火龙果皮红色素提取工艺分析研究毕业论文.docx
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火龙果皮红色素提取工艺分析研究毕业论文
火龙果果皮红色素提取与稳定性研究
摘要
以龙火龙果皮为试验材料,研究了火龙果色素物质的提取以与其稳定性。
火龙果果皮红色素是一种水溶性天然红色素,溶于乙醇、丙酮、乙酸、酒石酸、柠檬酸、等水溶液。
火龙果果皮红色素乙醇溶液最大吸收峰波长是536nm,提取溶液颜色为紫红色。
乙醇提取火龙果果皮红色素的最优工艺条件:
温度30℃、液料比15:
1、PH4.5、20min、45%乙醇。
因素对火龙果果皮红色素提取影响的主次顺序:
乙醇浓度影响最大,其次为PH、提取温度和提取时间,而液料比的影响最小。
影响火龙果果皮红色素稳定性:
(1)不同的pH对龙火龙果果皮红色素的稳定性影响显著。
红色素在pH5—6较稳定。
在弱酸性条件下,色素物质红色加深,稳定性加强,;在强酸或碱性条件下,色素物质由鲜红色变成黄色,破坏了色素物质的稳定性。
(2)火龙果红色素对温度较敏感,50℃以上色素物质容易被破坏,溶液颜色逐步由紫红色变成淡黄色。
在红色低温下保存较稳定。
(3)柠檬酸、酒石酸加深溶液颜色,但不能改变红色素稳定性,反而促使红色素的分解,且随着其的浓度的增大而增强。
其中火龙果果皮红色素稳定性受较大影响的是柠檬酸,其次之为酒石酸。
(4)护色剂VC对火龙果红色素没有保护作用,反而对红色素有破坏作用,而且VC浓度越大对红色素的破坏就越大。
关键词:
火龙果果皮红色素提取稳定性
前言:
色素是饮料、酒类、糕点、糖果等食品添加剂的重要组成部分,并广泛应用于化妆品和药物着色。
色素按其来源通常分为合成色素和天然色素两大类。
与合成色素相比,天然色素多来自动物、植物组织,一般来说对人体的安全性高;有的天然色素本身就具有营养效果,有些还具有一定的药理作用[1]。
研究发现,某些合成色素在体可能形成致癌物质,对人体健康有害,而许多天然的食用色素却有特殊的生物活性功能,如花色苷具有抗氧化、降血脂、抗肿瘤等作用,[2]因此,世界天然色素场正在以2倍于合成色素的速度快速增长。
火龙果又称仙密果、情人果等,是原产于墨西哥等中美洲沙漠地区的仙人掌科,三角柱属(又称量天尺属)多浆植物。
[3]原产于墨西哥、巴西等中美洲至南美洲地区,在我国的、、、等地均有种植。
火龙果主要有红皮白肉、黄皮白肉和红皮红肉火龙果三大类。
红皮自肉尤其是红皮红肉火龙果含有大量的天然红色色素。
仙人果红色素无明显急性毒性和致突变性,作为食品着色剂是较安全的[4]。
龙火龙果果皮含有丰富的红色素,火龙果果皮又是火龙果果品加工的副产物,食用和加工中果皮常被丢弃,无疑是一种巨大的浪费,因此提取果皮色素不但可以拓宽色素的品种资源,满足人们对天然色素日益增长的需求,而且可使自然资源得到更加合理、更加有效的开发,从而提高其产品的附加值,研究火龙果果皮红色素的提取与其性质有着深远的现实意义.本试验研究火龙果果皮红色素的提取方法与稳定性,以期为天然红色素开发利用提供试验的和有价值的依据。
一、材料和方法
1.1试验原料与试剂
崇左市市场采购的红皮白肉火龙果。
95%乙醇、盐酸、氢氧化钠、抗坏血酸(Vc)、酒石酸、柠檬酸
1.2主要仪器与设备
主要仪器与设备预览
722型可见分光光度计
舜宁恒平科学仪器
SP—200旋转蒸发仪
雅荣生化设备仪器
低速离心机
菲哈分析仪器
PHS—3C型实验PH计
雅荣生化设备仪器
电子天平
梅特勒—托利多
HH—6数显恒温水溶锅
澳华仪器
循环水真空泵
巩义市了华仪器XX公司
1.3试验方法
1.3.1火龙果果皮红色素提取的流程:
火龙果果皮—清洗一干燥一粉碎成果粉一色素提取一过滤一收集滤液一用旋转蒸发仪除去乙醇一色素提取液—低温真空浓缩—红色素。
1.3.2火龙果果皮红色素提取
将火龙果果皮清洗干净,去除果皮上青色叶茎,用滤纸擦干果皮表面水分,用电子天平称其重量(M1),自然晾干;粉碎成果皮粉,称其重量(M2),以此算出火龙果果皮的含水量;称取0.25g火龙果果皮粉,按液料比20:
1(ml/g)加入40%乙醇,于温度35℃下浸提30min。
经过抽滤,取其滤液并用一样浓度的乙醇定容至25ml。
3500r/min,25℃,5min离心,取上清液,此为火龙果果肉色素待测液。
2、.乙醇浸提法
2.1火龙果果皮红色素光谱特性与测定方法
取5ml火龙果果皮红色素提取液,放入光径lcm比色皿,在紫外可见分光光度计上进行可见光区400nm—600nm围扫描,测定其吸收光谱,并在最大吸收峰下的波长进行比色,测定其吸收光度以表示火龙果果皮红色素含量的多少。
2.2乙醇浓度对火龙果果皮红色素提取量的影响
分别配制10%、20%、30%、40%、50%、60%的乙醇溶液作为浸提溶剂。
分别称取0.25g的火龙果果皮粉,按液料比1:
20(ml/g)加入不同浓度的乙醇。
在温度35℃下提取30min。
然后经过抽滤,取其滤液并用一样浓度的乙醇定容至25ml.3500r/min,25℃,5min离心,取上清液,分别在536mn处侧定吸光值A,记录颜色变化,分析不同浓度的乙醇提取剂对火龙果果皮红色素提取的影响。
2.3pH对火龙果果皮红色素提取的影响
用分别称取0.25g的火龙果果皮粉,按照料液比20:
1加入50%的乙醇。
不同的浓度的HCl或NaOH滴加在提取液中,并搅拌,调节pH3—11。
调提取温度至35℃在不同的PH下提取20min。
然后经过抽滤,取其滤液并用一样浓度的乙醇定容至25ml.3500r/min,25℃,5min离心,取上清液,别在536mn处侧定吸光值A,,记录颜色变化,分析不同PH提取液对火龙果果皮红色素提取的影响。
2.4液料比对火龙果果皮红色素的影响
分别称取0.25g的火龙果果皮粉,按10:
1—60:
1不同液料比加入40%的乙醇。
在温度35℃下提取30min。
然后经过抽滤,取其滤液并用一样浓度的乙醇定容至25ml.3500r/min,25℃,5min离心,取上清液,分别在536mn处侧定吸光值A,记录颜色变化,分析乙醇不同的液料比对火龙果果皮红色素提取的影响。
2.5提取时间对火龙果果皮红色素提取的影响
分别称取0.25g的火龙果果皮粉,按照料液比20:
1加入40%的乙醇。
调温度至35℃在10min—60min不同的提取时间下提取。
然后经过抽滤,取其滤液并用一样浓度的乙醇定容至25ml.3500r/min,25℃,5min离心,取上清液,分别在536mn处侧定吸光值A,记录颜色变化,分析不同提取时间对火龙果果皮红色素提取的影响。
2.6提取温度对火龙果色素提取的影响
分别称取0.25g的火龙果果皮粉,按照料液比20:
1加入40%的乙醇。
在25℃—80℃不同提取温度下至提取30min。
然后经过抽滤,取其滤液并用一样浓度的乙醇定容至25ml。
3500r/min,25℃,5min离心,取上清液,分别在536mn处侧定吸光值A,记录颜色变化,分析不同提取温度对火龙果果皮红色素提取的影响。
2.7提取火龙果果皮红色素多因素正交试验
根据以上提取剂试验结果,确定正交试验因素。
由乙醇浓度、pH、液料比、提取时间和提取温度的单因素试验结果,设置了3个因素的5个水平,进行L9(35)正交试验。
以确定提取的最佳条件。
3龙火龙果果皮红色素的稳定性
