橘皮黃色素的提取及其性能研究

趙金和，鄧衍波，蘭翠玲，羅志榮

（廣西百色學(xué)院， 廣西 百色 533000）

研究表明：隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，科學(xué)家對天然食用色素的研究水平日漸深入，研究技術(shù)方法也日趨成熟，科學(xué)家不斷研究發(fā)現(xiàn)出一些新的天然食用色素的功能性，并廣泛應(yīng)用于藥學(xué)、食品加工工藝、保健品等行業(yè)。在人類社會(huì)快速飛躍進(jìn)步的今天，人類越來越關(guān)注食品安全，對天然色素的保健及營養(yǎng)價(jià)值的意識也在不斷增強(qiáng)，人們追求的是安全無公害的食品。從橘皮中提取黃色素是一種重要的天然色素，其主要組成是檸檬烯與類胡蘿卜素的混合物，還富含維生素E和稀有元素硒（Se）［1,2］，這些物質(zhì)對于防止癌細(xì)胞的生長，延遲細(xì)胞衰老和增強(qiáng)人體免疫力均有很好的作用，所以柑橘皮色素不僅是單純的著色劑，還是食品的強(qiáng)化營養(yǎng)劑、香味劑和保健食品的重要配料之一。

合成色素具有著色力強(qiáng)，色調(diào)多樣，色澤鮮艷等優(yōu)點(diǎn)。但是它具有毒性，合成色素中含有大量的砷、鉛、銅、苯酚、苯胺、乙醚、氯化物和硫酸鹽等毒性物質(zhì)，它們對人體造成的危害是不可估量的，輕則腹瀉，重則致癌。新的天然安全色素取代合成色素成為當(dāng)下的嚴(yán)峻形象，中國食品安全問題層出不窮，全球食品安全危機(jī)也逐漸顯現(xiàn)。

近年來化學(xué)合成色素的品種和數(shù)量逐漸減少。天然色素安全可靠、色澤自然，不少品種兼有營養(yǎng)和藥理作用而受到人們青睞。因此，尋求和開發(fā)利用天然色素資源已成為人們?nèi)找骊P(guān)注的課題，這對保護(hù)人民的健康及食品工業(yè)的發(fā)展具有重要意義［3-5］。橘皮提取的黃色素歷來被視為一種重要的保健中草藥，具有理氣健脾、去濕化痰的功用，可治療胸腔漲悶、食少吐瀉、咳嗽多痰等癥。柑橘皮色素可用來制成保健品和食品著色添加劑。提高橘皮中黃色素的提取率及穩(wěn)定性，對發(fā)展綠色食品工業(yè)是十分重要的［6-8］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

市場上新鮮的橘子。

1.2 儀器

721型可見分光光度計(jì)（上海菁華科技儀器有限公司），JA5003型電子天平（上海精科），索氏提取器（北京精細(xì)儀器廠），減壓蒸餾裝置，恒溫水浴鍋（上海精科），PH計(jì)（PHS—3C 上海精科），抽濾器。

1.3 試劑

無水乙醇、氯化鈉、30%H2O2、CCl4、葡萄糖、結(jié)晶氯化鈣、乙醚、甲醇、蔗糖等，均為分析純（AR）；另外還有pH=10的NaOH溶液、pH=3的HCl溶液、離子濃度為2 mol/L的鈉、鉀、鎂、鈣、鐵等離子溶液、H2O2和KHSO3溶液等。

1.4 色素的提取

橘皮樣品經(jīng)過烤箱烘干或者曬干后，碾磨粉碎成橘皮粉，橘皮粉倒入干凈的燒杯中，以不同的物料比、用不同浸提劑、在不同的浸提溫度、提取時(shí)間浸提后用抽濾器抽出浸提液，再用浸提劑溶液對殘?jiān)?次，合并3次浸提液，抽濾，得黃色液體，測溶液吸光度；用提取的色素溶液分別做其他性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 色素的紫外可見吸收光譜

用蒸餾水溶解適量色素，以721可見分光光度計(jì)在340~470 nm范圍內(nèi)測定測其吸光度，得色素最大吸收光譜。

圖 1結(jié)果顯示：該色素在370 nm處有特征吸收峰。因此以370 nm作為提取工藝條件的最佳吸收波長。

圖1 橘皮黃色素紫外可見吸收光譜圖Fig.1 UV-visible absorption spectrogram of the yellow pigment from orange

2.2 浸提劑的選擇

橘皮黃色素可溶于不同的有機(jī)溶劑中，但是有些具有一定的毒性（如醚類、酯類等有機(jī)溶劑）。因此，可選取無水乙醇和蒸餾水作為提取黃色素的浸提劑。按提取工藝流程，稱取適量橘皮放入錐型瓶，分別向錐形瓶中加入等體積的無水乙醇和蒸餾水提取劑，在溫度為40 ℃的水浴中浸漬4 h，料液比為1︰8 ( g / mL ) ，所浸提的浸提液在用分光光度計(jì)測定其在波長為370 nm的吸光度。所測定結(jié)果如下表 1。

