金盞菊花中色素的提取工藝及穩(wěn)定性研究

李澤鴻，張曉剛，張 璐，韓 娟，張 帆，劉洪章,*

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130118；2.吉林英聯(lián)生物技術(shù)有限公司，吉林 長春 130033)

金盞菊花中色素的提取工藝及穩(wěn)定性研究

李澤鴻1，張曉剛2，張 璐1，韓 娟1，張 帆1，劉洪章1,*

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130118；2.吉林英聯(lián)生物技術(shù)有限公司，吉林 長春 130033)

目的：確定金盞菊花色素的最佳提取工藝，并對其穩(wěn)定性進行研究。方法：以浸提法對金盞菊花中的色素進行提取，通過對提取劑、料液比、提取溫度、提取時間4因素進行，L9(34)正交試驗得到最佳提取條件；同時考察光照、熱和食品添加劑等對色素穩(wěn)定性的影響。結(jié)果：金盞菊花色素最佳提取工藝為提取劑90%乙醇、料液比1:8(g/mL)、在70℃水浴中浸提40min；該色素在酸性條件下穩(wěn)定性較好，對光和熱穩(wěn)定性好；pH值對色素的穩(wěn)定性影響較大，在酸性條件(pH5)下該色素較穩(wěn)定；常用食品添加劑如葡萄糖、蔗糖對色素的色澤無不良影響，金屬離子Na+、Mg2+、Ca2+、Cu2+對金盞菊花色素?zé)o不良影響，而Fe3+則對色素有明顯影響。結(jié)論：獲得金盞菊花中色素提取的最佳工藝；色素對光、熱、常用食品添加劑的穩(wěn)定性良好，為其在食品和藥品中的應(yīng)用提供了廣闊的前景。

金盞菊花；色素；提??；穩(wěn)定性

金盞菊花(Calendula officinalis L.)又名大金盞花、水漲菊、山金菊[1]，為常見觀賞花卉，品種多，易栽培，資源豐富[2-3]。金盞菊全草均可入藥，根能行氣活血，花有涼血止血之功效，其中以花的利用價值最高[4]，具有抗菌消炎、抗誘變、增強免疫力和促進傷口愈合等作用[5]。

隨著人民生活水平的提高和健康、自我保健意識的增強，人們對食品飲料的營養(yǎng)價值和花色品種的標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求[6]。人們希望食品色味俱全、安全無毒且具有營養(yǎng)價值[7-8]。許多天然色素?zé)o害無毒、具有食品本身的色澤、促進食欲、增加消化液分泌，并且還對人體有醫(yī)療和保健作用[9]。因此，尋找和開發(fā)更多的天然色素已成為使用色素發(fā)展的必然趨勢[10-12]。為了解金盞菊花色素的應(yīng)用前景，本實驗對金盞菊花色素的提取和穩(wěn)定性進行研究，旨在為金盞菊花的進一步開發(fā)利用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

采摘于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)校園內(nèi)的新鮮金盞菊花，陰干、去桿，粉碎并過60目篩，細粉裝瓶備用。

乙酸乙酯、甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、蒸餾水、鹽酸、氫氧化鈉、KMnO4、KI、葡萄糖、蔗糖，以上均為分析純。

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市榮華儀器制造廠；粉碎機 北京中興偉業(yè)儀器有限公司；電子天平常州諾基儀器有限公司；離心機 湖南儀器儀表總廠；T6新世紀(jì)分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；DU-7500紫外分光光度計 美國貝克曼公司。

1.2 方法

1.2.1 金盞菊花色素的提取工藝研究

1.2.1.1 色素的提取工藝流程

準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量金盞菊花細粉，加入適當(dāng)提取劑在恒溫水浴鍋中進行浸提，所得提取液為粗品色素溶液，然后將粗品色素溶液用離心機進行高速離心，棄去沉淀，所得上清液為色素原液，備用。

