泥鳅鱼皮黑色素提取工艺的研究

泥鳅鱼皮黑色素提取工艺的研究 张莲姬, 崔泰花 (延边大学农学院, 吉林龙井 133400) 摘要: 为了开发一种新的天然黑色素来源,根据天然黑色素溶于碱性溶液而在酸性溶液中形成沉淀的性质, 采用 化学法从粉碎的干泥鳅鱼皮中提取黑色素, 并研究了提取工艺。首先选择盐酸浓度、料液比 (m BV)、水解温度、水解 时间作为影响黑色素提取效果的因素, 进行单因素试验。在此基础上,进行正交试验优化工艺条件。试验结果表明, 泥鳅鱼皮黑色素提取的最佳工艺条件为:盐酸浓度 5mol/L,料液比 1 B30,水解温度 70 e , 水解时间 2 h。 关键词: 泥鳅; 黑色素; 提取; 工艺条件; 正交试验 中图分类号: TS254. 9 文献标志码: A 文章编号 : 1002- 1302( 2009) 05- 0263- 03 (上接第 262页 ) 生、红豆复合保健饮料的配方筛选优化中,有效地解决了感官 评定中各指标间以及各品评员间的评价误差,可以获得一个 综合且比较客观的评价结果, 有利于复合饮料的工艺参数设 计。本研究结果,芦荟复合饮料最佳配方为混合汁 45%、蔗 糖 8%、蜂蜜 2. 6%、柠檬酸钾 0. 2%、柠檬酸 0. 1%、水 44. 1% (质量分数 )。复合稳定剂的最佳组合为羧甲基纤维素钠 0. 20%、黄原胶 0. 01%、果胶 0. 15% (质量分数 ), 此时芦荟复 合饮料稳定性最好。 参考文献: [ 1]肖 玫. 芦荟枸杞天然饮料的工艺研究 [ J]. 江苏农业科学, 2007( 1): 165- 168. [ 2]肖 玫.芦荟、党参、麦冬、苹果复合保健饮料的生产工艺 [ J]. 江 苏农业科学, 2007( 4 ): 201- 206. [ 3]张秀玲, 刘 惠, 陈东梅. 多种果蔬复合饮料配方设计的研究 [ J]. 食品科学, 2006, 27( 2 ): 277- 279. [ 4]罗仓学,雪 峰,刘爱香.模糊数学在果汁饮料质量评比中的应用 [ J]饮料工业, 2001( 4): 12- 14. [ 5]郭胜明.芦蒿汁饮料的护色工艺 [ J]. 食品与生物技术, 2002( 2 ): 22- 25. [ 6]蔡同一 . 果蔬汁现代加工技术及质量控制 [ J]. 食品与机械, 1992( 4 ): 8- 11. 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[ 9]文良娟.龙眼肉果汁饮料的研制 [ J]. 食品科技, 2002 ( 5 ): 55- 56. 天然黑色素 (melan in)是指存在于植物、动物和微生物中 的色素, 它是目前已知生物色素中最多最广的一类色素 [ 1] , 是一种异源多聚芳香族化合物, 具有与众不同的物理化学特 性和重要的生理特征。天然黑色素虽然对于生物的生长、发 育不是必不可少的, 但却能提高生物生存、竞争的能力 [ 2]。 不同来源的黑色素都有一定的特异性, 具有很大应用潜力,所 以天然黑色素资源开发是当前研究的一大热点。 目前一些天然黑色素逐渐应用在各个领域中。如在食品 工业中黑芝麻、黑米、黑豆中的黑色素应用于饮料、糖果、糕 点、巧克力、果酱等 [ 3]。研究还表明,黑色素具有抗氧化和防 止衰老等功能 [ 4], 这将大大促进天然黑色素在保健食品中的 应用。天然黑色素在化学工业上也日益受到欢迎, 可在黑发 剂、防晒霜等产品中应用。近年来发现一些可溶性黑色素在 体外对艾滋病病毒有显著的抑制作用, 使天然黑色素将来有 可能成为一种新的抗艾滋病药物 [ 5]。所以天然黑色素替代 合成黑色素,有着十分广阔的应用前景,越来越受到人们的青 睐, 许多科研工作者已经对其进行研究开发 [ 6- 12]。 泥鳅生活于湖塘、沟渠、水田等地方, 除西部高原外, 全国 收稿日期: 2009 - 03- 24 作者简介:张莲姬 ( 1970) ),女,吉林龙井人,硕士,副教授,主要从事 天然产物的提取及活性研究。E- mai:l zhang lian j@i yah oo. com. cn。 