玫瑰紅色素的提取方法與工藝學(xué)特性研究

張瑞宇

（重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，重慶 400067）

玫瑰花為薔薇科（Rosaceae）薔薇屬（R.rugosa thunb）多年生灌木—玫瑰的花朵，香濃色艷，堪稱世界觀賞名花。同時也以多種方式入食入藥［1］。而當今，提取自花瓣的玫瑰油早已成為流行全球的高品質(zhì)香料油［2］。但玫瑰豐富的天然紅色素的商業(yè)應(yīng)用卻遠遠落后，近年來，有關(guān)玫瑰色素提取與穩(wěn)定性雖有一些報道，但提取條件很不一致，工藝特性研究不夠完善［3-5］，不利于生產(chǎn)企業(yè)實際應(yīng)用，影響了玫瑰花資源價值的提升。為此，對玫瑰紅色素的提取方法和主要工藝特性進行系統(tǒng)的實驗研究，旨在為玫瑰資源的全面高效利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

材料:玫瑰干花瓣購于本地中藥材公司，挑選新鮮，色濃味正，均勻一致的作試材。

儀器:島津UV-2450PC型紫外可見分光光度計;721型分光光度計;Deltu320-s pH計;HH-2恒溫水浴鍋;電熱鼓風(fēng)干燥箱;電子萬用爐;AL104電子天平。

試劑:丙酮、乙醚、乙酸乙酯、正丁醇、乙醇、氯化鎂、氯化鈣、硫酸亞鐵、氯化亞錫、檸檬酸、硫酸鋅、過氧化氫、EDTA、異Vc鈉，均為分析純。瓜爾豆膠、PGA、木糖醇、低聚異麥芽糖，丹尼斯克公司提供。苯甲酸鈉、山梨酸鉀，為食品級。采用去離子水。

1.2 方法

1.2.1 提取劑選擇與 λmax的確定

稱取8份0.200 g花瓣碎片，分別加入同體積的下述溶劑:常溫水、90℃水、0.8%檸檬酸、甲醇、60%乙醇、丙酮、正丁醇、乙醚、乙酸乙酯，32℃攪拌浸提50 min后，選取各溶液中呈色最為鮮明的色素檸檬酸液，定容到50 mL，精密過濾，島津UV-2450PC型紫外可見分光光度計測定其吸收光譜，確定λmax。

1.2.2 單因子試驗

根據(jù)玫瑰紅色素的溶出特性和多次預(yù)試結(jié)果，選定檸檬酸液為提取劑，分別對檸檬酸濃度、溫度、提取時間和液料比4個主要因子進行研究。浸提完畢立即冷至常溫，定容過濾，在λmax下測定其OD值。

1.2.3 正交實驗

據(jù)單因子實驗結(jié)果，選擇L9（34）正交表和各因素的適當水平進行正交試驗，如表1。

表1 因素水平表

1.2.4 玫瑰紅色素工藝學(xué)特性研究［7-8］

按優(yōu)化工藝條件制備玫瑰紅色素液，各色素液試樣均為50.0 ml。各種添加劑加入后充分攪溶，靜置規(guī)定時間，在λmax下測定OD值。

（2）對異抗壞血酸鈉、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、EDTA-Na的穩(wěn)定性。將4種物質(zhì)分別加入色素液，各物質(zhì)濃度梯度均為 0.001%、0.002 5%、0.005%、0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.20%。

（3）功能性甜味劑對色素的影響。色素液中分別加入木糖醇、低聚異麥芽糖，設(shè)置濃度梯度均為4%、8% 、16% 、20% 、30% 、40% 、50% 。

（4）對 H2O2的穩(wěn)定性。將 H2O2稀釋5 倍，設(shè)置添加量梯度為 0.10、0.50、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0（mL）.

（5）乳化劑、增稠劑對色素的影響。色素液中分別加入單甘酯、PGA、耐酸CMC和瓜爾豆膠，設(shè)置濃度梯度均為 0.01%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%。

（6）對不同光照的穩(wěn)定性。將全透明容器盛裝的色素液分別置于自然強光下和室內(nèi)散射光中，在58 d中，分次同時取樣檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取劑篩選與波長掃描結(jié)果

8種溶劑篩選結(jié)果見表1。從表1可知，玫瑰紅色素不溶于乙醚、丙酮、正丁醇和乙酸乙酯;中性水溶出能力很差，即使加熱也無顯效;在甲醇、乙醇中呈現(xiàn)黃色;0.8%檸檬酸水與眾不同地呈現(xiàn)出鮮明美麗的玫瑰紅色。

色素0.8%檸檬酸提取液的波長掃描圖譜見圖1。從圖1清晰可見，色素液的λmax為518 nm。

圖1 色素檸檬酸提取液吸收光譜圖

表2 不同溶劑對色素的溶出能力

2.2 單因子實驗結(jié)果

2.2.1 溫度對色素提取的影響

以0.8%檸檬酸作提取劑，液料比250∶1，提取50 min，不同溫度下的浸提結(jié)果見圖2。圖2顯示，隨著溫度上升，色素溶出增加，80℃達到峰值，繼續(xù)升溫至100℃，吸光值仍達0.528，表明色素在酸性介質(zhì)中較為耐熱。

