海南蒲桃果色素的提取及理化性質的研究

植中強

(肇慶學院化學化工學院，廣東肇慶526061)

合成色素色澤鮮艷，穩(wěn)定性好，著色力強，曾經被大量使用。但隨著人們對人工合成色素毒性的認識，越來越多的國家限制在食品中使用合成色素，從而為食用天然色素的發(fā)展提供了空間。天然色素大多數安全無毒，不僅可以作為食品著色劑，還具有醫(yī)療保健的功效。因此，天然色素正逐漸取代合成色素被廣泛地應用于食品工業(yè)中。海南蒲桃［syzzgium cumini(Linn).Skeels］［1］屬桃金娘科的常綠大喬木，廣泛分布在我國熱帶、南亞熱帶地區(qū)，在云南、廣東、福建等省均有野生和栽培。夏末果熟，漿果有呈橢圓形、矩圓形、橄欖形，紫色至黑色，嚼后口腔及唾液皆染成紫色。生食鮮果，對慢性咳嗽和哮喘有治療效果。干果研末，肉湯送服，還可治寒性哮喘和過敏性哮喘［2－3］。海南蒲桃果色素的研究在國內尚未見文獻報道。為此，本實驗對海南蒲桃果色素的提取及理化性質進行了初步的研究，旨在為開發(fā)利用這一廉價、無毒的天然色素提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮海南蒲桃果實 采自廣東肇慶北嶺山，選用無霉爛變質的新鮮熟透海南蒲桃果，洗凈、晾干，冰箱冷藏備用;氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醇、甲醇、乙醚、丙酮、檸檬酸、苯甲酸鈉、可溶性淀粉、葡萄糖、果糖、蔗糖、無水三氯化鋁、無水氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂、氯化鉀、六水三氯化鐵、五水硫酸銅、七水硫酸鋅、過氧化氫、亞硫酸鈉、維生素C等 均為國產分析純。

S22PC可見分光光度計 上海棱光技術有限公司;UV/VIS916紫外可見分光光度計 澳大利亞GBC科學儀器公司;pHS29A數字酸度計 上海大普儀器有限公司;CS501超級恒溫器 重慶實驗設備制造廠;AUY120電子天平 日本島津公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 海南蒲桃果色素的提取工藝流程 新鮮海南蒲桃果→清洗晾干→破碎去核→稱量→加入最佳提取劑浸提→抽濾→濾渣→第二次浸提→抽濾→濾渣(棄去)→合并二次浸提濾液→提純→真空濃縮干燥→成品

1.2.2 提取劑的選擇 經初步研究發(fā)現海南蒲桃果色素容易溶于水和乙醇，在酸性條件下比較穩(wěn)定［4］。為此本實驗選擇含0.3%鹽酸的不同濃度的乙醇溶液作為提取劑。

1.2.3 海南蒲桃果色素的提取條件選擇 采用正交實驗，對提取溫度、提取時間、提取劑濃度、原料與提取劑配比4個因子在5個不同的水平上進行優(yōu)選實驗。根據極差大小確定四因子對海南蒲桃果色素提取的影響大小，確定最佳提取條件。正交實驗因素水平見表1。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.2.4 海南蒲桃果色素的提純 一定量海南蒲桃果肉，用溶劑浸提，濾液用石油醚、氯仿去除脂溶性雜質［5－7］，可得紅色透明的色素液。

1.2.5 海南蒲桃果色素理化性質的測試方法 在海南蒲桃果色素溶液中，添加各種不同濃度的試劑，讓其分別在不同的實驗條件下作用，再以同等濃度的空白溶液作對比，用S22PC型可見分光光度計測定其吸光度，以此測定出不同的試劑、不同的環(huán)境條件對海南蒲桃果色素穩(wěn)定性的影響。

1.2.5.1 海南蒲桃果色素的熱穩(wěn)定性 量取海南蒲桃果色素原液5.00mL移入100mL容量瓶中，用0.3%鹽酸溶液稀釋定容至100mL。取其稀釋液適量，分別置于不同溫度的水浴中加熱1h，于波長532nm處測其吸光度，并觀察色素的顏色。

1.2.5.2 氧化劑和還原劑對海南蒲桃果色素的影響在室溫下，量取海南蒲桃果色素原液5.00mL移入100mL容量瓶中，用0.3%鹽酸溶液稀釋定容100 mL。再取其稀釋液各15.00mL，分別加入5%的H2O2(氧化劑)，5%的 Na2SO3(還原劑)，5%的 VC(還原劑)各15.00mL，對照組中加入15.00mL蒸餾水，置于黑暗處，每隔1h在532nm處測其吸光度。

1.2.5.3 pH對海南蒲桃果色素的影響 在室溫下，取海南蒲桃果色素原液5.00mL，稀釋定容至100mL，再用0.1mol/L的鹽酸和0.1、0.01、0.001mol/L氫氧化鈉溶液調配成pH為1～12的一系列溶液。將各pH色素溶液在常溫下放置黑暗處1、2h，每隔1h，分別在波長532nm處測其吸光度。

1.2.5.4 強烈太陽光對色素穩(wěn)定性的影響 取海南蒲桃果色素原液5.00mL，稀釋定容至100mL。取其稀釋液分別在強光下照射0、1、2、3、4、5、6h，每隔1h，在波長532nm處測其吸光度，并觀察其顏色變化。

1.2.5.5 室內光對色素穩(wěn)定性的影響 在室溫下，取海南蒲桃果色素原液5.00mL，稀釋定容至100mL。取其稀釋液置于室內靠窗口的光亮處，放置不同時間，每隔一天，在波長532nm處測其吸光度。

