本發(fā)明屬于農(nóng)產(chǎn)品深加工和固體廢物資源化回收領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波-微波協(xié)同提取橘皮色素的方法。

背景技術(shù)：

隨著生活質(zhì)量的提高，合成色素對人體健康的危害愈來愈引起人們的注意。而天然色素不僅安全無毒害，而且具有一定的營養(yǎng)和保健作用，因此應(yīng)用天然色素替代合成色素是目前食品、飲料、化妝品等行業(yè)的發(fā)展趨勢。橘皮色素是一類應(yīng)用廣泛的天然色素，主要存在于橘子、柑、柚、甜橙、酸橙、金橘、梔子等植物的果皮中，利用食品飲料行業(yè)的加工廢料來提取橘皮色素，不但提高了經(jīng)濟(jì)效益，還可以解決環(huán)境問題，因此研究利用提取橘皮色素工藝極具現(xiàn)實(shí)意義。

橘皮色素常見的提取方法為有機(jī)溶劑提取法、堿提取法、微波提取法、超臨界流體萃取法以及超聲波法等。其中有機(jī)溶劑浸提法在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，其提高提取率的關(guān)鍵是選擇適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑作萃取劑，但一般有機(jī)溶劑消耗量大，相比其他提取方法成本高，有逐漸淘汰的趨勢；堿提取法可用于提取橘皮色素中的水溶性色素，較為經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，收率也較高，但由于堿提取法加工過程需消耗大量的堿液且廢液較難回收，因此，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，堿提取法的使用受到限制。微波提取法具有加熱速度快、控制方便、受熱體系溫度均勻等優(yōu)點(diǎn)，因而用于橘皮色素提取具有較大的優(yōu)勢，可提高橘皮色素的提取率，但微波提取法存在溫升問題，如果操作不當(dāng)，會造成橘皮色素的破壞，直接影響產(chǎn)品的提取率，所以微波提取法對操作特別是對溫度的控制要求嚴(yán)格；超臨界流體萃取法無溶劑殘留、無污染，可避免色素在高溫下變性，保護(hù)色素的活性，但設(shè)備昂貴，操作繁雜，對原料的水分、粉碎程度等有一定的工藝要求，限制了其廣泛應(yīng)用。超聲波提取橘皮色素，超聲波可直接作用于分子，使分子的熱運(yùn)動加劇，快速破壞細(xì)胞壁，細(xì)胞成分易于溶出，且提取過程無需加熱，且超聲過程時(shí)間較短，在有限的時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)也不致于使體系溫度明顯升高，安全性高且操作簡單易行，同時(shí)具有萃取效率高、處理能力大、操作周期短等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種提取率高、成本低、食品安全性好的超聲波-微波協(xié)同提取橘皮色素的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種超聲波-微波協(xié)同提取橘皮色素的方法，該方法以柑橘皮渣為原料，先將其與提取劑混合，再依次用超聲波和微波輔助浸提來制取浸提液，最后將浸提液濃縮、烘干得到橘皮色素。

具體包括以下步驟：

1）材料預(yù)處理：先將柑橘皮渣于60℃下烘干至含水率低于15%，再粉碎并過20-50目篩，取篩下物，得到柑橘皮粉末。

2）超聲波提?。合虿襟E1）得到的柑橘皮粉末中加入提取劑并混合均勻，得到混合液；再將該混合液于60℃下，用超聲波輔助浸提20-25min。

3）微波輔助浸提：將經(jīng)步驟2）處理過的混合液置于功率為150-250w的微波中3-5min，進(jìn)行微波輔助浸提，得到浸提液。

4）浸提液濃縮：將步驟3）得到的浸提液進(jìn)行真空抽濾，再將抽濾得到的濾液在60℃下進(jìn)行減壓濃縮，以將浸提液中的提取劑的有效成分蒸餾出來，以備回收使用。

