本发明涉及天然色素提取技术领域，具体涉及一种从荸荠皮中提取色素的方法。
背景技术：
中国的马蹄产量占世界的95％以上，我国荸荠年总加工量超过100万吨，荸荠果皮约占总荸荠质量的20％，每年产生的荸荠皮废料在20万吨以上，资源量很大。荸荠皮中有丰富的天然黄酮类色素、淀粉、纤维素、多酚、多糖等多种成分。但是荸荠皮历来被当成饲料使用，或直接丢弃，这造成了资源的浪费。所以从荸荠皮中提取天然色素，将废弃资源开发利用，有着重要的意义。天然色素作为食品添加剂，因其具有较高的安全性以及一定营养价值和保健作用而广受人们的关注开发天然色素食用替代合成色素，已成为热点研究课题。荸荠皮色素是一种天然的黄酮色素，存在荸荠果皮与果肉之间，具有良好的抑菌作用和抗氧化活性荸荠是广受欢迎的药食两用果蔬，在我国大部分地区广泛种植，本身是食用作物，其色素更具有安全性。随着荸荠产品的需求增加，废弃荸荠皮更容易获得，开发荸荠皮色素产品成为可能。
现有提取技术中提取的色素较粗，其成分复杂，色阶低、含糖量高，且容易霉变，不利保存，也不能直接应用，其生物活性也因提取技术的自身缺陷而相应降低。因此，亟待寻找到一种真正高效从荸荠皮中提取色素的方法。
技术实现要素：
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有荸荠皮中提取色素的方法的问题，提出了本发明。
因此本发明的目的是改善荸荠皮色素在提取过程中存在的提取率低、能耗大、效果差、耗时长、生物活性低等问题，提供一种提取率高、温和、简便的从荸荠皮中提取天然色素的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种从荸荠皮中提取色素的方法，包括，预处理，将除杂后的荸荠皮，在30～40℃烘干后粉碎；酶解，向荸荠皮中加入磷酸氢二钠缓冲液，再按荸荠皮质量的0.4～2.0％加入复合酶，在50～55℃、700～850rpm的条件下搅拌反应1～3h，离心过滤；萃取，将酶解后的荸荠皮加入体积分数50～70％的乙醇溶液，进行超声微波萃取，得到色素产品。
作为本发明所述从荸荠皮中提取色素的方法的一种优选方案，其中：所述加入体积分数50～70％的乙醇溶液，其添加量为按酶解后的荸荠皮质量的10～30倍。
作为本发明所述从荸荠皮中提取色素的方法的一种优选方案，其中：所述进行超声微波萃取，其中，超声波固定频率为45～50KHz，功率为45～50W。
作为本发明所述从荸荠皮中提取色素的方法的一种优选方案，其中：所述进行超声微波萃取，其中，微波功率为100W～300W，萃取时间为30～300s。
作为本发明所述从荸荠皮中提取色素的方法的一种优选方案，其中：所述复合酶包括纤维素酶和果胶酶，其中，纤维素酶和果胶酶质量比为3：1～1：3。
作为本发明所述从荸荠皮中提取色素的方法的一种优选方案，其中：所述离心，其是在7000～8000rpm下离心15～25min。
作为本发明所述从荸荠皮中提取色素的方法的一种优选方案，其中：所述磷酸氢二钠缓冲液的pH为4.0～6.0，其添加量为荸荠皮质量的14～16倍。
作为本发明所述从荸荠皮中提取色素的方法的一种优选方案，其中：所述粉碎，其是将烘干后的荸荠皮粉碎，过30～50目筛。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的提取方法，黄酮得率高，同时仍能最大程度保持原有生物活性。
(2)提取的黄酮色素稳定性好，色素品质高。
(3)此方法具有温和、高效、简便、耗能低等特点，应用于天然色素的提取领域，有更大的优势，具有广阔的发展前景。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
