紅薯皮色素的提取及其對條件的穩定性

王惠琴，林太鳳，張麗華，張淑芬，鄭大威（.北京工業大學生命科學與生物工程學院，北京0024；2.北京市飲料及食品添加劑質量監督檢驗站，北京0024）

紅薯皮色素的提取及其對條件的穩定性

王惠琴1，2，林太鳳1，2，張麗華1，張淑芬1，2，鄭大威1，2
（1.北京工業大學生命科學與生物工程學院，北京100124；2.北京市飲料及食品添加劑質量監督檢驗站，北京100124）

摘要：以紅薯加工過程中產生的廢棄物紅薯皮為原料，提取分離紅薯皮紅色素，不但能夠增加紅薯深加工產品的附加值，而且能夠解決紅薯皮作為廢棄物造成的環境污染問題，并且可以為食品行業提供一種新的具有保健功能和一定營養價值的天然色素。采用常規的提取方法，在酸性條件下提取制得紅薯皮紅色素。對制得的紅薯皮紅色素進行了穩定性研究，考察了溫度、pH以及加入相關的金屬離子、氧化劑、還原劑、鹽、葡萄糖、淀粉、蘋果酸等因素的影響，結果表明，制得的色素溶液，在（18～100）℃和pH為2.0～4.0時穩定性良好；氧化劑種類不同，影響效果也不同；鹽和Mg2+，Al3+，Na+，Ca2+，Fe3+五種金屬離子以及淀粉可使色素色度增加，有一定的增色作用。

關鍵詞：紅薯皮色素；提取；穩定性

天然食用色素是源于天然資源的色素，主要包括從動、植物組織中提取的色素，以及微生物色素。天然色素不僅安全性好[1]，而且許多品種還保留了動植物體內豐富的部分天然成分，含有人體必須的營養物質，或者其本身就是維生素或具有維生素性質的物質，如核黃素[2]、β-胡蘿卜素[3]等；有的天然色素具有一定的生理活性和醫療保健價值，具有抗癌和降低癌癥發病幾率的作用，如番茄紅素[4-5]、玉米黃素[6-7]等；另外，天然色素的著色色調比較自然，更接近于天然物質的顏色。因此，天然色素在食品、藥品、飲料、化妝品等領域有廣闊的應用前景。

紅薯營養價值豐富，含有多種人體所必須的營養成分，具有抗癌防癌等多種保健功效。紅薯皮是紅薯加工的副產品，其中含有大量的維生素和礦物質，還有豐富的色素和纖維素等。以紅薯皮為原料，提取分離紅薯皮紅色素，不但能夠增加紅薯深加工產品的附加值，而且能夠解決紅薯皮作為廢棄物造成的環境污染問題，并且可以為食品行業提供一種新的具有保健功能和一定營養價值的天然色素，具有重要的經濟價值和社會意義。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

紅薯皮（市售紅薯、洗凈后取其表皮），無水乙醇（分析純）、檸檬酸、鹽酸、氫氧化鈉、高錳酸鉀、重鉻酸鉀、雙氧水（H2O2）、亞硫酸鈉、氯化鈉、葡萄糖、淀粉、蘋果酸、金屬離子溶液（其中Al3+、Mg2+的濃度為100 μg/mL，Ca2+、Na+、Fe3+的濃度為1 000 μg/mL）。

1.2儀器與設備

UV-3010型紫外可見分光光度計；LABOROTA4000型旋轉蒸發儀；Z323K型離心機；TC88-1型真空干燥箱、BT-214D型電子天平、C-MAG HS7型磁力攪拌器等，以及各種玻璃儀器。

1.3方法

1.3.1提取方法

將紅薯皮洗凈干燥后粉碎，稱取一定量后置于錐形瓶中，加入用檸檬酸調節至pH=2.0～4.0的質量分數為70%的乙醇溶液，使紅薯皮完全浸沒于溶液中，液料質量比約為10∶1。室溫下浸提30 min，過濾，濾渣用上述方法繼續浸提兩次，將此三次粗提濾液合并，用旋轉蒸發儀使其濃縮，之后置于真空干燥箱中干燥，制得紅薯皮紅色素。提取流程如圖1。

圖1　色素提取流程圖Fig.1　Extraction process of pigment

1.3.2吸光度測定

稱取0.5 g紅薯皮色素，用去離子水將其充分溶解，配制成質量分數為0.3%的色素溶液。然后，以去離子水做參比，用紫外可見分光光度計進行波長掃描，并測定其最大吸收波長處的吸光度值。

