高频电磁场瓷下柚皮中天然食用色素的浸取
李巧玲 李琳 牟德华 李艳 康明丽
| 目录 |
| 0 前言 |
| 1 材料和方法 |
| 2 结果与讨论 |
| 3 结论 |
摘要： 以柚皮为原料，以水为介质，在微波条件下直接从柚皮中提取天然色素。微波浸取与传统方法相比，具有提取率高、节省时间、能源消耗小、安全无污染等特点。扫描电子纤维技术分析证明，微波固液浸取的机理与传统加热浸取的机理是不同的。
关键词： 高频电磁场；天然食用色素；浸取；机理
中图分类号 ： TS202.3 文献标识码： A 文献编号： 1005-9989 （ 2004 ） 09-0059-03
0 前言
随着人们崇尚天然、安全第一的心理要求和科学技术的发展，天然色素的发展相当迅速。但是提取天然色素最常用的方法是溶剂提取法（即浸取法），传统的浸取方法存在着浸取时间长、劳动强度大、原料预处理能耗大、热敏性组分易破坏等缺点。微波作为近年来发展的一门新技术，它具有选择性作用、加热速度快、控制方便、受热体系温度均云、节约能量等优点，一些科研工作者把微波用在浸取方面，发现它能强化浸取过程，降低生产时间，能源、
溶剂的消耗以及废物的产生，同时可以提高产率和提取物的纯度，降低了操作费用又合乎环境保护的要求，是一种有良好发展前途的新工艺。本研究就是借助微波的这些优点，把它应用在柚皮的处理方面以提取其中的天然成分——色素，并对微波 强化浸取和传统加热浸取进行了比较，同时对提取色素的柚皮细胞结构进行了分析。
1 材料和方法
1.1 材料和仪器
柚皮，新鲜沙田柚，柚皮呈黄绿色，有芳香味。将柚皮洗净，取外表皮约 1mm 厚，用食品加工切片机处理一定的时间，称重，备用。
S — 510 型扫描电子显微镜， HHS2 型电热恒温水浴锅， LD4 — 2 型低速离心机，电子天平， 722 型分光光度计，食品加工切片机， RE52 型旋转蒸发仪， WP — 750 型格兰仕微波炉，温度指示控制仪，真空干燥箱，电子继电器，旋片式真空泵等。
1.2 微波炉的改装及实验装置
本实验是在改装过的普通家用微波炉内进行的，实验装置如图 1 所示：
在实验中为了防止一些热敏物质的破坏，用温度指示控制仪控制反应液的温度；同时为了防止微波泄露对实验人员的伤害，在微波炉与冷凝管，搅拌棒及温度指示控制仪的热电偶的接口处包有一层铜箔，并在整个装置外安装了由铝板组成的保护装置。
1.3 实验方法
1.3.1 实验条件的确定 首先测定微波辐射下，提取体系的温度响应规律，在此基础上控制一定的微波辐射参数，以达到控制微波恒温浸取的目的。然后取质量相同打碎后的柚皮，加入相同的水量，其中一份用温度可控的微波辐射浸取一定时间后，迅速取几毫升液体，用双层滤纸过滤、稀释，在 410mm 的波长下测量溶液 OD 值，另一份放入温度与微波辐射温度相同的恒温水浴锅中，待浸取一定时间后，用同样方法测定提取液的 OD 值。
1.3.2 柚皮的扫描电子显微技术分析 分别取经过恒温加热浸取和微波处理后的柚皮，经过真空低温干燥，冷却后抽真空，然后喷金，在 S — 510 扫描电子显微镜下，以 2.5kHz 频率进行电子扫描观察，并拍照。
2 结果与讨论
2.1 微波辐射下蒸馏水、柚皮—水及柚皮的温度响应规律
选择恒定的微波辐射功率（ 495W ），分别以蒸馏水（ 300g ）、柚皮—水（ 100g 柚皮 +200g 水）、柚皮（ 300g ） 3 个物系作为研究对象，放入 500mL 的烧瓶中，测定 3 种物系的温度随时间的变化情况（图 2 ）。
