正交試驗法優(yōu)化橘皮色素的超聲提取工藝研究

徐媛媛， 陶冬萍， 郭志華

(宿州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，安徽宿州 234000)

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正交試驗法優(yōu)化橘皮色素的超聲提取工藝研究

徐媛媛， 陶冬萍， 郭志華*

(宿州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，安徽宿州 234000)

摘要[目的] 為提高柑橘附加值，用正交試驗法優(yōu)化橘皮黃色素的提取工藝。[方法]采用單因素試驗研究超聲波乙醇提取橘皮黃色素的工藝，并采用正交試驗確定最佳提取工藝。[結(jié)果]試驗得出的橘皮色素超聲提取的最佳工藝是：提取溶劑70%乙醇，料液比1∶10 g/mL，提取溫度80 ℃，超聲時間為30 min，超聲波功率為200 W。[結(jié)論]研究可為橘皮提取色素提供理論依據(jù)，為橘皮的綜合開發(fā)利用提供參考。

關(guān)鍵詞橘皮色素；超聲波 ；正交試驗

現(xiàn)代食品工業(yè)對色素作為食品添加劑的需求越來越大，但目前大部分色素是人工合成的，許多人工合成的色素含有偶氮化合物，具有致癌作用[1]，對人體健康產(chǎn)生極大的危害。柑橘為蕓香科柑橘屬植物，干燥果皮為中藥材陳皮，具有理氣健脾、燥濕化痰作用[2]。橘皮中含有豐富的黃色素，是重要的天然食用色素，主要成分是檸檬烯與類胡蘿卜素的混合物，還含有維生素E和稀有元素硒[3]，具有很好的營養(yǎng)保健作用。我國柑橘產(chǎn)量高，橘皮約占柑橘質(zhì)量的20%，除少量用于中藥材外，大量的橘皮被廢棄。因此，從橘皮中提取色素，添加到食品中，不僅可提高柑橘附加值，而且可以增加食品的營養(yǎng)價值。

現(xiàn)在對橘皮色素的研究主要是色素的提取，超聲輔助提取技術(shù)是一種有效的提取天然產(chǎn)物的技術(shù)，超聲波可直接作用于分子, 使分子的熱運動加劇，快速破壞細胞壁，細胞成分易于溶出[4]。筆者采用超聲波輔助提取橘皮中黃色素，并采用正交試驗確定最佳提取工藝條件，為綜合利用橘皮提供理論指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試原料。市場購買新鮮的橘子，剝?nèi)”砥は磧艉笞匀涣栏桑糜谏囵B(yǎng)箱中60 ℃下烘干，用粉碎機粉碎后過120目篩備用。

1.1.2主要儀器。TD-4臺式離心機，四川蜀科儀器有限公司；DHG-9248A鼓風(fēng)干燥箱上海精宏公司；Scientz-ⅡD超聲波細胞粉碎機，浙江新芝公司；日立U-3310紫外分光光度計，上海儀器科技有限公司。

1.1.3主要試劑。無水乙醇、95%乙醇、丙酮、氯仿、正丁醇、甲醇等，均為分析純。

1.2方法

1.2.1最大吸收波長的確定。用90%的乙醇作為溶劑超聲輔助提取橘皮色素，以相應(yīng)溶劑為參比，在200~700 nm波長范圍內(nèi)掃描，確定橘皮色素的最大吸收波長。

1.2.2最佳提取劑的選擇。稱取7份各2.00 g的橘皮粉分別置于干凈、潔凈的錐形瓶中，分別加入90%乙醇、正丁醇、氯仿、甲醇、丙酮、水、氯仿+95%乙醇(1∶1)各20.0 mL，超聲處理，過濾，取各提取液各1.0 mL稀釋定容至50 mL，以相應(yīng)溶劑為參比，在波長330 nm下分別測定各提取液吸光度，確定最佳提取劑。

1.2.3橘皮黃色素提取單因素試驗。分別以乙醇濃度、料液比、提取溫度、提取時間、超聲波功率為影響因素,在其他提取條件一致的情況下考察各因素對提取率的影響。

1.2.4正交試驗。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用乙醇濃度、料液比、提取溫度、提取時間、超聲波功率5因素4水平的正交試驗進行提取工藝優(yōu)化，通過正交試驗，確定最佳提取條件。

2結(jié)果與分析

2.1確定最高吸收峰由圖1所示，橘皮色素最大吸收峰在200~700 nm的波長范圍內(nèi)出現(xiàn)，波長330 nm處有最大的吸收峰，與李佑稷等報道的橘皮吸收高峰的波長相當[5]，但是與陳玉等[6]、張玉敏等[7]報道的橘皮吸收高峰的波長不同，推測可能是不同溶劑提取的橘皮成分不同，故吸收高峰的波長不同。

圖1　橘皮色素最大吸收波長的確定Fig. 1　The maximum absorption wavelength of pigment in citrus peel

2.2提取溶劑的確定如圖2所示，95%乙醇+氯仿(1∶1)的吸光值略大于90%乙醇，但考慮氯仿的毒性、環(huán)保和經(jīng)濟成本后，選定90%乙醇作為橘皮色素的最佳提取劑。

圖2　不同提取溶劑對提取率的影響Fig 2　Effects of different extraction solvents on the extraction rate of pigments

2.3確定最佳提取劑濃度由圖3可知，隨著乙醇濃度的增加，色素吸光度也隨之增加，當乙醇濃度達到90%時，吸光度值最大。因為色素是一種有極性的化合物，根據(jù)化學(xué)試劑的相似相溶原理，當提取劑的極性與此色素的極性更加接近時，吸光度就最大；反之則逐漸減小[8]，因此選用90%的乙醇濃度為最佳提取濃度。

