学位论文：火龙果色素提取最佳条件的研究.pdf

火龙果红色素提取条件的研究【摘要】研究了台湾祥龙火龙果果皮色素提取的最佳条件。使用不同的提取 剂对色素提取有较大的影响，通过单因素和均匀试验和SAS软件分析确定乙醇提 取火龙果果皮色素的料液比、摇床浸提时间的最佳方法。结果表明，果皮红色素 提取的乙醇溶液最大吸收峰波长为538nm,溶液颜色为鲜红色；该色素是一种 水溶性和醇溶性天然红色素，最佳提取条件为料液比1:50、和摇床浸提时间 45nlin。【关键词】火龙果；红色素；提取注：本论文（设计）题目来源于教师的国家级（或省部级、厅级、市级、校级、企业）科研项目，项目编号为：0Sodium Caseinate Nanoparticles Conditions Of PreparationAbstract：Using microemulsion method,take sodium caseinate as material,Tween60 as an emulsifier,limonene/ethanol as oil phase to prepare nano-level of sodium caseinate microspheres.Study the effects of various conditions on sodium caseinate Nanoparticles preparation,discuss many conditions such as sodium caseinate concentration,oil-water weight ratio,the proportion of oil and other conditions on sodium caseinate micro spheres size distribution and morphology;sodium caseinate and alcohol concentration and chain length of the greatest impact on the micro spheres,select the appropriate alcohols(n-octanol)and control oil in 50%to 75%,while sodium caseinate concentration is 0.5%,the grain can be prepared 200nm diameter in about a good dispersion of sodium caseinate nanoparticles.Keywords：sodium caseinate micro-emulsion nanoparticles目 录1前言.12实验材料与方法.22.1材料与试剂.22.1.1实验材料.22.1.2 试剂.22.2主要仪器与设备.22.3实验方法.22.3.1不同提取剂对果皮色素吸收光谱的影响.22.3.2均匀设计表.43结果与分析.63.1 SAS分析表明.63.1.1实验结果验证.74结论.85讨论.9综述.10参考文献.14致谢.151前言火龙果(pitaya)俗称红龙果、仙人果等，是仙人掌科量天尺属(Hylocereus undutus cu.u ietnam)植物的果实1,原产西半球赤道附近，中美洲至南美洲 热带雨林地区。在我国海南、福建、广东、广西等地均有种植。火龙果喜湿润、耐热、耐旱、耐贫瘠，但不耐水浸、不耐缺氧。火龙果性甘平，主要成分有水溶性 膳食纤维、植物白蛋白和大量红色素及维生素、微量元素等。色素在食品、饮 料、酒类、糕点、药业、化妆品等行业有着广泛应用，研究发现，合成色素大多 具有慢性毒性和致病致癌作用，人们开始意识到合成色素对健康带来的严重威 胁，人类把色素关注的焦点转向寻求安全性更好的天然色素，尤其是以农作物 和果蔬类作为原料的天然食用色素24。台湾祥龙火龙果属红皮红肉火龙果，是当地在改良的基础上经过选育而成的优良品种之一，其果实外形独特，色泽 鲜艳，红色素含量高，是一种优质的天然红色素资源。其抗病虫害能力强，栽种 容易、生长期短、产量高，目前在中国种植的面积日益扩大，是天然色素提取加 工的良好来源5,6。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7。此外，火龙果果皮含有丰富的色素，实验测得约占果中色素 总量的21%,食用和加工中果皮被丢弃，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，并 为这一农产品的深加工创造一条新的出路，进一步提高生产者、经营者的经济效 益。