石榴葉葉綠素鋅鈉的制備及其穩(wěn)定性研究

丁 林, 張艷橋

(1.沈陽化工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院,遼寧沈陽 110142; 2.沈陽市環(huán)境保護局,遼寧沈陽 110014)

石榴葉葉綠素鋅鈉的制備及其穩(wěn)定性研究

丁 林1, 張艷橋2

(1.沈陽化工大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院,遼寧沈陽 110142; 2.沈陽市環(huán)境保護局,遼寧沈陽 110014)

以石榴葉粉為原料,利用有機溶劑提取葉綠素,經(jīng)皂化、鋅代及成鹽反應(yīng)制備葉綠素鋅鈉.通過正交和單因素實驗確定最佳工藝條件,并對葉綠素鋅鈉的穩(wěn)定性進行研究.結(jié)果表明最佳葉綠素提取條件為:提取劑 80%(體積分數(shù))乙醇,料液比 1∶12,提取溫度 60℃,提取時間 8 h;最佳鋅代反應(yīng)條件為:m(石榴葉粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25,鋅代反應(yīng)溫度 60℃,時間 2 h,收率達 2.74%.葉綠素鋅鈉鹽水溶性好.耐熱性、pH值為 3.0～12.8時的耐光性、抗氧化性、抗還原性均較好.常見的食品添加劑對葉綠素鋅鈉鹽的穩(wěn)定性影響不大.

石榴葉; 葉綠素鋅鈉鹽; 制備; 穩(wěn)定性

人們在制作食品時常使用一種食品添加劑——食用色素.目前使用的食用色素有天然食用色素和合成食用色素 2大類.合成食用色素是指用化學(xué)合成方法所制造的有機色素,食用過量會危害消費者的健康.天然食用色素一般從動植物中提取,無毒副作用,安全可靠,且有一定的營養(yǎng)和藥理作用.葉綠素是廣泛存在于植物的葉和莖中的綠色天然色素,游離的葉綠素很不穩(wěn)定,且不溶于水,對光、熱敏感,易氧化裂解而褪色,故作食品添加劑有局限性.若將葉綠素改造為葉綠素鋅鈉鹽,既增強穩(wěn)定性,又改善水溶性[1-3].

石榴葉為石榴科植物石榴(Punica granatum-L)的葉,具收斂止瀉、解毒殺蟲之功效,主治泄瀉、痘風瘡、癩瘡、跌打損傷[4].本文以石榴葉為原料制備葉綠素鋅鈉鹽,用正交實驗探討石榴葉葉綠素的最佳提取條件,用單因素實驗探討最佳鋅代反應(yīng)條件,并對產(chǎn)品色素進行穩(wěn)定性研究,旨在為開發(fā)新的天然色素資源提供科學(xué)依據(jù).

1 實驗部分

1.1 原料、試劑和儀器

原料:石榴葉 (自備).

試劑:石油醚,氫氧化鈉,無水乙醇,七水合硫酸鋅,丙酮和鹽酸,均為分析純.

儀器:PHS-3C型 pH計,電熱鼓風干燥箱,數(shù)顯恒溫水浴鍋,722型分光光度計.

1.2 實驗原理[5]

皂化反應(yīng):

酸化反應(yīng):

鋅代反應(yīng):

成鹽反應(yīng):

1.3 實驗方法[5-6]

1.3.1 實驗工藝流程

石榴葉粉→預(yù)處理→浸提 (乙醇)→抽濾棄渣→皂化 (NaOH)→減壓回收乙醇→萃取 (石油醚)→酸化(鹽酸)→鋅代→溶解 (丙酮)→成鹽(NaOH)→抽濾干燥→葉綠素鋅鈉成品.