将荸荠皮洗净，除去表面灰尘杂质，剔除腐烂部分，在30℃烘箱中干燥至恒重，粉碎，过40目筛。称取2g的荸荠皮，向其中加入适量料液比为1：15的磷酸二氢钠缓冲液，加入荸荠皮干粉总质量1.2％的纤维素酶和果胶酶的复合酶进行酶解，其中纤维素酶和果胶酶的比例为1：2，在55℃、750rpm的条件下搅拌反应2h，在7000rpm下离心25min，过滤。取酶解之后的荸荠皮渣，向其中加入体积分数为70％乙醇溶液，按照荸荠皮干粉固液质量比1：20加入。进行超声微波协同萃取，其中萃取条件为，超声波固定频率40KHz，功率50W，微波功率250W，萃取时间为90s。离心，滤出提取液，反复提取2次。合并所有滤液，测得提取的总黄酮得率为1.507％。
实施例2
将荸荠皮洗净，除去表面灰尘杂质，剔除腐烂部分，在30℃烘箱中干燥至恒重，粉碎，过40目筛。称取2g的荸荠皮，向其中加入适量料液比为1：15的磷酸二氢钠缓冲液，加入荸荠皮干粉总质量1.2％的纤维素酶和果胶酶的复合酶进行酶解，其中纤维素酶和果胶酶的比例为1：2，在50～55℃、700～850rpm的条件下搅拌反应1～3h，在7000～8000rpm下离心15～25min，过滤。取酶解之后的荸荠皮渣，向其中加入体积分数为70％乙醇溶液，按照荸荠皮干粉固液质量比1：20加入。进行超声微波协同萃取，其中萃取条件为，超声波固定频率40KHz，功率50W，微波功率150W，萃取时间为90s。离心，滤出提取液，反复提取2次。合并所有滤液，测得提取的总黄酮得率为1.497％。
实施例3
将荸荠皮洗净，除去表面灰尘杂质，剔除腐烂部分，在30℃烘箱中干燥至恒重，粉碎，过40目筛。称取2g的荸荠皮，向其中加入适量料液比为1：15的磷酸二氢钠缓冲液，加入荸荠皮干粉总质量1.2％的纤维素酶和果胶酶的复合酶进行酶解，其中纤维素酶和果胶酶的比例为1：1，在50℃、850pm的条件下搅拌反应2h，在8000rpm下离心15min，过滤。取酶解之后的荸荠皮渣，向其中加入体积分数为70％乙醇溶液，按照荸荠皮干粉固液质量比1：20加入。进行超声微波协同萃取，其中萃取条件为，超声波固定频率40KHz，功率50W，微波功率250W，萃取时间为90s。离心，滤出提取液，反复提取2次。合并所有滤液，测得提取的总黄酮得率为1.517％。
实施例4
将荸荠皮洗净，除去表面灰尘杂质，剔除腐烂部分，在30℃烘箱中干燥至恒重，粉碎，过40目筛。称取2g的荸荠皮，向其中加入适量料液比为1：15的磷酸二氢钠缓冲液，加入荸荠皮干粉总质量1.2％的纤维素酶和果胶酶的复合酶进行酶解，其中纤维素酶和果胶酶的比例为1：2，在50℃、800rpm的条件下搅拌反应2h，在7500rpm下离心20min，过滤。取酶解之后的荸荠皮渣，向其中加入体积分数为50％乙醇溶液，按照荸荠皮干粉固液质量比1：20加入。进行超声微波协同萃取，其中萃取条件为，超声波固定频率45KHz，功率45W，微波功率200W，萃取时间为120s。离心，滤出提取液，反复提取2次。合并所有滤液，测得提取的总黄酮得率为1.533％。
实施例5
将荸荠皮洗净，除去表面灰尘杂质，剔除腐烂部分，在30℃烘箱中干燥至恒重，粉碎，过40目筛。称取2g的荸荠皮，向其中加入适量料液比为1：15的磷酸二氢钠缓冲液，加入荸荠皮干粉总质量0.8％的纤维素酶和果胶酶的复合酶进行酶解，其中纤维素酶和果胶酶的比例为1：2，在50℃、700rpm的条件下搅拌反应3h，在7000rpm下离心25min，过滤。取酶解之后的荸荠皮渣，向其中加入体积分数为70％乙醇溶液，按照荸荠皮干粉固液质量比1：20加入。进行超声微波协同萃取，其中萃取条件为，超声波固定频率40KHz，功率50W，微波功率250W，萃取时间为90s。离心，滤出提取液，反复提取2次。合并所有滤液，测得提取的总黄酮得率为1.512％。
实施例6
