超聲輔助提取野菊花黃色素及其穩(wěn)定性研究

南江，王星，黃偉敏，穆小燕，季曉暉

(陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中，723000)

超聲輔助提取野菊花黃色素及其穩(wěn)定性研究

南江，王星，黃偉敏，穆小燕，季曉暉

(陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中，723000)

用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇對(duì)野菊花的黃色素進(jìn)行超聲提取，在不同超聲頻率、提取溫度、料水比、提取時(shí)間等條件下對(duì)野菊花黃色素的提取工藝進(jìn)行研究，并對(duì)色素在不同溫度、光照、pH值、氧化劑、還原劑、食品添加劑以及一些金屬離子條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，該色素適宜提取工藝為:超聲頻率45 kHz，提取溫度為60℃，料水比為1∶50(g∶mL)，提取時(shí)間為50 min。野菊花黃色素的耐光性差，耐熱性較好，在酸性、還原劑、苯甲酸鈉中的穩(wěn)性較差，在堿性、氧化劑、Vc、檸檬酸、葡萄糖溶液中穩(wěn)定性較高，色素對(duì)多數(shù)金屬離子溶液的穩(wěn)定性較高，K+、Fe3+、Al3+對(duì)色素有一定的減色作用。

超聲，野菊花，黃色素，提取工藝，穩(wěn)定性

隨著生活水平的不斷提高，人們?cè)絹碓阶⒅貙?duì)健康的追求，世界各國(guó)已經(jīng)開始大力開發(fā)和利用天然色素，其不但安全可靠，還具有重要的生理功能［1－2］。野菊花，別名山菊花、甘菊花，為菊科多年生草本植物野菊的頭狀花序，外形與菊花相似，野生于山坡草地、田邊路旁，分布于我國(guó)陜西等多數(shù)地方。野菊花可廣泛用于治療疔瘡癰腫、咽喉腫痛、風(fēng)火赤眼、頭痛眩暈等病證，還可以用來降壓、抗病毒［3］。野菊花含有豐富的黃色素，本文采用超聲輔助法提取野菊花黃色素并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 材料及試劑

材料:野菊花(購(gòu)于漢中藥材市場(chǎng))，陰干粉碎，過40目篩備用。

試劑:體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇、過氧化氫、亞硫酸鈉、氯化氫、氫氧化鈉、葡萄糖、抗壞血酸、苯甲酸鈉、檸檬酸、氯化銅、氯化鈷、氯化鎳、氯化鉀、氯化鈉、氯化鋁、氯化鐵均為分析純，自制蒸餾水、超純水。

1.2 主要儀器

SFG－02(B)型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(黃山市恒豐醫(yī)療器械有限公司)，XFB-200小型粉碎機(jī)(湖南中誠(chéng)制藥機(jī)械廠)，DK-S22型電熱恒溫水浴鍋(上海申賢恒溫儀備廠)，SHZ-D循環(huán)水式真空泵(西安波意爾精密儀器有限公司)，KQ-700VDE型三頻數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠)，AL204-IC型電子分析天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司)，T6新世紀(jì)紫外分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，PHS-3S型PH酸度計(jì)(億通電子有限公司)。

1.3 黃色素的制備流程

野菊花粉末→超聲提取→過濾 →色素提取液→濃縮→野菊花黃色素

1.4 黃色素最大吸收波長(zhǎng)的確定

將色素的乙醇提取液用95%乙醇配制為一定濃度的色素溶液，用紫外-可見分光光度計(jì)在200～500 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，結(jié)果如圖1所示。

圖1 色素95%乙醇溶液紫外－可見光光譜圖

由圖1可以看出，色素乙醇溶液在紫外光區(qū)330 nm處有一吸收峰，故色素乙醇溶液的最大吸收波長(zhǎng)是330 nm，因此本實(shí)驗(yàn)選擇330 nm為測(cè)量波長(zhǎng)。

1.5 野菊花黃色素的提取條件的單因素試驗(yàn)

