番木瓜黄色素的初步定性和提取工艺优化

张 雨，杨士花，李永强，高连晋，赵存朝

(1云南农业大学食品科学技术学院，昆明 650201;2 云南农业大学外语学院，昆明 650201)

番木瓜黄色素是一种主要的类胡萝卜素，具有抗氧化和清除自由基等功能，能防治白内障及保护因年龄增加带来的黄褐部变性。

番木瓜(Carica papay)是番木瓜科番木瓜属多年生肉质草本植物［1］，在我国主要分布于广东、广西、云南、海南、福建、台湾等地。番木瓜营养丰富，含有糖类、蛋白质、脂类、多种维生素和类胡萝卜素，国外有文献报道其种类达32 种之余。目前关于番木瓜中黄色素的定性和提取工艺优化的研究鲜有报道，本研究以番木瓜为原料，通过对不同溶剂下的提取效果、不同pH值色素颜色的变化以及色素的最大吸光波长的研究，初步定性番木瓜黄色素;在单因素试验的基础上，利用二次通用旋转试验设计，优化番木瓜黄色素的提取条件，为番木瓜的综合利用提供了科学依据，对深度开发番木瓜具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 试验材料 本试验所用番木瓜均于2013 年2 月25 日来自云南农业大学附近水果店，采购后置于4℃冰箱中冷藏备用(为了提高试验的可比度，所有的样品均为同一品种。)

1.1.2 试验设备及仪器 UV-1600 型紫外可见分光光度计(日本岛津仪器有限公司)、BS-210S 电子天平(北京赛多科斯天平有限公司)、恒温水浴锅(嘉兴市中新医疗仪器有限公司)。

1.1.3 试验试剂 甲醇、无水乙醇、石油醚、乙酸，均为分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 最佳提取溶剂的确定 准确称取2g 样品，置于研钵中，在样品中分别加入蒸馏水、石油醚、无水乙醇、甲醇、乙酸各10mL 置于室温浸提30 min，研磨、过滤，定容于50mL 容量瓶中，适当稀释后，用紫外—可见分光光度计测定吸光度，确定最佳提取溶剂。

1.2.2 最大吸收波长的确定 准确称取2g 样品，置于研钵中，用无水乙醇在室温暗处浸提40min。研磨、过滤后，定容于50mL 容量瓶中，在350～530nm 范围内测定吸光度，确定最大吸收波长。

1.2.3 pH 值对色素稳定性的影响 以最佳提取剂提取色素溶液，用PHS 酸度计调pH 值，观察色素溶液的颜色变化。

1.2.4 各因素对色素提取率的影响 准确称取样品，分别在在各个影响因素下按相应提取条件进行试验，过滤之后定容于50mL 容量瓶中，在最大吸收波长下测定色素溶液的吸光度，确定最佳液料比。

1.2.5 二次通用旋转试验设计 在单因素试验的基础上，以最佳液料比、最佳提取时间、最佳提取温度为零水平，在合理范围内设定上下限，利用DPS 软件进行三因素二次通用旋转试验设计，确定番木瓜色素的最佳提取方案。

2 结果与分析

2.1 番木瓜黄色素的初步定性

2.1.1 最佳提取溶剂的确定

试验得出，番木瓜色素不溶于蒸馏水，但易溶于无水乙醇、甲醇、石油醚，并且在无水乙醇中吸光值最大，可以确定该色素为脂溶性色素，由于石油醚易挥发，故选取无水乙醇为最佳提取溶剂。

2.1.2 最大吸收波长的确定

测定番木瓜色素在无水乙醇中不同波长下的吸光度。由图1 可知，该黄色素在波长446nm 处有着最大吸收峰。文献表明，黄色的类胡萝卜素最大吸收波长为450nm［2］，说明该黄色素可能为类胡萝卜色素。

图1 番木瓜色素的吸收曲线

2.1.3 pH 值对色素稳定性的影响

观察以无水乙醇作为浸提剂的番木瓜色素浸提液的颜色为深黄色，进一步调节溶液pH，观察溶液颜色变化。

本次试验主要研究不同pH 值条件下番木瓜色素的不同颜色，进一步对番木瓜色素进行分析。结果表明，在酸性条件下该黄色素具有较强的稳定性，且颜色为深黄，随着pH 值的升高色素颜色变化不明显;碱性条件下浸提液为浅黄色(表1)。

