菠萝皮水溶性色素提取工艺研究及其成分分析【摘 要】为菠萝皮能够有效利用，本文研究了超声波辅助提取菠萝皮水溶性色素的提取工艺以水为提取剂，以超声波为辅助提取手段，通过正交试验确定最佳的提取工艺为：超声波功率 600W，料液比 1:30(g/mL)，浸提时间30min同时以经典化学成分定性检识方法，初步研究水溶性色素所含化学成分类型结果表明：菠萝皮中的水溶性色素中含有黄酮、黄酮醇、二氢黄酮及二氢黄酮醇类化合物，低浓度的花色素，低浓度的 5-羟基黄酮及 2’-羟基查尔酮类物质和二氢黄酮类化合物关键词】菠萝皮 水溶性色素 提取工艺 超声波 化学成分检识菠萝是多年生单子叶常绿草本果树，是热带、亚热带著名水果，其色、香、味及营养价值俱佳，含有大量的果糖、葡萄糖、维生素 A、维生素 B、维生素C 及磷、柠檬酸和蛋白酶等，在医疗保健、食用方面都起到重大作用 [1]近年来，世界菠萝的生产和出口贸易发展迅速，呈现不断增长的趋势，但由于种植和加工产生的增长，大量菠萝叶与菠萝皮、渣的处理问题日益突出 [2]分析测试表明，菠萝果皮中的水分、柠檬酸和总糖等成分比例与果肉相差无几，并具有高纤维低蛋白的特点 [3]。
若不能得到有效利用，不仅浪费资源，而且污染环境，不利于经济与环境的协调发展因此，菠萝废弃物综合利用研究对促进我国菠萝加工业的发展具有重要作用天然色素的应用具有悠久的历史，但自从 1856 年合成色素问世以来，食用合成色素很快占据了优势近年来人们发现，很多合成色素具有不同程度的慢性毒性、致癌性和致畸性因此，寻找具有一定药物疗效和保健功能的天然色素资源，是当今发展趋势目前，天然色素已经应用于食品着色如防腐剂 [4,5]，染料着色如纺织染料 [6,7]、医药保健、化妆品、日化领域如光敏型太阳能 [8]和指示剂 [9,10]等方面菠萝皮中含有较多的黄色素，将菠萝皮作为天然食用色素的提取原料，可以使菠萝废弃物得以利用，提高菠萝附加价值，拓宽天然色素提取渠道本试验对菠萝皮中水溶性色素的提取和化学成分类型进行了研究，为色素加工提供理论参考1 材料与方法1.1 试验材料菠萝皮：将从市场买回的菠萝洗净，晾干，取皮，处理后作为试验原料1.2 主要仪器和设备DHG-9245A 电热恒温鼓风干燥箱：金坛市盛蓝仪器制造有限公司；高速中药粉碎机：浙江屹立工贸有限公司；UV-2550 紫外可见分光光度计：日本岛津公司；JU-6224 超声波仪：上海杰恩普超声设备有限公司；SHB-III 水式循环真空泵：郑州长城科工贸有限公司；TD-80-213 离心机：上海凌仪实业有限公司。
1.3 试验方法1.3.1 菠萝皮水溶性色素的提取1.3.1.1 工艺流程菠萝洗净→晾干→取皮→60℃烘干→粉碎→过筛→提取→抽滤→离心→上清液→测定1.3.1.2 菠萝皮干粉的制备菠萝皮在 60℃的烘箱中干燥 48h，干燥后菠萝皮粉碎并过 150 目的筛，用避光容器封装备用1.3.1.3 菠萝皮水溶性色素提取方法称取 1.0g 菠萝皮干粉，以纯水为提取剂，在合适的超声波功率、浸提时间和料液比下进行提取提取结束后抽滤，滤液在 3000r/min 下离心 10min取上清液 3ml 稀释至 50ml，用于测定1.3.2 最大吸收波长的确定称取菠萝皮干粉 1g，加入 30mL 的纯水，用 480W 的超声波震荡 15min，抽滤后，滤液在 1500r/min 下离心 5min取 3ml 上清液稀释至 50ml，用紫外分光光度计在 200-600nm 下进行光谱扫描，以确定波长1.3.3 提取工艺试验设计1.3.3.1 单因素试验设计（1）超声波功率的选择称取菠萝皮干粉 1.0g，浸提时间 25min，料液比 1:30（g:mL），超声波功率分别设置为 480W、600W、720W、840W、960W，抽滤后进行离心，吸取3ml 离心上清液，加纯水定容至 50ml，用紫外分光光度计在 287nm 处测量吸光度，对比。
