玉米黄色素皂化纯化工艺研究

常影，焦岩，刘井权，许瑞雪，景艳，王冬宇，姜未公

(1.齐齐哈尔大学 食品与生物工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2.齐齐哈尔大学农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006；3.齐齐哈尔大学玉米深加工工程研究中心，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

玉米黄色素皂化纯化工艺研究

常影1,2,3，焦岩1,2,3*，刘井权1,2,3，许瑞雪1,2,3，景艳1,2,3，王冬宇1,2,3，姜未公1,2,3

(1.齐齐哈尔大学 食品与生物工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2.齐齐哈尔大学农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006；3.齐齐哈尔大学玉米深加工工程研究中心，黑龙江 齐齐哈尔 161006)

玉米黄色素；皂化纯化；色价

玉米黄色素是从玉米中提取的有较高利用价值的天然食用色素，是由叶黄素、玉米黄和隐黄素等类胡萝卜素所组成，是广泛存在于许多植物中的一类天然色素。我国早在食品卫生标准GB 2760-1986中规定，允许玉米黄色素作为食品添加剂，国外已将其用于人造奶油、黄油、糕点和糖果之中，并已开发出相应的保健食品和药品[1，2]。

玉米黄色素不仅是一种天然食品着色剂，而且是生产保健食品添加剂，由于其主要成分为胡萝卜素类，是人体所必需的一类化合物，具有促进人体生长发育、保护视力、提高免疫力和预防癌症等多种生理功能[3，4]。它作为天然色素已被欧美等许多国家批准为食用色素。由于对人工合成色素和有关添加剂潜在影响的不确定性，因而在崇尚自然的今天，这类天然的食品添加剂受到广泛欢迎[5，6]。

近年，国内外对天然色素的研究逐渐得到重视，随着人们对天然色素的认识与功能的了解，并与原有合成色素进行比较，天然色素的优点越来越被人们所认同。但是，玉米黄色素目前还和其他天然色素一样存在着色价低、稳定性差、成本高等缺陷。因此，本研究通过对玉米黄色素粗提物的皂化纯化工艺进行研究，通过皂化去除玉米黄色素中的杂质，提高玉米黄色素的纯度和色价，进而提高玉米黄色素的着色能力，拓宽玉米黄色素作为天然食品添加剂在食品和医药领域的应用范围，可增加饮料、糕点和糖果等食品的安全性。尤其是应用于消费量较大的调味食品中，可替代对人体有害的合成色素应用于渍制小菜、咖喱粉、芥末酱、方便面调料包及调味油等食品中，有利于减小其他天然色素的不良风味，降低生产成本；且可弥补味精、酱油等食品中的类胡萝卜素含量，提高调味品和相应食品的安全等级和营养价值。因此本研究具有重要的现实意义，可为玉米黄色素的工业化生产和作为天然食品着色剂在食品中的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料：玉米黄粉，中粮生化能源(龙江)有限公司。

试剂：无水乙醇、氢氧化钾等试剂，均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

UV-2450型紫外可见分光光度计 日本岛津公司；FW100型高速万能粉碎机、DK-98-1型电热水浴锅 天津市泰斯特仪器有限公司；KQ5200DB型数控超声波清洗机 昆山市超声仪器有限公司；RE-52AA旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂；PB-10型pH计 德国Sartorius公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米黄色素提取

玉米黄粉→挤压膨化→粉碎→加溶剂→超声波辅助提取→定容→过滤→冷却→浓缩→玉米黄色素[7]。

1.3.2 玉米黄色素皂化纯化

将玉米黄色素粗提物与KOH-乙醇按比例混合，使粗提物完全溶解，并加热皂化，再旋转蒸发浓缩，将浓缩物冲洗至中性，然后进行冷冻干燥，干燥后固型物用无水乙醇溶解，经高速离心除去蛋白等不溶性杂质，重复3次溶解分离后合并玉米黄色素溶液定容，在440 nm下测定吸光值，并计算玉米黄色素色价[8，9]。

1.3.3 玉米黄色素皂化纯化单因素试验

1.3.3.1 时间对玉米黄色素皂化纯化效果的影响

在上述皂化工艺条件下，选取皂化温度为60 ℃，KOH-乙醇溶液质量浓度为0.1 g/mL，在皂化时间为1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 h条件下研究时间对玉米黄色素的皂化纯化效果的影响。

1.3.3.2 温度对玉米黄色素皂化纯化效果的影响

在KOH-乙醇溶液质量浓度为0.1 g/mL，温度分别为40，50，60，70，80 ℃时对玉米黄色素皂化3 h，研究温度对玉米黄色素皂化纯化效果的影响。

1.3.3.3 溶剂浓度对玉米黄色素皂化纯化效果的影响

在皂化温度为60 ℃，溶剂质量浓度为0.05，0.075，0.1，0.125，0.15 g/mL条件下对玉米黄色素皂化3 h，研究溶剂浓度对玉米黄色素皂化纯化效果的影响。

1.3.4 正交试验优化设计

通过单因素试验，以玉米黄色素色价为指标，对皂化效果有显著影响的KOH-乙醇溶液浓度、温度和皂化时间进行三因素三水平正交试验，试验安排见表1。

表1 正交试验因素水平表

1.3.5 玉米黄色素色价的测定[10，11]

