【板栗壳棕色素提取及稳定性探究5600字（论文）】

板栗壳棕色素提取及稳定性研究目录TOC\o"1-2"\h\z\u1. 前言 12.实验部分 22.1主要仪器及试剂 22.2主要溶液配制 22.3实验方法 33.结果与分析 43.1板栗壳棕色素提取溶剂的选择 43.2板栗壳棕色素的粗提取 53.3最大吸收波长的确定 53.4稳定性分析 64.结论 10参考文献 11摘要：本文选取昭通市四个县份的板栗，用浸提法选取板栗壳棕色素的提取溶剂，利用超声波提取仪对板栗壳棕色素进行提取后对色素进行光谱分析。结果表明，40%乙醇溶液和1%氢氧化钠溶液对板栗壳棕色素提取效果较好；可见光光谱表明板栗壳棕色素水溶液在λ=350nm处有明显吸收峰。同时，本论文还探究了温度、金属离子、pH值、氧化剂和还原剂对板栗壳棕色素稳定性的影响。关键词：棕色素；超声波提取；稳定性前言食用色素是一种使食品着色，改善食品外观，从而增加商品价值的食品添加剂。分为人工合成色素和天然色素两大类[1]。人工合成色素具有价格低廉、来源充足、易于溶解和拼色等优点[2]。但由于人工合成色素本身为萘酚、磺基、萘胺等的化学合成物。所以一些人工合成色素在人体内可能转化为α-氨基-1-萘酚、β-萘酚等致癌物，危害人体健康，导致生育能力下降、致畸等。因此，不同国家都严格地限制了人工合成色素的使用范围、食用品种和使用量。而天然色素，是由动植物组织及矿物中提取的一类食品着色剂。绝大多数植物色素无副作用，安全性高[3,4]。从消费者健康、食品安全角度来说，天然色素色调自然，还可能会增加风味，倍受消费者青睐，因此天然色素的新开发及其应用具有巨大的市场潜力[5,6]。板栗为壳斗科栗属双子叶植物，在我国分布辽阔，早在3000多年前我国就已经栽培板栗。目前板栗果肉的加工已有较大规模，但板栗壳基本上是在板栗加工过程中被丢弃浪费，而且还造成环境污染[7]。因此对板栗壳进行分析研究具有现实意义。研究发现板栗壳中可提取得到一种天然的棕色素，其着色力强、没有毒副作用，因此具有很高的开发价值[8,9]。目前常用于提取板栗壳棕色素的方法主要是溶剂浸提法，此方法工艺简单，但耗时较长、所需溶剂量大且色素溶解性较差[10,11]。超声波法提取色素是利用超声波具有空化效应，可以提高细胞膜和细胞壁的通透性，从而加快色素的溶出[12]，缩短提取时间，是目前比较高效的色素提取方法。故本论文采用超声波提取法提取板栗壳棕色素。天然色素大多没有毒副作用，但易受到使用环境的影响，大多数稳定性较差。故对板栗壳棕色素进行稳定性研究具有重要意义。2.实验部分2.1主要仪器及试剂2.1.1仪器表1主要仪器仪器名称型号厂家粉碎机DFT-250A永康市红太阳机电有限公司超声波提取仪AS3120常州越新仪器制造有限公司可见光分光光度计722江苏科析有限公司低速离心机SC-D4江苏大唐器械有限公司恒温水浴锅HH-6B江苏科析有限公司旋转蒸发仪YRE2000A上海沪析实业有限公司2.1.2药品表2实验药品药品名称纯度规格厂家乙醇分析纯广东环凯科技有限公司氢氧化钠分析纯天津市大茂化学试剂厂碳酸氢钠分析纯天津市大茂化学试剂厂石油醚分析纯广东环凯科技有限公司2.2主要溶液配制1%NaOH溶液：称取1.0gNaOH固体，加入99mL去离子水于250mL烧杯中溶解，搅拌均匀后备用。1%NaHCO3溶液：称取1.0gNaHCO3固体，加入99mL去离子水于250mL烧杯中溶解，搅拌均匀后备用。40%乙醇：量取40mL无水乙醇于100mL烧杯，加入60mL去离子水，搅拌均匀后备用。1%各金属离子溶液：分别称量硝酸钾、氯化钠、硫酸镁、硫酸锌、氯化铝、氯化铜、氯化铁固体各1.0g，加入99mL去离子水溶解，搅匀后转移至250mL试剂瓶中备用。