1.5.1 超聲頻率對(duì)提取溫度的影響

以95%乙醇為提取劑，利用超聲波在提取溫度50℃、料水比1∶50(g∶mL)、提取時(shí)間30 min 的條件下，分別研究不同的超聲頻率(45、80、100 kHz)對(duì)野菊花黃色素提取效果的影響，每項(xiàng)重復(fù)3次測(cè)其吸光度。

1.5.2 溫度對(duì)提取效果的影響

以95%乙醇為提取劑，利用超聲波在超聲頻率45 kHz、料水比 1∶50(g∶mL)、提取時(shí)間 30 min 的條件下，分別研究不同的溫度(40、50、60、70、80℃)對(duì)野菊花黃色素提取效果的影響，重復(fù)3次測(cè)其吸光度。

1.5.3 料水比對(duì)提取效果的影響

以95%乙醇為提取劑，利用超聲波在超聲頻率45 kHz、提取溫度60℃、提取時(shí)間30 min的條件下，分別研究不同料水比(1∶20、1∶30、1∶40、1∶50)對(duì)野菊花黃色素提取效果的影響，重復(fù)3次測(cè)其吸光度。

1.5.4 提取時(shí)間對(duì)提取效果的影響

以95%乙醇為提取劑，利用超聲波在超聲頻率45 kHz、提取溫度 60℃、料水比 1∶40(g∶mL)、分別研究不同的提取時(shí)間(20、30、40、50、60 min)對(duì)野菊花黃色素提取效果的影響，重復(fù)3次測(cè)其吸光度。

1.6 正交試驗(yàn)

在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，采用L9(34)進(jìn)行正交試驗(yàn)來確定野菊花黃色素的最佳提取工藝。

1.7 野菊花黃色素的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

1.7.1 光照對(duì)野菊花黃色素的影響

取20.0 mL色素溶液5份，放置室外陽(yáng)光下，依次經(jīng)過0.5、1、2、3、4 h 后測(cè)量色素的吸光度值。

1.7.2 溫度對(duì)野菊花黃色素的影響

取20.0 mL色素溶液 6份，分別在 30、40、50、60、70、80℃下保溫1 h，保溫時(shí)應(yīng)采用避光處理，待冷卻后，測(cè)量色素在最大吸收峰處的吸光度。

1.7.3 pH值對(duì)野菊花黃色素的影響

取9.0 mL色素溶液6份，于室溫下用0.1mol/L HCl和 0.1 mol/L NaOH 調(diào) pH 值為 2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0 搖蕩，避光處理 2 h，在 330 nm 處測(cè)量色素的吸光度。

1.7.4 常見食品添加劑對(duì)野菊花黃色素的影響

取8.0 mL色素溶液4份，分別加入2.0 mL食品添加劑(VC、葡萄糖、檸檬酸、苯甲酸鈉等物質(zhì)的溶液，其濃度均為0.05mol/L)，混勻后避光放置5h，以同濃度的添加劑溶液作參比，測(cè)量色素吸光度值。

1.7.5 氧化還原劑對(duì)野菊花黃色素的影響

取9.0 mL色素溶液6份，分別依次加入濃度為0.03、0.04、0.05 mol/L 的 H2O2和濃度依次為 0.03、0.04、0.05 mol/L 的 Na2SO3溶液各1.0 mL，搖蕩，避光靜置2h，以同濃度的氧化還原劑作參比，測(cè)量色素吸光度值。

1.7.6 金屬離子對(duì)野菊花黃色素的影響

取8.0 mL色素溶液7份，依次分別加入0.05 mol/L 的 2 mL NaCl、KCl、AlCl3、FeCl3、CuCl2、CoCl2、NiCl2等溶液，搖勻避光靜置1h，以同濃度的離子溶液作參比，測(cè)色素的吸光度值。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 超聲頻率對(duì)提取野菊花黃色素的影響結(jié)果

由圖2可知，超聲波頻率在45 kHz時(shí)色素的吸光度明顯高于80，100 kHz，而在 80，100 kHz時(shí)，色素的吸光度值變化較小。因此，超聲的頻率選取45 kHz為宜。