从图 2 可以看到，在一定的微波辐射功率下，蒸馏水、柚皮—水、柚皮的升温趋势基本一致，都随时间的增加而热性升高，用一元线性方程进行仿真有很好的相关性。 3 个物系的温升都比较快，其中柚皮的温升最快，其次为柚皮—水，蒸馏水稍慢，它们的温升速率分别是 12.811 0 C/min 、 9.197 0 C/min 、 7.667 0 C/min 。
2.2 微波加热浸取与常规加热浸取的比较
在恒定温度（ 70 0 C ）下，分别采用微波新技术及传统加热技术来浸取 100.0g 柚皮和 200.0g
水组成的物系中的天然色素。浸取开始后，测定不同浸取时间的天然色素溶液的 OD 值，如图 3 和图 4 所示。
图 3 和图 4 的结果表明，对于实验所选择的物系来讲 , 利用微波浸取可以使固液浸取过程得到明显的强化 , 它的浸取效率要比传统方法的浸取效率高得多。当采用微波技术强化浸取过程时，仅需４ min 便可以使整个浸取过程达到平衡，其 OD 值为 0.632 ；而传统方法则需要 120min 左右才能达到浸取柚皮色素的最大量（其 OD 值为 0.570 ），几乎为微波浸取时间的 30 倍。
2.3 微波加热浸取机理的初步探讨
图 5 、图 6 和图 7 分别是未处理的样品、传统加热法浸取和微波强化浸取后的柚皮扫描电子显微镜照片。
未经浸取的干柚皮组织结构比较平整和紧凑，细鲍内原生物质较多，细胞呈舒展形状，表面由于脱水干燥而成“蜂窝状”，细胞之间间隙较小，数量要少（如图 5 ）。经传统加热浸取 300min 后，细胞变扁平，原生物质减少，细胞之间空隙变大，数量变多（如图 6 ）。图 7 是用功率 495W 的微波处理 10min ，放大 500 倍的扫描电镜照片。由照片可以看出，微波处理后的柚皮，其表面组织变得更为松散，细胞内原生物质已经很少，收缩成为层状，细胞间的间隙数量更多。
比较图 6 和 7 可以看出，微波浸取与传统加热浸取的机理是不同的。造成这种现象的原因可能是，一方面，传统加热浸取是借助于热力作用使细胞原生质变性，发生质壁分离，水溶剂渗入细胞壁和细胞质中，溶解液泡中的色素，使其穿过胞壁扩散到外部溶剂。另一方面，细胞内或细胞间的物质渗出主要靠扩散作用，比微波强化下的渗出要少。而在微波作用下，柚皮内的一些极性物质（包括水在内），在微波的交变电磁场作用下引起强烈的极性震荡，可导致电容性细胞膜结构电击穿破裂，或者细胞分子间氢键松弛等破坏，使得组成生物体的最基本单元细胞的生命化学活动过程中所必须具备的物质、能量、信息交换的正常条件和环境遭到严重破坏，这样有利于物质的迅速浸出和扩散。所以，与传统加热浸取相比，由于组织中细胞内或细胞间物质浸出较多，其层状结构要明显，细胞间的间隙数量更多。
3 结论
3.1 在一定功率的微波作用下，蒸馏水、柚皮—水、柚皮的升温趋势基本一致，都随时间的增加而线性升高，其中柚皮的温升最快，其次为柚皮—水、蒸馏稍慢。
3.2 在微波辐射下，从柚皮中提取天然色素的浸取效率大约是传统加热方法的 30 倍，并且天然色素的纯度较高，能源消耗少，有利于工业化生产。
3.3 扫描电子显微技术的结果显示，微波浸取与传统加热浸取的机理是不同的，这可能是造成微波浸取比传统加热浸取速度快、效率高的主要原因。