1.3.3穩定性測定

取質量分數為0.3%的色素溶液，于不同條件（溫度、pH、氧化劑、還原劑、鹽、金屬離子、葡萄糖、淀粉、蘋果酸）下，用紫外可見分光光度計測定吸光度A，并計算其色價保存率（保存率=A/A0，A0是初始吸光度，A為試驗后吸光度），在整個實驗過程中觀察溶液的顏色變化情況。

2　結果與分析

2.1最大吸收波長

取質量分數為0.3%的色素溶液進行測定，用紫外可見分光光度計進行波長掃描，如圖2。

圖2　紅薯皮色素溶液的波長掃描圖Fig.2　Wavelength scanning of sweet potato skin pigment solution

結果顯示色素溶液的最大吸收峰在波長524 nm處，吸光度值為0.561。

2.2色素穩定性研究

2.2.1溫度對色素穩定性的影響

由于食用色素在食品加工中應用時，加工溫度一般都在100℃以下，因此，選擇18℃到100℃為實驗的溫度范圍。將樣品液分別置于不同溫度（18、25、50、80、90、100℃）下30 min，取出后冷卻至室溫，測定其吸光度并計算其色價保存率。表1是樣品溶液在不同溫度下的吸光度值和色價保存率值。

表1　溫度對色素穩定性的影響Table 1　Effect of temperature on the stability of the pigment

由表1可以看出，隨著加熱溫度升高，色價保存率變化不明顯，表明在室溫到100℃時色素溶液熱穩定性好。

2.2.2pH對色素穩定性的影響

將相同體積的樣品液用HCl、NaOH調節pH分別為2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0，靜置30 min，觀察溶液顏色變化，并用紫外分光光度計分別測定6個pH環境下，色素溶液的吸光度并計算其色價保存率。表2是樣品溶液在不同pH下的吸光度值和色價保存率值，隨著pH的增加，色素溶液的顏色由紅色逐漸變為無色、淺綠色、綠色。從表2可知，色素溶液在pH為2.0～4.0時，保存率變化不明顯，說明穩定性良好，但是在pH>4.0時，保存率大幅度降低，說明色素溶液的穩定性受到破壞。

表2　pH對色素穩定性的影響Table 2　Effect of pH value on the stability of the pigment

2.2.3氧化劑對色素穩定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同量的高錳酸鉀、重鉻酸鉀及雙氧水溶液，再定容至相同的體積，靜置30 min后，測定其吸光度并計算其色價保存率。表3是樣品溶液在氧化劑影響下的吸光度值和色價保存率值。

表3　氧化劑對色素穩定性的影響Table 3　Effect of oxidant on the stability of the pigment

從表3可知，加入高錳酸鉀、重鉻酸鉀及雙氧水3種氧化劑后，溶液中高錳酸鉀及重鉻酸鉀濃度的升高對色素溶液在524 nm處的吸光度影響不大。但隨著雙氧水濃度的升高，色素溶液524 nm處的吸光度逐漸降低。說明氧化劑高錳酸鉀和重鉻酸鉀對色素溶液的穩定性好，而氧化劑雙氧水對色素溶液有破壞作用，穩定性降低。

2.2.4還原劑對色素穩定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同質量的亞硫酸鈉，完全溶解后，再定容至相同的體積，靜置30 min后，測定其吸光度并計算其色價保存率。表4是樣品溶液在還原劑影響下的吸光度值和色價保存率值。

由表4可知，亞硫酸鈉的加入使色素溶液的保存率明顯降低，并且保存率隨著亞硫酸鈉加入量的增加而逐漸降低，說明還原劑會較大程度的破壞紅薯皮色素的穩定性。

表4　還原劑（亞硫酸鈉）對色素穩定性的影響Table 4　Effect of deoxidizer（NaNO2）on the stability of the pigment

2.2.5鹽對色素穩定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同質量的氯化鈉，再定容至相同的體積，靜置30min后，測定其吸光度并計算其色價保存率。表5是樣品溶液在食鹽影響下的吸光度值和色價保存率值。

表5　鹽（NaCl）對色素溶液的影響Table 5　Effect of salt（NaCl）on the stability of the pigment

從表5可知，隨著氯化鈉加入量的增加，色素溶液在524 nm處的吸光度逐漸增加，保存率升高。說明氯化鈉不會破壞色素的穩定性，還可使色素的色度小幅度提高，有微量的增色作用。

2.2.6金屬離子對色素穩定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入一定量的Mg2+、Al3+、Na+、Ca2+、Fe3+溶液，搖勻，靜置30 min后，觀察色素溶液顏色的變化，測定其吸光度并計算其色價保存率。表6是樣品溶液在不同金屬離子影響下的吸光度值和色價保存率值。

