火龍果果皮花青素提取及其熱穩定性研究*

盧夢婷，陶志杰，祁文慧，林 芳，潘 杰

(蚌埠學院食品與生物工程學院，安徽 蚌埠 233030)

火龍果(Hylocereusundatus)屬仙人掌科(Cactaceae)量天尺屬(Hylocereus)和蛇鞭柱屬Selenicereus)植物[1]。紅肉火龍果果肉及果皮色澤鮮艷，富含花青素類活性物質。研究表明，花青素具有抗氧化，消炎抑菌，抗衰老、抗癌以及保護肝臟、心腦血管和視力的作用[2-6]。隨著食品安全知識的普及，人們對可食用天然色素的研究與開發廣泛關注。然而由于天然色素穩定性較化學合成色素不穩定，在使用中容易受到溫度、pH、光照、化學物質等的影響發生變色[7-11]。花青素作為食品天然著色劑和功能性成分被利用，往往由于其穩定性不佳而受到限制。火龍果食品加工以果肉或果皮為原料[12]，廣泛應用于復合飲料、冰激凌，果酒、果醋、酸奶等發酵食品[13-16]生產中。發酵產品加工過程均需對果汁滅菌，滅菌條件的不同對花青素色澤有一定的損失。本實驗主要利用超聲波法優化提取火龍果果皮中的花青素，并探索酸奶加工條件下花青素的熱穩定性。通過研究，對火龍果在酸奶發酵食品中的開發利用具有現實意義。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

廣西金都一號紅心火龍果；一水合檸檬酸，國藥集團化學試劑有限公司；磷酸氫二鈉，天津市永大化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備

電子天平，上海海康電子儀器廠；實驗室超純水機，上海和泰儀器有限公司；電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；高速多功能粉碎機，上海高翔食品機械廠；數顯恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；臺式高速離心機，上海菁華科技儀器有限公司；JK-500DB型數控超聲清洗器，合肥金尼克機械制造有限公司；752型可見-紫外光分光光度計，上海菁華科技儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 材料預處理

火龍果果皮預處理：將火龍果果皮去除綠色部分，切成小塊放入鼓風干燥箱中，在60 ℃下烘至恒重，再將烘干的火龍果果皮用粉碎機粉碎后過80目篩，密封備用[17]。

1.2.2 花青素的提取及測定

稱取0.2 g干燥的火龍果果皮粉，用5%的檸檬酸提取，進行超聲波處理后，將提取液過濾冷卻至室溫。在6000 r/min轉速下離心20 min，留上清液，在波長525 nm測定其吸光值，加入相同濃度的檸檬酸水溶液作空白對照[18]。平行三次，取平均值。

1.2.3 單因素實驗

用5%檸檬酸提取，考查時間20～60 min之間，液固比20:1～60:1之間，溫度35～75 ℃之間，功率200～400 W之間，火龍果果皮花青素在525 nm波長的吸光度，探究超聲提取時間、液固比、提取溫度和功率對花青素提取效果的影響。

1.2.4 正交實驗結果

1.2.4.1 正交優化實驗

由單因素實驗建立正交實驗因素水平表，見表1。探究A功率、B液固比、C時間、D溫度4個超聲波提取因素對火龍果果皮花青素提取的影響。

表1 正交實驗因素水平表

1.2.4.2 驗證實驗

稱取三份質量為0.2 g火龍果果皮粉分別加入到100 mL燒杯中，按照正交優化后條件提取火龍果果皮花青素，其余條件一致。測其吸光值平行3次，取平均值。驗證實驗的可重復性。

1.2.4.3 比較實驗

稱取三份質量為0.2 g的火龍果果皮粉，直接水提法提取花青素，比較超聲波輔助提取的優越性。

1.2.5 花青素熱穩定性實驗

作為火龍果彩色酸奶研發，如何在牛奶滅菌時保持較好的花青素穩定是關鍵。本實驗選擇酸奶制作過程不同牛奶滅菌條件為考察條件，比較花青素熱穩定性。用檸檬酸-磷酸氫二鈉配制pH 4的花青素溶液模擬酸奶環境[19]，分別在65 ℃ 30 min，75 ℃ 15 min，85 ℃ 10 min，95 ℃ 5 min，100 ℃ 1 min的水浴中加熱[20]，冷藏靜置一周后在525 nm波長處分別測其吸光度，考察火龍果花青素的熱穩定性。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 超聲處理時間對花青素提取影響