3.1pH值对火龙果果皮红色素稳定性的影响。
分别量取火龙果果皮红色素提取液20ml调至PH2—PH11不同的PH,在25℃温度下黑暗中保温lh、8h、16h、24h后,分别在536mn处侧定吸光值A,并记录溶液颜色变化。
3.2浸提温度对火龙果果皮红色素稳定性的影响。
分别量取火龙果果皮红色素提取液20ml,在30℃—80℃不同温度下保温0.5h、lh、2h、5h后,冷却至室温,分别在536mn处侧定吸光值A,并记录溶液颜色变化。
3.3柠檬酸、酒石酸有机酸对火龙果果皮红色素稳定性的影响
各取1%、2%的柠檬酸、酒石酸2ml,对照试验加入2ml的蒸馏水,然后加入18ml的火龙果果皮红色素提取液,在温度60℃下保存,分别在保存时间0.5h、1h、1.5h、2h时在536mn处侧定吸光值A,并记录溶液颜色变化。
3.4护色剂VC对火龙果果皮红色素稳定性的影响
各取0.02%、0.06%的VC2ml,对照试验加入2ml的蒸馏水,然后加入18ml的火龙果果皮红色素提取液,在温度60℃下保存,分别在保存时间0.5h、1h、1.5h、2h时在536mn处侧定吸光值A,并记录溶液颜色变
二、实验结果与分析
1.1火龙果红色素吸收光谱特性
如图1所示,这是火龙果果皮红色素在400nnm—600nm可见光区的吸收光谱。
火龙果果皮红色素在可见光区536nm处有个明显的最大吸收峰。
在波长440nm—536nm围,吸收光度随着波长的增大而增大;当波长大于536nm时,吸收光度随着波长的增大而减小,在440nm时有一低值的波谷。
选定火龙果果皮红色素最大吸收峰波长为λmax=536nm,并测定其吸光度A来表示火龙果果皮红色素含量的多少。
1.2乙醇浓度对火龙果果皮红色素提取量的影响
表1乙醇浓度对提取火龙果果皮红色素的影响
乙醇的浓度
10%
20%
30%
40%
50%
60%
吸收光度
0.526
0.533
0.603
0.676
0.690
0.570
颜色
紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
如图2可得,当乙醇浓度小于50%时,吸光度随着乙醇浓度的增大而较大幅度的增大,但在乙醇浓度大于50%时,吸收光度迅速下降。
这可能是由于随着乙醇浓度的增大,溶剂的渗透能力增强,所以提取率提升;但当乙醇浓度过大时,溶剂的极性过低,反而不利于火龙果果皮红色色素的溶出。
实验中同时发现,分别取5ml上述提取液,加入15ml95%乙醇溶液震荡,静止10min后观察溶液的变化。
乙醇浓度为10%、20%、30%的提取液中出现明显的沉淀物产生,且沉淀物随着提取液乙醇的浓度增大而减少。
乙醇浓度为40%、50%、60%的提取液中没有沉淀物的产生。
如上图所示用乙醇浓度10%、20%、30%提取后的滤渣成粘状,且随着乙醇浓度的增大而减少,滤渣的颜色也变浅;用乙醇浓度40%、50%、60%提取后的滤渣没有成粘状,用乙醇浓度大于50%提取后的滤渣颜色随着乙醇浓度的增大而加深。
1.3pH对火龙果果皮红色素提取的影响
表2PH对火龙果果皮红色素提取的影响
PH
3
4
5
6
7
8
9
10
11
吸收光度
0.340
0.358
0.363
0.362
0.355
0.350
0.327
0.325
0.315
颜色
淡紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
淡紫红色
淡紫红色
淡紫红色
如图3所示,pH对火龙果果皮红色素的影响的吸收光度像一条上弧线。
火龙果果皮红色素在这系列pH提取液中,pH5时,吸收光度最大。