因此，在这里，我们研究如何提取火龙果果肉和果皮的红色素的方法和最好 的提取方法2实验材料与方法2.1材料与试剂2.1.1 实验材料新鲜台湾祥龙火龙果由广东省阳江市购买2.1.2 试剂分析醇，天津永大试剂有限公司2.2 主要仪器与设备UV-1100,UV/V-1200型紫外/可见分光光度计：英国Malvern公司DKZ-2型电热恒温振荡水槽，上海福玛实验设备有限公司；SHB-HI循环水式真空泵，郑州长城科工贸有限公司；JA/MP系列电子天平，上海良平仪器仪表有限公司2.3 实验方法2.3.1 不同提取剂对果皮色素吸收光谱的影响色素溶液在400600 nm波长处有两个分界点，并在440 nm和538 nm波长处有 最小和最大吸收峰（图3）.（p（乙醇）=20%提取色素有最大的吸光度，蒸播水 次之，即色素在乙醇和蒸储水中有较好的溶解性.儿种溶剂中，色素的光谱曲 线走向基本一致，因此采用吸光度A538nm来表示祥龙火龙果果肉红色素的相对 含量22甄五曹 400 420 440 460 480 500 520 538 540 560 580 600波长 Wavelengih/nm（图1）2.3.1.1浸提剂浓度的选取分别称取火龙果皮粉1.00 g,加入各种浸提剂50 ml,常温下振荡提取50 min。不同浓度浸提剂对火龙果果皮红色素提取效果有一定的影响：如下图，浓度 40%乙醇色素浸提剂，其提取效果优于20%、25%、30%、35%、45%。因此,生产上 宜选取40%乙醇作为火龙果果皮红色素的浸提剂。（图2）2.3.1.2浸提时间对火龙果果皮色素提取效果的影响。3分别称取火龙果皮粉1.00 g,加入浓度40%乙醇50 ml,在常温下摇床提取不同时 间梯度.根据不同的摇床浸提时间对火龙果果皮色素的提取效果不同。在下图指 出50min的摇床浸提效果比其他的都好。因此，在生产上对火龙果果皮色素进行 提取时，可选取50 min作为火龙果果皮色素的提取时间。（图3）2.3.1.3料液比对火龙果果皮色素提取效果的影响。分别称取火龙果皮粉1.00 g,按不同料液比添加浓度40%乙醇,常温振荡提取50 mine如下图，当料液比为1：50时,火龙果果皮色素的提取效果最好。料液比为 1：20、1：30、1：40、1:60时,色素提取则相差不大，料液比为1：20时提取效果 较差。（图4）42.3.2均匀设计表应用SAS软件对表1测定结果进行分析，筛选变量，结果表明乙醇浓度为主要影响 因素，摇床浸提时间、料液比是次要因素皮浓度摇床时间料液比吸光度因素试验ri.xlx2x3Y11(25%)2(30min)4(1:50)0.36522(30%)4(50min)3(1:40)0.32933(35%)1(20min)2(1:30)0.35644(40%)3(40min)1(1:20)0.32955(45%)5(60min)5(1:60)0.4072.3.2.1 SAS程序的建立data ex762;input xl-x3 y;xlxl=xl*xl;x2x2=x2*x2;x3x3=x3*x3;xlx2=xl*x2;xlx3=xl*x3;x2x3=x2*x3;cards;0.25 30 50 0.365 0.30 50 4 0.329 0.35 20 30 0.356 0.40 40 20 0.329 0.45 60 60 0.407proc reg data=ex762;model y=xl-x4/selection=adjrsq;run;proc rsreg;model y=xl x2;run;2.3.2.2 SAS分析结果结果1.Adjusted R-Square Selection MethodNumber in AdjustedModel R-Square R-Square Variables in Model3 0.9804 0.9951 xl x2 x3520.6590 0.8295 xl x310.5450 0.6588 x320.3351 0.6675 x2 x31-1057 0.1707 xl1-1928 0.1054 x22结果2.6214 0.1893 xl x2Parameter EstimateStandardfrom CodedParameterDF Estimate Error t Value Pr tDataI ntercept1 0.2090000.372800 xl1 4.278000.-0.031800 x21-0.027300.0.016800 xl*xl1-11.160000.