藜麦甜菜素提取工艺优化及甜菜素酸奶的研制

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甜菜素(Betalains)是一种水溶性天然植物色素,安全无毒,具有良好的着色能力,兼具抗菌、抗氧化、抗疲劳、预防冠心病和预防癌症等生理活性。我国GB2760-2014《食品添加剂使用标准》中规定:甜菜素在各类食品中根据生产需要可适量添加。很长一段时间,甜菜几乎为其唯一来源,随后学者们在石竹目下17个植物科属中发现了甜菜素,其中就包括藜麦(Chenopodium quinoa Willd)。藜麦为苋科藜属的一年生双子叶草本作物,其籽粒营养丰富,其深色植株地上部分的副产物中富含甜菜素。我国藜麦种植面积广,藜麦种子的价值被人们重视,而藜麦秸秆等副产物常常被弃于田间,其价值未充分利用。回收利用藜麦秸秆并提取甜菜素,开发相应产品,利于藜麦附加值提升,促进藜麦产业高效发展。甜菜素结构不稳定,易受温度、p H、光照等环境因素影响,这些因素既增加了甜菜素提取难度,又限制了甜菜素在食品中的应用。针对该问题,本文通过藜麦资源筛选,提取工艺优化,获得了高纯度藜麦甜菜素提取纯化方法,研究了影响甜菜素稳定性的理化因素。将所得甜菜素应用于酸奶发酵,获得了甜菜素酸奶的最佳发酵工艺,探究了甜菜素对酸奶营养品质及货架期的影响。得到的结论如下:1、藜麦甜菜素最佳提取纯化工艺研究:通过资源筛选鉴定,获得了富含甜菜素的藜麦种质—ZL-7,再通过单因素试验,初步探究提取溶剂、p H、温度、料液比和提取时间、摇床转速等因素对藜麦甜菜素提取效果的影响,再通过响应面试验优化最佳的提取工艺:提取溶剂为去离子水,料液比为1:20(g/m L),温度为27℃,提取时间为35 min,摇床转速为150 rpm。通过冷冻干燥得到藜麦甜菜素粉末,再通过乙醇沉淀、纸层析、大孔树脂吸附、HPLC、LC-MS等方法纯化、分析。结果发现乙醇可以将甜菜素以沉淀析出,并溶解出黄颜色成分,藜麦甜菜素得率为9.55±0.12%,平均纯度为87.57±1.60%,藜麦甜菜素液相分析中最佳流动相条件为20%甲醇-磷酸水,纸层析可以将甜菜素分为红色和黄色两条带,大孔树脂吸附可以将甜菜素色价提高5.72±1.13%,LC-MS结果表明:藜麦甜菜素与标准品和甜菜根粉末有一定差异。2、影响藜麦甜菜素的稳定性及抗氧化活性因素探究:通过单因素试验探究光照、温度、p H等对甜菜素的影响,再用试剂盒检测其抗氧化性。结果表明:光照和黑暗条件下甜菜素均会降解,降解程度均在70%左右;p H在3.0-11.0之间,甜菜素较稳定;高温对甜菜素结构影响较大,温度高于30℃时,甜菜素开始降解,在100℃条件下加热30min后,甜菜素含量下降了71.75±0.98%;5‰藜麦甜菜素ABTS·清除率>DPPH·清除率>HO·清除率,分别为88.44±3.31%、22.89±4.37%、7.23±0.045%。3、藜麦甜菜素发酵酸奶工艺探究:首先,筛选得到优质的酸奶奶源—臻浓牛奶,再通过单因素和正交试验探究甜菜素添加量、发酵温度、发酵时间、蔗糖添加量对酸奶发酵效果的影响,结果表明:在对酸奶感官评分影响程度中,蔗糖添加量>发酵时间>甜菜素添加量。最终,发酵条件优化结果:1‰甜菜素、6%蔗糖、40℃发酵10 h。4、藜麦甜菜素对发酵酸奶品质的影响:通过对酸奶品质分析、货架期探究,结果表明:1‰甜菜素酸奶颜色呈均匀的粉红色,口感顺滑,甜味、酸味适中,无异味,藜麦甜菜素显著性提高酸奶抗氧化能力,使ABTS·清除率提高了10.17%,HO·清除率比普通酸奶提高了7.90%,DPPH·清除率高于自制普通酸奶6.86%,甜菜酸奶游离氨基酸含量增加5.56%,其益生菌≥1*10~6cfu/g,有害微生物未检出。甜菜素酸奶在货架期内品质变化情况和市售原味酸奶、普通酸奶无明显区别,在21 d货架期内,酸奶蛋白质和氨基酸含量都会逐渐降低,前7天为甜菜素酸奶较佳的食用期。综上所述,本论文优化了藜麦甜菜素提取工艺,获得了高纯度藜麦甜菜素,有利于藜麦副产物的回收与利用,促进可持续发展。藜麦甜菜酸奶的研制,突破了甜菜素不稳定使其产品开发受限的瓶颈。本文为后续藜麦甜菜素的研究提供参考,为其产品研发提供帮助。
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