表1 不同浸提溶液對黃色素吸光度的影響Table 1 Effect of different extracts on absorbance of the yellow pigment from orange

由上述表 1 可知，用無水乙醇作為浸提液所提取的橘皮黃色素溶液，其吸光度為 0.958，吸光度值比蒸餾水大，容易分析，而且溶液顏色清晰均勻、透明清澈；用蒸餾水作為提取劑，蒸餾水屬于極性物質(zhì)，其極性非常強(qiáng)，從而使色素細(xì)胞內(nèi)的大量水溶性物質(zhì)溶出（如糖類、蛋白酶累、酚類物質(zhì)），導(dǎo)致所提取出的黃色素提取液渾濁不透明。因此，無水乙醇是作為提取黃色素的最佳提取劑。

2.3 正交試驗(yàn)

以體積分?jǐn)?shù)99.7%的無水乙醇為浸提劑，浸提溫度，浸提時(shí)間，物料比和pH值這4個(gè)因素的4個(gè)水平進(jìn)行4因素4水平的正交試驗(yàn)（如表2），試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表2 不同浸提溶液對黃色素吸光度的影響Table 2 L16 (45) orthogonal test of the yellow pigment from orange

表3 橘皮黃色素正交試驗(yàn)L16(45)結(jié)果Table 3 Orthogonal L16 (45) results of the yellow pigment from orange

由表3正交試驗(yàn)結(jié)果顯示：以體積分?jǐn)?shù)99.7%的無水乙醇為浸提劑，準(zhǔn)確稱取16份橘皮粉末，按正交表作試驗(yàn)所得的浸提液過濾后，濾液稀釋到相同倍數(shù)后，用721紫外可見光分光光度計(jì)在370 nm波長下測吸光度，以吸光度為考核指標(biāo)，進(jìn)行級差分析，由表3可知，各因素影響順序是D>B>A>C，最佳組合為A1B1C4D2，即以體積分?jǐn)?shù)99.7%的無水乙醇為浸提劑，料液比為1 g：8 mL，溫度為65 ℃，浸提時(shí)間5 h，pH值為5.0時(shí)提取效果最好。

2.4 橘皮黃色素對光的穩(wěn)定性

將索氏提取裝置中的色素提取液溶液分別在室內(nèi)自然光下和室外日光放置3 h，每隔30 min測定其在370 nm處的吸光度(記為A370)。其影響分別見圖2與圖3。

圖2 日光對色素的影響Fig.2 Effect of sunlight on the yellow pigment from orange

圖3 自然光對色素的影響Fig.3 Effect of natural light on the yellow pigment from orange

由圖2和圖3結(jié)果表明：日光和室內(nèi)自然光對色素的色澤基本沒有影響，溶液的吸光度基本不變，說明色素的耐光性強(qiáng)，固無需避光保存。

2.4 色素的溶解性

分別向7份色素膏(少許)中加入4 mL的pH=10的NaOH溶液、pH=3的HCl溶液、水、甲醇、乙醇、乙醚、CCl4，觀察色素膏在不同物質(zhì)中的溶解性及其顏色變化，結(jié)果見表4。

由表4知：橘皮黃色素易溶于極性的物質(zhì)中，不溶于非極性物質(zhì)或者是弱極性液體物質(zhì)中，易溶于極性物質(zhì)的液體中。

表4 色素在不同物質(zhì)中的溶解性Table 4 The solubility of yellow pigment in different materials

2.5 pH對色素的色澤及吸光度的影響

取適量上述索氏提取的過程中的提取液樣品，用NaOH，HCl分別調(diào)節(jié)不同的pH色素提取液，觀察其顏色，并在370 nm 處測其吸光度(表5)。

表5 pH與橘皮黃色素的顏色及吸光度的關(guān)系Table 5 The relationship of pH and yellow pigment color and absorbance

2.6 氧化劑和還原劑對色素穩(wěn)定性的影響

配制一系列含有不同濃度的H2O2和KHSO3的色素溶液，在370 nm 處分別測定不同時(shí)間的吸光度，表6結(jié)果顯示：隨著H2O2濃度的增加，吸光度略有升高；而隨著KHSO3濃度的升高，吸光度略有下降。

表6 氧化劑、還原劑對色素穩(wěn)定性的影響Table 6 Effect of oxidant and reducing agent on the stability of the yellow pigment from orange