当提取液PH小于pH5时,吸光度随着提取液pH增大而增大;当提取pH大于pH5时,吸收光度随着提取液pH增大而减少。
由图可见这条弧线的波峰为PH5,在酸性这边,可知红色素的提取在提取液为碱性时受影响较大。
伟锋在《祥龙火龙果红色素提取和稳定性的研究》中指明实验中同时也可发现,该色素具有酸碱指示剂作用,酸性溶液中显红色,在碱性较大时溶液中显紫灰色、黄色,这可能是介质中的质子参与色素的氧化还原作用,或色素分子在不同的酸碱介质中发生了烯醇式或酮式互变异构作用所致。
[1]
1.4液料比对火龙果果皮红色素的影响
表3料液比对提取火龙果果皮红色素的影响
液料比
10∶1
20∶1
30∶1
40∶1
50∶1
60∶1
吸收光度
0.310
0.365
0.350
0.346
0.360
0.362
颜色
淡紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
如图4可得,在液料比低于20:
1时提取率随着液料比的增大而增大,当液料比为10:
1时吸收光度为0.310,当液料比为20:
1时吸收光度为0.365吸收光度的变化较大,所以在液料比低于20:
1时提取率随着液料比的增大而较大幅度地增大。
可能这与火龙果果皮红色素在乙醇提取液中的饱和程度有关。
当液料比40:
1时吸收光度为0.346,当液料比为60:
1时吸收光度为0.362,波动较小。
在大于20:
1时吸收光度值随着液料比增大波动较小,这可能是火龙果果皮红色素在乙醇提取液中出现饱和状态。
1.5提取时间对火龙果果皮红色素提取的影响
表4提取的时间对火龙果果皮红色素提取的影响
提取时间(min)
10
20
30
40
50
60
吸收光度
0.400
0.419
0.417
0.416
0.402
0.396
颜色
紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
由图5可知,在低于20min时,随着提取时间的增大提取效果也增大。
在提取时间大于20min时提取率随着提取时间增大而减少。
当提取时间为20min吸收光度为0.419,60min时吸收光度为0.396,随着提取时间的增大吸收光度变化幅度较小。
所以在提取时间大于20min时提取率随着提取时间增大而缓慢减少。
由此,也说明火龙果果皮红色素热温度稳定性较弱,在低温下随着提取的时间增大而缓慢降解。
1.6提取温度对火龙果色素提取的影响
表5提取温度对火龙果果皮红色素提取的影响
提取温度(℃)
25
30
40
50
60
70
80
吸收光度
0.348
0.401
0.394
0.385
0.342
0.306
0.298
颜色
淡紫红色
紫红色
紫红色
紫红色
淡紫红色
淡紫红色
淡黄色
由图6可知,在低于30℃的围,升高温度可以使提取液中色素含量增加,这是由于升温可以提高红色素在溶剂中的溶解度和扩散系数。
继续升温,反而会吸收光度降低,这是由于火龙果果皮红色素的稳定性受温度的影响,温度可能引起了火龙果果皮红色素的分解。
在30℃—50℃围吸收光度降低比较平缓,受温度的影响较小,在高于50℃时吸收光度降低幅度增大。
实验中同时也发现,分别取5ml上述提取液,加入15ml95%乙醇溶液震荡,静止10min后观察溶液的变化。
提取温度70℃80℃的提取液中有沉淀物产生,且沉淀物随着提取温度增大而增大。
提取温度为25℃、30℃、40℃、50℃、60℃没有沉淀物的产生(如右图所示)。
由此,在高于70℃是不仅促进红色素的降解而且会浸出果胶。
1.7提取火龙果果皮红色素多因素正交试验
表6L9(35)正交试验因素水平表
因素
温度(℃)
液料比(ml/g)