-0.111600 x2*xl1 0.080400.0.160800 x2*x2结果3.0 0.Sum of0FactorDF Squares Mean SquareF Value Pr Fxl3 0.003697 0.001232x2结果4.2 0.001265 0.000632CriticalValueFactorCoded Uncodedxl-0.104478 0.339552x20.052740 41.054801Predicted 结果5.value at stationary point:0.474904EigenvectorsEigenvalues xl x20.0420660.463591 0.886049-0.1536660.886049-0.463591Stationary point is a saddle point.3结果与分析3.1 sas分析结果表明通过sas实验结果表明，当乙醇浓度为0.339552,摇床浸提时间为 41.054801niin时,预测吸光度可达最大值为0.474904。回归方程为：6Y=0.2090+4.2780 x1-0.0273x2-11.160 xl2+0.0804xl*x2因此，本实验确定乙醇浓度为34%,摇床浸提时间为41min,料液比为1:503.1.1 实验结果验证在SAS程序分析的结果来看，实验结果挺不错的，现在我们就在SAS分析 结果的基础上，通过10次实验来验证，即在乙醇浓度为34%、提取摇床时间为 41min,料液比为1:50、1.00g的火龙果果皮来做验证实验，一下是验证实验结果。时 间41414141414141414141料 液 比34%34%34%34%34%34%34%34%34%34%吸光度0.4700.4710.4700.4720.4700.4690.4700.4690.4710.468以上的10次验证，数据变化不大，有微小的变化是因为环境等不定因素影响,所以这次验证结果非常好74结论利用乙醇溶解色素提取法，以可见分光光度计来测吸光度来确定提取程度，再通 过SAS程序分析结果得出最佳的提取条件，通过sas实验结果表明，当乙醇浓度为 0.339552,摇床浸提时间为41.054801min时，预测吸光度可达最大值为0.474904。回归方程为：Y=0.2090+4.2780 x1-0.0273x2-11.160 xl2+0.0804xl*x2因此，本实验确定乙醇浓度为34%,摇床浸提时间为41min,料液比为1:508讨论天然的红色素的物理特性极不稳定，在光照、温度、PH值、金属离子等都 能影响它的稳定性，在提取的过程中，对实验结果有一定的影响，在最后的10 次验证实验中，都是在乙醇浓度为34%,摇床浸提时间为41min,料液比为1:50 的情况下都出现不同的吸光度，就是因为实验环境的影响，包括光照、温度等等 的因素影响参考文献1曾建飞.中国植物志(第五十二卷第一分册)M.北京:科学出版社,1999.2822阎炳宗.我国天然色素的发展现状及发展方针J.精细与专用化学，1999,(9):893李传欣,张华,李景琳.食用天然色素的应用及发展趋势J.辽宁农业科学,2001,(1):29324石永峰.国外天然色素研究进展J.国外科技,2003,(10):32345熊月明，程明，刘友接.新兴水果-火龙果明.植物杂志,2000,(3):136张伟锋，刘敏正,何生根.台湾祥龙、光明火龙果的特点和种植技术J.农业与 技术，2004,4(24):13313697郑定仙,林卫华,黄业宇,等.仙人果红色素的毒性实验.卫生毒理学杂志 J,1995,3(9):204红色素的研究与应用综述【摘要】本文主要简述了红色素的作用以及理化特性和应用前景。色素在食 品、饮料、酒类、糕点、药业、化妆品等行业有着广泛应用，研究发现，合成色 素大多具有慢性毒性和致病致癌作用，人们开始意识到合成色素对健康带来的 严重威胁，人类把色素关注的焦点转向寻求安全性更好的天然色素，尤其是以 农作物和果蔬类作为原料的天然食用色素03【关键词】红色素 前景1.天然色素在上世纪，合成色素的应用代替了天然色素的主要地位，而且在市场上有着 举足轻重的地位。随着医学毒理学及生物学试验的研究不断深入，发现合成色素 不但没有营养，而且大多数对人体有害，如一般毒性、致泻性等。而近年来还发 现其存在致癌作用。因此，近年来人们不但积极寻找能代替合成色素的天然代替 物，而且也寻找新的可作为食品的原料以提高在食品中的应用性能。红皮白肉火龙果以及红皮红肉火龙果中都含有丰富的天然色素一甜菜红素(Betalanins)o甜菜红素包括紫红色的甜菜花青素(Betacyanines)和黄色的 甜菜黄素(Betaxanthines)o与花色昔相比，火龙果所含的甜菜红素在PH37 范围内着色力更好，比花色昔应用的范围更广。