黑豆皮色素提取工艺的研究

黑豆皮色素提取工艺的研究
曹春艳;赵永华;赵莹莹
【摘要】以黑豆皮为原料,考察了提取剂种类、提取剂浓度、料液比、提取温度、pH值等因素对黑豆皮色素提取效果的影响.结果提取黑豆色素的最佳工艺条件为:提取剂为乙醇,提取剂体积分数60％,料液比1∶100,提取温度60℃,浸提时间45 min,pH1.5,浸提3次.在该条件下,黑豆皮色素的提取率可达18％.%The effects of influencing factors including extractant types and concentration,solid-liquid ratio, extraction temperature and time, pH on the extraction of black soybean peel pigment were investigated. The results showed that the optimum extraction conditions of black soybeanpeel pigment were as follows: 60% (v/v) ethanol as extractant, solid-liquid ratio of 1 :
100,extraction temperature of 60°C extraction time of 45 min, pHl. 5, and extraction numbers for 3 times. The extraction ratio of black soybean peel pigment could reach 18%.
【期刊名称】《粮食与饲料工业》
【年(卷),期】2012(000)009
【总页数】4页(P22-24,28)
【关键词】色素;提取;黑豆皮
【作者】曹春艳;赵永华;赵莹莹
【作者单位】渤海大学化学化工与食品安全学院,辽宁锦州 121013;辽宁工业大学
化学与环境工程学院,辽宁锦州 121001;渤海大学化学化工与食品安全学院,辽宁锦州 121013
【正文语种】中文
【中图分类】S529;TS264.4
化学合成的食用色素因其化学性质稳定，着色力强、色泽鲜艳、价格低廉等优点在食品工业中得到广泛应用。

但随着人们保健意识的增强和对食品安全性要求的提高，合成色素的使用越来越受到限制，天然色素的发展日益得到重视［1］。

黑豆皮红色素是从黑大豆种皮中提取的一种天然水溶性食用色素，主要成分是花色苷，属于亲水性强的多酚类色素［2］。

黑豆皮花色苷红色素不仅是一种良好的天然色素，还具有抗氧化、抗癌、降低心血管疾病、保健、美容等生理功能［3］，并且黑豆皮含有的花色苷具有酞基化基团，酞基化的花色苷色素在加工和储藏过程中表现出更好的稳定性、耐热性和耐光性，可以广泛用作食品着色剂来源［4］。

在黑豆制品（例如豆粉、豆乳等）的生产过程中，为减少土壤中带来的耐热菌、改善豆乳风味、限制起泡性，同时防止非酶褐变，赋予产品以良好的色泽，通常要将黑豆进行预处理，即脱皮，因此在豆制品的生产过程中会得到副产品——豆皮。

我国有丰富的黑豆资源，从黑豆加工的下脚料豆皮中提取色素，工艺简单，成本低廉，可以满足工业化提取色素的要求，因此具有较好的应用前景。

因此，以黑豆皮为原料，研究黑豆皮中花色苷色素提取的方法，以期为从黑豆皮中提取花色苷的产业化奠定基础。

1 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.1.1 材料
黑豆，市场购买的优良品种。

1.1.2 试剂
体积分数95%乙醇、苯、丙酮、正丁醇等，均为分析纯。

1.1.3 仪器
恒温水浴锅，UV757CRT分光光度计，PHS－3C酸度计，电热鼓风干燥箱。

1.2 试验方法
黑豆皮色素提取的过程依次为：黑豆首先经过干法脱皮，然后将其粉碎，再依次经过3次浸提，将3次浸提后的滤液合并，最后经过减压蒸馏浓缩，烘干，得黑豆
皮色素。

用UV757CRT分光光度计对乙醇水溶液浸提的黑豆皮溶液进行光谱扫描，测其吸收光谱，利用物质所特有的吸收光谱来鉴别物质或测定其含量。

黑豆皮色素在波长530 nm处有强吸收峰，如图1所示。

因此，以下均采用530 nm为测试点［5］。

图1 黑豆皮色素的最大吸收峰
2 结果与讨论
2.1 提取剂的选择
取体积分数95%乙醇、苯、丙酮、正丁醇溶液各50 ml于4个100 ml锥形瓶中，分别向其中加入0.5 g制备好的干黑豆皮，用HCl调节p H值为1.5，放入60℃
水浴锅中，浸提30 min，过滤，用分光光度计测浸提液的吸光度如图2所示。

