萝卜红色素的提取工艺研究

刘海军，孙井坤

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆163319；2.东北农业大学工程学院）

红心萝卜成本低，来源丰富，萝卜红色素可广泛应用于食品行业以及药品外表着色等。按食品工业生产使用着色，最大用量不限，可作为天然食用色素逐步取代合成色素的最优品种[1]。具有抗氧化功能的天然食用色素。色素的提取方法主要有溶剂浸提法[2]、超声波萃取法[3]和微波萃取法[4]。微波萃取法速度最快，但是微波控制不好极易使色素分解，而溶剂浸提法可以减少溶剂消耗，操作简单方便，学者用此方法对不同物料如紫心萝卜[5]、紫甘薯[6-7]、辣椒[8-9]、紫茄皮[10]、红叶甜菜[11]和火龙果[12]等的红色素提取工艺进行了大量研究，但是，这种提取时间较长，耿明江等[13]在提取桃花红色素时，优选浸提溶剂后，以超声方法辅助提取，结果表明，这种方法优选所得工艺稳定可行。

因此，采用溶剂方法，辅助超声波加快提取速度，以红心萝卜为原料提取红色素，对影响红色素提取的因素和最佳提取条件进行研究。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新鲜红心萝卜购于大庆当地农贸市场；萝卜红色素胶质、冰乙酸均为分析纯，购于天津市天大化学试剂厂。

1.2 仪器设备

TDL8D-2B型台式离心机：上海安亭科学仪器厂；BSA-224S-CW型电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；FW型高速万能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；KQ-500DV型数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；TU-1901型双光束紫外可见分光光度计：北京普析通用有限责任公司；SHB-3循环水多用真空泵：郑州杜甫仪器厂；202-2A型电热恒温干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司；ZKF035型电热真空干燥箱：上海实验仪器厂有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 萝卜红色素提取工艺流程

将新鲜胭脂萝卜洗净，去皮，切成细丁状，将切成细丁状的红心萝卜破碎，加入一定浓度的乙酸提取剂中，在一定温度下，经400W功率的超声辅助提取一定时间，取出放入离心机中，在4 000 r·min-1下旋转离心10min，得到澄清的色素上清液，取1mL定容至100mL容量瓶中，在530 nm下测其吸光度值。

1.3.2 红色素提取量的计算

用1%的盐酸甲醇溶液，准确配制系列浓度的红色素溶液，在530 nm波长下测其吸光度A，根据浓度C与吸光度A的关系，拟合得到标准曲线方程为A=1.934C-0.048 5（决定系数R2=0.998 9），花青素萃取率的计算公式如式（1）：

式中：D——试样中红色素的含量（μg·g-1）；

C——红色素浓度（μg·mL-1）；

V——定容体积（mL）；

n——稀释倍数；

W——试样重量（g）。

1.3.3 单因素试验设计

1.3.3.1 温度对色素提取量的影响

在5.00 g红心萝卜样品中，加入5.00 mL浓度为20%的乙酸，浸提10min，对提取量在不同提取温度下的变化进行试验。

1.3.3.2 料液比对色素提取量的影响

在5.00 g红心萝卜样品中，加入一定体积的浓度为20%的乙酸，浸提10 min，对提取量在不同乙酸体积下的变化进行试验。

1.3.3.3 乙酸浓度对色素提取量的影响

在5.00 g红心萝卜样品中，加入5.00 mL不同浓度的乙酸，在浸提温度40℃下浸提10 min，对提取量在不同乙酸浓度下的变化进行试验。

1.3.3.4 浸提时间对色素提取量的影响

在5.00 g红心萝卜样品中，加入5.00 mL浓度为20%的乙酸，在浸提温度40℃下浸提，对提取量在不同提取时间下的变化进行试验。

以上所有试验均为重复3次，取平均值。

1.3.4 正交实验

在单因素实验的基础上，根据表1所列的条件进行提取，将浸提液在4 000 r·min-1的离心机中离心后，取1mL的上清液定容至100mL的容量瓶中，测其在530 nm下的吸光度值，以提取量为评价指标，对萝卜红色素提取量影响的因素进行正交实验，根据预试验结果，以料液比A（μg·g-1）、乙酸浓度B（%）、提取时间C（min）、温度D（℃）为4因素，各取3水平，进行萝卜红色素提取产量的L9（34）正交试验，并对实验结果进行统计分析。

表1 正交实验因素水平表Table1 The factors and levels of orthogonal experiment

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果与分析

2.1.1 温度对色素提取量的影响

提取量随提取温度的变化结果如图1所示。

由图1可以看出：随温度的增加提取量逐渐增加，在提取温度达到40℃时提取量达到最大值5.835μg·g-1，随着温度继续升高，提取量下降。这是因为温度升高会促进传质作用，有利于色素的提取，但是，过高的温度会使红色素分解，从而降低提取量，所以选择40℃为最佳提取温度。

图1 温度对提取量的影响Fig.1 Effect of temperature on extraction quantity

2.1.2 料液比对色素提取量的影响

提取量随料液比的值变化如图2所示，由图可以看出，提取量随着料液比的增大提取量逐渐增大，5 g样品质量固定，料液比越大表明所加提取剂乙酸的体积越大，这使得提取出的红色素质量更多，综合考虑，选择料液比1∶1为宜，即5 g样品中加入5mL乙酸。

图2 料液比对提取量的影响Fig.2 Effectof solid-liquid ratio on extraction quantity

2.1.3 乙酸浓度对色素提取量的影响

提取量随乙酸浓度的变化如图3所示。

图3 乙酸浓度对提取量的影响Fig.2 Effect of acetic acid concentration on extraction quantity

由图3可以看出：随着乙酸浓度的增加，提取量逐渐增加，当达到30%后开始下降，所以选取30%的乙酸作为提取剂，这与文献的结论是一致的[14]。

2.1.4 时间对色素提取量的影响

提取量随提取时间的变化如图4所示。

图4 时间对提取量的影响Fig.4 Effect of time on extraction quantity

由图4可以看出，提取量随着提取时间的增加先增后减小，在时间为20min时提取量达到最大值7.295μg·g-1，而后时间增大，提取量反而减小，因为随着浸提时间的增长色素可能分解，因此浸提时间确定在20 min。

2.2 正交试验结果分析

正交试验结果如表2所示。

表2 正交试验设计与结果Table2 Results of orthogonal experiment design

续表2正交试验设计与结果Continued Table2 Results of orthogonal experiment design

由表2可以看出，根据级差分析可知：利用乙酸作为提取剂提取萝卜红色素时，各影响因素的顺序为：D＞C＞B＞A，即：料液比＞时间＞温度＞浓度。 最佳工艺为：A1B2C2D2即：料液比为1∶1、乙酸的浓度为30%、温度为40℃、超声波浸提20min最好。因为最佳组合在试验设计中，故不需要做验正试验。

3 结论

试验确定的色素提取重要条件为色素的实验室小量提取条件，与工业的提取条件有一定的差异和距离，可作为工业生产提取条件的参考和依据。在萝卜红色素的提取过程中，采用乙酸进行浸提，提取量较高，同时乙酸成本相对较低，在大规模生产中切实可行。提取萝卜红色素的最佳工艺为：料液比为1∶1，乙酸的浓度为30%，在40℃的温度下，浸提20min，提取量为7.295μg·g-1。

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