1.3.2 實驗工藝過程

新鮮石榴樹葉擇洗、陰干,置 40～50℃恒溫干燥箱中烘烤 6 h,研成石榴葉粉.稱取 2 g石榴葉粉于 50 mL燒杯中,加 24 mL體積分數(shù)為80%的乙醇浸提,抽濾,濾液置圓底燒瓶中.在圓底燒瓶中加質(zhì)量分數(shù) 5%的NaOH溶液,調(diào)節(jié)pH值至 10～11,于 50～60℃水浴中回流皂化1 h.減壓蒸餾回收乙醇,濃縮液移至分液漏斗中,加等體積石油醚振蕩 2 min,靜置分層,上層油相為黃色,是胡蘿卜素和葉酸等;下層水相呈墨綠色,為葉綠素皂化液.將葉綠素皂化液收集于圓底燒瓶中,用鹽酸調(diào) pH值至 2～3,然后加入 2.5 g ZnSO4·7H2O,于 60～70℃水浴中回流鋅代 2 h,過濾、水洗得葉綠素鋅酸.加丙酮至葉綠素鋅酸完全溶解后,緩慢加入質(zhì)量分數(shù)為 5%的NaOH溶液,葉綠素鋅鈉逐漸析出,調(diào) pH值到 11～12,結(jié)晶一定時間,過濾,真空干燥得葉綠素鋅鈉成品 0.054 8 g,收率約為 2.74%.將其用蒸餾水溶解定容至 100 mL,避光保存,作為葉綠素鋅鈉穩(wěn)定性研究的工作液.

2 結(jié)果與討論

2.1 葉綠素提取條件的優(yōu)化

在提取工藝中,影響葉綠素提取效果的因素有:提取劑,料液比,提取溫度和提取時間.以提取液在其最大波長處測得的吸光度值為指標進行實驗,確定最佳提取工藝條件.

2.1.1 葉綠素的光譜特征

準確稱取 1 g石榴葉干粉置 50 mL燒杯中,加 10 mL體積分數(shù)為 80%的乙醇,室溫浸提 4 h,抽濾,取2 mL濾液,分別用體積分數(shù)為 80%的乙醇定容至 100 mL,配成體積分數(shù)為 2%葉綠素乙醇溶液,用體積分數(shù)為 80%的乙醇作空白試劑,在波長為 360～700 nm的范圍內(nèi)測定吸光度值,得葉綠素乙醇溶液的吸收光譜曲線,如圖 1所示.由圖 1可知葉綠素最大吸收波長為435 nm.

圖 1 葉綠素的吸收光譜Fig.1 Absorption spectra of chilorophyllin

2.1.2 提取劑的選擇

準確稱取 1 g石榴葉粉 5份,分別加入10 mL不同溶劑,室溫避光浸提 6 h,抽濾,取濾液 0.1 mL加相應(yīng)提取劑至 10 mL,測A435nm值,結(jié)果見表 1.由表 1可知最佳提取劑為體積分數(shù)80%的乙醇.

表 1 不同溶劑對石榴葉葉綠素浸提的影響Table 1 Effects of solvents on extraction of chlorophy

2.1.3 浸提條件的選擇

為確定提取石榴葉葉綠素最佳工藝條件,依據(jù)單因素實驗結(jié)果,選擇溫度、時間、料液比設(shè)計L9(34)正交實驗表,如表 2所示.

表 2 浸提條件正交實驗結(jié)果Table 2 The results of orthogonal experiment of extraction condition

結(jié)果表明:用體積分數(shù)為 80%的乙醇提取石榴葉葉綠素時,各因素的影響次序為浸提時間>浸提溫度 >料液比.最佳提取條件為:溫度 60℃,時間 8 h,料液比 (g/mL)1/12.

2.2 鋅代反應(yīng)工藝條件的優(yōu)選

2.2.1 葉綠素鋅酸的光譜特征

取 0.2 mL葉綠素鋅酸丙酮溶液,用體積分數(shù)為 80%的丙酮溶液定容至 10 mL,配成體積分數(shù) 2%的葉綠素鋅酸丙酮溶液,以體積分數(shù)為80%的丙酮作空白試劑,在波長 360～700 nm范圍內(nèi)測定吸光度值,得葉綠素鋅酸吸收光譜曲線,如圖 2所示.由圖 2可知葉綠素鋅酸的最大吸收波長為 410 nm.

圖 2 葉綠素鋅酸的吸收光譜Fig.2 Absorption spectra of zinc chilorophyllin acid

2.2.2 石榴葉與 ZnSO4·7H2O最佳質(zhì)量配比的確定

準確稱取 1 g石榴葉粉 4份,在其他制備工藝條件相同的情況下,加入不同質(zhì)量的 ZnSO4· 7H2O,60℃回流 1 h鋅代,得產(chǎn)物葉綠素鋅酸,過濾水洗,溶于 100 mL體積分數(shù) 80%的乙醇中,測A410nm值,結(jié)果見表 3.由表 3可知m(石榴葉粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25時最佳.