图2 在不同浸提剂中的吸光度
从图2可见，黑豆皮色素可较好的溶于乙醇中，而在苯、正丁醇、丙酮等有机溶
剂中溶解较少。

由此可以看出，黑豆皮红色素易溶于极性较强且含有—OH 基团的溶剂中，而难溶于非极性或弱极性溶剂中。

这主要是因为黑豆色素属类黄酮类化合物，在酸的水溶液中，具有盐的通性，其盐结构为，同时，该色素又具有多个酚羟
基，且3－羟基被糖苷化，因此易溶于水及酸、碱、醇类水溶液［6］，所以乙醇
水溶液为其最佳浸提剂。

2.2 提取剂浓度的选择
取体积分数25%、40%、50%、60%、75%的乙醇和无水乙醇溶液各50 ml于6个100 ml锥形瓶中，再分别加入0.5 g制备好的干黑豆皮，用HCl调节p H值
为1.5，放入60℃水浴锅中，浸提30 min，过滤，用分光光度计测浸提液的吸光度，见图3。

由图3可以看出，随着溶液中乙醇浓度的增加，黑豆皮色素的吸光度逐渐增大，
当乙醇浓度增至体积分数60%时，其吸光度最大，再增加乙醇的浓度，吸光度呈
下降趋势。

这主要是由于黑豆皮色素的主要成分是花色苷，是由极性较小的苷元与极性较大的糖基组成，所以黑豆皮色素属于中等极性的物质。

根据“相似相溶”原理，黑豆皮色素易溶于中等或中等偏上极性的溶剂中，而在乙醇水溶液，由于引入了羟基，乙醇分子之间不但彼此以氢键相结合，而且和水分子也形成氢键，降低了水的极性，所以提取剂浓度选为体积分数60%。

图3 在不同浓度乙醇溶剂中的吸光度
2.3 浸提时间的选择
分别取体积分数60%的乙醇溶液各50 ml于6个100 ml锥形瓶中，再分别向其
中加入0.5 g制备好的干黑豆皮，用HCl调节p H值为1.5，放入60℃水浴锅中，分别浸提15、30、45、60、75、90 min，过滤，用分光光度计测浸提液的吸光度，见图4。

图4 不同提取时间对黑豆皮色素提取效果的影响
由图4可以看出，提取时间从15 min增加到45 min时吸光度显著增加，45 min 后随着时间的延长吸光度增加并不显著，从理论上看，浸提时间越长，浸提也越彻底。

但是，以15 min吸光度作为参照，30 min 吸光度增加 140.4%，45 min
增加169.0%，60 min 增加 172.3%，75 min 增加174.5%，90 min增加175.1%。

由此可见，在45 min以后，增加幅度明显下降，而且长时间较高温度的浸提，还会加速花色苷类物质的降解。

所以最佳浸提取时间选择45 min。

2.4 浸提温度的选择
分别取体积分数60%的乙醇溶液各50 ml于4个100 ml锥形瓶中，再分别向其
中加入0.5 g制备好的干黑豆皮，用HCl调节p H值为1.5，分别放入20、40、60、80℃水浴锅中，浸提45 min，过滤，用分光光度计测浸提液的吸光度如图5所示。

图5 不同提取温度对黑豆皮色素提取效果的影响
从图5可以看出，在低于60℃的范围内，黑豆皮色素吸光值呈逐渐上升的趋势，
超过60℃，吸光值下降。

这是由于温度升高会使色素在溶剂中的溶解度和扩散系
数提高，从而提高浸提温度可以增加提取液中色素的含量。

但继续增加浸提温度，色素含量反而会降低，这主要是由于提取温度过高会使黑豆皮中色素结构发生改变。

有研究表明［7］，色素在50～70℃之间最为稳定，温度越高，越容易变性，另
外花色苷类物质在高温的酸性溶液中降解速度会逐步增大。

因此最佳浸提温度为60℃。

2.5 p H值的选择
分别取体积分数60%的乙醇溶液各50 ml于5个100 ml锥形瓶中，向其中加入0.5 g制备好的干黑豆皮，用 HCl调节p H 值分别为0.5、1.5、2.0、2.5、3.5，
放入60℃水浴锅中，浸提45 min，过滤，用分光光度计测浸提液的吸光度如图6所示。