0.1mol/L盐酸：量取3mL浓盐酸于500mL烧杯中，用去离子水稀释至330mL后，转入500mL试剂瓶备用。板栗壳棕色素水溶液：称取0.2500g纯化后色素，用适量去离子水溶解，转移至250mL容量瓶中，加去离子水定容，摇匀后备用。2.3实验方法2.3.1板栗壳棕色素提取溶剂的选择将板栗壳风干后，在40℃的干燥箱中干燥4h，用粉碎机粉碎后过40目筛。分别称取8份板栗壳粉末0.05g于不同试管中，分别加入蒸馏水、石油醚、95%乙醇、40%乙醇、甲醇、1%碳酸氢钠溶液、1%氢氧化钠溶液和1%盐酸各10ml，避光保存，24h后观察溶液颜色变化。2.3.2板栗壳棕色素的粗提取碱提取：称取10.0g板栗壳粉末于250mL锥形瓶中，加入200mL1%氢氧化钠溶液，设置超声波提取仪功率为300W，浸泡提取30min，然后抽滤。滤渣用同样的方法重复提取两次，将滤液合并，然后用旋转蒸发仪在40℃条件下减压浓缩至黏稠，将浓缩液用石油醚洗涤三次，干燥，称量，计算提取率。醇提取：称取10.0g板栗壳粉末于250ml锥形瓶中，加入200mL40%乙醇溶液，设置超声波提取仪功率为300W，浸泡提取30min，然后抽滤。滤渣用同样的方法重复提取两次，将滤液合并，然后用旋转蒸发仪在40℃条件下减压浓缩至黏稠，将浓缩液用石油醚洗涤三次，干燥，称量，计算提取率。色素提取率的计算：色素提取率（%）=（粗提取板栗壳棕色素质量/板栗壳粉末质量）×100%。2.3.3板栗壳棕色素的纯化取上述提取的板栗壳棕色素少许于离心试管中，滴加无水乙醇并不断摇晃，浑浊时停止加入，在4℃冰箱避光静置1h后，用离心机以4000r/min的转速离心分离20min，弃去上清液，然后在40℃的干燥箱中干燥。2.3.4最大吸收波长的确定将配制好的板栗壳棕色素水溶液，以去离子水为对照，用722型分光光度计在波长为320~800nm区间内测定吸光度，寻找最大吸收峰。2.3.5稳定性分析2.3.5.1热稳定性分析取五支具塞试管分别加入10mL板栗壳棕色素水溶液，盖好塞子，将试管置于40℃水浴锅中，加热不同时间（0h、0.5h、1h、2h、3h），观察板栗壳棕色素溶液颜色的变化，并用分光光度计测其吸光度，研究40℃的温度对板栗壳棕色素稳定性的影响。以同样的方法将板栗壳棕色素水溶液分别在50℃、60℃、70℃、80℃、90℃下水浴加热，研究不同的温度对板栗壳棕色素稳定性的影响。2.3.5.2金属离子的影响取8支具塞试管，分别加入蒸馏水、硝酸钾、氯化钠、硫酸镁、硫酸锌、氯化铝、氯化铜、氯化铁溶液10mL，然后在8支试管中分别加入1mL板栗壳棕色素水溶液，充分摇匀，静置观察色素溶液颜色变化、沉淀情况。5h后再次观察现象，并用分光光度计分别测其吸光度。2.3.5.3pH对板栗壳棕色素的影响取9支具塞试管进行编号，各加入10mL板栗壳棕色素水溶液，1—4号色素溶液用0.1mol/L盐酸调节pH值依次为3，4，5，6。5—9号色素溶液用0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值依次为7，8，9，10，11。然后用分光光度计分别测其吸光度。2.3.5.4氧化剂和还原剂对板栗壳棕色素的影响取5支具塞试管分别加入10mL板栗壳棕色素水溶液，然后在5支试管中分别加入10%过氧化氢溶液各0.2mL，0.4mL，0.6mL，0.8mL，1.0mL作为氧化剂。盖好塞子，静置2h后，用分光光度计分别测其吸光度。取5支具塞试管分别加入10mL色素水溶液，然后在5支试管中分别加入10%硫酸氢钠溶液各0.2mL，0.4mL，0.6mL，0.8mL，1.0mL作为还原剂。盖好塞子，静置2h后，用分光光度计分别测其吸光度。3.