乙醇法提取花生餅中花生衣紅色素工藝的研究

閔嗣璠 熊建華 羅秋水 周志娥 吳海龍 陳 成 楊 勇

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 南昌 330045)

乙醇法提取花生餅中花生衣紅色素工藝的研究

閔嗣璠 熊建華 羅秋水 周志娥 吳海龍 陳 成 楊 勇

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 南昌 330045)

旨在探討乙醇法提取花生餅中花生衣紅色素的工藝。以紅米紅色素標(biāo)準(zhǔn)品濃度為參比計(jì)算出的得率為指標(biāo)，在選取乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、提取時(shí)間和料液比4個(gè)因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)極差分析和方差分析。結(jié)果表明:乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、提取時(shí)間和料液比4個(gè)因素對(duì)花生餅中花生衣紅色素影響差異顯著;各因素對(duì)花生餅中花生衣紅色素提取得率影響的規(guī)律為:提取時(shí)間＞料液比＞提取溫度＞乙醇體積分?jǐn)?shù)(C＞B＞A＞D);乙醇法提取花生餅中花生衣紅色素的最佳提取工藝條件為:乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%，提取溫度為80℃，提取時(shí)間為4 h，料液比為1∶7，此時(shí)花生衣紅色素得率最大。

花生餅 花生衣 紅色素 提取得率

人工合成色素大多數(shù)以煤焦油為主原料生產(chǎn)出來，不安全且無營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，一些國家已開始禁止使用［1］。從可食性植物中提取出來的天然色素，安全性高，色澤自然，多數(shù)兼有營(yíng)養(yǎng)保健和著色的雙重作用，因而倍受人們的喜愛。

花生是世界上主要的油料資源之一，在世界植物油料資源中占第四位，約占世界油料產(chǎn)量的14%。我國花生資源豐富，花生種植面積僅次于油菜，總產(chǎn)量居國內(nèi)油料作物的首位，約占油料總產(chǎn)的50%［2］。在我國花生除直接食用外，主要用作油料，近年來，50%以上的花生油通過壓榨法生產(chǎn)［3］，而對(duì)榨油后的花生餅一般直接作為飼料，未得到充分利用［4－6］。目前國內(nèi)對(duì)花生餅中的蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)的提取研究比較多［3，7－8］，花生紅衣皮即花生種皮，膜質(zhì)，有淡紅、紫紅、褐紅等色，其主要化學(xué)成分為:水分6%～9%，蛋白質(zhì)11%～18%，脂肪12%，粗纖維 37% ～42%，碳水化合物 12% ～28%，灰分8% ～12%［9］。曹凱光等［9］和張紅梅等［10］分別對(duì)紅棕色花生紅衣皮的紅色素提取工藝進(jìn)行了研究。

試驗(yàn)以花生餅為原料，對(duì)其中花生衣紅色素提取工藝進(jìn)行研究，為綜合利用花生餅，提高其附加值提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

花生餅(紫紅色花生衣):江西省樟樹市清泉村;紅米紅色素:中國上海化學(xué)試劑公司。

UV－752紫外可見分光光度計(jì):上海佑科儀器儀表有限公司;XA－1固體樣品粉碎機(jī):江蘇金壇市億通電子有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

準(zhǔn)確稱取經(jīng)60℃干燥至恒重的紅米紅色素標(biāo)準(zhǔn)品100 mg，用95%乙醇溶液溶解，定容至100 mL。分別吸取該溶液0.0、0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0 mL定容至100 mL。用分光光度計(jì)在280 nm下測(cè)量其吸光度［10］，作出標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)不同濃度下吸光度值經(jīng)最小二乘法作線性回歸，得回歸方程。

1.2.2 提取方法

將60℃烘干至恒重的花生餅粉末5.000 g置于回流燒瓶中，加入一定量的乙醇溶液，回流浸提。在一定的溫度下提取一定時(shí)間后，轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中，定容，過濾;取濾液在3 000 rad/s下離心10 min;取上清液2 mL定容至100 mL，測(cè)量其吸光度(無論單因素試驗(yàn)，還是正交試驗(yàn)提取級(jí)數(shù)均為一級(jí))。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

1.2.3.1 乙醇濃度對(duì)花生衣紅色素得率的影響

在提取溫度為80℃，提取時(shí)間為2 h，料液比為1∶14條件下，分別采用體積分?jǐn)?shù)分別為20%、40%、60%、80%、100%的乙醇溶液進(jìn)行提取，研究不同的乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)花生餅中花生衣紅色素提取得率的影響。

