火龙果果皮色素提取及其性质与应用

贺江+刘蕊+韩淯欣+徐娟娟

摘要：以火龙果果皮为原材料，对果皮红色素的提取工艺、色素的理化性质、色素在食品中的应用效果等方面展开研究。结果表明，干燥、粉碎后以水为提取溶剂，按1 g ∶30 mL的料液比，在40 ℃、超声功率为100 W的条件下提取20 min时色素提取得率最高；火龙果果皮色素pH值在5～9范围内颜色稳定，低于80 ℃时颜色变化不明显，高温会使色素变色；Ca2+与色素生成沉淀，Fe3+使色素溶液变色，Cu2+使色素溶液褪色，SO2使色素褪色，碳水化合物对火龙果果皮色素无不良影响；火龙果果皮色素在饮料、酸奶、布丁中应用效果良好，而在面条和蛋糕中应用效果较差。本研究所获结果有望为火龙果果皮的资源化利用提供依据。

关键词：火龙果；果皮色素；超声波；提取工艺；理化性质；应用效果

中图分类号： TS2011文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）21-0213-03

收稿日期：2016-06-13

基金项目：国家自然科学基金（编号：31401583）；湖南省常德市联合基金（编号：2015JJ5008）。

作者简介：贺江，博士，副教授，主要从事食品安全与食品生物技术研究。E-mail：hejiang1119@163com。

色泽是食品的基本属性之一，通过添加色素改变食品的呈色，因而提高食品的品质是食品加工过程中常用的措施。食品色素按照来源可分为天然色素和合成色素两大类，其中合成色素虽然着色能力强，但存在安全隐患，因此受到消费者的抵触；而天然色素，因属于动植物或微生物的正常代谢产物，安全性较高，深受消费者欢迎。以农产品加工副产物为原材料，进行色素等天然产物的提取，是农产品综合利用的有效思路1-4]。

火龙果原产于巴西、墨西哥等中美洲热带沙漠地区，在我国海南省、福建省、广东省、广西壮族自治区等地也有广泛种植。火龙果果皮是火龙果产业加工的副产品，果皮中含有大量的红色素，是提取天然红色素的有效原材料。从火龙果果皮中提取红色素，可以充分加工火龙果，减少对环境的污染，带动当地火龙果产业的发展，从而带动当地的经济发展，提高人们的收入水平。已有较多关于火龙果果皮色素的研究，但主要集中于色素提取工艺方面，对色素性质和应用方面的研究较少5-8]。

本研究在上述背景下，对火龙果果皮色素的超声波辅助提取工艺进行优化，在此基础上进一步研究火龙果果皮色素的理化性质，探讨火龙果果皮色素在食品中的应用，以期为火龙果果皮资源的开发利用提供参考。

1材料与方法

11材料与试剂

火龙果果皮（取自红皮白肉火龙果）；无水乙醇、甲醇、乙醇、丙酮、冰醋酸、氢氧化钠、亚硫酸氢钠、葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖、氯化锌、氯化钙、氯化铁、氯化钠、硫酸铜、硫酸镁、硫酸锰（以上试剂均为分析纯）；X-5大孔树脂；水溶C100复合果汁饮料、布丁粉、牛奶冰激凌、酸奶、纯牛奶、面粉、低筋面粉、玉米油、白砂糖（以上材料均为普通市售产品）。

12仪器与设备

101-2AB型电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）；FW177型中草药粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司）；HH-S4型恒温水浴锅（北京科伟永兴仪器有限公司）；TDL-40B型离心机（上海安亭科学仪器厂）；KQ5200DB型数控超声波清洗器（江苏省昆山市超声仪器有限公司）；RE-52C 型旋转蒸发仪（河南省巩义市予华仪器有限责任公司）；UV-2550型紫外-可见分光光度计（日本岛津公司）；电热烤箱（浙江省温州一喜商用机械有限公司）。