2.7 金屬離子對色素的影響

將5份適量的橘黃色素溶液移入到容量瓶中，再分別向容量瓶中加入離子濃度為2 mol/L的鈉、鉀、鎂、鈣、鐵離子，分別對容量瓶標(biāo)識好標(biāo)簽，將其充分振搖，靜止8 h后用分光光度計(jì)測其在370 nm處的吸光度，結(jié)果見如下表7。

表7 金屬對色素的Table 7 The impact of metal ions on the yellow pigment from orange

上述表7結(jié)果表明：各種離子對色素的吸光度都產(chǎn)生一定的影響，鎂、鈣、鐵離子對其影響較大。鐵離子致使色素變成深棕紅色，故色素應(yīng)避免與鐵離子接觸，運(yùn)輸保存不能用鐵罐裝載。

2.8 常用食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響

取少量色素溶解，分別加入不同濃度的蔗糖，葡萄糖，氯化鈉，檸檬酸，用蒸餾水定容至50 mL，在370 nm下測定其吸光度，結(jié)果見表8。

表8 常用食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響Table 8 Effect of common food additives on the stability of the yellow pigment g/L

由表8知：上述食品添加劑對色素影響都不大。葡萄糖和食鹽使色素溶液的吸光度稍微升高，而蔗糖和檸檬酸使色素溶液吸光度稍微降低。總體上基本對色素溶液的顏色無影響。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)分別用蒸餾水和乙醇作為提取橘皮黃色素浸提劑，經(jīng)過對比研究：乙醇是作為提取黃色素的最佳浸提劑。并用分光光度法測定黃色素的吸收光譜特性，確定其最大吸收值，并以此最大吸收光度值分析研究色素的物化性能和穩(wěn)定性等。如pH、溫度、金屬離子、有機(jī)酸、氧化劑、還原劑等對色素穩(wěn)定性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：橘皮黃色素在波長為370 nm有最大吸收峰值。可見分光光度法具有快捷、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。黃色橘皮提取的色素在水中和弱酸、弱堿溶液中溶解性好。最佳提取工藝條件：體積分?jǐn)?shù)99.7%的無水乙醇為浸提劑，料液比為1 g︰8 mL，溫度為65 ℃，浸提時(shí)間5 h，pH值為5.0時(shí)提取效果最好。

3.2 展望

我國是一個(gè)盛產(chǎn)橘子水果的超級大國，但是在橘皮的應(yīng)用技術(shù)及對色素的研究發(fā)展正處在發(fā)展起步階段，水平較低。橘皮黃色素中富含有許多醫(yī)療方面的稀有微量元素，加強(qiáng)對橘皮色素的提取，研究其物化性能，可以提高在工藝生產(chǎn)的產(chǎn)率，在化工生產(chǎn)工藝、醫(yī)療、食品工業(yè)有著重大意義。改善色素生產(chǎn)工藝，采用科學(xué)技術(shù)是非常必要的。加強(qiáng)色素的開發(fā)研究已刻不容緩，在未來的化工及生物技術(shù)上，我國的研究專家們應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)改良，并在工業(yè)生產(chǎn)推廣提高更為廣闊的市場前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)

值。隨著食品工業(yè)不斷發(fā)展與壯大，天然色素的開發(fā)與利用越來廣泛，我國應(yīng)該好好把握機(jī)會(huì)，不斷增強(qiáng)色素學(xué)術(shù)研究，加強(qiáng)科學(xué)管理，改善生產(chǎn)工藝條件，生產(chǎn)出更安全更有效的天然色素。

［1］欽傳光,丁焰,王順朝.柑橘皮色素的提取及其性質(zhì)的研究[J].食品工業(yè)科技,1997,18(5):10-12.

［2］Braddock,R.J.Cadwallader,K.R. Citrus by-products manufacture for food use[J]. Food Technology,1993,46(2): 105-110.

［3］高愿君.中國野生植物開發(fā)與加工利用.北京:中國輕工業(yè)出版社,1995:,16-420.

［4］胡春霞,張沙艷.金銀忍冬果實(shí)色素的提取及穩(wěn)定性研究[J].當(dāng)代化工,2009,38(2):113-115.

［5］孟浩,抗瑚.食品與發(fā)酵工業(yè),2000,26(5):28-32.19(1)：66-72．

［6］王桃云,彭志任,周欲心,等.虎杖黃色素提取工藝研究[J].食品工業(yè)科技,2001,22(6):44-46.

［7］何方奕,張捷莉,程玉杰.菠蘿色素的提取及其穩(wěn)定性的研究[J].鞍山師范學(xué)院學(xué)報(bào),1998(4):31-33.

［8］胡偉華,謝青,董儒貞.石榴皮黃色素提取及理化性質(zhì)的研究[J].食品工業(yè)科技,2001,22(6):26-27.