1.2.3.2 提取溫度對(duì)花生衣紅色素得率的影響

在選定的乙醇體積分?jǐn)?shù)下以料液比為1∶14，提取時(shí)間為2 h條件下，分別采用35、50、65、80、95℃進(jìn)行提取試驗(yàn)，研究不同溫度對(duì)花生餅中花生衣紅色素提取得率的影響。

1.2.3.3 提取時(shí)間對(duì)花生衣紅色素得率的影響

在選定的乙醇體積分?jǐn)?shù)和溫度條件下，以料液比為1∶14，分別采用1、2、3、4、5 h進(jìn)行提取試驗(yàn)，研究不同提取時(shí)間對(duì)花生餅中花生衣紅色素提取得率的影響。

1.2.3.4 料液比對(duì)花生衣紅色素得率的影響

在選定的乙醇體積分?jǐn)?shù)、溫度和提取時(shí)間條件下，分別采用料液比為1∶7、1∶14、1∶21、1∶28、1∶35進(jìn)行提取試驗(yàn)，研究不同料液比對(duì)花生餅中花生衣紅色素提取得率的影響。

1.2.4 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、提取時(shí)間和料液比采用進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的各因素水平見表1。

表1 L9(34)正交試驗(yàn)因素水平表

1.2.5 花生餅中花生衣紅色素的計(jì)算

根據(jù)用分光光度計(jì)在280 nm下測(cè)量吸光度、回歸方程、樣品質(zhì)量、稀釋倍數(shù)以下公式計(jì)算花生餅中花生衣紅色素得率:

式中:A為樣品吸光度;M為花生餅粉末樣品質(zhì)量/g。

1.2.6 數(shù)據(jù)處理

單因素試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)采用 Microsoft office Excel2003軟件進(jìn)行處理，正交試驗(yàn)結(jié)果采用DPS軟件進(jìn)行極差分析，采用SAS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

紅米紅色素標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。紅色素質(zhì)量濃度與280 nm的吸光度的回歸方程為y=10.964x+ 0.012 9，其中R2=0.998 5，線性關(guān)系良好。

圖1 紅米紅色素標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)花生衣紅色素得率的影響

由圖2可以看出，乙醇體積分?jǐn)?shù)為20%～60%的3個(gè)處理隨溫度提高花生衣紅色素得率變化幅度較大，60%的處理得率最大;高于60%的3個(gè)處理得率變化幅度不大。方差分析和多重比較結(jié)果表明，乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%、80%、100%的3個(gè)處理間的差異達(dá)不到統(tǒng)計(jì)意義的顯著水平，60%分別與40%、20%2個(gè)處理的得率差異達(dá)顯著和極顯著水平。可見，溶液中乙醇的存在能提高該色素的溶出率，過高的乙醇含量并不能增加其溶出率。據(jù)此選擇40%、60%、80%作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

圖2 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)花生衣紅色素得率的影響

2.2.2 提取溫度對(duì)花生衣紅色素得率的影響

由圖3可以看出，不同提取溫度條件下花生衣紅色素提取得率呈波浪線型變化趨勢(shì)。方差分析和多重比較結(jié)果表明，提取溫度為80℃的處理花生衣紅色素得率最大，分別和35、50、65、95℃4個(gè)處理的差異達(dá)顯著水平;。而提取溫度為35℃、50℃、65℃3個(gè)處理間的花生衣紅色素得率差異達(dá)不到統(tǒng)計(jì)意義的顯著水平。可見，適當(dāng)提高溫度能提高花生衣紅色素在醇溶液中的溶解性，溫度過高該色素得率下降可能與該色素的熱穩(wěn)定性有關(guān)。因此選擇65、80、95℃作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

圖3 提取溫度對(duì)花生衣紅色素得率的影響

2.2.3 提取時(shí)間對(duì)花生衣紅色素得率的影響

由圖4可以看出，提取處理時(shí)間為1～4 h的4個(gè)處理隨熱處理時(shí)間延長(zhǎng)花生衣紅色素得率增大，提取時(shí)間為4 h的處理提取得率最大;此后再延長(zhǎng)的處理(5 h)花生衣紅色素得率反而減小。方差分析和多重比較結(jié)果表明，提取時(shí)間為4 h的處理與3 h的處理間，花生衣紅色素得率差異達(dá)統(tǒng)計(jì)意義的顯著水平;分別和2 h、1 h兩處理間的差異達(dá)極顯著水平。而和5 h的處理的差異達(dá)不到統(tǒng)計(jì)意義的顯著差異。可見，在一定時(shí)間范圍內(nèi)，提取時(shí)間延長(zhǎng)該色素的溶解率增大使得率提高，當(dāng)該色素基本溶解再增長(zhǎng)提取時(shí)間無疑不能提高其得率。處理時(shí)間為5 h的處理該色素得率反而下降，這可能也與其穩(wěn)定性有關(guān)。故選擇3、4、5 h 3個(gè)熱處理時(shí)間作為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平。