當(dāng)濾液的體積濃縮至原體積的10~15%時(shí)，停止?jié)饪s，并冷卻至室溫，得到濃縮液；

5）濃縮液干燥：將步驟4）得到的濃縮液于55-60℃的真空干燥箱中干燥0.5-1h，以去除乙醇和水分，得到紅黑色粉末即橘皮色素。

其中：步驟1）中的烘干時(shí)間為3~4h，柑橘皮粉末的含水率小于13%。

步驟2）中所選述的提取劑是體積濃度為55~70%的乙醇水溶液。

步驟2）中所述橘皮粉末與提取劑的質(zhì)量體積比為1:9~11g/mL。

步驟2）中所述超聲波的頻率為40~47.6kHz、功率為200-300w。

本發(fā)明對料液比、乙醇濃度、超聲波頻率及功率、超聲波時(shí)間、微波功率、微波時(shí)間、提取溫度這些影響橘皮色素提取的因素進(jìn)行優(yōu)化，從而提高橘皮色素的提取率，促進(jìn)了食品安全，提高天然色素資源利用率。利用超聲波-微波協(xié)同方法提取柑橘皮中的色素，安全性高且操作簡單易行，同時(shí)具有萃取效率高、處理能力強(qiáng)、操作周期短等優(yōu)點(diǎn)，使廢棄橘皮得到更充分的綜合利用。

本發(fā)明兼?zhèn)涑暡ê臀⒉ㄝo助兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，首先進(jìn)行超聲波輔助浸提，利用超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動、很高的加速度、強(qiáng)烈的空化效應(yīng)、攪拌等特殊作用來破壞橘皮細(xì)胞，打破細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)成分在超聲作用下直接和植物體接觸，加速了溶劑和植物體有效成分的相互滲透和溶解。與此同時(shí)，超聲波的振動作用強(qiáng)化了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散和溶解。并使細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)成分快速的轉(zhuǎn)入溶劑，使細(xì)胞內(nèi)外出現(xiàn)濃度差，促使化學(xué)成分由高濃度的細(xì)胞內(nèi)向低濃度的溶液中擴(kuò)散，大大的加速了提取的過程。而且超聲能夠顯著減弱液體的表面張力和摩擦力，破壞液-固界面的附面層，從而加速了細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴(kuò)散和溶解。在進(jìn)行超聲波輔助浸提后進(jìn)行微波輔助浸提，由于上述的超聲波處理已經(jīng)對橘皮細(xì)胞進(jìn)行一定程度的破壞，打破了細(xì)胞壁，減弱液體的表面張力和摩擦力，破壞液-固界面的附面層，加上微波場中由于物質(zhì)吸收微波能力的差異，使萃取體系中的某些區(qū)域或某些組分被選擇性加熱，并且微波產(chǎn)生的電磁場加速了色素向溶劑界面的擴(kuò)散速度，使提取時(shí)間大大縮短。同時(shí)由于超聲波和微波的協(xié)同作用，處理時(shí)間大大縮短，還能夠降低提取的溫度，從而保證了色素的穩(wěn)定、提高了提取的質(zhì)量。最后注意若轉(zhuǎn)變處理順序?yàn)橄任⒉ㄌ幚砗筮M(jìn)行超聲波輔助浸提則不能充分發(fā)揮二者優(yōu)點(diǎn)，大大降低提取效率和能源利用率。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明首次利用超聲波-微波協(xié)同方法提取柑橘皮中的色素，作為色素提取的一種新技術(shù)，超聲波-微波協(xié)同提取具有廣闊的前景。

2、本發(fā)明采用的超聲波-微波協(xié)同方法具有萃取效率高、處理能力強(qiáng)、操作周期短，溶劑用量少，有利于回收，減輕環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。

3、本發(fā)明采用的超聲波-微波協(xié)同方法安全性高且操作簡單易行，適合大范圍推廣應(yīng)用，使廢棄橘皮得到更充分的綜合利用。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例一：

采用以下超聲波-微波協(xié)同的方法提取橘皮色素，具體步驟如下：

1）預(yù)處理：提供柑橘，清洗除雜，取皮，60℃烘干3h（使含水率低于15%），粉碎過30目篩，取篩下物，得到柑橘皮粉末；

2）超聲波輔助浸提：取橘皮粉末與體積濃度為55%的乙醇水溶液按照1g橘皮粉/9ml乙醇水溶液的比例混合，在60℃的溫度下超聲波提取21min，超聲波頻率為40kHz、功率為200w；