表6　不同種類金屬離子對色素溶液的影響Table 6　Effect of metal ion on the stability of the pigment

從表6可知，加入金屬離子后，色素溶液的吸光度值有大幅度的提升。說明Mg2+、Al3+、Na+、Ca2+、Fe3+五種金屬離子可使該色素的色度大幅提升，起到增色作用。

2.2.7葡萄糖對色素穩定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同質量的葡萄糖，搖勻充分溶解后，靜置30 min，觀察色素溶液顏色的變化，測定其吸光度并計算其色價保存率。表7是樣品溶液在不同質量葡萄糖影響下的吸光度值和色價保存率值。

表7　葡萄糖對色素溶液的影響Table 7　Effect of glucose on the stability of the pigment

從表7可知，加入不同質量葡萄糖后，色素溶液的吸光度值沒有明顯的變化。說明加入不同質量的葡萄糖對色素溶液的穩定性無明顯影響。

2.2.8淀粉對色素穩定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同質量的淀粉，搖勻后，靜置30 min，觀察色素溶液顏色的變化，取上清液，測定其吸光度并計算其色價保存率。表8是樣品溶液在不同質量淀粉影響下的吸光度值和色價保存率值。

表8　不同質量淀粉對色素的影響Table 8　Effect of starch on the stability of the pigment

從表8可知，隨著加入淀粉量的增加，色素溶液的吸光度值有明顯的提高。說明加入淀粉可以使色素溶液的色度大幅度提升，有增色作用。

2.2.9蘋果酸對色素穩定性的影響

向相同體積的樣品液中依次加入不同質量的蘋果酸，搖勻充分溶解后，靜置30 min，觀察色素溶液顏色的變化，測定其吸光度并計算其色價保存率。表9是樣品溶液在不同質量蘋果酸影響下的吸光度值和色價保存率值。

從表9可知，隨著加入蘋果酸的增加，色素溶液的吸光度值有明顯的提高。說明加入蘋果酸可以使色素溶液的色度大幅度提升，有增色作用。

表9　不同濃度蘋果酸溶液對色素的影響Table 9　Effect of malic acid on the stability of the pigment

3　結論

1）利用常規提取方法，以酸性乙醇水溶液為溶劑，制得紅薯皮紅色素。用紫外可見分光光度計進行波長掃描，色素溶液的最大吸收峰在波長524 nm處。

2）制得的色素溶液，在（18～100）℃時穩定性良好；在pH為2.0～4.0時，溶液顯示紅色，但是在pH>4.0時，色素溶液的顏色隨著pH的增大，逐漸由紅色逐漸變為綠色，色素的穩定性受到破壞；氧化劑高錳酸鉀和重鉻酸鉀對色素溶液的穩定性影響不大，而氧化劑雙氧水對色素溶液有破壞作用，穩定性降低；還原劑會較大程度的破壞紅薯皮色素的穩定性；氯化鈉不但不會破壞色素的穩定性，還可使色素的色度小幅度提高，有微量的增色作用；Mg2+、Al3+、Na+、Ca2+、Fe3+五種金屬離子可使該色素的色度大幅提升，起到增色作用；加入葡萄糖后，隨著葡萄糖加入量的增加，色素溶液的穩定性無明顯變化；隨著加入淀粉量的增加，色素溶液的色度大幅度提升，有明顯的增色作用。

參考文獻：

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.20.039

收稿日期：2013-10-18

作者簡介：王惠琴（1976—），女（漢），助理研究員，碩士研究生，研究方向：飲料和食品添加劑的檢測研究，以及大型儀器設備的管理和實驗室管理。

Extraction of Sweet Potato Peel Pigment and Stability on Different Conditions

WANG Hui-qin1，2，LIN Tai-feng1，2，ZHANG Li-hua1，ZHANG Shu-fen1，2，ZHENG Da-wei1，2
（1.College of Life Science and Bioengineering of Beijing University of Technology，Beijing100124，China；2.Quality Supervision and Inspection Station of Beverages and Food Additives of Beijing；Beijing 100124，China）

Abstract：Functional and natural pigment was prepared using the conventional extraction method from waste sweet potato peals which produced in the sweet potato processing under acidic conditions，in which the added value of sweet potato was increased and environmental pollution could be reduced.The stability of the sweet potato skin pigment was studied through the effects of temperature，pH value and the influence of added metal ions，oxidant，reducing agent，salt，starch，glucose，malic acid and other factors.The result showed that the pigment was stable at room temperature～100℃and 2.0～4.0 pH value，different kinds of oxidant can affect the stability，moreover，salt Mg2+，Al3+，Na+，Ca2+，Fe3+and starch can increase the pigment's color in a way.

Key words：sweet potato peel pigment；extraction；stability