1.2.1.2 色素的光譜特征

將色素原液進行稀釋，使用紫外-可見分光光度計在200～800nm進行掃描，觀察其吸收光譜特征，確定其最大吸收峰值。

1.2.1.3 色素提取工藝的單因素試驗

考察浸提溶劑、提取劑體積分?jǐn)?shù)、溫度、時間、料液比5因素對金盞菊花色素提取效果的影響。

1.2.1.4 色素提取工藝的正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取正交試驗因素水平，進行L9(34)正交試驗，因素及水平設(shè)計見表1。

表1 金盞菊花色素提取正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.2.2 金盞菊花色素的穩(wěn)定性

1.2.2.1 pH值對色素穩(wěn)定性的影響

分別取等量的色素稀釋液5mL，置于5支試管中，使用0.1mol/L HCl溶液和0.1mol/L NaOH溶液調(diào)pH值分別為1.0、3.0、5.0、7.0、9.0，在波長466nm處測其吸光度。

1.2.2.2 溫度對色素穩(wěn)定性的影響

分別取等量的色素稀釋液5mL，置于5支試管中，分別在10、30、50、70、90℃ 5個溫度下放置20min后，在波長466nm處測其吸光度。

1.2.2.3 光照對色素穩(wěn)定性的影響

分別取等量的色素稀釋液5mL，置于3支試管中，分別置于避光、燈光照射處、日光照射處，定時在波長466nm處測定吸光度。

1.2.2.4 化學(xué)試劑和食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響

分別取等量的色素稀釋液5mL，置于4支試管中，向試管1中加入1滴10% KMnO4溶液，向試管2中加入1滴10% KI溶液，向試管3中加入1滴10%蔗糖溶液，向試管4中加入1滴10%葡萄糖溶液，室溫振蕩3min，在波長466nm處測定吸光度。

1.2.2.5 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

分別取等量的色素稀釋液5mL，置于5支試管中，配制成含有不同金屬離子各0.01mol/L的色素稀釋液，放置一定時間后，分別對其在波長466nm處的吸光度進行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 金盞菊花色素提取條件的選擇

2.1.1 色素的光譜特征

以紫外-可見分光光度計對金盞菊花色素提取液在波長范圍200～800nm進行波長掃描，金盞菊花色素在波長466nm處有最大吸收峰。因此，確定其最大吸收波長為466nm。

2.1.2 提取劑的選擇

準(zhǔn)確稱取6份金盞菊花細粉各0.5g，放置于6支試管中，分別加入乙酸乙酯、甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、蒸餾水各10mL。室溫放置60min，在波長466nm處測定其吸光度，結(jié)果見表2。

表2 色素在不同提取劑中的溶解情況Table 2 Effect of solvent type on extraction of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表2顏色判斷可知，金盞菊花中色素在乙酸乙酯、甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、蒸餾水中均有溶解，且在甲醇、乙醇中溶解度最大，溶液顏色為深黃色，但考慮到提取的成本及安全性，所以選擇乙醇為提取劑。

2.1.3 提取劑體積分?jǐn)?shù)的選擇

準(zhǔn)確稱取10份金盞菊花細粉各0.5g置于10支試管中，分別加入乙醇10、9、8、7、6、5、4、3、2、1mL將每支試管加水定容至10mL，室溫放置60min測定其吸光度并記錄結(jié)果，結(jié)果見表3。

表3 色素在不同提取劑體積分?jǐn)?shù)的溶解情況Table 3 Effect of ethanol concentration on extraction of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表3可知，金盞菊花中色素在體積分?jǐn)?shù)70%～90%乙醇溶液中的提取效果較好，乙醇體積分?jǐn)?shù)90%時提取效果最好。

2.1.4 提取溫度的選擇

準(zhǔn)確稱取5份金盞菊花細粉各0.5g置于5支試管中，分別加入90%乙醇10mL，放置在水浴鍋中分別在10、30、50、70、90℃ 5個溫度下放置60min，紫外-可見分光光度計測定其吸光度并記錄結(jié)果，結(jié)果見表4。