结果与分析3.1板栗壳棕色素提取溶剂的选择称取相同质量的板栗壳粉末分别用蒸馏水、石油醚、95%乙醇、40%乙醇、甲醇、1%碳酸氢钠溶液、1%氢氧化钠溶液和1%进行提取，其结果如图1所示。结合图1可看出，板栗壳粉末加入后，蒸馏水、1%HCl、95%乙醇和石油醚溶液中几乎呈无色透明，说明这三种溶剂对板栗壳棕色素无提取能力或提取能力弱。1%氢氧化钠溶液呈深棕色，1%碳酸氢钠溶液呈棕色，说明碱性溶剂1%氢氧化钠溶液和1%碳酸氢钠对板栗壳棕色素的提取能力较强。40%乙醇溶液呈淡黄色，说明40%乙醇有一定的提取能力。根据以上分析，板栗壳棕色素较易溶于碱性溶剂，40%的乙醇溶液有一定的提取能力。故本文采用碱提取法与醇提取法提取板栗壳棕色素。1%氢氧化钠1%碳酸氢钠95%乙醇1%盐酸40%乙醇蒸馏水石油醚1%氢氧化钠1%碳酸氢钠95%乙醇1%盐酸40%乙醇蒸馏水石油醚图1板栗壳棕色素提取溶剂选择3.2板栗壳棕色素的粗提取将板栗壳粉末分别用1%氢氧化钠和40%乙醇在超声波提取仪中浸泡提取，计算提取率，其结果如表3所示。表3板栗壳棕色素的提取率提取溶剂板栗壳粉末质量（g）板栗壳棕色素质量(g)提取率%1%氢氧化钠10.00131.050110.540%乙醇10.01140.57585.8由表3可见，利用1%氢氧化钠提取板栗壳棕色素，经计算提取率为10.5%；利用40%乙醇溶液提取板栗壳棕色素，经计算提取率为5.8%。碱提取的提取率是醇提取的1.71倍，故在超声波作用下碱提取的提取效果相较于醇提取的提取效果好。3.3最大吸收波长的确定对板栗壳棕色素从320~800nm进行可见光光谱分析，其结果如图2所示。由图2可看出，从320nm开始，随着波长的增大，吸光度值也不断增大。在波长为350nm处吸光度值达到最大，有明显吸收峰。之后随着波长的增大，吸光度呈下降趋势。因此可选定λ=350nm作为测定板栗壳棕色素水溶液吸光度的特征波长。图2可见光光谱3.4稳定性分析3.4.1热稳定性分析将板栗壳棕色素水溶液在不同温度下加热不同时间，然后在λ=350nm处测定板栗壳棕色素水溶液的吸光度值并观察现象，以分析研究板栗壳棕色素的热稳定性。其结果如表4及图3所示。表4不同温度下加热不同时间吸光度温度吸光度/A0h0.5h1h2h3h40℃1.8361.8371.8471.8601.86550℃1.8361.8571.8591.8601.87160℃1.8361.8741.8741.8811.88570℃1.8361.8751.8831.9031.93380℃1.8361.8971.9081.9311.93890℃1.8361.9181.9391.9711.992图3温度对色素稳定性的影响结合表4和图3，从加热温度上看，初始吸光度为1.836，在40℃、50℃下水浴加热3h后的吸光度分别增大至1.865、1.871，比初始的吸光度值变化了1.58%、1.91%，变化不明显。而在70℃、80℃、90℃水浴加热3h后，吸光度值分别增至1.885、1.933、1.938、1.992，各变化了5.28%、5.45%、8.50%，相较于40℃下板栗壳棕色素溶液的吸光度值变化显著。可见随着温度的升高板栗壳棕色素溶液的吸光度值的变化幅度增大。从加热时间上看，随着加热时间的增长，板栗壳棕色素溶液的吸光度值逐渐增大。其中在加热0.5h内，板栗壳棕色素的吸光度值变化幅度最大。根据以上分析，可以看出，温度越高，对板栗壳棕色素稳定性的影响越大，短时间的高温处理对板栗壳棕色素的稳定性影响最大。3.4.2金属离子的影响向板栗壳棕色素水溶液加入不同的金属离子溶液，观察色素溶液的现象并在λ=350nm处测定板栗壳棕色素溶液的吸光度值，其结果如表5及图4所示。