火龙果果皮中花青素的提取与稳定性研究

严汉彬，骆玮诗，韩 珍，徐 艳，邱元凯

（河源职业技术学院，广东河源 517000）

原花青素，又名缩合鞣质，是从植物中分离得到的一类植物多酚，可在热酸处理下产生红色花色素，广泛存在于植物中[1-2]。药理和临床研究表明，原花青素具有抗氧化[3]、抗肿瘤[4]、保护心脑血管[5]、预防老年痴呆及帕金森病[6]等作用，可作为一种天然食用色素，安全、无毒、资源丰富，而且具有一定营养和药理作用，在食品、化妆、医药等方面有着巨大的应用潜力[7]。而天然花青素稳定性较合成色素等物质低，在生产应用及贮藏中易受如温度、pH值、各种食品添加剂及金属离子等环境因素的影响而变质，导致产品色泽改变而不易被消费者接受[8-10]。

火龙果（特别是红肉火龙果） 果皮含有大量花青素，且物理稳定性较好。从火龙果果皮中提取天然花青素，不但可以实现火龙果的综合利用，提高火龙果的附加值，而且可以减少食物垃圾与环境污染，在生产上具有重要意义。目前，花青素的提取方法研究较多，如浸提法、超声波辅助法、微波辅助法等[11-12]，但有关不同提取条件下的火龙果皮花青素提取效果及稳定性比较的研究报道较少。以火龙果果皮为材料分别在不同条件下提取其花青素，考查不同因素对提取效果的影响，并考查对稳定性的影响因素。以期为火龙果果皮中花青素的综合开发和利用提供试验基础和理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

火龙果，购自广东省河源市，洗净后于50 ℃下低温烘干，粉碎后过60 目筛，置于4 ℃冰箱保存备用。

乙醇、浓盐酸、蒸馏水、乙酸乙酯、60%乙醇、KCl、蔗糖、食醋溶液、10%碳酸氢钠溶液、食盐，均为分析纯。

1.2 仪器和设备

数显恒温水浴锅，常州华奥仪器制造有限公司产品；UV-1800 型紫外分光光度计，岛津（中国）有限公司产品；电子天平，梅特勒托利多（上海）有限公司产品；KQ500DB 型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司产品；榨汁机、SFG-02.500 型电热恒温鼓风干燥箱，黄石市恒丰医疗器械有限公司产品；L500 型离心机，长沙湘仪离心机仪器有限公司产品；SHA-CA 型水浴恒温振荡器，常州华奥仪器制造有限公司产品；pH 计，梅特勒托利多（上海） 有限公司产品。

1.3 火龙果皮花青素提取方法

称取2 g 烘干后的果皮破碎物放入烧杯中，加浓度0.1 mol/L 的盐酸- 乙醇溶液20 mL，均匀搅拌10 min，于40 ℃水浴中加蒸馏水20 mL，浸提一定时间后过滤，把溶液倒入50 mL 容量瓶中，加入体积分数60%乙醇10 mL 提取10 min，过滤后定容。

1.4 火龙果皮花青素含量测定

以盐酸- 乙醇溶液作参比，使用紫外分光光度计测定提取液在波长530，620，650 nm 处的吸光度。花青素的含量如下[13]：

花青素提取量（C）：

式中：A——花青素的吸光度；

a——吸光系数（a=0.077 5 L/(g·cm)）；

b——液层厚度（通常为比色皿厚度，cm）；

W——样品质量，g；

V——提取剂体积，mL。

1.5 正交试验

1.5.1 确定最佳提取工艺参数

根据相关资料文献[14]，选择提取剂种类、提取时间、浸提温度和料液比作为正交试验因素进行L9（34）正交试验。

正交试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素与水平设计

1.5.2 超声波破碎对花青素提效果的影响

溶剂浸提是花青素最传统、最常规的提取方法，但该方法存在提取时间较长、生产效率较低的缺陷，容易造成花青素降解和生理活性的降低[15]。而增加超声波作用，可以加快破碎液的传质和传热速度，加强细胞内物质的释放，从而加速植物中有效成分的扩散和浸出。试验在最佳提取工艺的基础上，选取超声功率、料液比、超声时间与超声温度作为正交试验因素进行L9（34）正交试验。

试验因素与水平设计见表2。

表2 试验因素与水平设计

1.6 不同因素对火龙果皮花青素稳定性的影响

1.6.1 温度对稳定性的影响

取50 mL 经过最佳条件提取的花青素原液（下称原液） 分别置于5，25，45，65，85 ℃温度下保温放置，在1，2，4，6 h 时取样并放置至室温，于波长534 nm 处测其吸光度，并记录观察溶液颜色变化。