由圖1可知，花青素吸光值于提取40 min時達到最大，之后降低。原因是由于超聲波具有空穴作用，在氣泡擠碎瞬間的強力沖擊波，可加快色素類物質溶出；但超聲時間過長，會使花青素發生分解和氧化反應[21]，吸光度降低。因此，確定40 min為最佳超聲提取時間。

圖1 超聲時間對火龍果果皮花青素提取影響

2.1.2 液固比對花青素提取影響

由圖2得知，液固比與吸光度成正相關，達到50:1后則表現出平穩趨勢，原因是當花青素提取達到最大時，已達到完全溶出，再增加檸檬酸水溶液體積花青素含量也不會發生明顯變化。因此，超聲提取花青素最佳液固比為50:1。

圖2 液固比對火龍果果皮花青素提取影響

2.1.3 超聲波處理溫度對花青素提取影響

由圖3可以看出，花青素的吸光值在提取溫度65 ℃時出現高峰。其原因是在一定溫度范圍內，溫度升高有利于物質擴散，使吸光度不斷上升；但溫度過高會使花青素結構不穩定，而影響其提取效果[21]。因此，最佳的超聲提取溫度為65 ℃。

2.1.4 超聲波處理功率對花青素提取影響

圖4中，起初花青素吸光度為上升趨勢，在250 W時處于高點。原因是由于超聲功率大時所產生的空化作用強，使細胞破碎效果好，釋放出較多花青素。但當功率過大時花青素結構反遭破壞，使花青素含量降低。因此，確定最佳超聲提取功率為250 W。

圖4 超聲功率對火龍果果皮花青素提取影響

2.2 優化實驗結果分析

2.2.1 正交實驗結果分析

通過正交軟件設計分析，對不同超聲處理時間，料液比，超聲處理溫度，超聲處理功率，可以得到正交結果分析表，見表2。

由表2可知，在此實驗中，各因素對花青素提取影響大小為D>B>A>C，即為超聲波提取火龍果皮花青素影響順序為超聲溫度>液固比>功率>時間。因此可以得到最優提取條件組合是A2B2C1D1，和A2B3C1D1，但我們考慮避免對試劑的浪費，所以最后得到超聲最佳條件為功率250 W，液固比50:1，時間30 min，溫度55 ℃。

表2 正交實驗結果

由表3可知，超聲溫度對火龍果果皮花青素提取有很大的影響，差異極顯著(p<0.05)，料液比差異顯著(p<0.10)，而超聲功率和超聲時間對火龍果果皮花青素的提取效果影響均不顯著。

表3 正交實驗方差分析結果

2.2.2 驗證實驗結果分析

在正交優化實驗的結果條件下，提取三組火龍果果皮花青素，取平均值，結果見表4。

表4 驗證實驗結果

由表4經驗證實驗得到，該條件下所得吸光值為0.515，此吸光值明顯比正交優化表中的各個吸光值都高，所以超聲波法提取火龍果果皮素最佳條件為超聲功率250 W，液固比50:1，30 min，55 ℃。

2.2.3 比較實驗結果分析

稱取三份質量為0.2 g的火龍果果皮粉分別加入到100 mL燒杯中，用5%的檸檬酸水溶液提取，在無超聲波環境下提取，得到結果如表5所示。

表5 比較實驗結果

由表5可知，在無超聲波提取條件下，測得吸光值為0.330，并且和表4結果比較，有超聲波處理提取火龍果果皮花青素的吸光值明顯比無超聲波處理的高。

2.3 花青素熱穩定性結果分析

用檸檬酸-磷酸氫二鈉配制pH 4的花青素溶液，選擇酸奶制作原料乳熱處理條件來考查花青素的熱穩定性。分別在65 ℃ 30 min，75 ℃ 15 min，85 ℃ 10 min，95 ℃ 5 min，100 ℃ 1 min的水浴中加熱，一周后在525 nm處，分別測其吸光度。結果如表6所示。

由表6可知，在100 ℃ 1 min加熱條件下，測得的吸光值為0.733，所以由此可知在此條件下花青素的穩定性最好。

表6 花青素熱穩定性實驗

3 結 論

單因素實驗表明：超聲溫度是對火龍果果皮花青素提取的顯著影響因子，在0.05水平上具有顯著性，而超聲功率，液固比和超聲時間對火龍果果皮花青素提取效果影響較小。

通過正交實驗得到，在超聲功率250 W，液固比50:1，時間30 min，溫度55 ℃條件下，所測吸光值為0.515。說明該條件下提取火龍果果皮花青素最佳。

通過花青素熱穩定性研究，其在100 ℃ 1 min條件下處理后放置一周，花青素的穩定性最好。說明高溫短時處理對花青素的穩定性影響較小。