微波辅助提取废弃火龙果果皮红色素的工艺_卓泽晟.pdf
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1、火龙果(Hylocereus undatus)是仙人掌科量天尺属的热带亚热带水果1-2.在中国,火龙果主产于福建、广东、贵州、海南等省份.随着消费者对食品营养和饮食健康追求的不断提高,火龙果因其独特的营养价值、醒目的外观及抗氧化性等特点而备受青睐3.红皮白果肉和红皮红果肉火龙果是目前国内大规模商业化生产的主要火龙果品种,且前者的产量和市场规模较大.Attar等4研究表明,火龙果含有多种有益于人类身体健康的植物营养素,如芳香族化合物和酚类化合物,其中酚类化合物赋予了火龙果独特的抗氧化特性.Hua等5对不同时期火龙果营养成分的研究结果表明,其果肉中的山梨糖醇、葡萄糖、蔗糖等在成熟期最高,且火龙果果
2、皮中含有的抗氧化成分、酚类化合物、类黄酮等均高于果肉,这也表明火龙果果皮在天然成分开发上具有明显的经济优势.水果食用后产生的果皮,往往被作为废弃物丢弃.如何利用果皮逐渐成为学者关注和思考的环境或食品科学问题6-7.很多学者也对此展开了大量的研究,如Muruganantham等8使用高温碳化芒果皮的方法制备碳材料,经过N和S元素修饰后得到的材料可用于钠离子电池负极,且其电化学性能优异;彭鑫等9利用香蕉果皮,使用表面活性剂沉淀技术提取过氧化氢酶,通过优化实验得到提取香蕉皮过氧化氢酶的最佳提取工艺参数;邓梦琴10通过菠萝蜜果皮提取得到粗液,并分离纯化黄酮,提取效果较好.天然色素具有广泛的应用,我国古
3、代就已经使用花瓣进行色素提取制备胭脂11.相比人造色素,食品工业越来越关注从食品,特别是食品副产物或者废弃物中提取天然色素12.研究表明,将植物组织置于水中煮沸获取色素的传统方法13不仅耗时长、效率低,经济成本较高.而在微波场中,能量通过加热与固形物接触的溶剂从而实现固形物的加热;加热可以使得生物组织的细胞内压上升,当达到细胞膜可以承受压力的临界值时,细胞内容物流出至溶剂并且被溶剂吸收.可见,微波场可以缩短提取生物活性物质的时间,且所耗溶剂更少,效率更高14.为探索微波场辅助提取火龙果果皮色素的可行性和工艺参数,本研究以废弃红皮白肉火龙果果皮为实验原料,采用单因素试验研究乙醇体积分数、料液比、
4、pH值、微波功率、微波时间等5个因素对色素微波辅助提取废弃火龙果果皮红色素的工艺卓泽晟,曾健,蔡真珍,关燕云,石国宗,叶丽珠,林娇芬*(厦门海洋职业技术学院 海洋生物学院,福建 厦门 361102)摘要:为探索微波场辅助提取火龙果果皮色素的可行性和工艺参数,采用微波场辅助技术提取红皮白肉火龙果果皮中的红色素;然后以热风干燥的火龙果果皮粉末为原料,以吸光度作为提取评价指标,通过单因素试验考察乙醇体积分数、料液比、pH值、微波功率、微波时间5个因素对色素提取效果的影响,确定正交参数范围;通过正交试验,得出微波场辅助提取火龙果果皮红色素的最优工艺.研究结果表明:影响火龙果果皮红色素提取效果的因素由主
5、及次为微波功率微波时间料液比乙醇体积分数,最优微波提取工艺参数为乙醇体积分数55%、料液比1 70、微波功率240 W、微波时间30 s.关键词:废物回收与利用;微波场;火龙果果皮;色素提取中图分类号:X712文献标识码:A文章编号:2095-2481(2023)02-0187-06收稿日期:2022-09-03作者简介:卓泽晟(1993-),男,助教.E-mail:.*通信作者:林娇芬,女,副教授,博士.E-mail:基金项目:福建省教育厅中青年教师教育科研项目(科技类)(JAT210805).第 35 卷第 2 期2023 年 6 月宁德师范学院学报(自然科学版)Journal of Ni
