紫玉米穗轴中花青素的提取

紫玉米穗轴中花青素的提取

食品的颜色是评价食品感觉质量的重要因素。是决定食品质量的关键因素之一。因此,色素是独特而又关键的食品组分之一。色素分为合成色素和天然色素两大类。天然色素具有“天然、营养、多功能”等特点,使得天然色素越来越受到关注。黑糯玉米属禾本科玉米属(GraminZeaL)植物,果穗从里到外均为黑紫色,色泽鲜艳,含有十分丰富的黑色素。紫玉米(purplecorn,学名ZeamaysL),籽粒为黄色,而植株等其他部分均为紫色,紫色植株中色素含量高,提取量大,提取所得的色素色泽鲜艳。在我国,黑糯玉米及紫玉米是各地区大量种植的一种作物,大多数玉米芯在加工过程中被白白丢弃或燃烧掉,不仅浪费了生物资源,而且污染环境。紫玉米植株多数作为青贮饲料,附加值较低。利用黑糯玉米和紫玉米提取天然黑色素不仅可避免资源的浪费,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。玉米黑色素提取多采用热水浸提法或直接酸解浸提法,但色素得率低、操作费时、能耗大。近年来,超声波、微波等辅助提取方法已应用于玉米色素的提取,操作简单,可大大缩短提取时间,节省能耗。本研究以紫玉米穗轴为原料,将超声波和微波方法应用于玉米花青素的提取,并对其工艺条件进行优化,旨在为工业化提取玉米花青素提供新方法。1材料和方法1.1仪器、试药与仪器将紫玉米穗轴烘干,干燥恒重后放入粉碎机中破碎到40—80目,密封放置备用。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型可见光分光光度计(上海精密科学仪器有限公司);FA2104S电子分析天平(上海金鹏分析仪器有限公司);SB120D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电热恒温水浴锅(北京永光明医疗仪器厂);格兰仕WD700ATL17-3电脑型微波炉(格兰仕电器公司);GL-21B离心机(上海安亭科学仪器总厂)。1.2计算样品中的蓝色素含量花青素得率(%)=(花青素的质量/样品干物质的质量)×100%1.3接酸解浸提/超声辅助浸提/微波辅助浸提液及维生素含量测定穗轴样品→粉碎(过40—80目筛)→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,30min)→取上清液→旋转蒸发浓缩→干燥→色素粗提物→稀释→测定花青素含量2结果与分析2.1单因素试验对热水提取物紫玉米进行工艺条件的影响2.1.1温度对花青素得率的影响由表1(提取时间12h、液料比15:1)可知,花青素得率在低于65℃时随提取温度的升高不断提高,但当温度高于65℃后花青素得率逐渐减少,温度升高会加快溶液的扩散速率,加速细胞内的色素物质向外扩散。但温度过高还会破坏花青素的结构,而且,随温度的增加水溶性杂质蛋白质和植物胶含量增加,从而导致干燥提纯成本增加,因此提取温度选择65℃为宜。2.1.2时间对紫玉米花青素得率的影响由表2(提取温度65℃、液料比15∶1)可知,在提取时间低于12h时,紫玉米花青素得率随提取时间增加而大幅度提高,到12h时达到最大值;而大于12h后,花青素得率随提取时间变化趋于稳定,故提取时间以12h为宜。2.1.3液料比不适宜出现单因素下花青素得率随液料比的变化由表3(提取温度65℃、提取时间12h)可知,花青素得率随料液比的增大呈一定的上升趋势,当液料比超过1∶20后,花青素得率趋于稳定。因为所加的溶剂越多,穗轴粉末分散越均匀,浸提越充分,色素得率越大,但考虑到料液比过高液体用量增加,给后续干燥提纯带来较多的不便,考虑到经济等因素料液比以1∶15为宜。2.2直接酸法提取紫玉米素生产条件的单因素试验2.2.1提取剂表4(提取温度65℃、提取时间6h)结果表明,不同0.1mol/LHCl与95%乙醇配比的提取剂花青素得率均高于单一溶剂的提取剂,且在提取剂为0.1mol/LHCl∶95%乙醇1∶1,(v/v)下其吸光度最大,这可能是因样品中的花色苷类色素易溶于极性溶剂,且乙醇可以有效沉淀果胶、蛋白质等杂质。初步确定0.1mol/LHCl∶95%乙醇为1∶1(v/v)为最佳提取剂。2.2.2提取时间的确定表5(提取温度65℃、提取时间6h)数据表明,随着提取时间的增加,花青素得率先迅速增加,至5h后吸光值增加进入缓慢增长期,提取6h浸提液吸光值最大,但浸提时间过长,可使色素受到光热等因素的影响发生分解,因此考虑到提取效果和生产成本,确定提取时间为6h。2.2.3温度对糖苷青素含量的影响从表6中可知,黑糯玉米芯花青素得率随着温度升高先迅速升高,在30—60℃增加缓慢,在60℃时吸光度值最大,温度高于60℃吸光度值逐渐减低,可能是由于温度过高,某些糖苷降解,致使花青素含量降低。2.3紫玉米花青素最佳配方的确定根据单因素试验的结果,考察超声波功率、超声波辐射时间以及料液比对花青素得率的影响,进行三因素三水平L9(33)的正交试验,正交试验设计及结果见表7。从试验结果可以看出,超声波功率(A)、超声波辐射时间(B)、料液比(C)对紫玉米花青素得率影响的大小顺序是B>C>A;根据正交试验结果最佳工艺条件A2B2C3,即超声波功率200W、超声波辐射时间40min、液料比25∶1。2.4在微波辅助下，提取紫玉米蓝色信号的工艺条件试验2.4.1紫玉米花青素提取率的正交试验根据单因素试验的结果,微波辅助提取温度60℃为最佳,因此本试验选择微波辅助提取温度为60℃。在单因素试验的基础上,考察微波功率、微波辐射时间以及液料比对紫玉米花青素得率的影响,进行三因素三水平L9(33)的正交试验,正交试验结果见表8。从试验结果可以看出,微波功率(A)、微波辐射时间(B)、液料比(C)对紫玉米花青素得率影响的大小顺序是A>B>C;根据正交试验结果最佳工艺条件为A2B3C2,即微波功率700W、微波辐射时间6min、液料比20∶1。2.4.2工艺验证实验由于正交试验所得的最佳工艺条件A2B3C2不在正交试验表中,所以要做验证实验,即与正交表中花青素得率最高的工艺条件A2B3C1做对比实验。按照工艺条件A2B3C2所得紫玉米花青素得率为16.78%,试验结果表明,最佳工艺条件仍为A2B3C2。2.5超声辅助提取法由表9可以看出,与传统热水浸提和直接酸解法相比较,采用超声波和微波辅助提取紫玉米花青素的方法均明显地缩短了提取时间,降低了提取温度,避免了高温对活性物质的破坏,提高了紫玉米