火龍果果皮色素提取工藝及穩定性研究

宋珊珊 譚 沙 蔡國躍 孫延斌 吳天祥 朱 威

SONG Shan-shan1 TAN Sha1 CAIGuo-yue1 SUN Yan-bin1 WU Tian-xiang1 WU Wei2

（1.貴州大學生命科學學院，貴州 貴陽 550025；2.浙江大學工業技術研究院，浙江 杭州 310058）

(1.College of life science,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025，China；2.ChinaZhu Wei，Industrial Technology Research Institute,Zhejiang University,Hangzhou,Zhejiang 310058,China)

火龍果是仙人掌科量天尺屬的多年生多漿植物的果實，又叫仙人果、紅龍果，有紅皮白肉、紅皮紅肉和黃皮白肉之分[1]，原產于巴西、墨西哥等中美洲熱帶沙漠地區[2]，現在中國海南、福建、廣東、廣西、貴州等地均有一定規模種植[3]。

貴州羅甸因其獨特的地理環境和氣候成為火龍果的重點種植基地，截止2011年底火龍果種植面積達2 026 hm2[4]。火龍果的大量種植，使其供過于求，降低了火龍果的經濟價值，而火龍果酵素產品、天然色素、果酒、低糖果脯、果醋等產品的研究，能擴大火龍果的應用市場，增加火龍果果品的附加值[5-7]。

火龍果果皮富含甜菜苷類色素[8]，該色素在1960年被允許用于食品著色，它具有抗氧化、抗輻射和消炎的作用[9]。本試驗以火龍果果皮為研究對象，采用溶劑萃取法提取果皮中的天然紅色素,并研究其在不同溫度、pH和金屬離子等環境下的穩定性，為該色素的使用和儲存提供科學的依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

火龍果：紅皮白肉火龍果，購于貴州羅甸；

無水乙醇、甲醇、異丙醇、丙酮、檸檬酸、磷酸氫二鈉、磷酸氫鈣、氯化鈉、硫酸鎂、乙酸鋅、硫酸鐵等：分析純，重慶茂業化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

紫外可見光光度計：T6新世紀型，北京普析通用儀器有限公司；

離心機：TDL-40B型，上海安亭科學儀器廠；

電熱恒溫水浴鍋：DK-98-Ⅱ型，天津泰斯特儀器有限公司；

榨汁攪拌機：GW-308A型，佛山市鋸華電器有限公司；

恒溫搖床：TS-2102C型，上海天呈實驗儀器制造有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 色素提取工藝

火龍果→清洗→取皮→絞碎→稱重→提取→過濾→濾液→濃縮→色素濃縮液

(1)紅色素含量的測定：稱取一定量的火龍果果皮，稀釋一定倍數，以相應試劑為空白，于534 nm波長下測其吸光值。按照式(1)計算紅色素含量[10]。

式中：

C——待測樣品中甜菜苷濃度，g/L；

A——最大吸收波長下吸光值；

DF——稀釋倍數；

MW——標準甜菜苷摩爾分子質量，550.46；

ε——標準甜菜苷摩爾消光系數，61 600。

(2)確定火龍果果皮色素最大吸收波長：取2 g絞碎后火龍果果皮溶于40 mL蒸餾水中，25℃，200 r/min振蕩2 h，4 000 r/min離心5min。過濾，取濾液，用蒸餾水稀釋至一定倍數，于波長200～800 nm范圍內掃描。

(3)提取劑的選擇：分別取2 g絞碎后火龍果果皮溶于40mL蒸餾水、異丙醇、0.25mol/L檸檬酸、50%丙酮、50%甲醇、50%乙醇中，25 ℃，200 r/min振蕩 2 h，4 000 r/min離心5min，過濾，取濾液。以相應提取劑為空白，于534 nm波長下測其吸光值。

(4)料液比的選擇：取4 g絞碎后火龍果果皮，按料液比為 1∶4，1∶8，1∶12，1∶16，1∶20，1∶24，1∶28(m∶V)加入提取劑。25℃，200 r/min振蕩 2 h，4 000 r/min離心 5min。過濾，取濾液。以相應提取劑為空白，于534 nm波長下測其吸光值，按式(1)計算其紅色素含量。

(5)提取時間的選擇：取2 g絞碎后火龍果果皮，加40mL提取劑，25 ℃，200 r/min 分別振蕩 10，20，30，40，50 min 和1，2 h，4 000 r/min離心5min。過濾，取濾液，于534 nm 波長下測其吸光值。

(6)提取溫度的選擇：取2 g絞碎后火龍果果皮，加40mL提取劑，于 20，30，40，50，60 ℃溫度下 200 r/min 振蕩提取50min，4 000 r/min離心 5 min，過濾，取濾液，于 534 nm 波長下測其吸光值。