圖2 不同溫度對提取效果的影響

圖3 不同檸檬酸濃度對提取效果的影響

2.2.2檸檬酸濃度對色素提取的影響

以不同濃度檸檬酸作提取劑，液料比250∶1，80℃下提取50 min，結(jié)果見圖3。圖3顯示，在0.1% ～1.0%的濃度范圍內(nèi)，檸檬酸濃度增加，OD值呈線性增大趨勢，但0.8%以后增加已不明顯。

2.2.3浸提時間對提取效果的影響

以0.8%檸檬酸作提取劑，液料比250∶1，80℃下提取不同時間，結(jié)果見圖4。圖4表明，浸提時間偏短，色素不能充分溶出;時間偏長，則會因色素長時間受較高溫度作用而部分破壞，50～75 min的浸提可以獲得較好效果。

圖4 不同時間對色素提取效果的影響

圖5 不同提取劑用量對提取效果的影響

2.2.4不同料液比對提取效果的影響

以0.8%檸檬酸作提取劑，80℃下按不同液料比分別提取50 min，結(jié)果見圖5。圖5表明:料液比偏小，影響了部分色素分子向浸提液擴散;而料液比偏大，既不能顯著增加色素溶出，同時也不符合工藝經(jīng)濟性原則，液料比在250～450倍范圍內(nèi)可選。

2.3 正交試驗結(jié)果

正交試驗結(jié)果見表3。

表3 色素提取正交試驗結(jié)果表

表3可知，在試驗條件下，6號提取液色素濃度最大，即按350倍花瓣質(zhì)量加入0.8%檸檬酸，80℃下提取40 min，提取效果最好。極差分析表明，各因素影響的主次順序是B＞A＞C＞D，即檸檬酸濃度是影響提取效果的主要因素，方差分析證實了其顯著影響，其次是溫度、提取時間，液料比影響最小。

2.4 色素工藝學(xué)特性研究結(jié)果

表4 正交試驗結(jié)果方差分析

2.4.1 金屬離子對色素的影響

不同金屬離子對色素的影響見圖6。高于0.01%的鐵、錫離子加入后，色素液均迅速變色，F(xiàn)eSO4可使溶液呈黑綠色，SnCl2使溶液呈深紫紅色，靜置后出現(xiàn)沉淀;鈣、鎂、鋅離子對色素的影響不明顯，當其濃度超過0.4%后，溶液顏色略有加深，相比之下，鈣離子作用稍強。

圖6 5種不同濃度金屬離子對色素的影響

圖7 4種添加劑對色素的影響

2.4.2 異抗壞血酸鈉、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、EDTA-Na對色素的影響

4種物質(zhì)對色素的影響見圖7。圖7表明，在實驗條件下，EDTA-Na對色素?zé)o影響;余三種物質(zhì)濃度超過0.01%后，呈色變淺，山梨酸鉀對色素的不利影響略大于苯甲酸鈉。

2.4.3 功能性甜味劑對色素的影響

木糖醇、低聚異麥芽糖對色素的影響見圖8。圖8表明，在實驗條件下，30%以下的添加對色素?zé)o不利影響。添加量過大，OD值下降，可能與因甜味劑對色素液的稀釋作用改變了溶液酸度有關(guān)，其它原因尚待進一步研究。

圖8 功能性甜味劑對色素的影響

圖9 過氧化氫對色素的影響

2.4.4 強氧化劑H2O2對色素的影響

H2O2對色素的影響見圖9。圖9表明，在實驗條件下，隨H2O2加入量增加，樣液顯著褪色，表明色素分子結(jié)構(gòu)被氧化而嚴重破壞。

2.4.5 幾種穩(wěn)定劑對色素的影響

乳化劑單甘酯不溶于色素提取液;乳化劑PGA、增稠劑耐酸CMC、瓜爾豆膠加入色素液后均可形成均勻的溶膠，并保持原有色調(diào)。添加量高于0.1%以后，顏色漸漸變淺。觀察至7d時，各試樣色澤與稠度穩(wěn)定不變。

2.4.6 不同光強及光照時間對色素的影響

光照對色素的影響見圖10。圖10表明，在實驗條件下，隨著時間推移，色素液吸光值均呈下降趨勢。自然強光下，14 d以后下降速度加快，至58 d時，褪色嚴重;室內(nèi)散射光下，色素液21 d后褪色加快，但明顯緩于直射光引起的色素降解，至58 d時，紅色仍明顯。

3 結(jié)語

圖10 光照條件對色素的影響

檸檬酸液是玫瑰紅色素最適合的提取劑，試驗中，0.8%檸檬酸80℃下實現(xiàn)高效提取，花瓣幾近無色，色素液澄明紅亮，可比美于同色調(diào)合成色素。提取工藝操作簡單，成本低，完全回避了溶劑回收或污染問題，生產(chǎn)企業(yè)可直接采用。

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