2）浸提时间的选择称取菠萝皮渣干粉 1.0g，超声波功率 600W，料液比 1:30（g:mL），分别将浸提时间设定为 15min、20min、25min、30min、35min抽滤后离心，取离心上清液 3ml，加纯水定容至 50ml，用紫外分光光度计在 287nm 处测量吸光度，对比3）料液比的选择称取菠萝皮干粉 1.0g，在超声波功率 600W 下提取 25min，料液比（g:mL）分别为 1:20、1:30、1:40、1:50、1:60抽滤后进行离心，吸取 3ml 离心上清液，加纯水定容至 50ml，用紫外分光光度计在 287nm 处测量吸光度，对比1.3.3.2 正交试验设计根据单因素试验结果，对超声波功率、浸提时间及料液比各选取 3 个适宜的水平，按照 L9(34)正交表安排试验验，因素与水平见表 1表 1 菠萝皮水溶性色素提取工艺 L9(34)正交试验因素水平表Table1 Factors and levels for L9(34) orthogonal array design of water soluble pigment extraction from pineapple peel因素水平A 超声波功率（W） B 时间(min) C 料液比(g/mL )1 480 20 1:302 600 25 1:403 720 30 1:501.3.4 水溶性色素的化学类型检识1.3.4.1 盐酸-锌粉试验 将 1mL 甲醇加入到 1mL 的提取液中，加入少量锌粉，进行振荡后加入 5滴浓盐酸，观察溶液所发生的变化。
再进行空白试验，即不加入锌粉，其他操作不变1.3.4.2 硼酸试验将 1mL 甲醇加入到 1mL 的提取液中，再加入适量的草酸和硼酸，观察试验现象1.3.4.3 碱性试验将 1mL 甲醇加入到 1mL 的提取液中，再加入几滴的氢氧化钠，观察实验现象2 结果与分析2.1 菠萝皮水溶性色素的紫外吸收光谱按 1.3.2 中试验方法扫描菠萝皮水溶性色素的紫外可见吸收光谱，见图 1结果表明，在 287nm 处有最大吸收峰图 1 菠萝皮水溶性色素紫外吸收光谱Fig.1 The ultraviolet absorption spectrum of water soluble pigment from pineapple peel2.2 单因素试验结果与分析2.2.1 超声波功率对水溶性色素提取效果的影响按 1.3.3.1 中（1）所述的方法进行试验，结果见图 2图 2 超声波功率对提取的水溶性色素吸光度值的影响Fig.2 Effect of ultrasonic power on the absorbance of water soluble pigment from pineapple peel由图 2 可知：随着超声波功率的增大，吸光度先增高后降低，在功率720W 后趋于 平衡。
当超声波功率为 600W 时，吸光度最大可见，当超声波功率为 600W 时，提取效果最好故在正交实验时选用超声波功率480W、600W、720W 进行实验2.2.2 浸提时间对色素提取效果的影响按 1.3.3.1 中（2）所述的方法进行试验，结果见图 3图 3 浸提时间对色素提取效果的影响Fig.3 Effect of extraction time on the absorbance of water soluble pigment from pineapple peel由图 3 可知，随着时间的增大，水溶性色素提取吸光度值大体的趋势是先增长后下降的，在时间达到 25min 时处于峰值，即在 25min 处提取的效果比较好故在正交实验时选用浸提时间为 20min、25min、30min 来进行实验2.2.3 浸提液料比对水溶性色素提取效果的影响按 1.3.3.1 中（3）所述的方法进行试验，结果见图 4图 4 液料比对水溶性色素提取效果的影响Fig.4 Effect of solid-to-liquid ratio on the absorbance of water soluble pigment from pineapple peel由图 4 可知，随着料液比的增加，水溶性色素提取吸光度值逐渐降低。