1.6.2 花青素在不同pH 值下的稳定性

用食醋溶液和10%碳酸氢钠溶液，调节色素原液的pH 值3，4，5，6，7，8，9。在室温下放置24 h后分别测其在波长534 nm 处吸光度，记录并观察溶液颜色变化，以原始原液作为空白，对不同pH 值下的花青素吸光度进行对比。

1.6.3 光照对稳定性的影响

取50 mL 色素原液，与不同环境（日光、暗箱）下静置，分别在1，12，18，24 h 时测定波长534 nm处的吸光度，并记录观察溶液颜色变化。

1.6.4 盐度对稳定性的影响

取50 mL 原液分别加入1.5，2.5，3.0 g 食盐，在温室下放置并分别在1，2，16，24 h 取样，于波长534 nm 处分别测其吸光度，并记录观察溶液颜色变化。

1.6.5 糖度对稳定性的影响

取50 mL 原液分别按 2%，4%，6%， 8%，10%的质量分数加入蔗糖，在室温下放置24 h 后分别在波长534 nm 处测其吸光度，并记录观察溶液颜色变化。

1.6.6 金属离子对稳定性的影响

取50 mL 色素原液，分别按不同浓度加入KCl，MgSO4与Zn 标准溶液，室温放置1，2，16，24 h，分别在波长534 nm 处测吸光度，并记录观察溶液颜色变化。

2 结果与分析

2.1 火龙果皮花青素提取的最佳工艺参数

影响火龙果皮花青素提取量的因素很多，在文献[14]基础上采用正交试验法确定浸提法提取火龙果皮花青素的最适提取工艺，计算并分析其因素水平与试验结果。

正交试验结果见表3。

表3 正交试验结果

由表3 可知，影响提取率大小的因素依次为A＞D＞C＞B，即火龙果果皮中浸提花青素含量的因素最主要的是提取剂种类，其次是料液比和浸提温度，最弱的是提取时间。根据各因素K 值大小可以确定浸提法提取火龙果皮花青素的较优条件为蒸馏水作为溶剂，提取时间40 min，浸取温度40 ℃，料液比1∶10，即A1B3C2D2。并在此最优工艺参数条件下提取花青素，得到花青素的平均提取量为370.0 mg/g，比正交试验中每次试验所得的花青素提取量都高，由此说明正交试验得到的最优条件是可行的。

2.2 超声波对花青素提取效果的影响

确定浸提法提取火龙果皮花青素的最优工艺参数条件后，在此条件下采用超声波作用，采用正交试验法确定最佳超声条件。

超声波正交试验结果见表4。

由表4 可知，影响提取率大小的因素依次为D'＞C'＞A'＞B'，在超声波提取中影响火龙果果皮中浸提花青素含量的因素最主要的是超声温度，其次是超声时间和超声功率，影响最弱的是料液比。根据各因素K 值大小可以确定最佳超声条件为超声功率80 W，料液比1∶10，超声时间15 min，超声温度控制在50 ℃，即A'3B'1C'2D'2。为了验证正交优化的工艺条件，按其参数进行3 次平行试验，火龙果果皮的花青素的平均提取量为858.4 mg/g。试验结果证明，在此条件下正交试验组合的最高值，火龙果果皮的提取并未达到预期的提取量，由此可得试验的最佳提取条件为试验2：超声功率60 W，料液比1∶12，超声时间15 min，超声温度50 ℃。

表4 超声波正交试验结果

2.3 不同因素对火龙果皮花青素稳定性的影响

2.3.1 提取温度对稳定性的影响

提取温度对花青素稳定性的影响见图1。

图1 提取温度对花青素稳定性的影响

由图1 可知，当温度为5，25 ℃时，6 h 内花青素变化不显著；当温度为45 ℃时，6 h 后花青素吸收值下降了0.360 9，为原液花青素吸光值的55%；当温度为65 ℃时，6 h 后花青素吸光值下降了0.625 5，为原液花青素吸光值的22%；当温度为85 ℃时，6 h后花青素吸光值下降了0.702 9，为原液花青素吸光值的12%；6 h 后5～25 ℃条件下原液颜色没有明显改变，45 ℃保存的原液由开始的玫瑰红色变成了橙红色，65 ℃与85 ℃保存的原液颜色已经变成了浅黄色。由此可得，若要长时间保存花青素，其提取温度应该控制在较低温度5～25 ℃。