PH
提取时间(min)
乙醇浓度
(A)
(B)
(C)
(D)
(E)
1
25
15∶1
4.5
15
45%
2
30
20∶1
5.0
20
50%
3
35
25∶1
5.5
25
55%
表7提取火龙果果皮红色素多因素正交试验结果
试验序号
温度
液料比
pH
提取时间
乙醇浓度
结果
1
1
1
3
3
2
0.293
2
2
1
1
2
1
0.332
3
3
1
2
1
3
0.312
4
1
2
2
1
1
0.313
5
2
2
3
2
3
0.295
6
3
2
1
3
2
0.301
7
1
3
3
1
3
0.270
8
2
3
2
2
1
0.341
9
3
3
1
3
2
0.316
S1
0.292
0.312
0.316
0.298
0.329
S2
0.323
0.303
0.322
0.323
0.303
S3
0.310
0.309
0.286
0.303
0.292
R
0.031
0.009
0.036
0.025
0.037
*S1、S2、S3为同一水平的平均数,R为极差。
为了确定在多因素条件下的最佳提取温度、液料比、pH、提取时间和乙醇浓度。
设置了火龙果果皮红色素正交试验的提取温度:
25℃、30℃、35℃,液料比(ml/g):
15:
1、20:
1、25、1,PH:
PH4.5、PH5.0、PH5.5,提取时间(min):
15min、20min、25min,提取乙醇浓度:
45%、50%、55%正交实验。
得出温度因素S值最大的为S2(温度30℃)=0.323、液料比因素S值最大为S1(液料比15:
1)=0.312、PH因素S值最大的为S1(PH4.5)=0.316、提取时间因素S值最大为S2(20min)=0.323、乙醇浓度因素S值最大的为S1(45%)=0.329,可见因素S值最大为其因素的优水平。
五个因素的优水平组合A2B1C1D2E1即为本实验的最优水平组合,即龙火龙果果皮红色素提取的最优工艺条件为温度30℃、液料比15:
1、PH4.5、20min、45%乙醇。
由表7可知,各因素的极差大小顺序Re(0.037)>Rc(0.036)>Ra(0.031)>Rd(0.025)>Rb(0.009),因而因素对试验指标影响的主次顺序是ECADB。
即乙醇浓度影响最大,其次为PH、提取温度和提取时间,而液料比的影响最小。
为了更直观反映因素对试验指标的影响规律与趋势,以因素水平为X轴,以试验指标的平均值(S)为Y轴,绘制因素与指标趋势如图7,更直观地说明指标随因素水平的变化而变化的趋势,可为进一步试验时选择因素水平指明方向。
2.火龙果果皮红色素稳定性的实验结果与分析
2.1pH值对火龙果果皮红色素稳定性的影响。
表8PH对火龙果果皮红色素的影响
PH
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
保存时间1h
0.325
0.332
0.345
0.336
0.347
0.336
0.34
0.319
0.286
0.237
8h
0.242
0.278
0.316
0.327
0.338
0.318
0.333
0.303
0.269
0.168
16h
0.237
0.265
0.286
0.306
0.313
0.301
0.299
0.285
0.251
0.127
24h
0.221
0.254
0.265
0.292
0.300
0.283
0.283
0.269
0.243
0.107
*
:
代表紫红色
:
代表淡黄色
:
代表黄色
*
用单元格的颜色来代表提取后提取液的颜色,以下均一样。
