微波 -超声协同提取废弃绿豆种皮中的绿色素

王传虎 杨周生 秦英月 李昌龙 吴福勇

(蚌埠学院化学与材料实验室1,蚌埠 233030)

(安徽师范大学化学与材料科学学院2,芜湖 241000)

微波 -超声协同提取废弃绿豆种皮中的绿色素

王传虎1,2杨周生2秦英月1李昌龙1吴福勇1

(蚌埠学院化学与材料实验室1,蚌埠 233030)

(安徽师范大学化学与材料科学学院2,芜湖 241000)

以绿豆芽生产中废弃的绿豆种皮为原料,采用微波—超声波协同提取绿豆种皮色素;通过紫外—可见光谱、高效液相色谱和荧光光谱,初步判定绿豆皮色素的成分;研究了影响绿豆皮色素稳定性因素。结果表明,绿豆皮色素提取的最佳工艺是:乙醇体积分数 80%,温度 80℃,时间 15 min,微波功率 30 W,超声协同;初步判定绿豆皮色素的主要显色成分为叶绿素;绿豆皮色素在温度小于 80℃、pH=7～9时比较稳定;Fe2+、Fe3+、Al3+等金属离子对绿豆皮色素稳定性影响较大,遇 Cu2+、Zn2+离子分别有沉淀生成;随氧化剂的增大,色素吸光度有变小趋势,这可能是氧化剂破坏绿豆皮色素中的不饱和键所致;还原剂对该色素吸光度的影响很小,常用食品添加剂对该色素无太大影响。

绿豆皮 叶绿素 微波 超声波 提取

绿豆,别名植豆、青小豆、吉豆,为豆科一年生草本植物的种子。我国绿豆资源较为丰富,全国大部分地区均有种植[1]。绿豆芽是人们喜爱的蔬菜之一,我国栽培制作绿豆芽已有一千年的历史[2]。绿豆芽现已成为经济效益较高的“绿色蔬菜”[3]。绿豆种皮又称绿豆衣,占绿豆总重量 7%～10%,其中纤维素含量约占 50%～60%[1],从绿豆皮壳中提取黄酮研究较多[4-7],从绿豆种皮中提取食用绿色素以及绿豆芽生产中有废弃绿豆种皮的综合利用,均未见报道。因此,从绿豆芽生产所废弃绿豆种皮提取食用色素,可以变废为宝、符合循环经济的要求,同时可以拓宽农产品应用范围、提高农产品附加值。

1 材料与方法

1.1 材料

绿豆种皮:市购,经手工除杂,60℃真空干燥,粉碎备用。

1.2 主要仪器

CW-2000微波超声波协同萃取仪:上海新拓分析仪器科技有限公司;UV1102紫外可见分光光度计:上海天美科学仪器有限公司;Waters 1525高效液相色谱仪:美国Waters公司;Fluoscence荧光分光光度计 (Cary Eclipse):美国瓦里安技术中国有限公司。

1.3 工艺流程

绿豆皮→除杂→清洗→烘干→破碎→过筛→称重→微波 -超声协同提取→抽滤→回收溶剂→糊状绿色素→真空干燥→膏状绿色素→稳定性检验[8-9]。

1.4 高效液相色谱检测条件

检测器:2487双通道紫外可见检测器;色谱柱:Diamonsil T M C18,250 mm ×4.6 mm,5μm;流动相:甲醇 ∶水 =80∶40;柱温:30 ℃;流 速:1 mL/min;进样量:10μL(0.01%乙醇溶液);波长:663 nm。

2 结果与分析

2.1 微波 -超声波协同提取绿豆皮色素的工艺研究

2.1.1 提取溶剂的选择

称取烘干粉碎后的绿豆皮试样各 10 g,分别用水、5%HCl、5%NaOH、30%丙酮、丙酮、无水乙醇和乙醚进行微波 -超声波协同提取。过滤得到绿豆皮色素提取液,用紫外 -可见分光光度计测定提取液在 663 nm处 (该处吸光度最大,参见图 6)的吸光度,结果见表 1。

表 1 提取剂种类对提取液吸光度的影响

由表 1可见,无水乙醇和乙醚提取效果较好,由于乙醇无毒、价廉、便于回收,因此选用乙醇作提取剂。

2.1.2 乙醇浓度的选择

称取试样各 10 g,分别用不同体积分数的乙醇进行微波 -超声波协同提取,用紫外 -可见分光光度计测定提取液在 663 nm处的吸光度,结果如图 1,乙醇体积分数 80%时效果较好。

图 1 乙醇体积分数对提取液吸光度的影响

表 2 不同乙醇浓度对提取液色泽的影响

2.1.3 提取温度的影响

称取试样各 10 g,分别加入 80%乙醇,在不同的温度下进行微波 -超声波协同提取,用紫外 -可见分光光度计测定提取液在 663 nm处的吸光度,结果如图 2,考虑到温度对色素稳定性的影响,将温度控制在 80℃为宜。

图 2 提取温度对提取液吸光度的影响

2.1.4 提取时间的影响

称取试样各 10 g,分别加入 80%乙醇,控制温度80℃,控制不同提取时间,测定提取液的吸光度,结果如图 3,提取时间 15 min较为理想。

图 3 提取时间对提取液吸光度的影响

2.1.5 微波功率的影响

称取试样各 10 g,分别加入 80%乙醇,提取温度80℃,萃取时间 15 min,微波功率从 10～60 W,测定提取液吸光度,结果如图 4,微波功率控制在 30 W较为好。

图 4 微波功率对提取液吸光度的影响

2.1.6 超声协同的影响

称取试样各 10 g,分别加入 80%乙醇,提取温度80℃,萃取时间 15 min,微波功率从 10～35 W,有无超声协同,进行对比,测定吸光度,结果如图 5,超声协同效果较好。