2.3.2 花青素在不同pH 值下的稳定性

pH 值对花青素稳定性的影响见图2。

由图2 可知，在pH 值3～7 时，花青素吸光度与原液颜色均变化不显著，表明酸性环境下花青素可以保持稳定。在偏碱性条件下（pH 值8～9），吸光度比空白略有下降，溶液颜色没有明显变化。由此可得，pH 值对花青素稳定性的影响较小，但是酸性环境是更合适的保存环境。表明火龙果皮花青素更适宜用作酸性食品的添加剂或着色。

图2 pH 值对花青素稳定性的影响

2.3.3 光照对稳定性的影响

光照对花青素稳定性的影响见图3。

图3 光照对花青素稳定性的影响

由图3 可知，光照对花青素的影响较小，随着时间的增加，无论是光照还是避光，花青素吸光度均有少量下降，但变化不明显，表明火龙果皮花青素提取液无需避光保存。

2.3.4 食盐对稳定性的影响

食盐对花青素稳定性的影响见图4。

图4 食盐对花青素稳定性的影响

由图4 可知，无论是空白还是加入食盐后1h，吸光度均急剧下降，即对花青素的消色作用明显；随后食盐对花青素稳定性影响逐步稳定，不再发生明显变化。在整个过程中，空白试验（不添加食盐）下的原液花青素下降比较明显，添加1.5 g 食盐的原液花青素吸光度下降最少，其次是添加2.5，3.0 g 食盐的原液。表明添加少量食盐，可以提高火龙果皮花青素的稳定性。

2.3.5 蔗糖对稳定性的影响

蔗糖对花青素稳定性的影响见图5。

图5 蔗糖对花青素稳定性的影响

由图5 可知，添加蔗糖后加入花青素吸光度均有少许上升，并且原液的颜色没有发生变化，其中添加0.04～0.08 g/mL 的蔗糖时，原液的吸光值最稳定。表明在花青素的储存或使用中，可以适当增加溶液的糖度对花青素稳定性的影响可以忽略。

2.3.6 金属离子对稳定性的影响

金属离子对火龙果皮花青稳定性的影响见表5。

表5 金属离子对火龙果皮花青稳定性的影响

由表5 可知，添加K+、Mg2+、Zn2+的原液在放置了24 h 后，虽然溶液颜色都保持玫瑰红色，但是吸光度下降百分比都比空白对照样低。随着金属离子浓度的增加，添加K+、Mg2+的原液吸光度变化不明显，这表明添加K+、Mg2+有助于火龙果皮花青素提取原液的色素稳定性；而添加低浓度Zn2+（0.4 mol/L）的原液与对照样的吸光值和对照的吸光值较为接近相差不大，但添加浓度为0.8 mol/L 时，色素溶液的颜色更鲜亮并且吸光度下降值比对照样降低将近一半，这说明添加较高浓度的Zn2+离子对火龙果皮花青素的稳定性有促进作用，然而继续提高Zn2+离子浓度到1.2 mol/L 后，原液的吸光度值又降低了。结果表明，适当添加K+、Mg2+、Zn2+的等金属离子，有助于火龙果皮花青素提取液的保存。

3 结论

研究采取浸提法与超声波辅助破碎浸提法提取火龙果皮的花青素，可以看出火龙果皮花青素的最佳浸提工艺为以蒸馏水作为溶剂，提取时间40 min，浸取温度40 ℃，料液比1∶10，在此最优工艺参数条件下提取花青素平均提取量为370.0 mg/g；如果在浸提之前辅助超声波进行破碎，最佳超声条件为超声功率60 W，料液比1∶12，超声时间15 min，超声温度50 ℃，在该超声条件下可获得1 065.1 mg/g 的提取量。

温度对火龙果皮花青素的稳定性影响较大，若要长时间保存花青素其温度应该控制在较低温度为5～25 ℃；pH 值对其稳定性影响不大，但是偏酸性条件pH 值3～7 时，火龙果果皮花青素能维持稳定，碱性条件pH 值＞7 之后花青素较不稳定，应在弱酸条件下保存；适宜添加质量浓度为0.04～0.08 g/mL蔗糖，0.03 g/mL NaCl，有助于稳定火龙果皮皮花青素原液；光照对火龙果花青素稳定性影响较小，无需避光保存；食盐的加入对花青素有一定的保护作用，制作花青素产品时可适当添加食盐；金属离子K+、Mg2+、Zn2+对该花青素有一定的增色作用。

综上所述，火龙果皮花青素提取工艺简单，具有一定的稳定性，而且火龙果在我国南方种植广泛，原料来源容易，价格低廉，果皮又是食用火龙果的副产物，可合理利用资源、变废为宝，因此从火龙果皮中提取天然花青素具有广阔的前景。