圖2 超聲波頻率對(duì)黃色素吸光度的影響

2.1.2 提取溫度對(duì)提取野菊花黃色素的影響結(jié)果

由圖3可知，溫度較低時(shí)色素的吸光度較小，開始階段隨著溫度的升高，色素的吸光度增大，當(dāng)溫度為60℃時(shí)，色素的吸光度最大，而后隨著溫度的升高，色素的吸光度緩慢減小。說明溫度越高對(duì)野菊花細(xì)胞的破壞作用越大，有利于色素的浸出，但溫度太高反而不利于色素的提取，原因可能是高溫下提取液易變?yōu)楹隣睿苯佑绊懙缴氐奶崛?。因此，超聲的最佳溫度選取60℃。

圖3 提取溫度對(duì)黃色素吸光度的影響

2.1.3 料水比對(duì)提取野菊花黃色素的影響結(jié)果

由圖4可見，隨料水比增加吸光度也逐步增加，料水比到1∶40(g∶mL)后吸光度緩慢變化，考慮經(jīng)濟(jì)效益，所以料水比適宜選在1∶40。

圖4 料水比對(duì)黃色素吸光度的影響

2.1.4 提取時(shí)間對(duì)提取野菊花黃色素的影響

由圖5可見，野菊花黃色素提取時(shí)間為50 min時(shí)的吸光度最大，再延長(zhǎng)超聲提取時(shí)間，吸光度反而會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，說明提取時(shí)間過長(zhǎng)對(duì)色素的浸出不利。因此，野菊花黃色素的超聲提取時(shí)間選擇50 min左右時(shí)提取效果較好。

圖5 提取時(shí)間對(duì)黃色素吸光度的影響

2.2 正交結(jié)果與分析

由表1和表2可見，影響色素提取的主次因素為超聲頻率＞提取時(shí)間＞料水比＞溫度，通過正交實(shí)驗(yàn)可以看出，野菊花黃色素的最佳提取條件是A1B2C3D2，即超聲頻率為45 kHz、溫度為60℃、料水比為 1∶50(g∶mL)、提取時(shí)間為 50 min。

表1 野菊花黃色素提取條件的正交試驗(yàn)結(jié)果

表2 方差分析統(tǒng)計(jì)

2.3 色素的穩(wěn)定性

2.3.1 光照對(duì)野菊花黃色素的影響結(jié)果

由表3可以看出，在自然光條件下，色素的吸光度隨時(shí)間的增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，其對(duì)野菊花黃色素有一定影響，野菊花黃素色在使用的過程中應(yīng)盡量避光。

表3 光照對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

2.3.2 溫度對(duì)野菊花色素的影響結(jié)果

溫度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響結(jié)果見表4。從表4可以得出，在室溫到60℃范圍內(nèi)，隨著溫度的增加色素的吸光度相對(duì)比較穩(wěn)定，變化趨勢(shì)不明顯，而在60℃以后起伏相對(duì)較大，吸光度呈遞減趨勢(shì)?？傮w來說，色素在較低溫度下穩(wěn)定性良好，而高溫條件對(duì)色素有減色作用。

表4 溫度對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

2.3.3 pH值對(duì)野菊花黃色素的影響結(jié)果

由圖6可知，pH值對(duì)野菊花黃色素穩(wěn)定性的影響也很大，在堿性條件下變化很小，相對(duì)穩(wěn)定，但在酸性條件下野菊花黃色素吸光度隨著pH值的降低而出現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，變化逐漸趨于平緩。說明該色素在堿性條件下的穩(wěn)定性較強(qiáng)，在酸性條件下色素的結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化。因此，野菊花黃色素適宜在堿性條件下使用，不適宜于酸性氛圍中使用。