将荸荠皮洗净，除去表面灰尘杂质，剔除腐烂部分，在30℃烘箱中干燥至恒重，粉碎，过40目筛。称取2g的荸荠皮，向其中加入适量料液比为1：15的磷酸二氢钠缓冲液，加入荸荠皮干粉总质量1.2％的纤维素酶和果胶酶的复合酶进行酶解，其中纤维素酶和果胶酶的比例为1：2，在55℃、850pm的条件下搅拌反应1～3h，在7000rpm下离心25min，过滤。取酶解之后的荸荠皮渣，向其中加入体积分数为70％乙醇溶液，按照荸荠皮干粉固液质量比1：20加入。进行超声微波协同萃取，其中萃取条件为，超声波固定频率40KHz，功率50W，微波功率250W，萃取时间为90s。离心，滤出提取液，反复提取2次。合并所有滤液，测得提取的总黄酮得率为1.540％。
对比实施例
(1)溶剂萃取法：将荸荠皮洗净，除去表面灰尘杂质，剔除腐烂部分，在30℃烘箱中干燥至恒重，粉碎，过40目筛。称取2g的荸荠皮，向其中加入体积分数为70％乙醇溶液，按照荸荠皮干粉固液质量比1：20加入，在室温下搅拌提取60min，离心，过滤，提取2次。测得提取的总黄酮得率为1.236％。
(2)超声萃取法：将荸荠皮洗净，除去表面灰尘杂质，剔除腐烂部分，在30℃烘箱中干燥至恒重，粉碎，过40目筛。称取2g的荸荠皮，向其中加入体积分数为50％乙醇溶液，按照荸荠皮干粉固液质量比1：10加入，放入超声清洗仪中进行超声提取，提取条件为超声功率20KHz、80W，提取40min，离心，过滤，提取2次。测得提取的总黄酮得率为1.281％。
(3)微波萃取法：将荸荠皮洗净，除去表面灰尘杂质，剔除腐烂部分，在30℃烘箱中干燥至恒重，粉碎，过40目筛。称取2g的荸荠皮，向其中加入体积分数为80％乙醇溶液，按照荸荠皮干粉固液质量比1：10加入，放入微波炉中进行提取，提取条件为微波功率350W，提取时间为5min。离心，过滤，提取2次。测得提取的总黄酮得率为1.380％。
本发明中的荸荠皮色素提取液中总黄酮含量的测定按以下方法进行：准确称取的芦丁标品20mg，用无水乙醇溶解，并全部转入100ml容量瓶中，用去离子水定容，混匀，得质量浓度为0.2mg/ml的芦丁标准液。分别取上述芦丁标准溶液0.0ml、2.0ml、4.0ml、6.0ml、8.0ml、10.0ml于50mL容量瓶中，加5％亚硝酸钠1.0ml，混匀，放置5min，然后加入10％九水硝酸铝1.0ml，混匀，放置5min，然后加入0.4％氢氧化钠10.0mL，混匀，用去离子水稀释至刻度，20min后于紫外分光光度计λ＝510nm处测定其吸光度A，以试剂空白参比。用最小二乘法做线性回归，测得黄酮浓度CX(mg/ml)与吸光度A的回归方程：CX＝2.8972A+0.0077，R2＝0.9993。取荸荠皮色素提取液1ml，按照上述方法测定提取液中黄酮的浓度C(mg/ml)。
黄酮得率(％)＝[(C×V)/M]×100％
其中C：提取液中黄酮的浓度(mg/ml)；V：提取液最后定容的体积(ml)；M：荸荠皮干粉的质量(g)
具体如下表所示：该表反应了不同提取方法下的荸荠皮色素的黄酮得率。
稳定性评价：
1、温度
将对比例1～3，实施例1～6提取的荸荠皮色素溶于体积分数60％乙醇配成浓度为0.1mg/mL的溶液。分别取该溶液5mL，在不同温度下加热1h，冷却至室温后，在可见光范围扫描溶液的吸光度。评价色素在不同温度下的稳定性。
9组色素在20～100℃水浴1h后，在可见光范围扫描，没见异常吸收峰。温度对色素稳定性影响的结果也表明，该色素的中性溶液有较好的热稳定性能。在常见的食品加工过程中，高温处理并不常见，故荸荠皮可作为食品添加剂，用于食品的着色。
2、pH
将对比例1～3，实施例1～6提取的荸荠皮色素溶于体积分数60％乙醇配成浓度为0.1mg/mL的溶液。分别取该溶液5mL，加入不同浓度的HCl或NaOH溶液，并定容为10mL，使得溶液的pH值分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12和13。室温下振荡1h后，在可见光范围扫描溶液的吸光度。评价色素在不同pH值下的稳定性。