图6 不同p H值对黑豆皮色素提取效果的影响
根据图6可知，溶液p H值的变化对黑豆皮色素的提取影响比较大，随着p H值
的升高，其提取溶液的吸光度呈先增大后减小的趋势，溶液p H值在小于1.5的
范围内时黑豆皮色素的吸光值随着p H值的增加而增大，当溶液p H值在1.5～3.5范围内时黑豆皮色素的吸光值随着p H值的增加而下降，所以最佳p H值选
择应为1.5。

2.6 料液比的选择
分别取体积分数60%的乙醇溶液12.5、25、50、100、125 ml于5个150 ml
锥形瓶中，再向其中加入0.5 g制备好的干黑豆皮，用 HCl调节p H值为1.5，放入60℃水浴锅中，浸提45 min，过滤，用分光光度计测浸提液的吸光度，见图7。

图7 不同料液比对黑豆皮色素提取效果的影响
由图7可以看出，当乙醇加入量小于50 ml，即料液比小于1∶100（g／ml）时，随着乙醇加入量的增加，吸光度逐渐增大。

当乙醇的加入量为50 ml（料液比达到1∶100）之后，随着乙醇加入量的增加，吸光度明显降低。

乙醇加入量（料液比）对提取效果具有一定的影响，一般来说提取剂用量越大，提取效果越好。

此外，提取剂用量的多少会影响液固两相的混合情况，提取剂用量的提高必然会提高液固两相的混合程度，在较大的程度上提高传质推动力，但也提高了生产成本及后续处理的难度［8］，所以料液比也不宜太高。

但是提取剂用量少时，提取过程中液相浓度增加快，液固两相间的浓度差减少加快，从而使传质推动力衰减加快。

因此
1∶100（g／ml）为最适料液比。

2.7 浸提次数的选择
取50 ml体积分数60%乙醇溶液于100 ml锥形瓶中，向其中加入0.5 g制备好
的干黑豆皮，用HCl调节p H1.5，放入60℃水浴锅中，每浸提45 min取样一次，倒掉旧溶液，换50 ml体积分数60%乙醇溶液，继续水浴保持温度，如此连续取
样4次，过滤，用分光光度计测浸提液的吸光度见表1。

表1 浸提次数对黑豆皮色素提取效果的影响浸提次数吸光度1 0.971 2 0.257
3 0.053
4 0.008
理论上讲浸提次数越多，色素提取越完全，然而浸提次数也不宜过多，因为过多的浸提次数会大幅度的增加生产成本。

由表1可以看出，随着浸提次数的增多，吸
光度越来越小，浸提4次时，吸光度仅为0.008，这表明浸提3次后残留的色素
已经极少了。

所以采取3次浸提的结果比较理想。

2.8 提取率的测定
在最佳的提取条件下，即：在100ml锥形瓶中加入50 ml体积分数60%的乙醇溶液，再加入0.5 g制备好的干黑豆皮，用HCl调节p H值为1.5，放入60℃水浴
锅中，浸提45 min后过滤并收集滤液，滤渣再按上述过程进行下一次提取，连续提取3次，合并3次的滤液进行减压蒸馏、浓缩、干燥，最后得到鲜红色色素浸
膏0.09 g，提取率达18%。

3 结论
黑豆皮色素属花色苷类色素，可溶于乙醇溶液。

确定了黑豆皮色素的最佳提取条件：以体积分数60%的乙醇溶液为浸提剂，浸提温度60℃，料液比1∶100（g／ml），浸提时间45 min，p H1.5。

在该条件下，合并3次提取的滤液进行减压蒸馏、浓缩、干燥，最后得到鲜红色的色素浸膏，提取率达18%。

该色素是以黑豆
皮为原料直接提取制得，具有原料易得、生产工艺简单合理、色素无毒、安全等优点，是一种具有广阔前景及应用价值的天然色素。

［参考文献］
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