枸杞鮮果類胡蘿卜素超聲提取工藝優化及光穩定性

曹有龍，劉蘭英，李曉鶯，李越鯤

（國家枸杞工程技術研究中心，寧夏銀川750002）

類胡蘿卜素是一類重要的天然植物色素，廣泛存在于水果、蔬菜、綠色植物及動物和微生物中，具有獨特抗氧化功能和抗腫瘤作用，已被建議用作癌癥預防劑，生命延長劑，潰瘍抑制劑，心臟病發作與冠狀動脈疾病的抑制劑[1-3]。20世紀80年代，食品工業中使用的大部分色素均為化學合成色素，大量研究發現，化學合成色素雖然純度高，生產成本低，但合成產品中少量成分有毒，有致染色體畸變作用[4]。隨著人們對食品色素的安全性問題重視程度增加，消費者對天然色素的需求與日俱增，天然類胡蘿卜素作為一種安全有益的食品添加劑，其需求量將進一步擴大。如何從富含類胡蘿卜素的天然物種中提取胡蘿卜素，引起了人們越來越多的關注。枸杞是藥食同源的功能性特色植物資源，其富含類胡蘿卜素、黃酮類化合物、甜菜堿等多種生物活性成分，具有補腎養肝、潤肺明目等功效。研究表明，枸杞子含有豐富的類胡蘿卜素，其中β-胡蘿卜素含量高達19.61 mg/100 g，是胡蘿卜的3.8倍[5]。寧夏是枸杞的道地產區，截止2011年底，枸杞種植面積已逾87萬畝，年產鮮果60萬t，但年加工量不足總量13%，因此，積極開展枸杞類胡蘿卜素的研究對枸杞資源的深度開發具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：寧杞7號枸杞鮮果：采摘于寧夏蘆花臺枸杞種植基地。

試劑：石油醚沸程30℃～60℃、四氫呋喃、乙醚、丙酮、BHT、無水硫酸鈉。上述試劑均為分析純。

1.2 主要儀器

UV1080型紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；JPCT0628超聲波提取器：武漢佳鵬電子有限公司；電子天平：賽多利斯（北京）科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 色素的提取

準確稱取一定量樣品，研磨置于棕色光口瓶中，加入適量提取劑，同時加入0.1%BHT，加塞，超聲提取0.5 h，取出用無水硫酸鈉過濾，按上述步驟重復提取2次，過濾，合并濾液。

1.3.2 色素含量測定[6]

以提取劑做空白，于450 nm處測定吸光度，根據以下公式計算類胡蘿卜素含量：

類胡蘿卜素含量（X）=A×V×F×10/m/2500×100

式中：X為樣品中類胡蘿卜素含量，（mg/100 g）；A為類胡蘿卜素萃取液在最大吸收波長下的吸光值；V為類胡蘿卜素萃取液樣品的體積，mL；F為測定時類胡蘿卜素萃取液的稀釋倍數；m為樣品質量，g； 2500—1%類胡蘿卜素在最大吸收波長時的平均吸光系數。

1.3.3 色素光穩定性研究

不同光照條件（日光、室內散射光、避光）對色素穩定性的影響。按下式計算色素保存率（波長450 nm），色素保存率=測定吸光值/初始吸光值×100%。

2 結果與分析

2.1 類胡蘿卜素提取液紫外可見光譜

枸杞鮮果類胡蘿卜素提取液的紫外可見吸收光譜圖如圖1所示，在450 nm處有最大吸收峰。

圖1 枸杞鮮果類胡蘿卜素提取液紫外可見光譜圖溶劑：四氫呋喃Fig.1 UV spectrum of carotenoids extract in wolfberry fruit Solvent：THF

2.2 提取溶劑的選擇

分別選擇丙酮、乙醚、石油醚、四氫呋喃、石油醚：丙酮體積比1∶1（體積比），石油醚∶丙酮體積比2∶1（體積比），作為提取溶劑，超聲提取0.5 h，比較提取效果（見表1），其中以四氫呋喃浸提效果最佳，石油醚：丙酮體積比1∶1（體積比）次之，綜合安全性和成本因素考慮選用四氫呋喃作為提取溶劑。