荸荠皮色素为黄酮色素，含多种酚羟基，在碱性溶液中会失去质子，易形成更大范围的电子共轭以降低体系的能力，故在碱性溶液的吸光度增加，而在酸性条件下有相反的效果。目测的结果发现，随酸性的增强，荸荠皮色素溶液的颜色由黄色变为浅黄色，变化不大；而随碱性增强，色素的颜色由黄色变为棕色，颜色变化幅度大，长时间放置后发生褐变，失去光泽。色素在酸性溶液中的吸光度减少，但变化不大；而在强碱溶液中色素的吸光度大幅度增加，且当溶液pH值＞10后，色素在黄色光的吸收区外也有较大的吸光度，使得其溶液颜色加深，变为红棕色，极不稳定。综合目测和扫描结果可知，色素在偏中性溶液(pH＝5～9)中稳定，在强酸和强碱性溶液中不稳定，但实施例1～6提取的色素相对变化较小。该类色素在常见的食品加工过程中使用时，应避免形成强酸或强碱溶液，以免破坏色素的结构。
3、常用添加剂的影响
荸荠皮色素溶于体积分数60％乙醇配成浓度为0.1mg/mL的溶液。分别取该溶液5mL，加入相同体积的10g/L和1g/L的常用食品添加剂溶液(蔗糖、葡萄糖、Vc、NaCl、柠檬酸、柠檬酸钠、苯甲酸钠、NaSO3、NaHCO3)，摇匀。室温振荡1h后，在可见光范围扫描溶液的吸光度。评价色素在常用添加剂溶液中的稳定性。
荸荠色素溶液中加入常用的食品添加剂，在可见光范围内扫描，没见异常吸附峰。糖类、中性和弱碱性的添加剂对色素的稳定性影响不大，碱性较强的有机酸和无机酸都对色素的稳定性有影响，但实施例1～6提取的色素相对变化较小。由于弱碱性添加剂会使溶液形成缓冲系统，使溶液pH值在小范围内变化，并不影响色素的稳定性，结果与溶液的pH影响一致。因此，在荸荠皮色素溶液加工过程中应避免形成强酸或强碱环境。
抗氧化活性：
1、还原能力
硫氰化钾还原法用于测定抗氧化剂的总还原能力。K3Fe(CN)6络合物中的Fe3+经抗氧化剂还原，转化为Fe2+的形式，形成布鲁士兰，在700nm有最大吸收。本发明实施例1～6提取的色素相比于对比实施例1～3的还原能力有较大的提高，其中最优实施例4效果极为突出，具有很强的抗氧化还原能力。
2、ABTS+·阳离子自由基清除活性
ABTS+·阳离子自由基在溶液中与抗氧化剂反应迅速，适用于pH值范围大的溶液中，且ABTS+·活性测试发生在多种介质中，可测定水溶性、脂溶性的提取物、天然纯化合物和合成的抗氧化剂。本发明实施例1～6提取的色素相比于对比实施例1～3的清除ABTS+·的能力有了很大提高，其中最优实施例4效果极为突出，提高了将近3倍，且大于Trolox和芦丁的清除能力，具有较强的ABTS+·自由基清除活性。
3、DPPH·清除活性
DPPH离子在溶液中稳定，反应快速，是通过测定溶液中吸光度的减少来获得抗氧化剂的清除活性，经常用于测定经典抗氧化剂的清除自由基活性。本发明实施例1～6提取的色素相比于对比实施例1～3的清除DPPH·的能力有了很大提高，其中最优实施例4效果极为突出，且清除DPPH·的能力大于芦丁的，比Trolox的小，具有较强的DPPH·自由基清除活性。
抗氧化活性实验结果
由此可见，目前荸荠皮色素存在着提取率低，能耗大，提取效果差，在提取过程中目标物质易被破坏，回收困难等问题，本发明通过从预处理、酶解、到萃取的优选优化，考虑到整个处理过程对黄酮品质破坏的影响因素，在提高得率同时能够兼顾黄酮本身品质与活性。其中，本发明提供的提取方法，以实施例6为例，相比于对比实施例1～3，总黄酮得率分别提高了24.60％、11.60％、20.22％，同时生物活性相比为对比实施例1～3，也有极为突出的表现。综上所述此方法具有温和、简便、耗能低等特点。并且，本发明是一种绿色高效、便于工业化推广、简单可行的提取方法，具有广阔的发展前景。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。