(7)pH的選擇：配置一定濃度的色素液，取該色素液10mL，用檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液調節其pH后定容至50mL，于534 nm波長下測其吸光值。

取2 g絞碎后火龍果果皮，加40 mL pH分別為2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0 的提取劑（用檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液調節pH），25℃，200 r/min振蕩提取50 min，4 000 r/min離心5min，過濾，取濾液，于534 nm波長下測其吸光值。

1.3.2 色素的穩定性研究 色素原液：在最佳提取工藝下制備的色素液。

(1)溫度對色素穩定性的影響：100 mL色素原液分別置于 5，25，45，65，85，100 ℃溫度下，當保溫 1，2，3，6，24 h 時，取色素液放置至室溫，于534 nm波長下測其吸光值。

(2)光照對色素穩定性的影響 取100 mL色素原液，于不同環境（日光、暗箱）下靜置，1，6，24，48，72，120 h 時分別測其色素液在534 nm波長下吸光值。

(3)糖濃度對色素穩定性的影響：取100 mL色素原液，按2%，4%，6%，8%，10%的濃度加入蔗糖。在室溫下放置1，6，12，24，48，72，100 h，分別測其色素液在 534 nm 波長下的吸光值。

(4)氧氣對色素穩定性的影響：取50mL離心管加入10mL色素原液，通純氮氣 10 min，放置 1，6，12，24，48，72，100 h分別測其色素液在534 nm波長下吸光值。另取10mL色素原液，通純氧氣10min，重復上述操作。

(5)食鹽對色素穩定性的影響：取100 mL色素原液，分別加入 3，5，6 g 食鹽。在室溫下，放置 1，2，12，24，80 h 分別測其色素液在534 nm波長下吸光值。

(6)金屬離子對色素穩定性的影響：取100 mL色素原液，分別加入不同濃度 KCl（1.0，1.5，2.0 g/kg）、FeSO4(5，10，15mg/kg)、MgSO4(0.01，0.03，0.05 g/kg)、CaCl2(1，3，5 g/kg)、醋酸鋅（0.002，0.004，0.006 g/L），常溫放置 1，2，12，24，80 h 時分別測其色素液在534 nm波長下吸光值。

(7)pH對色素穩定性的影響：用檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液調節色素原液的 pH 至 3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0；在室溫下，放置2，4，6，8 d分別測其色素液在534 nm波長下吸光值。

1.4 數據分析

IBM SPSSStatistics v19.0.0：數據顯著性分析；Microsoft Office Excel 2007：作圖。

2 結果與分析

2.1 色素提取

2.1.1 確定火龍果果皮色素最大吸收波長 由圖1可知，火龍果果皮色素的最大吸收波長為534 nm。

2.1.2 確定提取劑 由圖2可知，蒸餾水對色素的提取效果最好，所以選擇蒸餾水為提取劑。

圖1 火龍果果皮色素紫外—可見光譜圖Figure1 UV-visible spectra ofpigment from pitaya peel

2.1.3 確定料液比 由圖3可知，增加料液比可顯著性的提高紅色素的單位濃度，提高提取效果；當料液比為1∶20(m∶V)時，繼續增加料液比不能帶來提取效果的顯著性增加。所以從色素提取效果和節約成本兩方面考慮，確定料液比為1∶20(m∶V)。

圖2 提取劑對提取效果的影響Figure2 Effectofdifferentextratanton extracting pigment

圖3 料液比對色素提取效果的影響Figure3 Effectofdifferentsolid-liquid ratioonextractingpigment

2.1.4 確定提取時間 由圖4可知，色素提取效果隨提取時間的加長有所提高，當提取時間為50min時，繼續延長提取時間不能帶來提取效果的顯著性增加。因此確定提取時間為50min。

圖4 提取時間對提取效果的影響Figure4 Effectof timeon extracting pigment

2.1.5 提取溫度的確定 由圖5可知，當提取溫度為30℃時，色素提取效果最好，繼續增加提取溫度，色素提取效果呈顯著性下降。因此選擇30℃為提取溫度。

2.1.6 確定提取pH 由圖6可知，相同濃度的色素液在不同pH下其吸光值無差異，因此圖7中色素吸光值的改變是色素濃度不同導致的，不同pH的提取劑對色素提取效果有影響；由圖7可知，當pH為6時，色素提取效果最好。