圖4 提取時(shí)間對(duì)花生衣紅色素得率的影響

2.2.4 料液比對(duì)花生衣紅色素得率的影響

由圖5可以看出，1∶14為最佳提取料液比;料液比由1∶7增大到1∶14，花生衣紅色素得率大幅度增大;料液比1∶14～1∶35的4個(gè)處理隨料液比增大得率一直減小。方差分析和多重比較結(jié)果表明，料液比為1∶14的處理分別和1∶21、1∶28、1∶35 3個(gè)處理間的得率差異達(dá)不到統(tǒng)計(jì)意義上的顯著水平，而該處理和1∶7的處理間的差異達(dá)顯著水平。故選擇料液比為1∶7、1∶14、1∶21 3個(gè)水平作正交試驗(yàn)。

圖5 料液比對(duì)花生衣紅色素得率的影響

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)及極差分析結(jié)果見表2，試驗(yàn)結(jié)果的方差分析結(jié)果見表3。由表2試驗(yàn)結(jié)果的極差分析可知:各因素對(duì)花生餅中花生衣紅色素提取得率影響的規(guī)律為:提取時(shí)間＞料液比＞提取溫度＞乙醇體積分?jǐn)?shù)(C＞B＞A＞D)。

表2 L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析表

由表3方差分析結(jié)果可見:在4個(gè)參試因子中，料液比和濃度對(duì)提取得率有顯著影響，相應(yīng)的P值小于0.05;雖然試驗(yàn)溫度與提取時(shí)間對(duì)得率的有一定程度的影響，但沒有達(dá)到統(tǒng)計(jì)意義上的顯著水平。

表3 L9(34)正交試驗(yàn)方差分析表

綜合正交試驗(yàn)分析結(jié)果，其最佳提取工藝條件為:A2B1C2D1。驗(yàn)證試驗(yàn)表明該條件花生衣紅色素提取得率平均數(shù)超過 A2B1C2D3組合條件的(2.216%)。雖然方差分析該正交試驗(yàn)試驗(yàn)各因素間互作不顯著，但此正交試驗(yàn)結(jié)果與單因素試驗(yàn)得出的最佳提取條件結(jié)果(提取溫度為80℃，料液比為1∶14，乙醇濃度為60%，提取時(shí)間4 h)的不一致，原因可能是試驗(yàn)的4個(gè)因素間存在一定的互作作用。

3 結(jié)論

3.1 各因素對(duì)花生餅中花生衣紅色素提取得率影響的規(guī)律為:提取時(shí)間＞料液比＞提取溫度＞乙醇體積分?jǐn)?shù)(C＞B＞A＞D)。

3.2 在4個(gè)參試因子中，料液比和濃度對(duì)提取得率有顯著影響，相應(yīng)的P值小于0.05;雖然試驗(yàn)溫度與提取時(shí)間對(duì)得率的有一定程度的影響，但沒有達(dá)到統(tǒng)計(jì)意義上的顯著水平。

3.3 綜合正交試驗(yàn)結(jié)果，A2B1C2D1為乙醇法提取花生餅中花生衣紅色素的最佳工藝條件，即:提取溫度為80℃，料液比為1∶7，提取時(shí)間為4 h，乙醇體積分?jǐn)?shù)為40%，提取的花生衣紅色素的率最大。

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Ethanol Extracting Technology of Red Pigment from Peanut Meal

Min Sifan Xiong Jianhua Luo Qiushui Zhou Zhi'e Wu Hailong Chen Cheng Yang Yong
(College of Food Science and Engineering of Jiangxi Agricultural University，Nangchang 330045)

This study focuses on the ethanol extracting technology of red pigment in peanut seed coat from peanut meal.Using the concentration reference of red pigment of red rice and calculating red pigment yield as response in experiment design，single factor experiments including ethanol concentration，solution temperature，extraction duration and solid/liquid ratio，were carried out to correct necessary information for an orthogonal experiment design.Results:The influences of the four factors to pigment yield rank as extraction duration＞solid/liquid ratio＞solution temperature＞ethanol concentration.The optimal extraction conditions are ethanol concentration 40%，solution temperature 80℃，extraction duration 4 h，and solid/liquid ratio 1∶7.

peanut meal，peanut seed coat，red pigment(haematochrome)，extraction yield

TS209 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003－0174(2010)11－0102－04

2009－10－26

閔嗣璠，女，1955年出生，副教授，碩士，食品科學(xué)與工程

熊建華，女，1969年出生，副教授，博士，食品科學(xué)與工程