔗糖的加入并没有改变色素变化的趋势。在1～12 h内，蔗糖浓度越高，色素分解越快，说明蔗糖在此期间对色素有消色作用，在48～100 h时，加糖对色素的稳定性并没有显著性的影响。所以在色素的储存或使用中，蔗糖对色素稳定性的影响可忽略。

图8 温度对色素稳定性的影响Figure 8 Impactofdifferent temperature on the stability of the pigment

图9 光照对色素稳定性的影响Figure9 Impactofdifferent lighton thestabilityof thepigment

图10 糖浓度对色素稳定的影响Figure10 Impactofdifferentsuger concentration on the stability of the pigment

2.2.4 氧气对色素稳定性的影响 由图11可知，纯氧环境会加速色素的分解，无氧环境会增强色素的稳定性。因此提高色素的稳定性，可以添加抗氧化剂或将色素放在无氧条件下。

2.2.5 食盐对色素稳定性的影响 由图12可知，加入食盐后1 h，吸光度急剧下降，即对色素的消色作用明显（P<0.05）。但随着时间的增加，食盐对色素稳定性影响不显著(P>0.05)。所以在色素的储存或使用中，食盐对色素稳定性的影响可忽略。

2.2.6 金属离子对色素稳定性的影响 由图13～17可知，不同浓度K+、Fe2+、Mg2+对色素稳定性的影响不显著；而Ca2+能加快色素的降解，降低色素的稳定性；Zn2+有护色作用，0.002 g/L Zn2+护色作用最佳。

图11 氧对色素稳定性的影响Figuee11 Impactofoxygen on the stability of the pigment

图12 食盐对色素稳定性的影响Figuee12 Impactof table salton the stability of the pigment

图13 K+对色素稳定性的影响Figuee 13 ImpactofK+on the stability of the pigment

图14 Fe2+对色素稳定性的影响Figuee14 Impactof Fe2+on thestabilityof thepigment

2.2.7 pH对色素稳定性的影响 由图18可知，当pH在5～6时，色素保留率最高，色素稳定性最好；酸性环境比碱性环境利于色素稳定。

3 结论

(1)火龙果果皮色素提取最佳工艺为以蒸馏水为提取剂，料液比1∶20(m∶V)，提取时间50 min，提取温度30℃，提取pH 6。与舒娜[11]的火龙果色素提取工艺相比，提取时间节约了30min，提取温度降低了10℃。

图15 Mg2+对色素稳定性的影响Figure 15 ImpactofMg2+on the stability of the pigment

图16 Ca2+对色素稳定性的影响Figure16 ImpactofCa2+on the stability of the pigment

图17 Zn2+对色素稳定性的影响Figure17 Impactof Zn2+on the stability of the pigment

图18 pH对色素稳定性的影响Figure18 ImpactofpH on the stability of the pigment

(2)火龙果红色素热稳定性差，常温以下能较好的保持色素的稳定，与杜志坚等[12]研究的火龙果红色素在80℃下较为稳定有差别；pH在5～6时色素最稳定，酸性环境（pH<7）比碱性环境（pH>7）利于色素稳定，该色素可用于低酸食品的着色。日光和氧气都可降低色素的稳定性，最好避光、避氧储存；2%～10%的糖和食盐对色素稳定性影响不显著，可用于饮料、冰淇淋等加糖食品的着色；金属离子对色素稳定性的影响：Ca2+可降低色素的稳定性，K+、Fe2+、Mg2+对色素的作用不显著，Zn2+有护色作用。

本课题研究了一些物理、化学因素对火龙果果皮色素稳定性的影响，找出了利于火龙果果皮色素使用和储存的条件，但就如何护色，降低色素的降解率有待进一步研究。

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10 烟利亚.红龙果红色素稳定性及生物活性研究[D].福建：集美大学,2011.

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