在料液比为 1:40 时，吸光度斜率发生转折故在正交实验时选用液料比1:30、1:40、1:50 来进行实验2.3 正交试验结果与分析按 1.3.3.2 中所述的方法进行试验，结果见表 2表 2 L9(34)正交实验结果及极差分析Table 2 L9(34) orthogonal array design and results编号 A B C 吸光度（A)1 480 20 30 0.9002 480 25 40 0.8203 480 30 50 0.6214 600 20 40 0.7815 600 25 50 0.6426 600 30 30 1.0657 720 20 50 0.6478 720 25 30 1.0159 720 30 40 0.819K1j 0.780 0.776 0.993K2j 0.829 0.826 0.807K3j 0.827 0.835 0.637Rj 0.049 0.059 0.356由极差 R 分析可知，Rc>Rb>Ra，故影响提取效果的因素依次为 C>B>A，较优提取条件的微波功率为 600w，浸提时间为 30min，料液比为 1：30表 3 单因素正交实验设计方差分析表因素 偏差平方和 自由度 F 比 F 临界值 显著性功率 0.005 2 1.000 19.000时间 0.006 2 1.200 19.000料液比 0.191 2 38.200 19.000 *误差 0.01 2由表 3 方差分析表可知，在这三种因素中料液比对提取的水溶性色素吸光度值的影响最大。
2.4 菠萝皮水溶性色素的化学检识结果表 4 化学检识的结果样品 盐酸 -锌粉实验 硼酸实验 碱性实验水溶性色素 有红色的微小气泡， 空白溶液微微变红 颜色大致无变化，略 微变红 溶液变黄盐酸-锌粉试验加入浓盐酸后有红色泡沫出现说明样品中可能有黄酮、黄酮醇、二氢黄酮及二氢黄酮醇类化合物，空白溶液变红则说明可能含有花色素；硼酸反应显示黄色表明样品中可能含有低浓度 5-羟基黄酮及 2’-羟基查耳酮类物质；碱性试剂实验显示变黄表明样品中可能含有二氢黄酮类化合物3 结论3.1 菠萝皮水溶性色素的最佳工艺条件本试验结果表明，菠萝皮是提取色素的良好原料菠萝皮色素提取的最佳工艺条件是：用烘干的菠萝皮粉末做原料，在超声波功率 600W，料液比 1：30下浸提 30min，即可得到较好的菠萝皮色素提取液3.2 菠萝皮水溶性色素的化学检识利用化学检识的方法对菠萝皮渣中水溶性色素进行分析，初步鉴定其皮渣中含有黄酮、黄酮醇、二氢黄酮及二氢黄酮醇类化合物，低浓度的花色素，低浓度 5-羟基黄酮及 2’-羟基查耳酮类物质，二氢黄酮类化合物 参考文献[1] 张肖娜,曾懿,代红灵,朱沛沛.菠萝皮色素的提取及其稳定性研究 [J].饮料工业.2012(10):12[2] 舒肇甦,韩广勇 ,邓光仙.我国菠萝加工与综合利用现状[J].保鲜与加工，2006,34(3):4-7.[3] 张文华.菠萝皮黄酮类化合物的结构分析及其生理活性研究[D]. 湛江：广东海洋大学，2012.[4]贾呐,龚建培.常见植物染料黄色系的色素提取及染色分析 [J].染整技术,2006,28(3):24-27.[5]Velmurugan, Kamala-Kannan, Balachandar, et al. Natural pigment extraction from five filamentous fungi for industrial applications。