表1 不同提取劑對提取效果的影響Table 1 Effect of solvent on extraction

2.3 料液比對提取效果的影響

在超聲功率480 W，提取時間0.5 h，超聲頻率50 Hz的條件下，考察料液比對提取效果的影響，結果見表2。

表2 料液比對提取效果的影響Table 2 Effect of material ratio and solvent on extraction

如表2所示，隨著料液比的增大，提取量逐漸增大，料液比 1 ∶25（g/mL）時提取量最大，料液比 1 ∶15（g/mL）時提取趨于穩定，繼續增大料液比提取量增幅不大，因此選用料液比 1 ∶15（g/mL）。

2.4 提取時間對提取效果的影響

在超聲功率 480 W，料液比 1∶15（g/mL），超聲頻率50 Hz條件下，考察提取時間對提取效果的影響，結果見表3。

表3 提取時間對提取效果的影響Table 3 Effect of time on extraction

由表3可以看出，隨著提取時間的延長，提取量逐漸增加，提取時間為45 min時提取量最大，提取時間延長提取量反而下降。

2.5 超聲功率對提取效果的影響

在料液比 1 ∶15（g/mL），提取時間 45 min，超聲頻率50 Hz的條件下考察超聲功率對提取效果的影響，結果見表4。

如表4所示，在超聲功率為300 W時提取量最大，增大超聲功率提取量有下降趨勢，因此選擇提取功率300 W。

表4 超聲功率對提取效果的影響Table 4 Effect of ultrasonic power on extraction

2.6 超聲頻率對提取效果的影響

在超聲功率 300 W，料液比 1 ∶15（g/mL），提取時間45 min的條件下，考察超聲頻率對提取效果的影響，結果見表5。

表5 超聲頻率對提取效果的影響Table 5 Effect of ultrasonic frequency on extraction

從表5可以看出，提取量在超聲頻率為50 Hz時達到最大，超聲頻率過高或過低都不利于提取。

2.7 正交試驗設計

以類胡蘿卜素的提取率為指標，影響提取效果的4個主要因素：料液比、提取時間、超聲頻率、超聲功率，進行L9（34）正交試驗，即四因素三水平，按照正交試驗設計共進行了9組試驗，類胡蘿卜素的浸提條件、因素水平見表6。

表6 正交試驗因素水平表Table 6 Factor and levels of experiment L9（34）

正交試驗結果見表7。

表7 正交試驗結果Table 7 Results of orthogonal test

續表7 正交試驗結果Table 7 Results of orthogonal test

由表7可以看出，各因子對提取效果影響順序為：超聲功率＞提取時間＞料液比＞超聲頻率，最佳提取條件為A2B2C3D1，即超聲功率300 W，料液比1∶15g/mL，提取時間50 min，超聲頻率60 Hz，提取量達到最大18.16 mg/100 g。

2.8 光穩定性研究

比較不同光照條件下枸杞類胡蘿卜素的穩定性（見表8），發現該色素對日光不穩定，經過8 h的日光照射，保存率僅為18.6%，但對室內散射光較穩定。

表8 不同光照條件對枸杞類胡蘿卜素穩定性影響Table 8 Effect of light on stability of carotenoids in wolfberry fruit

3 結論

研究表明，枸杞類胡蘿卜素素在可見區間400nm～600nm范圍內有最大吸收峰，最大吸收波長為450nm。經測定，寧杞7號枸杞鮮果類胡蘿卜素含量約為19.1 mg/100 g，四氫呋喃是枸杞鮮果類胡蘿卜素適宜提取劑，提取的較適宜條件為：超聲功率300 W，料液比 1 ∶15（g/mL），提取時間 50 min，超聲頻率 60 Hz。該色素對日光不穩定，對室內散射光較穩定。

[1] 惠伯槺.類胡蘿卜素化學劑生物化學[M].北京：中國輕工業出版社,2005：250

[2] 李福枝,劉飛,曾曉希,等.天然類胡蘿卜素的研究進展[J].食品工業科技,2007,9(28)：227-232

[3]李寧寧.類胡蘿卜素的研究進展[J].中國現代實用醫學雜志,2004,1(2)：51-53

[4] 趙文恩,韓雅珊,蘇震,等.類胡蘿卜素對H2O2-NaOCl體系生成的1O2的淬滅作用[J].生物物理學報,1997,13(1)：137-142

[5] 黃麗,於洪建,吳巍.枸杞類胡蘿卜素的研究進展[J].食品研究與開發,2012,33(5)：233-236

[6] 巍苑.幾種處理方式對枸杞汁成分的研究[D].蘭州：甘肅農業大學,2011