南北各地均有分布, 是常见的淡水小型食用鱼类,其肉质细 嫩, 是营养价值较高的黑色食品。泥鳅鱼原料易得, 从其中提 取黑色素的工艺简单,这些特点都提示泥鳅鱼具有较高的研 究价值和开发潜力,但目前为止尚未见到从泥鳅鱼中提取黑 色素的有关报道。为了有效地开发、研究和利用这一天然资 源, 本试验对泥鳅鱼皮黑色素的提取工艺进行了初步研究,提 出了有意义的参考数据。 1 材料、仪器与试剂 1. 1 材料 干泥鳅,购于吉林省龙井市西市场。 1. 2 仪器与试剂 HH - S型恒温水浴锅,江苏省金坛市恒丰仪器厂; TDL- 5000B型低速冷冻多管离心机, 上海安亭科学仪器厂; FA / JA 型电子天平,上海精密科学仪器有限公司; PH S- 3C型精密 pH计, 上海精密科学仪器有限公司;电热鼓风干燥箱,天津实 验仪器厂;小型粉碎机等。无水乙醇、氯化银、乙酸乙酯、乙 醚、丙酮、浓盐酸、氢氧化钠,以上试剂均为分析纯。 2 方法 2. 1 泥鳅鱼皮黑色素提取工艺及提取步骤 干泥鳅 y粉碎 y酸水解 y离心 y过滤 y碱溶 y静置 12 h )263)江苏农业科学 2009年第 5期 y离心 y过滤 y酸沉 y静置 12 hy离心 y乙醇洗 y水洗 y干 燥 y黑色素。 将粉碎后的干泥鳅 20. 00 g, 放入 500m l锥形瓶中,加入 200m l5mol/LHC,l在 60 e 条件下水解 3 h,然后 4 500 r /m in 离心 15m in,除去滤液,取滤渣。滤渣用蒸馏水洗至中性,加 入 5% NaOH溶液 200 m,l静置 12 h后离心 (同上 ), 取滤液。 用 5mol/LHCl调节滤液的 pH值为约 1, 室温静置 12 h, 使黑 色素沉淀完全, 离心 (同上 )分离, 最后将沉淀在 60 e 干燥, 即得泥鳅黑色素。 2. 2 泥鳅鱼皮黑色素的单因素提取试验 采用盐酸水解粉碎的干泥鳅, 研究盐酸浓度、料液比、水 解温度、水解时间对泥鳅鱼皮黑色素提取效果的影响。 2. 2. 1 盐酸浓度的确定 设定料液比为 1 g B20m ,l水解温 度为 60 e , 水解时间为 3 h, 选择盐酸浓度 2、3、4、5、6、 7mol/L进行水解, 计算泥鳅鱼皮黑色素提取率,确定最佳的 水解盐酸浓度。 2. 2. 2 料液比的确定 设定盐酸浓度为 5 mol/L, 水解温度 为 60 e ,水解时间为 3 h, 选择料液比 ( g Bm l) 1 B15、1 B20、 1 B25、1 B30、1 B35、1 B40( g /m l)进行水解,计算泥鳅鱼皮黑 色素提取率,确定最佳的料液比。 2. 2. 3 水解温度的确定 设定盐酸浓度为 5 mol/L, 料液比 为 1 g B20 m,l水解时间为 3 h, 选择温度 30、40、50、60、70、 80 e 进行水解, 比较泥鳅鱼皮黑色素提取率, 确定最佳的水 解温度。 2. 2. 4 水解时间的确定 设定盐酸浓度为 5 mol/L, 料液比 为 1 gB20m,l水解温度为 60 e , 选择时间 1、2、3、4、5、6 h进 行水解, 比较泥鳅鱼皮黑色素提取率,确定最佳的水解时间。 2. 3 正交试验 在以上单因素试验的基础上, 对影响泥鳅鱼皮黑色素提 取效果的单因素 ) ) ) 盐酸浓度、料液比、水解温度、水解时间 进行 4因素 3水平正交组合试验 [13], 从而确定最佳工艺条 件。正交试验设计水平选择如表 1。 表 1 泥鳅鱼皮黑色素提取的 L9 ( 34 )正交试验因素和水平 水平 因 素 A:盐酸浓度 (mol /L ) B:料液比 ( g Bml) C:水解温度 ( e ) D:水解时间 ( h ) 1 4 1 B20 50 2 2 5 1 B30 60 3 3 6 1 B40 70 4 2. 4 泥鳅鱼皮黑色素提取率的计算 泥鳅鱼皮黑色素提取率 = (泥鳅鱼皮黑色素质量 /粉碎 的泥鳅质量 ) @100% 3 结果与分析 3. 1 单因素试验结果 3. 1. 