微波 -超聲協同提取廢棄綠豆種皮中的綠色素

王傳虎 楊周生 秦英月 李昌龍 吳福勇

(蚌埠學院化學與材料實驗室1,蚌埠 233030)

(安徽師范大學化學與材料科學學院2,蕪湖 241000)

微波 -超聲協同提取廢棄綠豆種皮中的綠色素

王傳虎1,2楊周生2秦英月1李昌龍1吳福勇1

(蚌埠學院化學與材料實驗室1,蚌埠 233030)

(安徽師范大學化學與材料科學學院2,蕪湖 241000)

以綠豆芽生產中廢棄的綠豆種皮為原料,采用微波—超聲波協同提取綠豆種皮色素;通過紫外—可見光譜、高效液相色譜和熒光光譜,初步判定綠豆皮色素的成分;研究了影響綠豆皮色素穩定性因素。結果表明,綠豆皮色素提取的最佳工藝是:乙醇體積分數 80%,溫度 80℃,時間 15 min,微波功率 30 W,超聲協同;初步判定綠豆皮色素的主要顯色成分為葉綠素;綠豆皮色素在溫度小于 80℃、pH=7～9時比較穩定;Fe2+、Fe3+、Al3+等金屬離子對綠豆皮色素穩定性影響較大,遇 Cu2+、Zn2+離子分別有沉淀生成;隨氧化劑的增大,色素吸光度有變小趨勢,這可能是氧化劑破壞綠豆皮色素中的不飽和鍵所致;還原劑對該色素吸光度的影響很小,常用食品添加劑對該色素無太大影響。

綠豆皮 葉綠素 微波 超聲波 提取

綠豆,別名植豆、青小豆、吉豆,為豆科一年生草本植物的種子。我國綠豆資源較為豐富,全國大部分地區均有種植[1]。綠豆芽是人們喜愛的蔬菜之一,我國栽培制作綠豆芽已有一千年的歷史[2]。綠豆芽現已成為經濟效益較高的“綠色蔬菜”[3]。綠豆種皮又稱綠豆衣,占綠豆總重量 7%～10%,其中纖維素含量約占 50%～60%[1],從綠豆皮殼中提取黃酮研究較多[4-7],從綠豆種皮中提取食用綠色素以及綠豆芽生產中有廢棄綠豆種皮的綜合利用,均未見報道。因此,從綠豆芽生產所廢棄綠豆種皮提取食用色素,可以變廢為寶、符合循環經濟的要求,同時可以拓寬農產品應用范圍、提高農產品附加值。

1 材料與方法

1.1 材料

綠豆種皮:市購,經手工除雜,60℃真空干燥,粉碎備用。

1.2 主要儀器

CW-2000微波超聲波協同萃取儀:上海新拓分析儀器科技有限公司;UV1102紫外可見分光光度計:上海天美科學儀器有限公司;Waters 1525高效液相色譜儀:美國Waters公司;Fluoscence熒光分光光度計 (Cary Eclipse):美國瓦里安技術中國有限公司。

1.3 工藝流程

綠豆皮→除雜→清洗→烘干→破碎→過篩→稱重→微波 -超聲協同提取→抽濾→回收溶劑→糊狀綠色素→真空干燥→膏狀綠色素→穩定性檢驗[8-9]。

1.4 高效液相色譜檢測條件

檢測器:2487雙通道紫外可見檢測器;色譜柱:Diamonsil T M C18,250 mm ×4.6 mm,5μm;流動相:甲醇 ∶水 =80∶40;柱溫:30 ℃;流 速:1 mL/min;進樣量:10μL(0.01%乙醇溶液);波長:663 nm。

2 結果與分析

2.1 微波 -超聲波協同提取綠豆皮色素的工藝研究

2.1.1 提取溶劑的選擇

稱取烘干粉碎后的綠豆皮試樣各 10 g,分別用水、5%HCl、5%NaOH、30%丙酮、丙酮、無水乙醇和乙醚進行微波 -超聲波協同提取。過濾得到綠豆皮色素提取液,用紫外 -可見分光光度計測定提取液在 663 nm處 (該處吸光度最大,參見圖 6)的吸光度,結果見表 1。