13方法与步骤

131火龙果果皮的预处理

将新鲜的火龙果果皮用清水清洗干净，除去根茎等杂质切成小块，35 ℃鼓风干燥箱内干燥24 h，再用粉碎机磨碎，放置避光通风处备用。

132火龙果果皮色素的超声波辅助提取工艺

取1000 g火龙果果皮粉末加入30 mL提取溶剂，在设定温度、超声波功率及提取时间等条件下进行提取，再将样品于4 000 rmin条件下离心10 min，上清液稀释5倍后测定其在535 nm处的吸光度（D535 nm），每个处理重复3次取平均值。

本研究比较了水、丙酮、甲醇、冰醋酸、乙醇等提取溶剂对火龙果果皮色素的效果，结果表明水为最佳提取溶剂。在此基础上，通过进一步的单因素试验探讨提取时间、提取温度和超声波功率对火龙果果皮色素提取的影响。根据单因素试验结果，按表1所示因素水平，设定L9（34）正交试验对火龙果果皮色素超声波辅助提取工艺进行优化。

133火龙果果皮色素理化性质研究

采用最优的提取工艺获得火龙果果皮色素粗提液；粗提液用经活化的X-5大孔树脂吸附1 h后，再将X-5大孔树脂用50%乙醇溶液解吸1 h；试样于4 000 rmin离心10 min后，上清液在40 ℃下旋转蒸发至干，残渣用少量超纯水溶解得色素溶液备用。

本研究通过单因素对比试验，对火龙果果皮色素的酸碱稳定性和热稳定性进行研究，同时还探讨了金属离子、碳水化合物及SO2对火龙果果皮色素的影响。具体研究过程：（1）火龙果果皮色素酸碱稳定性研究。各取5 mL色素溶液置于7支试管中，用盐酸和氢氧化钠调节pH值为1、3、5、7、9、11、13时，观察其颜色变化并测定D535 nm。（2）火龙果果皮色素热稳定性研究。各取5 mL色素溶液于7支试管中，分别在30、40、50、60、70、80、90 ℃的恒温水浴锅中加热1 h，观察其颜色变化并测定D535 nm。（3）金属离子对火龙果果皮色素的影响研究。各取5 mL色素溶液于8支试管中，分别加入浓度为 10 gL 的NaCl、MgSO4、ZnCl2、CuSO4、FeCl3、CaCl2、MnSO4各5 mL，以5 mL蒸馏水作对照组，24 h后观察其颜色變化并测定D535 nm。（4）碳水化合物对火龙果果皮色素的影响研究。各取5 mL色素溶液于5支试管中，分别加入浓度为 01 gmL 的蔗糖、果糖、麦芽糖、葡萄糖溶液各5 mL，以5 mL蒸馏水作对照，24 h后观察其颜色变化并测定D535 nm。（5）SO2对火龙果果皮色素的影响研究。各取5 mL色素溶液于6支试管中，分别加入1%、2%、3%、4%、5% NaHSO3溶液 5 mL，以5 mL的蒸馏水作对照组，静置3 min后观察其颜色变化并测定D535 nm。endprint

134火龙果果皮色素在食品中的应用效果

将“133”获得的色素溶液用超纯水稀释到D535 nm为05左右，再通过对比试验进一步研究火龙果果皮色素在面食、饮料、酸奶、布丁等食品中的应用效果。具体研究方案：（1）火龙果果皮色素在面条中的应用效果研究。取等质量面粉2份分别作为试验组和对照组，试验组加入火龙果果皮色素稀释液，对照组加入等体积清水；将制作成的2份面条放入电热鼓风干燥箱中30 ℃干燥，将干制的带有色素的面条取出少许，煮熟，观察颜色的变化，其他的置于室温中观察颜色的变化。（2）火龙果果皮色素在蛋糕中的应用效果研究。按照传统蛋糕加工工艺进行蛋糕制作，配料时对照组加入清水，试验组加入等体积的火龙果果皮色素稀释液；蛋糕烤制出来后，室温下观察空白对照组和试验组的颜色变化。（3）火龙果果皮色素在饮料中的应用效果研究。取无色的水溶C100复合果汁饮料2份，对照组加入清水，试验组加入等体积的火龙果果皮色素稀释液；混匀后放入冰箱中保藏，定期观察其颜色变化。（4）火龙果果皮色素在酸奶中的应用效果研究。按照简易工艺制作酸奶，配料时对照组加入清水，试验组加入等体积的火龙果果皮色素稀释液；酸奶制作好后放入4 ℃冰箱中冷藏，定时观察颜色变化。（5）火龙果果皮色素在牛奶布丁中的应用效果研究。按照简易工艺制作牛奶布丁，配料时对照组加入清水，试验组加入等体积的火龙果果皮色素稀释液；牛奶布丁制作好后放入4 ℃冰箱中冷藏，定时观察颜色变化。