表1 pH 值对番木瓜色素颜色的影响

由2.1.1、2.1.2 和2.1.3 的试验结果可以判断，番木瓜黄色素初步定性为脂溶性的类胡萝卜素，在不同的pH 条件下稳定性较好。

2.2 单因素试验

2.2.1 最佳液料比的确定

液料比值越大，番木瓜色素溶液的吸光度越高，当液料比值大于10 后，溶液的吸光度增加开始不太明显，从减少溶剂用量和浓缩耗能方面考虑，所以选择的最佳液料比值为10∶1 (图2)。

2.2.2 最佳提取时间的确定

番木瓜色素用无水乙醇提取不同时间后，测得吸光度随时间变化曲线。

由图3 可知，提取时间越长，番木瓜色素溶液的吸光度越高，提取率越高，在60 min 达到最高，之后便呈现下降趋势，可能是提取时间的过长，黄色素在氧气和光存在下不稳定所导致的，所以选择的最佳提取时间为60 min。

图2 液料比值吸光值的影响

图3 提取时间对吸光值的影响

2.2.3 最佳浸提次数的确定

提取次数越多，番木瓜色素溶液的吸光度越大，说明提取效率在增加，但是提取2 次后吸光度开始变化不大，说明提取效率也变化不大，从提取效率和回收成本方面考虑，所以选择的最佳提取次数为2 次(图4)。

图4 浸提次数对吸光值的影响

2.2.4 最佳提取温度的确定

番木瓜色素用无水乙醇提取时，测得吸光度随温度变化曲线如图5。

图5 提取温度对吸光值的影响

由图5 可知，温度越高，番木瓜色素溶液的吸光度先上升，该色素的提取率也呈增加趋势;在50℃时达到最高后，随温度的升高，吸光度开始缓慢降低，色素的提取率也逐渐降低。可能是黄色素在高温条件下不稳定，导致色素分解，从而降低了提取率，所以选择的最佳提取温度值为50℃。

2.3 二次通用旋转试验设计［3-5］

以单因素试验基础确定的最佳水平为提取时间60min、提取温度50℃、液料比10∶1 (mL/g)进行三因素五水平二次通用旋转试验设计，结果如表2。

表2 因素水平

2.4 数学模型的建立与分析［5-7］

二次通用旋转试验结果如表3 所示。

表3 二次通用旋转试验结果

将上述数据用DPS 软件分析得到二次回归模型如(1)式:

由表4 可知，该二次回归方程的失拟检验F1=3.563 6 ＜F0.05(5，5)=5.05，说明差异不显著，拟合检验F2=7.547 4 ＞F0.01(9，10)=4.94，达到极显著水平，说明该方程能够反映番木瓜黄色素提取率与提取温度、提取时间、液料比之间的关系，与实际情况拟合较好。此时各因素取值为:X1=1、X2=0、X3=－1.682，即提取温度为56.82℃、液料比为10∶1、提取时间为36.36min。

表4 试验结果方差分析

利用DPS 数据分析软件，以试验结果的均值0.29为临界值，获得大于临界值的方案45 个，各变量取值的频率分布见表5。由表5 可将优化方案定为:液料比为15∶1、提取温度为50℃、提取时间为60min。对此方案进行验证得到黄色素吸光度为0.358，比较接近优化方案的理论值0.36，说明该方案比较可靠。

表5 优化提取方案中Xi取值频率分布

3 结论

3.1 番木瓜色素的初步定性

番木瓜中提取到的色素是一种脂溶性色素，用无水乙醇提取效果较佳，446nm 处有最大吸收波长，在不同pH 下稳定性较好，初步定性为脂溶性的类胡萝卜素。

3.2 番木瓜色素的最佳提取条件

(1)采用二次通用旋转试验设计方法，建立影响番木瓜黄色素提取率(Y)的提取温度(X1)、液料比(X2)、提取时间 (X3)的条件优化数学模型为(2)式:

(2)番木瓜黄色素确定最佳提取条件为:液料比为15∶1、提取温度为50℃、提取时间为60min。

［1］张育英，陈三阳.热带亚热带果树分类学［M］.上海:上海科技出版社，1992.

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［8］李永强，杨士花，毕晓菲，等.二次通用旋转试验设计优化三角梅红色素提取工艺的研究［J］.中国食品添加剂，2010，11:68-72.