火龙果中的提取的甜菜红色素并 没有像甜菜根中的甜菜红素那样具有土臭味、毗嗪等，因此，从火龙果中提取的 甜菜红素与甜菜根的甜菜红素相比，火龙果中的天然色素更具优越性。而且火龙 果中的甜菜花青素不仅可以作为着色剂，还具有抗自由基的潜能。因此，开发火 龙果中的色素不仅有较好的经济收益还具备在医学上应用的潜能。2.甜菜红颜色是衡量食品质量的重要指标之一。有些食品具有天然的色泽，而有些食 品则需要人工着色。然而现有的合成食用色素为数有限，其中有些在安全性方面 尚有争议。故此，人们对高制安全性高的天然色素颇为重视，我国目前允许使用 的食用合成色素觅菜红和胭脂红的安全性均不够好，特别是觅菜红有致癌性的 争论，美国已从1976年开始禁止使用。甜菜红的色调与觅菜红极为近似。甜菜红色素广泛存在于藜科、范科、仙人掌科、商陆科等多种植物中，其中 藜科最为人们熟悉的是红甜菜。甜菜红色素就是从藜科植物红甜菜中提取的水溶 性天然食用色素，属于毗碇类衍生物，基本发色团为1,7-二偶氮庚甲碱。是红甜 菜中所有的有色化合物的总称，由红色的甜菜花青和黄色的甜菜黄素所组成。甜 菜花青的主要成分为甜菜昔(Beranin),占红色素的75%95%,其余尚有异甜 菜甘、前甜菜甘和异前甜菜甘。甜菜黄素包括甜菜黄素I和甜菜黄素H 8。103甜菜红的理化性质3.1溶解性甜菜红色素易溶于水和含水溶剂，为水溶性色素，难溶于醋酸、丙二醇，不 溶于无水乙醇、甘油、丙酮、氯仿、油脂、乙醛等有机溶剂。3.2酸碱环境反应特性甜菜红色素呈红色或深紫色液体、块或粉末或糊状物，色泽鲜艳，但其色调 受P H值影响，当pH在3.07.0时为红色，且较稳定；pH在4.05.0时最稳定；当pH7.0时，颜色有红色变成紫色；当pH10.0时，甜菜红色素中的甜 菜色甘转化为甜菜黄质，溶液颜色迅速变黄。由此说明甜菜红色素在酸性和中性 条件下较稳定。由于绝大多数食品的pH值都在3.07.0之间，而甜菜昔的颜色在 此pH范围内不会发生变化，故含有甜菜昔的食品，其颜色一般不会受pH值影响：9o3.3 光对色素稳定性的影响卢秉福等研究发现自然光对甜菜红水溶液的稳定性会有所影响，长时间在自 然光下放置，颜色会变淡，直至黄色。而自然光对甜菜红色素的50%乙醇溶液影 响较小：9；武成荣等将甜菜红色素配成一定浓度,在40W的紫外光下分别照射lh、3h、4h、6h lOh,对其吸光度比的残存量进行统计，发现甜菜红色素的损失率 很小，说明紫外光对甜菜红色素稳定性影响较小10 o3.4 热对色素稳定性的影响甜菜红在PH4.5时热稳定性最好，同时总体上甜菜红热稳定性较差，耐热性 随温度的升高而降低。浸提时为减少色素损失，同时达到充分的提取效果，一般 选取25c左右进行。3.5 金属离子对色素稳定性的影响金属离子对甜菜昔稳定性有一定的影响。过多的Fe3+、Cu2+、Mn2+Ca2+等可促使甜菜昔的降解，降低甜菜红的色调。故应用中，必要时加入适当的金属 螯合剂来去除金属离子。3.6 食品添加剂对色素稳定性的影响采用H202对甜菜红色素进行耐氧化性实验，随着H202添加量的增加和作用 时间的延长，甜菜红色素损失率加快，说明甜菜红色素易被氧化，用不同浓度的 亚硫酸钠对甜菜红色素进行耐还原性实验，实验表明高浓度的还原剂对甜菜红色 素影响较大，得出甜菜红色素耐还原性较差，因此在生产及应用时应避免与氧化 剂和还原剂接触U。另外葡萄糖、柠檬酸、苯甲酸钠等添加剂对甜菜红色素稳 定性及颜色的影响较小，可以在食品中同时使用。Vc对甜菜红色素具有降解作用，因此在使用不同食品添加剂时应区分使用。114开发和利用甜菜红色素由于色泽鲜艳自然，无毒副作用，无特殊气味，且具有一定的保 健功能，是一种理想的天然红色素资源，因此广泛应用于食品、保健品、医药、化妆品等领域。4.1食品着色方面甜菜红色素是从火龙果中提取的天然色素，所以无毒、无副作用，色泽鲜艳 且含有人体建成、新陈代谢和生长发育所必须的营养成分，所以广泛应用于各种 饮料、果味粉、果汁路、汽水、糖果、糕点、夹心、冰淇淋、罐头、浓缩果汁、雪糕、果冻、香肠食品的着色，及增加了食品的美好外观有提高了食品的营养价 值。4.2医药保健品方面的应用吕晓玲等人对甜菜红色素主要成分抗氧化能力进行了研究，并最终确定甜 菜红色素的主要抗氧化部分为红色部分，及甜菜红昔12Tesoriere等(2004,2005)发现食用含有甜菜素的刺梨果实后，可以明显降低过氧化胁迫造成的脂质 损害，提高人体的抗氧化水平；离体红血球在甜菜素溶液中培养一段时间也可以 明显延迟由于氧化剂异丙基苯过氧化氢物(cumenehydroperoxide)造成的溶血 作用13。其次，甜菜红色素中含有甜菜碱，它对肝脏疾病(如慢性肝炎、肝硬 化、中毒性肝炎、代谢性肝脏病及胆道疾病引起的肝功能障碍等)有一定的疗效。