x摘 要 采用水浴浸提火龙果果皮红色素，通过单因素和正交试验研究浸提液乙醇浓度、pH值、水提温度和水提时间对火龙果果皮红色素提取效果的影响。结果表明，影响火龙果果皮红色素提取的主要因素及次序为：浸提温度、提取液浓度、pH值、浸提时间。试验范围内，火龙果果皮红色素最佳提取工艺条件为：浸提温度30 ℃、浸提时间45 min、pH值为6.5和乙醇浓度40%。
关键词 火龙果；色素；提取
中图分类号 S667.9 文献标识码 A
Extraction of Peel Pigments of Hylocereus
undatus‘Hong Xian Mi’
YUAN Yafang1， ZHAO Zhenzhen2， WANG Wei2， CHEN Qingxi2 *
1 Fujian Vocational College of Agriculture， Fuzhou， Fujian 350119， China
2 Horticultural Department， Fujian Agricultural and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China
Abstract Pitaya pigment is a natural pigment with healthy function. In this paper， pitaya peel powder was pretreated by water extraction. The results of single-factor and orthogonal experiments showed that the degree of the factors which significantly influenced the yield of pitaya pigment was in order of extraction temperature， extraction solvent concentration， pH， extraction time. The optimal parameters for this method were as follows：powder was extracted by ultrasonic density of 40% at 30 ℃ for 45 min.
Key words Hylocereus undatus‘Hong Xian Mi’； Pigment； Extraction
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.01.028
火龙果（Hylocereus undatus）为仙人掌科（Cactaceae）植物，又名仙蜜果、红龙果等。火龙果集丰富的营养价值、药用价值和保健功能于一身，对人体健康具有良好的作用[1-5]。
火龙果色素是天然的植物源染色剂，成分稳定且色域范围广阔[6-7]。实际中，火龙果果皮常被丢弃，造成环境污染，从果皮中可以提取天然红色素，实现火龙果的综合利用，对生产上有重要的意义[8-9]。我国对火龙果色素提取的研究有一些不同的报道。这些报道中，所用材料多直接采用鲜果皮研磨成浆，由于鲜果皮保鲜期限短，这给火龙果色素提取的生产应用造成了较大的困难；有些研究者提出的提取最优工艺中的提取液如丙酮成本过高，也不利于生产加工。
本研究采用经冷冻干燥机冻干的粉末进行提取工艺的优化，可以延长加工生产时间，提取工艺简便可行。通过优化提取工艺条件，比较提取色素中甜菜苷含量，选出最佳提取条件，不仅增加收入，也可减少环境污染，提高火龙果的附加值，为火龙果果肉、果皮的综合开发利用奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 供试材料 本试验采用的火龙果来自漳州龙海市角美镇国信星火（漳州）红龙果开发有限公司，供试品种为‘红仙蜜’（Hylocereus undatus ‘Hong Xian Mi’，红肉火龙果），九成熟，选择无畸形、无病虫害的果实，以蒸馏水冲洗干净，去果肉取皮，用真空干燥，干燥果肉用多功能粉碎机研磨成粉末，过40目筛，于-40 ℃冰箱保存备用。
1.1.2 主要试剂 无水乙醇、氢氧化钠、盐酸等均为国产分析纯，蒸馏水为实验室自制。