色价作为天然色素着色能力和纯度含量的一项重要指标，因此可以用色价来表征玉米黄色素样品中的含量。准确称取皂化后的玉米黄色素样品100 mg，用无水乙醇溶解，并定容至10 mL，配制成质量浓度为1.00 mg/mL的工作液。在440 nm处以无水乙醇为空白分别测其吸光值，带入下列公式计算其色价。

式中：A为玉米黄色素的吸光值；F为稀释倍数；m为玉米黄色素的质量，g。

2 结果与分析

2.1 玉米黄色素皂化纯化单因素试验结果与分析

2.1.1 时间对玉米黄色素皂化纯化效果的影响

图1 不同皂化时间对玉米黄色素皂化纯化效果的影响

由图1可知，玉米黄色素的色价随皂化时间的增加而增大，当皂化时间为3 h时，皂化反应完全，色价呈现最大值。当时间超过3 h时色价降低，可能是因为皂化时间越长，黄色素被氧化的可能性越高，色素在此过程中被破坏，这样就会造成色价值较低。因此，选择3 h为最佳皂化时间。

2.1.2 温度对玉米黄色素皂化纯化效果的影响

图2 不同皂化温度对玉米黄色素皂化纯化效果的影响

由图2可知，随着皂化温度的升高，玉米黄色素的色价增大，当皂化温度为60 ℃时，色价最大，之后随之降低，这可能是因为当温度较低时皂化反应不完全，色素色价低，而当温度升高到60 ℃时，皂化反应剧烈，色素在高温下发生分解反应，色价降低。因此，60 ℃为最佳的皂化温度。

2.1.3 KOH-乙醇溶液浓度对玉米黄色素皂化纯化效果的影响

图3 不同KOH-乙醇溶液浓度对玉米黄色素皂化纯化效果的影响

由图3可知，当皂化液KOH-乙醇溶液浓度在0.05～0.125 g/mL范围内时，玉米黄色素色价随着浓度的增加，皂化反应增加；当KOH-乙醇溶液浓度在0.125 g/mL时，色价最大。但是，当浓度继续增加时，色价反而会下降，可能是因为过多的KOH会使得杂质增加，且对色素有破坏作用，影响试验效果。因此，KOH-乙醇溶液浓度为0.125g/mL时皂化效果最好。

2.2 玉米黄色素皂化纯化正交试验结果与分析

根据单因素试验结果，以玉米黄色素色价为指标，选取对皂化效果有显著影响的KOH-乙醇溶液浓度、温度和皂化时间进行三因素三水平正交试验，确定玉米黄色素皂化纯化最佳工艺条件，不同试验条件下所得的色素色价值结果见表2。

表2 正交试验结果

由表2可知，对玉米黄色素皂化的各因素的影响大小顺序为B>C>A，即温度>时间>KOH-乙醇浓度。最佳组合为A2B2C3，即KOH-乙醇浓度为0.125 g/mL，皂化温度为70 ℃，皂化时间为4.0 h，在此最佳条件下，玉米黄色素色价最高达到922。

3 结论

本研究采用皂化反应方法对玉米黄色素进行纯化，得到皂化纯化的最佳工艺条件：KOH-乙醇浓度为0.125g/mL，皂化温度为70℃，皂化时间为4.0h，在此最佳条件下，玉米黄色素色价最高达到922。比未皂化玉米黄色素粗提物色价的394提高了2.4倍。由此可知，通过对玉米黄色素皂化反应后可除去玉米黄色素粗提物中蛋白和脂肪酸等杂质，提高玉米黄色素的色价和纯度，和其他分离纯化技术相比，该方法具有方法简单、成本低廉、工艺条件易于控制和可工业化生产等优点。

因此，通过本研究可使玉米黄色素的纯度和着色能力提高，可替代安全性较低的柠檬黄和日落黄等合成色素在食品中的应用，提高食品安全性，与姜黄素、栀子黄色素及辣椒红等天然食品着色剂一起应用到咖喱粉、咸菜和调味酱中，既可作为着色剂又增加了玉米黄素等类胡萝卜素的营养成分，并可减少外源性色素异味对调味品质量的影响，起到改善口感和增加风味的作用。因此，本研究采用皂化反应方法从玉米黄粉中提取纯化出色价较高、着色能力较强的玉米黄色素，对于提高产品附加值、降低天然色素成本及扩展天然安全食品着色剂在食品中的应用具有重要作用。

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Study on Saponification and Purification Technology of Corn Yellow Pigment

CHANG Ying1,2,3, JIAO Yan1,2,3*, LIU Jing-quan1,2,3, XU Rui-xue1,2,3, JING Yan1,2,3, WANG Dong-yu1,2,3, JIANG Wei-gong1,2,3

(1.College of Food and Biological Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; 2.Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China;3.Research Center for Corn Refinement Engineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)

corn yellow pigment; saponification and purification; color value

2016-06-11 *通讯作者

齐齐哈尔市科学技术计划项目(NYGG-201427)；国家星火计划重大项目(2013GA670002)

常影(1982-)，女，讲师，硕士，研究方向:植物加工利用。

TS201.1

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2016.12.029

1000-9973(2016)12-0126-03