2结果与分析

21火龙果果皮色素的超声波辅助提取工艺

在单因素试验研究的基础上，按表1所示因素水平设定L9（34）正交试验，对火龙果果皮色素超声波辅助提取工艺进行优化。以提取液的D535 nm为考察指标，间接反映色素提取效果，结果见表2。

由表2可知，RA>RB>RC，即火龙果果皮色素提取效果的影响因素大小为温度>时间>超声波功率；最优工艺参数组合为A2B2C3，即提取温度40 ℃、提取时间20 min、超声功率100 W。

22火龙果果皮色素的理化性质

对火龙果果皮色素进行初步纯化后，通过单因素对比试验对火龙果果皮色素的酸碱稳定性和热稳定性进行研究，并探讨了金属离子、碳水化合物及SO2对火龙果果皮色素的影响，结果分别如表3至表7所示。

由表3可知，火龙果果皮色素在pH值为5～9时颜色无明显变化，当pH值<5或者pH值>9时，D535 nm明显下降，说明强酸强碱会改变色素结构。由表4可知，随着温度的升高，火龙果果皮溶液D535 nm递减，颜色由鲜红色变浅最后变成淡黄色，火龙果果皮色素在80 ℃以下稳定，高于80 ℃颜色变黄。由表5可知，Ca2+会与火龙果果皮色素发生反应，生成白色沉淀；Fe3+使色素溶液变黄，Cu2+会使色素溶液颜色明显变浅，Mg2+、Mn2+、Na+对色素有一定的增色作用，Zn2+对色素影响不大。由表6可知，碳水化合物对火龙果果皮色素无不良影响，蔗糖、果糖、麦芽糖对色素有一定的增色作用，葡萄糖对色素影响不大。由表7可知，SO2可使色素由鲜红色逐渐变为无色，浓度越高，褪色越快。

23火龙果果皮色素在食品中的应用效果

本研究通过对比试验，探讨了火龙果果皮色素在面食、饮料、酸奶、布丁等食品中的应用效果。结果表明，火龙果果皮色素在干制的面条中着色较好，颜色呈玫红色，但是由于火龙果果皮色素是水溶性色素且在高温下色素易被破坏，煮熟后的面条颜色明显变浅，颜色偏暗，因此火龙果果皮色素不适合在面条中应用。火龙果果皮色素在蛋糕中着色不明显，在烤箱的高温作用下，与空白对比颜色基本一致，因此火龙果果皮色素不适合在蛋糕中应用。火龙果果皮色素在饮料中着色均匀，呈现类似于红酒的诱人红色，且颜色稳定，因此火龙果果皮色素在饮料中的应用效果良好。火龙果果皮色素在酸奶中着色稳定，呈现粉色，粉嫩的颜色让人心情愉快，视觉上很吸引人，因此火龙果果皮色素在酸奶中应用效果良好。火龙果果皮色素在布丁中着色均匀，呈山楂红色，且颜色稳定，因此火龙果果皮色素在果冻布丁中应用效果良好。

3结论与讨论

以火龙果果皮为原材料，对果皮红色素的提取工艺、色素的理化性质及色素在食品中的应用效果等方面展开研究。火龙果果皮经干燥、粉碎后以水为提取溶剂，按1 g ∶30 mL的料液比在40 ℃、超声功率100 W的条件下提取20 min时色素提取得率最高。火龙果果皮色素pH值为5～9范围内时颜色稳定，低于80 ℃时颜色变化不明显，高温会使色素变色，Ca2+与色素生成沉淀，Fe3+使色素溶液變色，Cu2+使色素溶液褪色，SO2使色素褪色，碳水化合物对火龙果果皮色素无不良影响。火龙果果皮色素在饮料、酸奶、布丁中应用效果良好，而在面条和蛋糕中应用效果较差。

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