由图8所示,PH对火龙果果皮红色素稳定性的影响像一条条上弧线。
各吸收光度曲线在PH6有最大值。
在PH小于PH6时,吸收光度随着PH的增大而增大,当PH大于PH6时,吸收光度随着PH的增大而减少。
从图8中由上往下看,吸收光度弧线随着保存时间的增大而曲线的位置越往下,各点的吸收光度值都相应的减少。
这组弧线中间紧凑、两边缘展开幅度大。
说明火龙果果皮红色素随保存时间的增长,其稳定性会下降,且在PH越小或越大时其稳定性下降幅度越大。
再如图9所示,随着保存时间的增大整体的吸收曲线都下降,如图PH2、PH11下降的速率较大;PH4—PH8下降的速率较小。
PH5、PH6曲线在PH7曲线之上,所以火龙果果皮红色素在PH5—pH6围稳定性较强。
可见,弱酸性条件下有利于祥龙火龙果皮红色素的稳定,有利于红色素的提取,有利于保护红色素的颜色,强酸或碱性条件下,会破坏红色素的稳定性。
2.2温度对火龙果果皮红色素稳定性的影响。
表9温度对火龙果果皮红色素稳定性的影响
温度(℃)
30
40
50
60
70
80
0.5
0.277
0.272
0.258
0.247
0.191
0.148
1
0.274
0.268
0.241
0.22
0.14
0.125
2
0.269
0.255
0.207
0.184
0.121
0.116
5
0.250
0.220
0.139
0.118
0.098
0.086
如图10所示,这组吸收光度曲线整体随着温度的增大而下降,随着保存时间的增大而曲线的位置下移,吸收光度曲线各点相应地减少。
再如图11所示,温度为30℃、40℃时曲线随着保存时间下降比较平缓,而温度50℃—80℃时曲线随着保存时间下线速率较大。
温度70℃、80℃在
保存时间2h后两条曲线下降平缓且贴近,这时火龙果果皮红色素基本被分解完。
由此知道火龙果果皮红色素在高温下短时间就会急剧地被分解。
可见,火龙果果皮红色素的热稳定性弱,适合在低温下保存。
2.3柠檬酸、酒石酸有机酸对火龙果果皮红色素稳定性的影响
表10柠檬酸、酒石酸有机酸对火龙果果皮红色素稳定性的影响
浓度
对照(蒸馏水)
1%酒石酸
2%酒石酸
1%柠檬酸
2%柠檬酸
0
0.317
0.317
0.317
0.317
0.317
0.5
0.251
0.175
0.138
0.204
0.153
1
0.208
0.132
0.117
0.157
0.127
1.5
0.197
0.121
0.103
0.142
0.119
2
0.183
0.119
0.098
0.132
0.110
如图12所示,这组吸收光度曲线随着保存时间的增大而整体下降。
有机酸的吸收光度曲线都在对照吸收光度曲线之下。
再看1%酒石酸、柠檬酸,2%酒石酸、柠檬酸,的吸收光度曲线,2%的吸收光度曲线在1%的吸收光度曲线之下;一样浓度的酒石酸吸收光度曲线在一样浓度的柠檬酸吸收曲线之下。
可见,酒石酸有机酸影响火龙果果皮红色素的稳定性能促使红色素的分解,且随着其的浓度的增大而增强。
其中火龙果果皮红色素稳定性受较大影响的是柠檬酸,其次之为酒石酸。
2.4护色剂VC对火龙果果皮红色素稳定性的影响
表11护色剂VC对火龙果果皮红色素稳定性的影响
浓度
对照(蒸馏水)
0.02%VC
0.06%VC
保存时间0h
0.317
0.317
0.317
0.5h
0.251
0.252
0.250
1h
0.208
0.214
0.208
1.5h
0.197
0.183
0.178
2h
0.183
0.168
0.160
如图13所示,
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