表4 色素在不同提取溫度中的溶解情況Table 4 Effect of temperature on extraction of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表4可知，金盞菊花中色素在70℃時吸光度最大，超過70℃后吸光度下降，故提取時間以不超過70℃為宜。

2.1.5 提取時間的選擇

準(zhǔn)確稱取5份金盞菊花細粉各0.5g置于5支試管中，分別加入90%乙醇10mL，將試管放置在70℃水浴鍋中，選擇10、20、30、40、50、60min 6個時間梯度，測定其吸光度并記錄結(jié)果，結(jié)果見表5。

表5 色素在不同提取時間的溶解情況Table 5 Effect of operation time on extraction of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表5可知，金盞菊花中色素在90%乙醇中70℃條件下30min時，色素溶解度達到最大值且在30～50min時吸光度變化不大，但超過50min后吸光度明顯變小。

2.1.6 料液比的選擇

準(zhǔn)確稱取7份金盞菊花細粉各0.5g，置于7支試管中加入90%乙醇，選擇料液比1:2、1:4、1:6、1:8、1:10、1:12、1:14(g/mL)，將各試管放置在70℃水浴鍋中30min時，測定其吸光度，結(jié)果見表6。

表6 色素在不同料液比中的溶解情況Table 6 Effect of material-to-liquid ratio on extraction of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表6可知，金盞菊花中色素在90%乙醇溶液中70℃、30min，料液比1:10條件下提取效果最好。

2.1.7 金盞菊花中色素提取的正交試驗結(jié)果

表7 金盞菊花中色素提取正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 7 Scheme and experimental results of orthogonal array design

由表7可知，各因素對色素提取效果的影響程度依次為乙醇體積分?jǐn)?shù)＞提取溫度＞料液比＞提取時間。最終確定最佳提取條件為A3B3C2D1，即提取劑體積分?jǐn)?shù)90%乙醇、提取溫度70℃、料液比1:8、提取時間40min。

2.2 金盞菊花色素的穩(wěn)定性

2.2.1 pH值對色素穩(wěn)定性的影響

表8 pH值對金盞菊花色素的影響Table 8 Effect of pH on stability of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表8可知，金盞菊花中色素在酸性條件下穩(wěn)定性較好，在中性條件下的應(yīng)用受到一定限制；在強酸、堿環(huán)境中色素結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞[13]。

2.2.2 溫度對色素穩(wěn)定性的影響

表9 溫度對金盞菊花色素穩(wěn)定性的影響Table 9 Effect of temperature on stability of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表9可知，在0～70℃范圍內(nèi)色素的吸光度隨溫度的上升而升高，當(dāng)溫度達到70℃時，吸光度達到最大值，與前面最佳提取溫度的試驗相一致，當(dāng)溫度達到90℃時，吸光度驟然下降，由此可見色素對溫度的穩(wěn)定性范圍是0～70℃。

2.2.3 光照對色素穩(wěn)定性的影響

表10 光照對金盞菊花色素穩(wěn)定性的影響Table 10 Effect of light exposure on stability of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表10可知，色素在避光條件下經(jīng)過5d吸光度基本保持不變；在燈光照射下變化較大，吸光度大幅度下降；在日光照射下5d后吸光度為0，說明色素全部被破壞，因此該色素應(yīng)在避光條件下保存[14]。

2.2.4 化學(xué)試劑和食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響

表11 化學(xué)試劑和食品添加劑對金盞菊花色素穩(wěn)定性的影響Table 11 Effect of food additives on stability of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表11可知，氧化性或還原性較強的物質(zhì)使色素吸光度下降，食品添加劑蔗糖和葡萄糖對色素?zé)o明顯作用[15]。由此可見，金盞菊花色素對大多數(shù)試劑在一定的范圍內(nèi)有良好的穩(wěn)定性。