3）微波輔助浸提：設(shè)定微波功率200w，微波浸提4min，得到浸提液。

4）浸提液濃縮： 將步驟3）得到的浸提液進(jìn)行真空抽濾，再將抽濾得到的濾液在60℃下（以防色素被高溫破壞）進(jìn)行減壓濃縮，以將浸提液中的乙醇蒸餾出來，以備回收使用；當(dāng)浸提液的體積濃縮至原體積的10~15%時(shí)，停止?jié)饪s，并冷卻至室溫，得到濃縮液。

5）濃縮液干燥：將深紅色的濃縮液移至真空干燥箱內(nèi)，在溫度60℃下進(jìn)行真空干燥1h去除殘留乙醇和水分，得到的紅黑色粉末即為橘皮色素。

在此條件下20g干橘皮粉可以制得色素4.862g，即產(chǎn)率為24.3%。

實(shí)施例二：

采用以下超聲波-微波協(xié)同的方法提取橘皮色素，具體步驟如下：

1）預(yù)處理：提供柑橘，清洗除雜，取皮，60℃烘干3.5h（使含水率低于15%），粉碎過40目篩，取篩下物，得到柑橘皮粉末；

2）超聲波輔助浸提：取粉碎的橘皮粉末與體積濃度為60%的乙醇水溶液按照1g橘皮粉/10ml乙醇水溶液的液料比混合，在60℃的溫度下超聲波提取23min，超聲波頻率為45kHz、功率為250w；

3）微波輔助浸提：設(shè)定微波功率200w，微波浸提5min，得到浸提液。

4）浸提液濃縮：將步驟3）得到的浸提液進(jìn)行真空抽濾，再將抽濾得到的濾液在60℃下（以防色素被高溫破壞）進(jìn)行減壓濃縮，以將浸提液中的乙醇蒸餾出來，以備回收使用；當(dāng)浸提液的體積濃縮至原體積的10~15%時(shí)，停止?jié)饪s，并冷卻至室溫，得到濃縮液。

5）濃縮液干燥：將深紅色的濃縮液移至真空干燥箱內(nèi)，在溫度58℃下進(jìn)行真空干燥1h去除殘留乙醇和水分，得到的紅黑色粉末即為橘皮色素。

在此條件下20g干橘皮粉可以制得色素5.1g，即產(chǎn)率為25.5%。

實(shí)施例三

采用以下超聲波-微波協(xié)同的方法提取橘皮色素，具體步驟如下：

1）預(yù)處理：提供柑橘，清洗除雜，取皮，60℃烘干4h（使含水率低于13%），粉碎過50目篩，取篩下物，得到柑橘皮粉末；

2）超聲波輔助浸提：取粉碎的橘皮粉末與體積濃度為65%的乙醇水溶液按照1g橘皮粉/11ml乙醇水溶液的液料比混合，在60℃的溫度下超聲波提取25min，超聲波頻率為47.6kHz、功率為300w；

3）微波輔助浸提：設(shè)定微波功率250w，微波浸提5min，得到浸提液。

4）浸提液濃縮：將步驟3）得到的浸提液進(jìn)行真空抽濾，再將抽濾得到的濾液在60℃下（以防色素被高溫破壞）進(jìn)行減壓濃縮，以將浸提液中的乙醇蒸餾出來，以備回收使用；當(dāng)浸提液的體積濃縮至原體積的10~15%時(shí)，停止?jié)饪s，并冷卻至室溫，得到濃縮液。

5）濃縮液干燥：將深紅色的濃縮液移至真空干燥箱內(nèi)，在溫度60℃下進(jìn)行真空干燥1h去除殘留乙醇和水分，得到的紅黑色粉末即為橘皮色素。

在此條件下，20g干橘皮粉可以制得色素5.317g，即產(chǎn)率為26.6%。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。