圖3　乙醇濃度對橘皮色素提取的影響Fig. 3　Effects of ethanol concentration on the extraction rate of pigments

2.4確定最佳料液比 如圖4所示，料液比從1∶5 g/mL變化到1∶10 g/mL 時色素的吸光度值趨于升高，而后從1∶10 g/mL變化到1∶25 g/mL 的過程中吸光度值越來越低。料液比為1∶10 g/mL 時吸光度值最高即溶解性最好。適當?shù)牧弦罕瓤商岣呱氐娜芙庑裕弦罕戎腥軇┝啃t色素溶解不徹底，料液比中溶劑量大，橘皮其他成分溶出影響色素溶解。

圖4　料液比對橘皮色素提取的影響Fig. 4　Effects of solid-liquid ratio on the extraction rate of pigments

因此，料液比1∶10 g/mL 是色素最佳提取條件。

2.5最佳提取溫度從圖5可知，吸光度值隨溫度的升高相應(yīng)增加，一定范圍內(nèi)溫度升高色素的溶解度會隨之增加，當溫度升高到80 ℃時提取的色素吸光度值最大，溫度繼續(xù)增加，對應(yīng)的吸光度下降。考慮到溫度過高，色素被破壞，因此選用80 ℃為最佳提取溫度。

圖5　溫度對橘皮色素提取的影響Fig. 5　Effects of extraction temperature on the extraction rate of pigments

2.6超聲時間的確定從圖6可知，在一定時間范圍內(nèi)物質(zhì)溶解速率隨著超聲時間的增加而增加，提取時間30 min下的吸光度值最大，繼續(xù)增加超聲提取時間，其對應(yīng)的吸光度值降低。考慮到繼續(xù)增加超聲時間，超聲波的空化作用影響色素結(jié)構(gòu)，因此選用30 min為最佳提取時間。

圖6　 超聲時間對橘皮色素提取效果的影響Fig. 6　Effects of extraction time on the extraction rate of pigments

2.7確定最佳提取超聲波功率由圖7看到，隨著超聲波功率的增加對應(yīng)的吸光度值隨之增加，在一定范圍內(nèi)功率越大對橘皮細胞的破壞程度越大，則提取的色素含量越多，吸光度就越大。當繼續(xù)增大超聲波功率時，橘皮色素的空間結(jié)構(gòu)可能遭到破壞，對應(yīng)的吸光度值下降。因此，選用200 W為最佳提取超聲功率。

圖7　超聲功率對橘皮色素提取的影響Fig. 7　Effects of ultrasonic power on the extraction rate of pigments

2.8確定最佳提取條件選定5因素4水平做正交試驗，正交試驗因素水平設(shè)計如表1所示。對表1的5因素4水平正交試驗表做直觀分析，得到16組試驗數(shù)據(jù)如表2所示。表2的16組試驗在吸收峰為330 nm波長下測得的5組吸光度，取其平均值作為正交試驗的試驗結(jié)果。

表1　L16(45)正交試驗水平設(shè)計

表2　橘皮色素提取正交試驗L16(45)結(jié)果

由表2的正交試驗結(jié)果分析數(shù)據(jù)可得，橘皮色素提取條件影響因素從高到低依次為料液比、濃度、超聲波功率、提取溫度、提取時間。橘皮色素的最佳提取條件為A3B3C1D2E2,即溫度80 ℃，時間30 min，濃度70%乙醇，料液比1∶10 g/mL，超聲波功率為200 W。

3結(jié)論

該試驗利用超聲波輔助提取橘皮中的色素，對5種影響提取效果的單因素分別進行了試驗，并最終在單因素試驗的基礎(chǔ)上進行了正交試驗。綜合以上數(shù)據(jù)分析，在提取溫度80 ℃、提取時間30 min、70%的乙醇、料液比1∶10 g/mL、超聲功率200 W提取條件下，橘皮中色素的提取效果最佳。從橘皮中提取天然黃色素安全，可用于食品、藥品等多方面，具有良好的市場開發(fā)應(yīng)用前景。

參考文獻

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Optimization of the Extraction Technology of Pigments from Citrus Peel by Orthogonal Test

XU Yuan-yuan, TAO Dong-ping, GUO Zhi-hua*(College of Biology and Food Engineering, Suzhou University, Suzhou, Anhui 234000)

Abstract[Objective] To optimize the extraction technology of pigments from citrus peel by orthogonal test. [Method] Extraction technology of pigments from citrus peel was researched by single factor test. And the optimal extraction technology was obtained by orthogonal test. [Conclusion] The optimal extraction technology of pigments from citrus peel was as follows: 70% ethanol, 1∶10 g/mL solid-liquid ratio, 80 ℃ extraction temperature, 30 min ultrasonic extraction time, and 200 W extraction power. [Conclusion] This research provides theoretical foundation for the extraction of pigments from citrus peel, and offers references for the comprehensive development and utilization of citrus peel.

Key wordsPigment in citrus peel; Ultrasonic wave; Orthogonal test

收稿日期2015-12-14

作者簡介徐媛媛(1994- )，女，安徽安慶人，本科生，專業(yè)：生物技術(shù)。*通訊作者，副教授，碩士，從事食品微生物研究。

基金項目宿州學(xué)院科研平臺開放課題(2011YKF17)；安徽省高校省級自然科技學(xué)研究項目(KJ2013B286)；省級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目(AH201410379068)；宿州學(xué)院教學(xué)研究項目(szxy2015jy08)。

中圖分類號S 609.9

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)02-098-03