1.1.3 主要仪器 紫外可见光光度计：UV-2900型（北京普析通用仪器有限责任公司），电热恒温水浴锅：DK-24型（上海精宏实验设备有限公司），冷冻干燥机：FDU-1200型（日本EYELA公司），高速万能粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司），高速冷冻离心机：AllegraTM64R Centrifuge型（美国 BECKMAN公司），分析天平：Sartorius BS224S（德国赛多利斯），电子天平：EL3002型[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]，艾柯超纯水系统：AKWL-IV-50（成都康氏康宁科技发展有限公司）。
1.2 方法
1.2.1 乙醇浓度的选取 分别称取火龙果果皮粉末0.1 g，加入pH值为6.5的浓度为10%、20%、30%、40%、50%、60%的无水乙醇提取剂10 mL，浸提温度为30 ℃下振荡提取30 min。8 000 r/min离心10 min，取上清液5 mL，分别加入各提取剂10 mL，于538 nm下测吸光值。
1.2.2 浸提液pH值对火龙果果皮色素提取效果的影响 分别称取火龙果果皮粉末0.1 g，加入pH值为2.2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12的40%的无水乙醇提取剂10 mL，浸提温度为30 ℃下振荡提取30 min。8 000 r/min离心10 min，取上清液5 mL，分别加入各提取剂10 mL，于538 nm下测吸光值。
1.2.3 浸提温度对火龙果果皮提取效果的影响
分别称取火龙果果皮粉末0.1 g，加入pH值为5.0的40%的无水乙醇提取剂10 mL，放入浸提温度为20、30、40、50、60、70、80、90、100 ℃下振荡提取30 min。8 000 r/min离心10 min，取上清液5 mL，分别加入各提取剂10 mL，于538 nm下测吸光值。
1.2.4 浸提时间对火龙果果皮色素提取效果的影响
分别称取火龙果果皮粉末0.1 g，加入pH值为5.0的40%的无水乙醇提取剂10 mL，放入浸提温度30 ℃下振荡，使提取时间为30、45、60、70、120 min，8 000 r/min离心10 min，取上清液5 mL，分别加入各提取剂10 mL，于538 nm下测吸光值。
1.2.5 料液比对火龙果果皮色素提取效果的影响
分别称取火龙果果皮粉末0.1 g，加入pH值为5.0的40%的无水乙醇提取剂8、10、15、20、25 mL，放入浸提温度30 ℃下振荡提取60 min。8 000 r/min离心10 min，取上清液5 mL，分别加入各提取剂10 mL，于538 nm下测吸光值。
1.2.6 正交优化筛选 提取火龙果果皮色素的4个因素间能够互相影响，在上述单因素试验的基础上，采用L9（3）4正交表安排试验，设计了4因素3水平的正交试验，确定提取火龙果果皮红色素的最佳工艺参数。因素及水平选用如表1，以提取色素液中甜菜苷含量的大小为试验指标。通过正交试验优化得到浸提法提取火龙果果皮色素的最佳工艺。
以上试验均重复3次。
1.2.7 摩尔消光系数法测定火龙果甜菜苷含量
用分光光度计测得红仙蜜火龙果果皮色素最大吸收波长下吸光度值，按照以下公式计算甜菜苷含量（Tacy）（按标准甜菜苷含量计）[10]。
1.2.8 数据统计分析 试验数据采用Excel与DPS7.05软件进行处理。
2 结果与分析
2.1 乙醇浓度的选取
图1表明，不同浓度的无水乙醇提取剂溶液对火龙果果皮色素产生不同的影响。当浓度小于40%时，吸光度随着浓度的升高而增大，红色素甜菜苷含量上升；当浓度大于40%时，吸光度随着浓度的升高而减小，提取红色素甜菜苷含量下降；当乙醇浓度为40%时，有最大值，此时溶液颜色为红色。原因主要是火龙果果皮色素为水溶性色素，有机溶剂浓度过高不利于火龙果果皮色素的提取。这与杨昌鹏等[9]对火龙果果皮色素的研究报道结果相一致。
2.2 浸提液pH值对火龙果果皮色素提取效果的影响
试验结果颜色依次为：淡红-淡红-淡红-淡红-淡红-粉红-紫红-紫红-紫红-紫红-紫红-紫红-紫红-紫红-紫红-紫红-紫红-浅黄-浅黄-浅灰黄。
不同的pH值对火龙果果皮色素的提取吸光值不同。由图2可见，当pH值为5.0时，提取的火龙果果皮色素中的甜菜苷含量有最大值。此时色素溶液颜色为紫红色。pH值在2.2～5.0之间变化时，随着pH值的变大，甜菜苷含量逐渐增加。当pH值在5.0～12.0之间变化时，随着pH值的变大，甜菜苷含量逐渐降低。当pH值大于11.0时，色素的溶液由红色变成黄色，当pH值为12.0时，色素溶液颜色变成浅灰黄色。原因可能是因为色素中的甜菜红色素变成了甜菜黄色素。在酸性溶液中，色素提取液颜色为红色，当色素提取液碱性较大时，颜色为黄色。可能是介质中的质子参与色素的氧化还原作用产生的。