表 1 提取劑種類對提取液吸光度的影響

由表 1可見,無水乙醇和乙醚提取效果較好,由于乙醇無毒、價廉、便于回收,因此選用乙醇作提取劑。

2.1.2 乙醇濃度的選擇

稱取試樣各 10 g,分別用不同體積分數的乙醇進行微波 -超聲波協同提取,用紫外 -可見分光光度計測定提取液在 663 nm處的吸光度,結果如圖 1,乙醇體積分數 80%時效果較好。

圖 1 乙醇體積分數對提取液吸光度的影響

表 2 不同乙醇濃度對提取液色澤的影響

2.1.3 提取溫度的影響

稱取試樣各 10 g,分別加入 80%乙醇,在不同的溫度下進行微波 -超聲波協同提取,用紫外 -可見分光光度計測定提取液在 663 nm處的吸光度,結果如圖 2,考慮到溫度對色素穩定性的影響,將溫度控制在 80℃為宜。

圖 2 提取溫度對提取液吸光度的影響

2.1.4 提取時間的影響

稱取試樣各 10 g,分別加入 80%乙醇,控制溫度80℃,控制不同提取時間,測定提取液的吸光度,結果如圖 3,提取時間 15 min較為理想。

圖 3 提取時間對提取液吸光度的影響

2.1.5 微波功率的影響

稱取試樣各 10 g,分別加入 80%乙醇,提取溫度80℃,萃取時間 15 min,微波功率從 10～60 W,測定提取液吸光度,結果如圖 4,微波功率控制在 30 W較為好。

圖 4 微波功率對提取液吸光度的影響

2.1.6 超聲協同的影響

稱取試樣各 10 g,分別加入 80%乙醇,提取溫度80℃,萃取時間 15 min,微波功率從 10～35 W,有無超聲協同,進行對比,測定吸光度,結果如圖 5,超聲協同效果較好。

圖 5 超聲協同對提取液吸光度的影響

2.2 綠豆皮色素的溶解性和光譜性質

2.2.1 綠豆皮色素色素的溶解性

綠豆皮色素產品進行溶解性試驗,將色素浸膏溶于下列溶劑中,結果見表 3。

表 3 綠豆皮色素在不同溶劑中的溶解性

2.2.2 綠豆皮色素的光譜性質

2.2.3 綠豆皮色素結構的初步判定

根據色素的紫外 -可見光譜、高效液相色譜、熒光光譜,對照相關文獻[10-15],初步判定綠豆皮色素主要顯色成分為葉綠素。

圖 8 綠豆皮色素的熒光光譜

2.3 綠豆皮色素的穩定性研究[16]

2.3.1 pH值對色素穩定性影響

用 80%乙醇配制 0.01%綠豆皮色素溶液,再用NaOH或 HCl溶液按實驗要求調 pH值,在 663 nm波長下分別測定其吸光度,結果見表 4。結果顯示:色素的顏色隨著 pH值的增大而加深,且在堿性條件下吸光度值也增大;由此得出色素在 pH值等于 7～9 h色素的吸光度最大。