表 3 榴葉粉與 ZnSO4·7H2O不同配比時的吸光度Table 3 Absorbance of different ratio on guava-powder and ZnSO4·7H2O

2.2.3 最佳鋅代溫度的確定

m(石榴葉粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25,其他方法同 2.2.2,考察不同鋅代溫度時的吸光度,結(jié)果見表 4.由表 4可知最佳鋅代溫度為 60℃.

表 4 不同鋅代溫度的吸光度Table 4 Absorbance of different zinc temperature

2.2.4 最佳鋅代時間的選擇

m(石榴葉粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25,鋅代溫度 60℃,其他方法同 2.2.2,考察不同鋅代時間的吸光度,結(jié)果見表 5.由表 5可知最佳鋅代時間為 2 h.

表 5 不同鋅代時間的吸光度Table 5 Absorbance of different Zinc time

由表 3～表 5可得鋅代反應(yīng)的最佳工藝條件為:m(石榴葉粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25;反應(yīng)溫度 60℃;反應(yīng)時間 2 h.

2.3 葉綠素鋅鈉的穩(wěn)定性研究

2.3.1 葉綠素鋅鈉光譜特征

取葉綠素鋅鈉工作液 2 mL,用蒸餾水定容至 100 mL,配成體積分數(shù) 2%的葉綠素鋅鈉稀溶液,以蒸餾水為參比,在 360～700 nm波長內(nèi)測定吸光度,結(jié)果如圖 3所示.由圖 3可知葉綠素鋅鈉最大吸收波長為 410 nm.

圖 3 石榴葉葉綠素鋅鈉吸收光譜Fig.3 Absorption spectra of sodium zinc chlorophyllin

2.3.2 自然光下 pH值對葉綠素鋅鈉穩(wěn)定性的影響

取葉綠素鋅鈉工作液 1 mL,用蒸餾水定容至 100 mL,再用鹽酸和質(zhì)量分數(shù) 5%的 NaOH調(diào)節(jié)溶液的 pH值后,置于自然光下,放置不同時間后,測A410nm值,結(jié)果如表 6所示.由表 6可知:在 pH值為 3.0～12.8時,吸光度在 48 h內(nèi)雖有下降,但下降幅度較小 (最大下降幅度 10.6 %),3 d后下降幅度增大.從肉眼看,48 h內(nèi)溶液顏色變化很小,肉眼難以分辨,48 h后顏色開始變淡.說明葉綠素鋅鈉在 48 h內(nèi)的耐光性較好.當 pH值小于 3.0時,溶液呈現(xiàn)渾濁,而大于12.8時吸光度下降較快,說明葉綠素鋅鈉對濃酸和強堿的敏感度較高,較不穩(wěn)定.

表 6 自然光下不同 pH值對葉綠素鋅鈉的影響效果Table 6 Effect of pH with naturallight on sodium zinc chlorophyllin

2.3.3 耐熱性

取葉綠素鋅鈉工作液 1 mL,用蒸餾水定容至 100 mL,再用鹽酸和質(zhì)量分數(shù) 5%的 NaOH調(diào)節(jié) pH值為 7,在不同溫度下加熱 1 h后,冷卻至室溫,測其A410nm值并觀察顏色變化,結(jié)果見表 7.由表 7可以看出:當溫度升高,其吸光度降低極小,即使 100℃時顏色變化仍不明顯,表明葉綠素鋅鈉具有耐熱性.

表 7 溫度對葉綠素鋅鈉的影響效果Table 7 Effect of temperature on sodium zinc chlorophyllin

2.3.4 耐氧化性及耐還原性

以 H2O2為氧化劑,以 Na2SO3為還原劑,配制含 H2O2(或Na2SO3)不同質(zhì)量濃度的葉綠素鋅鈉稀溶液,室溫暗處靜置 8 h,測A410nm值并觀察顏色變化,結(jié)果見表 8、表 9.由表 8、表 9可以看出,石榴葉葉綠素鋅鈉有較好的抗氧化還原性.

表 8 H2O2對葉綠素鋅鈉的影響效果Table 8 Effect of H2O2on sodium zinc chlorophyllin

表 9 Na2SO3對葉綠素鋅鈉的影響效果Table 9 Effect ofNa2SO3on sodium zinc chlorophyllin

2.3.5 常用食品添加劑對葉綠素鋅鈉穩(wěn)定性的影響

配制含不同質(zhì)量濃度的食鹽、葡萄糖、檸檬酸、維生素 C等常見食品添加劑的葉綠素鋅鈉稀溶液,于室溫暗處靜置 2 h,測A410nm值并觀察顏色變化,結(jié)果見表 10～表 14.從表 10～表 14可知食鹽、葡萄糖、檸檬酸、維生素 C、蔗糖等常見食品添加劑對葉綠素鋅鈉的穩(wěn)定性幾乎無影響.