图 5 超声协同对提取液吸光度的影响

2.2 绿豆皮色素的溶解性和光谱性质

2.2.1 绿豆皮色素色素的溶解性

绿豆皮色素产品进行溶解性试验,将色素浸膏溶于下列溶剂中,结果见表 3。

表 3 绿豆皮色素在不同溶剂中的溶解性

2.2.2 绿豆皮色素的光谱性质

2.2.3 绿豆皮色素结构的初步判定

根据色素的紫外 -可见光谱、高效液相色谱、荧光光谱,对照相关文献[10-15],初步判定绿豆皮色素主要显色成分为叶绿素。

图 8 绿豆皮色素的荧光光谱

2.3 绿豆皮色素的稳定性研究[16]

2.3.1 pH值对色素稳定性影响

用 80%乙醇配制 0.01%绿豆皮色素溶液,再用NaOH或 HCl溶液按实验要求调 pH值,在 663 nm波长下分别测定其吸光度,结果见表 4。结果显示:色素的颜色随着 pH值的增大而加深,且在碱性条件下吸光度值也增大;由此得出色素在 pH值等于 7～9 h色素的吸光度最大。

表 4 pH值对绿豆皮色素稳定性影响

2.3.2 温度对绿豆皮色素稳定性的影响

将一定浓度的绿豆皮色素溶液置于恒温水浴箱中,在不同的温度下加热 30 min,取出冷却后,测定其在 663 nm波长下的吸光度。

表 5 温度对绿豆皮色素稳定性的影响

由表 5可知温度过高对绿豆皮色素溶液有一定影响,随着温度升高,色素残存率降低。因此色素在生产加工过程中,温度应控制在 80℃以内。

2.3.3 金属离子对色素稳定性的影响

配制 0.05 mol/L的 FeCl2、FeCl3、AlCl3、CuSO4、MgCl2、CaCl2、BaCl2、ZnSO4、KCl、NaCl等金属离子溶液,分别取等体积的各种金属离子溶液,并加入等浓度等体积的一定浓度的绿豆皮色素溶液,测定其在663 nm处的吸光度。由表 6可知 Fe2+、Fe3+、Al3+时 ,溶液均变黄 ,且吸光度变化明显,说明 Fe2+、Fe3+、Al3+对该色素稳定性有影响,遇 Cu2+、Zn2+离子分别有沉淀生成,而其他金属离于对色素稳定性的影响较小。

表 6 金属离子对色素稳定性的影响

2.3.4 食品中氧化剂、还原剂对色素稳定性的影响配制一系列含有不同比例的氧化剂和还原剂的色素溶液,放置 30 min后,分别测定其在 663 nm处的吸光度,见表 7和表 8。

表 7 H2O2对色素的影响

表 8 Na2SO3对色素的影响

由表 7和 8可知,随氧化剂体积分数的增大,色素吸光度有变小的趋势,这可能是氧化剂破坏绿豆皮色素中的不饱和键所致;还原剂对色素吸光度的影响很小。

2.3.5 常用食品添加剂对色素影响

取一定浓度的绿豆皮色素溶液,分别加入不同浓度的柠檬酸、蔗糖、食盐、苯甲酸钠,在最大吸收波长 663 nm下测定吸光度。

表 9 常用食品添加剂对色素的影响 (吸光度 Aλ=663nm)

从表 9可知,随着食品基质和添加剂浓度的改变,吸光度改变不大,说明这些食品基质和添加剂对该色素影响不大。

3 结论

绿豆皮色素的理想提取条件为乙醇浓度 80%,温度 80℃,时间 15 min,微波功率 30 W,超声协同;方法具有简单、快速、效率高等特点。根据光谱数据初步判定绿豆皮色素的主要成分为叶绿素。通过稳定性实验,得到绿豆皮色素温度在 80℃以内、pH=7～9时比较稳定,Fe2+、Fe3+、Al3+等金属离子对绿豆皮色素稳定性影响最大,遇 Cu2+、Zn2+离子分别有沉淀生成,随氧化剂体积分数的增大,色素吸光度有变小趋势,还原剂对色素吸光度的影响很小。

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Extraction of Green Pigment inMungBean Coatwith Microwave-Ultrasonic Radiation

Wang Chuanhu1,2Yang Zhousheng2Qin Yingyue1Li Changlong1Wu Fuyong1
(Laboratory of Chemistry andMaterials Science,Bengbu College1,Bengbu 233030)
(College of Chemistry andMaterials Science,AnhuiNo rmalUniversity2,Wuhu 241000)

Green pigmentwas extracted from mung bean coat by adoptingmicrowave cooperated with ultrasonic radiation;the composition of the green pigmentwas identified through UV,HPLC and fluorescent spectroscopy.The affecting factors for the pigment stabilitywere studied.Results:The obtained optimum extraction conditions are etha2 nol solvent concentration 80%,temperature 80℃,extraction time 15 min,microwave power 30W,cooperated with ultrasonic.It is deter mined that the main coloring component of the green pigment is chlorophyll.The green pigment is stable when pH is 7～9 and temperature<80℃.Mental ions such as Fe2+,Fe3+,Al3+have major effect on the stability of the green pigment;and the pigment deposits when Cu2+and Zn2+exist.The absorbency of the pigment trends decline with increasing oxidant concentration probably because the double bonds of the pigment are destroyed by the oxidant;reducing agent has a little effect on the absorbency and common food additives have no effect on it.

mung bean coat,chlorophyll,microwave,ultrasonic,extract

TQ914.1

A

1003-0174(2010)01-0112-05

2009-02-10

王传虎,男,1962年出生,副教授,高级工程师,应用化学