6、ngde Normal University(Natural Science)Vol.35 No.2Jun.2023DOI:10.15911/ki.35-1311/n.2023.02.007宁德师范学院学报(自然科学版)2023年6月提取效果的影响;并通过正交试验,研究微波辅助提取火龙果果皮红色素的最优工艺.1材料与方法1.1实验材料主要材料为红皮白肉火龙果果皮.主要仪器包括电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9070A型)、高速万能粉碎机(FW100型)、电子天平(FR224CN型)、pH计(EL20K型)、大容量离心机(L550低速台式型)、紫外可见分光光度计(T6新世纪型)、微波炉(M1-234
7、A型)、超纯水系统(Direct-Q3UV型)等.主要试剂包括95%乙醇溶液、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、超纯水等.1.2工艺流程火龙果果皮除尽果肉、绿叶清洗沥干干燥粉粹成粉末称量果皮粉末加提取剂磷酸缓冲液调节pH值微波辅助浸提5 000 rmin-1离心取上清液过滤色素提取液定容测定536 nm波长下的吸光度.1.3原料预处理将新鲜火龙果果皮上的果肉和绿叶除尽,清洗并沥干水分.将红色果皮部分切剪成小块,放入电热恒温鼓风干燥箱中调至60 烘18 h,冷却到室温,然后用高速万能粉碎机将其粉碎成粉末,过0.15 mm(100目)筛后装入密封袋,置于干燥阴凉处保存,备用15.1.4色素提取与检测方法称取
8、1 g火龙果果皮粉末于三角锥形瓶中,按一定料液比加入不同浓度乙醇浸提,用磷酸缓冲溶液调节pH值,在不同微波功率下进行不同时间的微波辐射加热.然后在5 000 rmin-1、25 条件下离心5min,取上清液,进一步过滤上清液后,将全部滤液定容至100 mL,以提取剂作空白,用紫外分光光度计测其吸光度OD53616,作为评定火龙果果皮红色素提取效果指标.1.5单因素试验1.5.1乙醇体积分数的影响考察选取7个(20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%)乙醇体积分数,在固定料液比1 40、pH值6.0、微波功率320 W、微波时间40 s的条件下,微波提取火龙果皮皮红色素,重复3次取
9、平均值,根据吸光度变化趋势,选择最佳乙醇体积分数.1.5.2料液比的影响考察选取7个(1 10、1 20、1 30、1 40、1 50、1 60、1 70)料液比,在固定乙醇体积分数50%、pH值6.0、微波功率320 W、微波时间40 s的条件下,微波提取火龙果皮皮红色素,重复3次取平均值,根据吸光度变化趋势,选择最佳料液比.1.5.3pH值的影响考察选取7个(3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0)pH值,在固定料液比1 40、乙醇体积分数50%、微波功率320 W、微波时间40 s的条件下,微波提取火龙果皮皮红色素,重复3次取平均值,根据吸光度变化趋势,选择最佳pH值.1
10、.5.4微波功率的影响考察选取7个(80、160、240、320、400、480、560 W)微波功率,在固定料液比1 40、乙醇体积分数50%、pH值6.0、微波时间40 s的条件下,微波提取火龙果皮皮红色素,重复3次取平均值,根据吸光度变化趋势,选择最佳微波功率.1.5.5微波时间的影响考察选取6个(20、30、40、50、60、70 s)微波时间,在固定的乙醇体积分数50%、料液比1 40、pH值6.0、微波功率320 W条件下,微波提取火龙果皮皮红色素,重复3次取平均值,根据吸光度变化趋势,选择最佳微波时间.1.6正交试验设计以乙醇体积分数、微波功率、料液比、微波时间4个因素,根据各单
11、因素试验得出的各因素水平范围,以色素提取液吸光度为评价指标,设定最佳提取工艺L9(34)因素水平(表1).-188第2期卓泽晟,等:微波辅助提取废弃火龙果果皮红色素的工艺表1L9(34)正交试验因素水平表水平123因素乙醇体积分数/%455055料液比1 501 601 70微波功率/W240320400微波时间/s3040502实验结果与分析2.1单因素实验结果2.1.1乙醇体积分数对色素提取的影响由图1可知:乙醇体积分数低于50%时,吸光度随着乙醇体积分数升高而升高;在乙醇体积分数为50%时,吸光度最大;当乙醇体积分数超过50%后,吸光度随着乙醇体积分数升高而降低.这可能是因为浸提溶剂体积