表5加入不同金属离子色素溶液的吸光度值金属离子吸光度/A溶液颜色沉淀情况蒸馏水0.198浅棕色无Ca2+0.255棕色有Zn2+0.258棕色有Mg2+0.236浅棕色无Al3+0.260棕色有K+0.224浅棕色无Na+0.221浅棕色无Cu2+0.453湖蓝色有图4金属离子对色素稳定性的影响由表5和图4可见，放置5小时后，色素水溶液的吸光度值为0.198，与去离子水相比，加入金属离子溶液后均能使板栗壳棕色素溶液的吸光度增加，其中Cu2+尤其明显，吸光度值增大至0.453，相较于去离子水增加了2.29倍。Al3+次之，吸光度增加至0.260，增加了1.31倍。而其余离子Ca2+、Zn2+、Mg2+、K+、Na+分别增加了1.29、1.30、1.20、1.13、1.12倍，吸光度值变化不大。说明Cu2+对板栗壳棕色素的影响效果最大。从表5可以看出，Mg2+、K+、Na+溶液颜色无明显变化且无沉淀生成。而Ca2+、Zn2+、Al3+、Cu2+均能使色素溶液明显加深，且有红褐色沉淀生成，从沉淀时间来看，Cu2+使色素溶液沉淀最快，Ca2+最慢。总体来说，不同的金属离子对板栗壳棕色素的稳定性有不同的影响。Mg2+、K+、Na+对板栗壳棕色素稳定性的影响较小，而Ca2+、Zn2+、Al3+、Cu2+对板栗壳棕色素稳定性的影响较大，其中Cu2+影响最为显著。3.4.3pH对板栗壳棕色素的影响调节板栗壳棕色素溶液的pH值，观察不同pH下色素溶液的现象并在λ=350nm处测定吸光度值，分析研究pH值对板栗壳棕色素稳定性的影响，其结果如表6和图5所示。表6不同pH下板栗壳棕色素溶液的吸光度pH34567891011吸光度1.7721.7361.7581.8451.9801.9951.9951.9961.993 图5PH对色素稳定性的影响由表6和图6可见，在pH=7时板栗壳棕色素溶液的吸光度值为1.980，随着酸度的增大，吸光度值不断减小。pH从7降到3时，吸光度值从1.980减小到1.722，减小了11.74%。而随着碱度的增大，吸光度值的变化不明显，pH从7升至11时，吸光度值只变化了0.65%。说明板栗壳棕色素在碱性条件下稳定，而在酸性条件下较为不稳定。3.4.4加入氧化剂和还原剂对金属离子的影响在板栗壳棕色素水溶液中加入不同浓度的过氧化氢和亚硫酸氢钠，在λ=350nm处测定吸光度值，分析研究氧化剂和还原剂对板栗壳棕色素稳定性的影响。其结果如图6所示。图6加入氧化剂和还原剂后色素溶液的吸光度由图6可见，随着过氧化氢和亚硫酸氢钠浓度的增加，板栗壳棕色素的吸光度值都不断减小。其中在过氧化氢中吸光度减少了10.84%，在亚硫酸氢钠中吸光度减少了12.67%。说明板栗壳棕色素对还原剂的耐受力不如对氧化剂的耐受力，总体来说板栗壳棕色素对氧化剂过氧化氢和还原剂亚硫酸氢钠有一定的耐受力。4.结论通过对板栗壳棕色素的提取及稳定性分析，得出以下结论：（1）碱性溶剂对板栗壳棕色素提取效果较好，40%乙醇溶液有一定的提取能力。（2）通过可见光光谱分析表明，板栗壳棕色素水溶液在λ=350nm处具有明显吸收峰。（3）对板栗壳棕色素热处理温度越高，板栗壳棕色素的稳定性越差，40℃和50℃处理下色素溶液较稳定，故最好在50℃以下使用板栗壳棕色素。（4）不同的金属离子对板栗壳棕色素的影响不同。常见的金属离子对板栗壳棕色素的影响不大，部分金属离子（Zn2+、Al3+、Cu2+）可使色素溶液产生沉淀，故在选择储存板栗壳棕色素的容器时，应避免选择此类材质的容器。（5）板栗壳棕色素在酸性条件下不稳定，而在碱性条件下稳定；（6）板栗壳棕色素对氧化剂和还原剂有一定的耐受能力，其中对氧化剂的耐受力强于对还原剂的耐受力，故板栗壳棕色素具有一定的开发潜力。

参考文献[1]陈思佳.板栗壳色素的提取工