2.3 浸提液温度对火龙果果皮提取效果的影响
温度对火龙果色素有较大的影响。从图3可以看出，浸提温度30 ℃时火龙果果皮色素吸光值最大，随着温度的升高，甜菜苷含量下降，溶液颜色也逐渐变浅。当温度小于30 ℃时，随着温度的升高，吸光值变大，甜菜苷含量增加；当温度大于30 ℃时，随温度的升高，吸光值变小，甜菜苷含量也相应下降；颜色也开始从红色不断变浅红色，当温度在100 ℃时，甚至无色。温度的升高，红色素易降解褐变[12]，影响了红色素的稳定性，火龙果果皮红色素的耐热性差。因此，在生产上，选择30 ℃就可以充分提取出火龙果果皮红色素。
2.4 浸提时间对火龙果果皮色素提取效果的影响
从图4看出，提取时间为60 min时，甜菜苷含量有最大值。认为提取时间为60 min时基本上能把色素溶出。提取时间为30 min时，提取得到的甜菜苷含量较低。可能是因为火龙果果皮材料在30 min内还有部分没有得到充分的溶解。当时间为90 min时，并没有得到更好的提取效果，原因可能是因为时间过长，提取溶液中的部分杂质的溶出，降低了甜菜苷的含量。考虑到能量消耗等因素，浸提时间宜选60 min。
2.5 料液比对火龙果果皮色素提取效果的影响
在浸提温度为30 ℃，浸提时间为60 min，提取次数为1次的条件下，0.1 g果皮粉末分别用pH值为5的40%无水乙醇溶液8、10、15、20、25 mL提取。由图5可以看出，不同料液比的提取液结果差异很大，说明料液比是影响提取效果的重要因素。随着液料比的不断增大，吸光度值不断减小，因此，为了节约物料成本，采用1 ∶ 100（g/mL）的料液比提取较为合适。因为当料液比较小时，溶剂不能充分提取果皮冻干粉末中的红色素；继续增加溶剂的用量时，甜菜苷含量却逐渐下降，这可能是由于过多的溶剂降低了色素浓度，增加了溶解的杂质。因此，在正交试验设计中不考虑料液比对果皮红色素提取的影响。
2.6 正交优化筛选
乙醇浓度、浸提时间、浸提温度和pH值这4个因素会互相影响，本实验在上述单因素试验的基础上，以色素提取液得到的甜菜苷含量大小为试验指标，采用L9（3）4正交表安排试验[13]。通过正交试验优化得到浸提法提取火龙果果皮色素的最佳工艺。正交因素及水平见表1。正交试验和方差分析结果见表2、3。
（1）从表2中看到，乙醇浓度、浸提时间、浸提温度、pH值这4个因素对提取甜菜苷含量都有影响。9组试验中，水平组合为A2B3C1D2的试验提取得到的甜菜苷含量最大，提取火龙果果皮色素的最佳工艺，即乙醇浓度40%，浸提时间75 min，浸提温度30 ℃，pH值为5。
（2）表2的极差值表明乙醇浓度、浸提时间、浸提温度、pH值这4个因素对提取甜菜苷含量的影响程度不同。4个单因素对提取效果的影响顺序为：浸提温度>提取剂浓度>pH值>浸提时间，由此可知，浸提温度是浸提法提取火龙果果皮色素工艺的关键控制因素。
（3）通过用DPS 7.05数据处理正交试验结果，得优化水平为A3B1C1D2，即是乙醇浓度40%，浸提时间45 min，浸提温度30 ℃，pH值为6.5，将优化条件与正交6试验比较，试验结果如表3，与正交试验的结果相比，优化条件下的提取工艺所得产物的吸光值更大，但是差异不显著（p>0.05），鉴于节约提取时间等因素的考虑，选择A3B1C1D2作为提取火龙果果皮红色素最佳提取工艺，即浸提温度为30 ℃、浸提时间45 min、提取剂乙醇浓度40%、pH值为6.5。
3 讨论与结论
本试验结果表明，采用浓度为40%的乙醇作为提取剂，红色素溶液颜色最亮丽，吸光值最大。采用乙醇作为提取剂，成本低，还可以实现回收再利用，降低生产成本。回收浓缩时需要的温度容易调节且不会过高，使色素结构保持稳定，利于色素的纯化。因此选用乙醇作为提取‘红仙蜜’火龙果果皮红色素的提取剂，生产中操作简便，实际可行。
酸性条件下有利于果皮色素的提取；碱性条件下，随着pH值的增大，色素颜色由紫红色逐渐变成浅黄，甚至浅灰黄，吸光值降低，甜菜苷提取率越低。
在温度为30 ℃时，吸光值最大。当温度超过30 ℃，随着温度的升高，吸光值下降。说明红仙蜜果皮色素不耐高温，不耐热，热稳定性差。在实际生产中，采用室温提取色素即可，节约能源，降低生产成本。
通过火龙果果皮红色素多因素正交试验，最佳提取工艺为浸提温度30 ℃、浸提时间45 min、pH为6.5和乙醇浓度40%。浸提温度是浸提法提取火龙果果皮色素的关键控制因素。最佳提取温度略低于舒娜等[14]对白龙果果皮色素（40 ℃）和王新广等[15]对火龙果果皮色素的提取（50 ℃），pH值略高于舒娜等[14]的研究结果（pH5.0）。
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