12、分数越高,渗透能力越强,有利于色素溶出,但当乙醇体积分数越高,极性越小,乙醇溶剂体积分数达到一定程度,会影响色素提取,造成负效应.因此得出50%的乙醇微波辅助提取火龙果果皮红色素的效果最优,故本实验选取的最佳乙醇体积分数为50%.2.1.2料液比对色素提取的影响由如图2所示,当料液比低于1 60,吸光度和加入的浸提液体积呈正相关,当料液比达到1 60时,色素提取效果最好,继续增加浸提液体积,吸光度无明显变化,这可能与火龙果果皮红色素在乙醇浸提液中的饱和程度有关.在料液比1 10条件下,物料无法完全溶解,经微波处理,溶剂几乎全部蒸发,料液成果冻状,测得吸光度极低;而随着溶剂体积的增加,细胞内外的
13、浓度差增大,这也有利于色素的溶出和扩散.当料液比达到1 60时,火龙果果皮红色素全部溶出,达到饱和,继续增加溶剂对提取效果影响不大.故本实验得出1 60为最适料液比.0.9吸光度0.70.50.320304050607080乙醇体积分数/%1.00.80.60.40.21 101 201 301 401 501 601 70料液比吸光度图1乙醇体积分数对色素提取的影响图2料液比对色素提取的影响2.1.3pH值对色素提取的影响如图3所示,当pH值小于5.0时,吸光度随着pH值增大而升高;pH值大于 5.0时,吸光度随着pH值的增大而降低,且当pH值大于8.0时,溶剂为碱性,吸光度下降速率增大.可
14、见酸性条件下,火龙果果皮色素更易溶出,色素提取效果好;而在碱性环境下,火龙果果皮红色素可能受到破坏或转化为其他色素,色素不稳定17,故将最佳pH值确定为5.0.2.1.4微波功率对色素提取的影响如图4所示当微波功率小于320 W时,吸光度随着微波功率的增加而升高;当微波功率超过320 W时,吸光度随着微波功率的增加而降低,显示色素提取效果不断下降.这可能是由于单位时间内微波辐射功率越大,辐射能量越高,强热效应导致色素分子结构受到破坏18;此外,随着提取强度增大,火龙果果皮中富含的果胶被大量提取19,离心过滤时带走部分红色素,导致吸光度降低.故将320 W确定为最适微波提取功率.-189宁德师范
15、学院学报(自然科学版)2023年6月0.80.70.60.50.40.33.04.05.06.07.08.09.0吸光度pH值0.80.70.60.50.40.3吸光度80160240320400480560微波功率/W图3pH值对色素提取的影响图4微波功率对色素提取的影响2.1.5微波时间对色素提取的影响如图5所示,吸光度随着微波时间呈现先升高后降低的趋势,40 s时吸光度最大,提取效果最好.微波处理使物料在短时间内细胞破裂,色素溶出,随着时间增加,提取效果提升,40 s后开始下降的主要原因是微波功率过高,产热过快会造成溶剂的挥发甚至暴沸,从而使得溶剂损失.赵文红等20研究表明,火龙果色素在
16、80 下较为稳定,超过80 后,色素分子极易被破坏.故将最适微波提取时间确定为40 s.2.2正交试验结果在单因素实验的基础上选择乙醇体积分数(A)、料液比(B)、微波功率(C)及微波时间(D)4个因素,确定正交试验的参数范围,以色素提取液吸光度为指标,选择L9(34)进行正交试验.由表2可知,影响火龙果果皮红色素提取效果的因素顺序由主及次为微波功率微波时间料液比乙醇体积分数,即微波功率对提取效果的影响最大,其次是微波时间和料液比,乙醇体积分数对提取效果的影响相对较小.最佳提取工艺组合为A3B3C1D1,即乙醇体积分数55%、料液比1 70、微波功率240 W、微波时间30 s.表2正交试验结
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