紫玉米花青素提取方法的比较研究

紫玉米花青素提取方法的比较研究

染料是具有独特且重要的食品成分之一，分为合成染料和天然染料。其中，天然染料在“天然、营养、多功能”领域越来越受到重视。在我国,黑糯玉米及紫玉米是各地区大量种植的一种作物,但利用程度较低。因此,利用黑糯玉米和紫玉米提取天然色素不仅可避免资源浪费、保护环境、满足市场需求,还可提升玉米的附加值及综合利用效率。目前,玉米色素的提取多采用热水浸提法或直接酸解法,这两种方法色素得率低、操作费时、能耗大。近年来,超声波、微波等辅助提取方法逐渐应用于玉米色素的提取,这两种方法操作简单、省时节能。作者在此以紫玉米穗轴为原料,对热水浸提法、直接酸解法、超声波辅助法、微波辅助法提取紫玉米花青素进行了比较,并对其工艺条件进行优化。1实验1.1仪器、检测方法紫玉米穗轴烘干至恒重后放入粉碎机中破碎至40～80目,密封,备用。盐酸、无水乙醇等均为分析纯;标准品均购自Sigma公司。微型植物试样粉碎机,上海市嘉定粮油检测仪器厂;202型电热恒温鼓风干燥箱,上海跃进医疗器械厂;722型可见分光光度计,上海精密科学仪器有限公司;FA2104S型电子分析天平,上海金鹏分析仪器有限公司;SB120D型超声波破碎器,昆山市超声仪器有限公司;RE-52A型旋转蒸发仪,上海青浦沪西仪器厂;PHS-3C型酸度计,金坛市科兴仪器厂;DZKW-S-6型电热恒温水浴锅,北京永光明医疗仪器厂;WD700ATL17-3电脑型微波炉,格兰仕电器公司;GL-21B型离心机,上海安亭科学仪器总厂。1.2花青素得率紫玉米穗轴样品→热水浸提/直接酸解浸提/超声波辅助浸提/微波辅助浸提→离心(4500r·min-1,30min)→取上清液→旋转蒸发浓缩→干燥→色素粗提物→稀释→测定花青素质量。按下式计算花青素得率。花青素得率=花青素的质量样品干物质的质量×100%=花青素的质量样品干物质的质量×100%2结果与讨论2.1热水浴提取紫玉米蓝色草2.1.1温度对花青素得率的影响由表1可知,花青素得率随提取温度的升高不断上升;当提取温度超过65℃后,花青素得率反而下降。这可能是因为,温度升高,溶液的扩散速率加快,细胞内的色素物质向外扩散加速,但温度过高会破坏花青素的结构、增加水溶性杂蛋白质和植物胶含量,从而导致干燥提纯成本增加。因此,提取温度以65℃为宜。2.1.2得率的变化由表2可知,紫玉米花青素得率随提取时间的延长不断上升;当提取时间为12h时,得率最大;之后,继续延长提取时间,得率变化不大。因此,提取时间以12h为宜。2.1.3溶剂用量的影响由表3可知,花青素得率随溶剂量的增加逐渐上升,当料液比达到1∶15后,花青素得率趋于稳定。这是因为,溶剂量越大,穗轴粉末分散越均匀,浸提越充分,花青素得率越大;但溶剂量过大,会给后续干燥提纯带来不便。因此,料液比以1∶15为宜。2.2直接酸法提取紫玉米散草花香2.2.1乙醇含量、体积比对最佳工艺的影响由表4可知,复合提取剂的花青素得率均高于单一提取剂,且提取剂为0.1mol·L-1HCl∶95%乙醇=1∶1(体积比)时得率最大。这可能是因为,花青素易溶于极性溶剂,且乙醇可以有效沉淀果胶、蛋白质等杂质。因此,确定适宜提取剂为0.1mol·L-1HCl∶95%乙醇=1∶1。2.2.2不同浸提时间对花青素提取率的影响由表5可知,随着提取时间的延长,花青素得率迅速升高,5h后得率升幅趋缓,至6h时,达到最大值。但浸提时间过长时,会使花青素受到光热等因素的影响发生分解。因此,确定适宜提取时间为6h。2.2.3提取温度对花青素得率的影响由表6可知,花青素得率随提取温度的升高迅速升高;提取温度达到30℃后,升幅趋缓,60℃时花青素得率达到最大;之后继续升高提取温度,得率反而降低。这可能是由于温度过高时,某些糖苷降解,致使花青素含量降低,得率下降。因此,确定适宜提取温度为60℃。2.3超声辅助提取紫玉米花青素正交实验基于单因素实验结果(另文发表),选择超声波辅助提取温度为40℃,以超声波功率、超声波辐射时间以及液料比为考察因素,进行3因素3水平L9(33)正交实验,以优化超声波辅助法提取紫玉米花青素的工艺条件,其结果与分析见表7。由表7可知,各因素对紫玉米花青素得率的影响大小依次为:超声波辐射时间>液料比>超声波功率,最佳工艺条件为A2B2C3,即超声波功率200W、超声波辐射时间40min、液料比25∶1。2.4微波辅助提取紫玉米花青素正交实验基于单因素实验结果(另文发表),选择微波辅助提取温度为60℃,以微波功率、微波辐射时间以及液料比为考察因素,进行3因素3水平L9(33)正交实验,以优化微波辅助法提取紫玉米花青素的工艺条件,其结果与分析见表8。由表8可知,各因素对紫玉米花青素得率影响大小依次为:微波功率>微波辐射时间>液料比,最佳工艺条件为A2B3C2,即微波功率700W、微波辐射时间6min、液料比20∶1。验证实验结果表明,按照工艺条件A2B3C2所得紫玉米花青素得率为16.78%,高于正交实验中最高的16.53%,表明最佳工艺条件确为A2B3C2。2.5辅助提取法由表9可知,与传统的热水浸提法和直接酸解法相比,超声波辅助法和微波辅助法均能明显地缩短提取时间、降低提取温度,避免了高温对活性物质的破坏,提高了紫玉米花青素的得率,具有快速、节能、高效的特点,是提取紫玉米花青素的好方法。其中超声波辅助法效果最好,紫玉米花青素得率为18.42%。3不同提取方法的紫玉米花青素提取率以紫玉米穗轴为原料,采用热水浸提法、直接酸解法、超声波辅助法和