表 4 pH值對綠豆皮色素穩定性影響

2.3.2 溫度對綠豆皮色素穩定性的影響

將一定濃度的綠豆皮色素溶液置于恒溫水浴箱中,在不同的溫度下加熱 30 min,取出冷卻后,測定其在 663 nm波長下的吸光度。

表 5 溫度對綠豆皮色素穩定性的影響

由表 5可知溫度過高對綠豆皮色素溶液有一定影響,隨著溫度升高,色素殘存率降低。因此色素在生產加工過程中,溫度應控制在 80℃以內。

2.3.3 金屬離子對色素穩定性的影響

配制 0.05 mol/L的 FeCl2、FeCl3、AlCl3、CuSO4、MgCl2、CaCl2、BaCl2、ZnSO4、KCl、NaCl等金屬離子溶液,分別取等體積的各種金屬離子溶液,并加入等濃度等體積的一定濃度的綠豆皮色素溶液,測定其在663 nm處的吸光度。由表 6可知 Fe2+、Fe3+、Al3+時 ,溶液均變黃 ,且吸光度變化明顯,說明 Fe2+、Fe3+、Al3+對該色素穩定性有影響,遇 Cu2+、Zn2+離子分別有沉淀生成,而其他金屬離于對色素穩定性的影響較小。

表 6 金屬離子對色素穩定性的影響

2.3.4 食品中氧化劑、還原劑對色素穩定性的影響配制一系列含有不同比例的氧化劑和還原劑的色素溶液,放置 30 min后,分別測定其在 663 nm處的吸光度,見表 7和表 8。

表 7 H2O2對色素的影響

表 8 Na2SO3對色素的影響

由表 7和 8可知,隨氧化劑體積分數的增大,色素吸光度有變小的趨勢,這可能是氧化劑破壞綠豆皮色素中的不飽和鍵所致;還原劑對色素吸光度的影響很小。

2.3.5 常用食品添加劑對色素影響

取一定濃度的綠豆皮色素溶液,分別加入不同濃度的檸檬酸、蔗糖、食鹽、苯甲酸鈉,在最大吸收波長 663 nm下測定吸光度。

表 9 常用食品添加劑對色素的影響 (吸光度 Aλ=663nm)

從表 9可知,隨著食品基質和添加劑濃度的改變,吸光度改變不大,說明這些食品基質和添加劑對該色素影響不大。

3 結論

綠豆皮色素的理想提取條件為乙醇濃度 80%,溫度 80℃,時間 15 min,微波功率 30 W,超聲協同;方法具有簡單、快速、效率高等特點。根據光譜數據初步判定綠豆皮色素的主要成分為葉綠素。通過穩定性實驗,得到綠豆皮色素溫度在 80℃以內、pH=7～9時比較穩定,Fe2+、Fe3+、Al3+等金屬離子對綠豆皮色素穩定性影響最大,遇 Cu2+、Zn2+離子分別有沉淀生成,隨氧化劑體積分數的增大,色素吸光度有變小趨勢,還原劑對色素吸光度的影響很小。

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Extraction of Green Pigment inMungBean Coatwith Microwave-Ultrasonic Radiation

Wang Chuanhu1,2Yang Zhousheng2Qin Yingyue1Li Changlong1Wu Fuyong1
(Laboratory of Chemistry andMaterials Science,Bengbu College1,Bengbu 233030)
(College of Chemistry andMaterials Science,AnhuiNo rmalUniversity2,Wuhu 241000)

Green pigmentwas extracted from mung bean coat by adoptingmicrowave cooperated with ultrasonic radiation;the composition of the green pigmentwas identified through UV,HPLC and fluorescent spectroscopy.The affecting factors for the pigment stabilitywere studied.Results:The obtained optimum extraction conditions are etha2 nol solvent concentration 80%,temperature 80℃,extraction time 15 min,microwave power 30W,cooperated with ultrasonic.It is deter mined that the main coloring component of the green pigment is chlorophyll.The green pigment is stable when pH is 7～9 and temperature<80℃.Mental ions such as Fe2+,Fe3+,Al3+have major effect on the stability of the green pigment;and the pigment deposits when Cu2+and Zn2+exist.The absorbency of the pigment trends decline with increasing oxidant concentration probably because the double bonds of the pigment are destroyed by the oxidant;reducing agent has a little effect on the absorbency and common food additives have no effect on it.

mung bean coat,chlorophyll,microwave,ultrasonic,extract

TQ914.1

A

1003-0174(2010)01-0112-05

2009-02-10

王傳虎,男,1962年出生,副教授,高級工程師,應用化學