表 10 食鹽對葉綠素鋅鈉的影響效果Table 10 Effect of salt on sodium zinc chlorophyllin

表 11 葡萄糖對葉綠素鋅鈉的影響效果Table 11 Effect of glucose on sodium zinc chlorophyllin

表 12 檸檬酸對葉綠素鋅鈉的影響效果Table 12 Effect of citric acid on sodium zinc chlorophyllin

表 13 維生素 C對葉綠素鋅鈉的影響效果Table 13 Effect of vitaminC on sodium zinc chlorophyllin

表 14 蔗糖對葉綠素鋅鈉的影響效果Table 14 Effect of sucrose on sodium zinc chlorophyllin

3 結(jié) 論

石榴葉葉綠素提取最佳條件:體積分數(shù)為80%的乙醇做提取劑,料液比為 1∶12,溫度為60℃,時間為 8 h.鋅代最佳條件:m(石榴葉粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25;反應(yīng)溫度為 60℃;時間為2 h.石榴葉葉綠素鋅鈉鹽水溶性好,耐熱性、pH值為 3.0～12.8時的耐光性、抗氧化性、抗還原性都較好,常見的食品添加劑 (食鹽、葡萄糖、檸檬酸、維生素 C、蔗糖)對葉綠素鋅鈉的穩(wěn)定性影響不大.

[1] 楊熙鴻,紀平雄,黃自然.葉綠素及其衍生物的應(yīng)用[J].廣東蠶業(yè),1998,32(2):53-58.

[2] 羅慶鋒.葉綠素的研究進展及葉綠素銅鈉的開發(fā)利用[[J].林產(chǎn)化工通訊,1995,29(1):32-34.

[3] 王正平,單旭峰.葉綠素銅鈉鹽的制備及穩(wěn)定性研究[J].化學(xué)工程師,2004,18(9):50-51.

[4] 林佳,李琰,徐麗珍.石榴葉的化學(xué)成分研究[J].中南藥學(xué),2005,3(2):70-72.

[5] 楊曉萍,郭大勇,張慶華.新型茶綠色素葉綠素鋅鈉鹽的研究[J].茶葉科學(xué),2003,23(1):27-30.

[6] 盧景順,吳貽群,鄧素英,等.水葫蘆葉制取葉綠素銅鈉的工藝研究[J].現(xiàn)代食品科技,2006,22(4): 173-174.

Studies on Preparation and Stability of Sodium Zinc Chlorophyllin from Pomegranate Leaves

D ING L in1, ZHANG Yan-qiao2
(1.Shenyang U niversity of Chem ical Technology,Shenyang 110142,China; 2.Shenyang Environm ent Protection B ureau,Shenyang 110014,China)

Chlorophyllin was extracted from pom egranate leaves pow der by organic solvent,and sodiumzinc chlorophyllin was prepared from the chlorophyll extracted through the processes of saponification, zincking and basification,and the opt im al reaction condition was determined by orthogonal and single factor experim ents.M oreover,the stability of sodium zinc chlorophyllin was further studied.The results show ed that the opt im al extracting conditions w ere obtained as follow s:the solventwas80%ethanol,the proportion of pom egranate leaves pow der to solvent was1∶12,the temperature was60℃,and the extracting time was8h.The optim al zincking reaction conditions w ere obtained as follow s:the w eight ratio of pom egranate leaves pow der to ZnSO4·7H2O was1∶1.25,the reaction temperature was 60℃,the reaction tim e was 2h,and the yield of the pigm ent was 2.74%.The study also indicated that sodium-zinc chlorophyllin had stable character on w ater-solubilization,heating,oxidizing,reducing,and raying(pH:3.0～12.8),and it w ould not be influenced by some common food additives.

pom egranate leaves; sodium zinc chlorophyllin; preparation; stability

TS202.3

A

1004-4639(2010)04-0330-05

2010-03-01

丁琳(1963-),女,遼寧沈陽人,副教授,主要從事農(nóng)產(chǎn)品綜合利用方面的研究.