圖5 提取溫度對色素提取效果的影響Figure5 Effectof temperatureon extracting pigment

圖6 pH對色素的影響Figure 6 EffectofpH on pigment

圖7 提取pH對色素提取效果的影響Figure 7 EffectofpH on extracting pigment

2.1.7 火龍果果皮色素提取最佳提取工藝 提取劑：蒸餾水；料液比：1∶20(m∶V)；提取時間：50min；提取溫度：30 ℃；提取pH 6。

2.2 色素的穩定性研究

2.2.1 溫度對色素穩定性的影響 由圖8可知，當溫度為5，25℃時，24 h內色素變化不顯著；當溫度為45℃時，24 h后色素吸光值下降了0.408，為原液色素吸光值的56%；當溫度為65℃時，24 h后色素吸光值下降了0.797，為原液色素吸光值的15%；當溫度為85，100℃時，6 h后色素液紅色褪去變為無色。因此常溫以下利于色素的儲存。

2.2.2 光照對色素穩定性的影響 由圖9可知，48 h內，光照對色素穩定性的影響不大，隨著時間的增加，日光條件下色素吸光值下降更顯著。

2.2.3 糖濃度對色素穩定性的影響 由圖10可知，蔗糖的加入并沒有改變色素變化的趨勢。在1～12 h內，蔗糖濃度越高，色素分解越快，說明蔗糖在此期間對色素有消色作用，在48～100 h時，加糖對色素的穩定性并沒有顯著性的影響。所以在色素的儲存或使用中，蔗糖對色素穩定性的影響可忽略。

圖8 溫度對色素穩定性的影響Figure 8 Impactofdifferent temperature on the stability of the pigment

圖9 光照對色素穩定性的影響Figure9 Impactofdifferent lighton thestabilityof thepigment

圖10 糖濃度對色素穩定的影響Figure10 Impactofdifferentsuger concentration on the stability of the pigment

2.2.4 氧氣對色素穩定性的影響 由圖11可知，純氧環境會加速色素的分解，無氧環境會增強色素的穩定性。因此提高色素的穩定性，可以添加抗氧化劑或將色素放在無氧條件下。

2.2.5 食鹽對色素穩定性的影響 由圖12可知，加入食鹽后1 h，吸光度急劇下降，即對色素的消色作用明顯（P<0.05）。但隨著時間的增加，食鹽對色素穩定性影響不顯著(P>0.05)。所以在色素的儲存或使用中，食鹽對色素穩定性的影響可忽略。

2.2.6 金屬離子對色素穩定性的影響 由圖13～17可知，不同濃度K+、Fe2+、Mg2+對色素穩定性的影響不顯著；而Ca2+能加快色素的降解，降低色素的穩定性；Zn2+有護色作用，0.002 g/L Zn2+護色作用最佳。

圖11 氧對色素穩定性的影響Figuee11 Impactofoxygen on the stability of the pigment

圖12 食鹽對色素穩定性的影響Figuee12 Impactof table salton the stability of the pigment

圖13 K+對色素穩定性的影響Figuee 13 ImpactofK+on the stability of the pigment

圖14 Fe2+對色素穩定性的影響Figuee14 Impactof Fe2+on thestabilityof thepigment

2.2.7 pH對色素穩定性的影響 由圖18可知，當pH在5～6時，色素保留率最高，色素穩定性最好；酸性環境比堿性環境利于色素穩定。

3 結論

(1)火龍果果皮色素提取最佳工藝為以蒸餾水為提取劑，料液比1∶20(m∶V)，提取時間50 min，提取溫度30℃，提取pH 6。與舒娜[11]的火龍果色素提取工藝相比，提取時間節約了30min，提取溫度降低了10℃。

圖15 Mg2+對色素穩定性的影響Figure 15 ImpactofMg2+on the stability of the pigment

圖16 Ca2+對色素穩定性的影響Figure16 ImpactofCa2+on the stability of the pigment

圖17 Zn2+對色素穩定性的影響Figure17 Impactof Zn2+on the stability of the pigment

圖18 pH對色素穩定性的影響Figure18 ImpactofpH on the stability of the pigment

(2)火龍果紅色素熱穩定性差，常溫以下能較好的保持色素的穩定，與杜志堅等[12]研究的火龍果紅色素在80℃下較為穩定有差別；pH在5～6時色素最穩定，酸性環境（pH<7）比堿性環境（pH>7）利于色素穩定，該色素可用于低酸食品的著色。日光和氧氣都可降低色素的穩定性，最好避光、避氧儲存；2%～10%的糖和食鹽對色素穩定性影響不顯著，可用于飲料、冰淇淋等加糖食品的著色；金屬離子對色素穩定性的影響：Ca2+可降低色素的穩定性，K+、Fe2+、Mg2+對色素的作用不顯著，Zn2+有護色作用。

本課題研究了一些物理、化學因素對火龍果果皮色素穩定性的影響，找出了利于火龍果果皮色素使用和儲存的條件，但就如何護色，降低色素的降解率有待進一步研究。

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