2.2.5 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

表12 常見金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響Table 12 Effect of metal ions on stability of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表12可知，加入Na+、Mg2+、Ca2+的色素溶液與對照比較其吸光度未有多大的變化，說明這些金屬離子對色素的穩(wěn)定性影響很?。患尤隖e3+的色素溶液與對照比較其吸光度變化較大，而且色素的顏色由紅色變成橙紅色。因此，保存該色素溶液時應(yīng)避免與鐵制容器直接接觸，以防止發(fā)生不良反應(yīng)[16]。

3 討論與結(jié)論

本實驗結(jié)果表明：提取劑體積分?jǐn)?shù)和提取溫度對金盞菊花色素的提取效果影響較大，其次為料液比，而提取時間的影響較小。最終確定最佳提取條件為90%乙醇、提取溫度70℃、料液比1:8(g/mL)、提取時間40min。此方法簡便且提取效率高，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了實驗數(shù)據(jù)。

對金盞菊花色素穩(wěn)定性的研究表明其對光、熱有較好的穩(wěn)定性；在酸性條件下穩(wěn)定性較好，在堿性條件下，色素顏色變淺，破壞的比較嚴(yán)重，在應(yīng)用時應(yīng)避免其在堿性條件下使用，可以作為飲料添加劑來使用；色素對常用的食品添加劑葡萄糖、蔗糖都有很好的穩(wěn)定性，為其應(yīng)用到食品中提供了良好的條件；氧化劑、還原劑對色素的影響較大，使用時應(yīng)盡量避免氧化劑及還原劑的加入；金屬離子Na+、Mg2+、Ca2+、Cu2+對色素穩(wěn)定性影響很小，而Fe3+對色素的穩(wěn)定性有較大的影響，所以在對色素的提取，使用及保存的過程中應(yīng)避免其與鐵制容器直接接觸，以防止色素變色及不良反應(yīng)的發(fā)生。

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Extraction and Stability of Pigment from Calendula officinalis L. Flowers

LI Ze-hong1，ZHANG Xiao-gang2，ZHANG Lu1，HAN Juan1，ZHANG Fan1，LIU Hong-zhang1,*
(1. College of Life Science, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China；2. Jilin Yinglian Biotechnology Co. Ltd., Changchun 130033, China)

Objective: To obtain the optimum extraction conditions for pigment from Calendula officinalis L. flowers, and to study the stability of the pigment under various conditions. Methods: Solvent extraction was used to extract pigment from C.officinalis L. flowers. The effects of solvent type, material-to-liquid ratio, temperature and extraction time on pigment extraction(reflected by the absorbance at 466 nm of extracts) were studied. A L9(34) orthogonal array design was employed to optimize the extraction conditions. The stability of the pigment towards light, heat and food additives was also investigated by determining the change in absorbance at 466 nm. Results: The optimal extraction conditions for C. officinalis L. flower pigment were using 90% aqueous ethanol as extraction solvent for extraction at 70 ℃ for 40 min with a material-to-liquid ratio of 1:8 (g/mL). The pigment was stable under acidic (＜ pH 5), light and heat conditions. Common food additives such as glucose and sucrose as well as some metal ions including Na+, Mg2+, Ca2+and Cu2+had no adverse effect on the pigment. However, Fe3+had a significant negative effect on the pigment. Conclusion: The optimal extraction conditions of pigment from C. officinalis L. flowers has been obtained.The pigment shows good stability toward light, heat and some common food additives, thereby having broad application prospects in the fields of food and drug.

Calendula officinalis L.；pigment；extraction；stability

TS264.4

A

1002-6630(2011)08-0103-04

2010-06-22

長春市科技局創(chuàng)新課題(09YJ047)

李澤鴻(1965—)，女，副教授，博士，研究方向為生物資源開發(fā)利用。E-mail：zehongli66@yahoo.com.cn

*通信作者：劉洪章(1957—)，男，教授，博士，研究方向為生物資源品質(zhì)開發(fā)利用。E-mail：lhz999@126.com