2.3.4 食品添加劑對(duì)野菊花黃色素的影響結(jié)果

表5 常見食品添加劑對(duì)色素的影響效果

表5表明，Vc、檸檬酸、葡萄糖等對(duì)野菊花黃色素吸光度的影響比較小，而苯甲酸鈉導(dǎo)致色素的吸光度明顯減小，說明苯甲酸鈉對(duì)色素有一定的減色作用。

2.3.5 氧化還原劑對(duì)野菊花黃色素的影響

用不同濃度的H2O2和Na2SO3溶液作氧化還原劑，研究色素的耐氧化和耐還原性，結(jié)果見圖7。圖7結(jié)果表明，H2O2對(duì)色素影響不大，但是隨著加入濃度的變大吸光度逐漸變小。而Na2SO3的影響較為明顯，隨著加入濃度的增大，色素溶液出現(xiàn)渾濁，導(dǎo)致吸光度明顯增大。說明野菊花黃色素耐氧化能力比耐還原能力強(qiáng)。

圖7 氧化還原劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

2.3.6 金屬離子對(duì)野菊花黃色素的影響

由圖8可以看出，除了K+、Fe3+、Al3+使色素吸光度有一定程度的下降外，其余離子對(duì)色素的穩(wěn)定性影響不大，說明色素在此條件下可能與 K+、Fe3+、Al3+發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，其對(duì)色素有一定的減色作用。

3 結(jié)論

圖8 金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

(1)野菊花黃色素的乙醇溶液最大吸收波長(zhǎng)是330 nm。

(2)本實(shí)驗(yàn)對(duì)野菊花黃色素采用體積分?jǐn)?shù)95%乙醇為提取劑進(jìn)行超聲波提取，適宜提取工藝條件為:超聲頻 率45 kHz，提取溫度為60℃，料水比為1∶50(g∶mL)，提取時(shí)間為 50 min。

(3)野菊花黃色素的耐光性差，耐熱性較好，在酸性、還原劑、苯甲酸鈉中的穩(wěn)性較差，在堿性、氧化劑、Vc、檸檬酸、葡萄糖溶液中穩(wěn)定性較高，色素對(duì)多數(shù)金屬離子的穩(wěn)定性較高，但K+、Fe3+、Al3+對(duì)色素有一定的減色作用。因此在綜合開發(fā)利用野菊花黃色素產(chǎn)品時(shí)應(yīng)注意采取避光措施，避免與還原劑、酸性物質(zhì)、苯甲酸鈉以及K+、Fe3+、Al3+等一起使用。

［1］ 姜莉，李志華，張正茂，等.馬鈴薯紫色素的提取及穩(wěn)定性研究［J］.食品工業(yè)科技，2009，30(6):265－288.

［2］ 王薇.食用天然色素的營(yíng)養(yǎng)保健作用［J］.中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2005(1):45－47.

［3］ 江蘇新醫(yī)院編.中藥大辭典［M］.上海:上海人民出版社，1997:2 144.

Ultrasonic Extraction and Stability Research of Flower Pigment from Indian Dendranthema

Nan Jiang，Wang Xing，Huang Wei-min，Mu Xiao-yan，Ji Xiao-hun
(School of Chemistry and Environmental Sciences，Shaanxi University of Technology，HanZhong 723000，Shaanxi，China)

This paper uses 95%ethanol for Flower of Indian Dendranthema yellow pigment ultrasonic extraction，in different ultrasonic frequency，extraction temperature and the ratio of material to water，extracting time etc condition of the extraction technology of yellow pigment had studied，and of pigment in different temperature，light，pH，oxidant，reductant，food additives and some metal ion of conditions of stability for research.The results show that the pigment best extraction process for:ultrasonic frequency 45 kHz，extraction temperature for 60℃，ratio of material to water 1:50，extracting time for 50 min.The yellow pigment stability is poor in light，acidic，reductant，sodium benzoate.In heat，alkaline，oxidant，Vc，citric acid，glucose solution stability is high.Its stability to most metal ion is high，but K+ ，F(xiàn)e3+and Al3+can reduce its colour.

Ultrasonic，F(xiàn)lower of Indian Dendranthema，yellow Pigment，Extraction process，stability