所以甜菜红色素不仅可以美化特殊人群药品的外观有利于服用；在药品的区分方 面也可以用甜菜红色素代替人工合成色素来对药品进行很好的区分，而且在人体 抗氧化方面和肝脏疾病的治疗方面也有不可磨灭的作用。另外，Kapadia等(1996)发现，甜菜根对老鼠的皮肤癌和肺癌具有显著的抑制作用14。由于甜菜红色素 具有以上作用，所以可以用于药品、保健品等的研制开发。4.3 在化妆品方面的应用许多化妆品的生产需要添加色素，如唇膏、洗发水、染发剂等，由于国内化 妆品生产过程中添加的色素大多是合成色素，所以一些皮肤比较敏感的人群在使 用的过程中会出现过敏症状，对于他们来说天然色素无疑是一个很好的选择；而 甜菜红色素是天然色素，无毒无害，而且还具有医疗和保健功能，因此用于有色 化妆品、抗衰老化妆品的生产，具有较大的开发潜力1。4.4 在其他方面的应用甜菜红色素除了用于食品着色、医药、化妆品、保健品方面外，最近研究还 可以用于羊毛染色，羊毛染色宜在低温和较强的酸性条件下进行。染色后，不仅 羊毛的品质有了明显的提高，而且甜菜红色素是天然色素色泽鲜艳，无毒无害，不会污染环境，所以甜菜红色素作为一种着色染料应用前景也是非常广阔的3 0 为了提高甜菜的综合利用价值，提取后的甜菜渣可以用于生产酒精、发酵做复合 肥料、做动物饲料等5展望12目前甜菜红色素存在的最大问题是对热较为敏感，且极不稳定，因此限制 了其在各领域中的应用。所以在提高甜菜红色素稳定性方面是一个需要进一步深 入研究的领域，从而拓宽甜菜红色素的使用领域，并且能在食品、保健品、医药、化妆品、染料等领域发挥更好的作用。13参考文献1曾建飞.中国植物志(第五十二卷第一分册)M.北京:科学出版社,1999.2822阎炳宗.我国天然色素的发展现状及发展方针J.精细与专用化学，1999,(9):893李传欣,张华,李景琳.食用天然色素的应用及发展趋势J.辽宁农业科学,2001,(1):29324石永峰.国外天然色素研究进展J.国外科技,2003,(10):32345熊月明，程明，刘友接.新兴水果-火龙果明.植物杂志,2000,(3):136张伟锋，刘敏正,何生根.台湾祥龙、光明火龙果的特点和种植技术J.农业与 技术，2004,4(24):1331367郑定仙,林卫华,黄业宇,等.仙人果红色素的毒性实验.卫生毒理学杂志J,1995,3(9):2048高彦祥，刘璇.甜菜红色素研究进展J.中国食品添加剂,2006(1)65-70.9卢秉福,耿贵,周艳丽.甜菜红色素的加工与利用J.中国甜菜糖业,2008,(1):40-42.10武成荣,刘松青.甜菜红提取工艺及理化性质JL中国食品添加剂，1998,(4):4-6.11于明，张谦,过利敏,等.甜菜红素理化性质及其稳定性研究J.新疆农业科 学，2002,(39),331-333.12吕晓玲,王玉平,周平,等.甜菜红色素主要成分抗氧化能力J.食品研究与开发.2009(6):39-43.13 Tesoriere.,L.,Butera,D.,Pintaudi,A.M.,Allegra,M.,Livrea,M.A.(2004).Supplementation with cactus pear(Opuntia ficus-indica)fruit decreases oxidative stress in healthy humans:A comparative study with vitamin C.Am.J.Clin.Nutr.80,391-395.14 Kapadia,G.J.,Tokuda,H.,Konoshima,T.,and Nishino,H.(1996).Chemoprevention of lung and skin cancer byBeta vulgaris(beet)root extract.Cancer Lett.100,211-214.14致谢本论文是在营养与食品卫生教研室的各位老师和我的导师胡坤老师的亲切 关怀和悉心指导下完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的 工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，胡坤老师 始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向胡坤老师和营养与食品卫生教研 室的各位老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。感谢帮助和支持我完成论文的朋友和同学，正是由于你们，我才能克服一个 一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。谢谢你们！15