1 盐酸浓度对泥鳅鱼皮黑色素提取的影响 由图 1可 以看出, 随着盐酸浓度的增大, 泥鳅鱼皮黑色素提取率提高。 当盐酸浓度为 5 mol/L时, 黑色素的提取率达到最大值。而 后盐酸浓度继续增大,黑色素提取率呈现下降趋势, 这可能是 由于盐酸浓度过大导致泥鳅鱼皮黑色素部分分解。因此,最 佳的水解盐酸浓度为 5mol/L。 3. 1. 2 料液比对泥鳅鱼皮黑色素提取的影响 由图 2可以 看出, 泥鳅鱼皮黑色素的提取率随着料液比的升高而增大,当 料液比为 1 B30时, 提取率达到最大;然后随着料液比的增大 而下降。因此,确定最佳料液比为 1 g B25 ml。 3. 1. 3 水解温度对泥鳅鱼皮黑色素提取效果的影响 由图 3可以看出,泥鳅鱼皮黑色素提取率随水解温度的升高而增 大。当温度为 70 e 时,黑色素提取率达到最大;温度继续升 高, 黑色素提取率反而下降,这可能是由于温度过高导致黑色 素结构被破坏。所以确定最佳的水解温度为 70 e 。 3. 1. 4 水解时间对泥鳅鱼皮黑色素提取效果的影响 由图 4可以看出,水解时间对泥鳅黑色素提取率的影响显著。在 3 h以前, 泥鳅鱼皮黑色素提取率随着水解时间的增加而迅 速增大, 当水解时间超过 3 h时, 提取率显著下降,这也可能 是由于水解时间过长导致黑色素分解。因此,确定最佳的水 解时间为 3 h。 3. 2 正交试验结果 4因素 3水平正交试验 L9 ( 34 )结果见表 2。由表 2可 知, 从极差 R值的大小可得出主次因素为:水解时间 (D) >盐 酸浓度 (A ) >料液比 (B) >水解温度 (C);根据试验测定结果 )264) 江苏农业科学 2009年第 5期 表 2 泥鳅鱼皮黑色素提取 L9 ( 34 )正交试验结果 试验号 A:盐酸浓度 B:料 液比 C:水解 温度 D:水解 时间 提取率 (% ) 1 1 1 1 1 0. 512 2 1 2 2 2 0. 174 3 1 3 3 3 0. 666 4 2 1 2 3 0. 805 5 2 2 3 1 2. 230 6 2 3 1 2 0. 666 7 3 1 3 2 0. 065 8 3 2 1 3 1. 309 9 3 3 2 1 1. 593 k1 0. 451 0. 461 0. 829 1. 445 k2 1. 234 1. 238 0. 857 0. 302 k3 0. 989 0. 975 0. 987 0. 927 R 0. 783 0. 777 0. 158 1. 143 得到的最佳提取条件组合为 A2B2C3D1,与极差分析得出的最 佳提取条件组合相符。即盐酸浓度 5mol/L、料液比 1 B30、 水解时间 2 h、水解温度 70 e 。 4 结论 天然黑色素在体内与蛋白质、多糖结合紧密, 不易分离, 所以酸性溶液的水解作用可以去除与黑色素结合的蛋白质、 碳水化合物以及脂类物质 [ 14]。黑色素不溶于酸性溶液, 因 此, 水解可用浓盐酸、浓硫酸、磷酸等, 但试验结果表明, 采用 浓盐酸水解效果优于其他酸 [ 7] , 所以本试验用盐酸进行水 解。天然黑色素的提取依赖于其在碱性溶液中的溶解性以及 在酸性溶液中形成沉淀的性质, 不同来源的黑色素性质有所 不同, 适宜的提取条件也有差异,目前一般采用氨水或氢氧化 钠 [15]水溶液来提取。本试验首先以盐酸水解, 然后以氢氧化 钠提取, 最后以酸沉的方法从泥鳅鱼皮中得到黑色素, 此方法 工艺简单,操作方便, 可操作性强。本试验以提取率作为考察 指标, 研究提取过程中各种因素对提取效果的影响, 所得结论 如下。 ( 1)泥鳅鱼皮黑色素提取的最佳条件为:盐酸为水解 液的料液比 1 B30 (m BV), 盐酸浓度 5 mol/L, 水解温度 70 e ,水解时间为 2 h, 提取率为 2. 23% ; ( 2)影响泥鳅鱼皮 黑色素提取率的因素依次为水解时间 >盐酸浓度 >料液比 > 水解温度。 参考文献: [ 1] Ko lloss N. 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