1.2.5.6 金屬離子對海南蒲桃果色素穩(wěn)定性的影響配制含各種金屬離子的溶液，濃度分別為0.005、0.05、0.10mol/L。在室溫下，取海南蒲桃果色素原液5.00mL，稀釋定容至 100mL。再取其稀釋液各15.00mL，分別加入15.00mL各種金屬離子溶液，在相同條件下放置黑暗處1、2、3h，每隔1h，在波長532nm處測其吸光度。

1.2.5.7 淀粉和檸檬酸對色素穩(wěn)定性的影響 在室溫下，取海南蒲桃果色素原液5.00mL，稀釋定容至100mL。再取其稀釋液各15.00mL，分別加入不同質量分數的淀粉溶液和不同濃度的檸檬酸溶液各15.00mL后置于黑暗處，每隔1h，在波長532nm處測其吸光度，并比較它們對色素的影響。

1.2.5.8 糖對色素的影響 在室溫下，取海南蒲桃果色素原液5.00mL，稀釋定容至100mL。再取其稀釋液各15.00mL，分別加入不同質量分數的葡萄糖、蔗糖和果糖溶液，置于黑暗處1h后，在波長532nm處測其吸光度。比較這三種糖對色素的影響。

1.2.5.9 苯甲酸鈉對色素穩(wěn)定性的影響 在室溫下，取海南蒲桃果色素原液5mL，稀釋定容至100mL。再取其稀釋液各15.00mL，加入不同濃度的苯甲酸鈉溶液后置于黑暗處，每隔1h，在波長532nm處測其吸光度，并比較它們對色素的影響。

1.2.6 海南蒲桃果色素的光譜性質 取通過提純的海南蒲桃果色素原液2.00mL，用0.3%鹽酸溶液稀釋定容至100mL，再用紫外－可見分光光度計對其溶液進行光譜掃描。

2 結果與討論

2.1 海南蒲桃果色素提取條件的選擇

采用L25(54)正交實驗組合表，對提取溫度、提取時間、提取劑的濃度、原料與提取劑配比等4個因素在5個不同的水平上進行優(yōu)選實驗。正交實驗結果見表2。

由表2可知，提取溫度、提取時間、提取劑濃度、原料與提取劑配比的極差R值分別為0.179、0.145、0.278、0.459，故此，4個因素對海南蒲桃果色素提取的影響主次是:原料與提取劑配比＞提取劑濃度＞提取溫度＞提取時間。正交實驗結果表明，海南蒲桃果色素提取的最佳工藝條件為A4B4C5D1，即以體積分數為0.3%鹽酸－90%乙醇溶液作為海南蒲桃果色素的提取劑，原料與提取劑配比為1∶4(g/mL)，提取溫度為60℃，提取時間為4h，提取效果最好。

選擇上述實驗中最佳的工藝條件進行重復實驗。結果見表3。

由表3可知，最佳提取條件下做的重復實驗其重現性極好，吸光度A532可以達到1.630以上。

2.2 海南蒲桃果色素的光譜性質

用紫外－可見分光光度計對海南蒲桃果色素溶液進行光譜掃描，結果見圖1。

圖1 海南蒲桃果色素的吸收光譜Fig.1 Absorption spectrum of syzygium cumini fruit pigment

表2 正交實驗結果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal test

表3 最佳提取條件的吸光度Table 3 The optimum extraction condition of absorbance

表4 溫度對色素的影響Table 4 Influence of temperature on the pigment

由圖1可知，海南蒲桃果色素在350和530nm附近有強吸收峰。與有關文獻對比［8－14］，可以初步確定海南蒲桃果色素主要是花色苷類色素。

2.3 海南蒲桃果色素的理化性質

2.3.1 海南蒲桃果色素的溶解性 在室溫下，將海南蒲桃果色素粉末分別用水、無水乙醇、丙酮、稀鹽酸、乙醚、檸檬酸溶液等進行溶解。結果表明，該色素易溶于水、無水乙醇、丙酮，稀鹽酸、檸檬酸溶液，不溶于乙醚。

2.3.2 海南蒲桃果色素的熱穩(wěn)定性［15］不同溫度對色素的影響結果見表4。

由表4可知，海南蒲桃果色素耐熱性較好，而且顏色變化不大，在70℃以下都比較穩(wěn)定。

2.3.3 氧化劑和還原劑對海南蒲桃果色素的影響氧化劑和還原劑對色素的影響結果見表5。

表5 氧化劑和還原劑對色素的影響Table 5 Influence of oxidant and reducer dosage on the pigment

由表5可知，H2O2和Na2SO3使海南蒲桃果色素的顏色由紅色變成茶色，而且色素的吸光度與對照組相比，明顯下降。這說明了海南蒲桃果色素極易被 Na2SO3還原，也易被 H2O2氧化，即 H2O2和Na2SO3對色素有較強的降解作用。但VC卻對色素有護色的作用，即海南蒲桃果色素不易被VC還原，在食品加工中可以添加適量的VC而不影響色素的色澤。

2.3.4 pH對海南蒲桃果色素的影響［16］pH對色素的影響結果見表6。

表6 pH對色素的影響Table 6 Influence of pH value on the pigment

由表6可知，海南蒲桃果色素在酸性越強的條件下越穩(wěn)定。當pH=1、2時，色素基本上沒有降解，且色澤鮮艷透明;當pH≥3時，色素大量降解，顏色大幅度改變，甚至還出現渾濁或沉淀現象。

2.3.5 光線對海南蒲桃果色素穩(wěn)定性的影響［17］

2.3.5.1 強烈太陽光對色素穩(wěn)定性的影響 室外光對色素的影響結果見圖2。

圖2 室外光對色素的影響Fig.2 Influence of outdoor light on the pigment

由圖2可知，強烈的太陽光對海南蒲桃果色素有降解作用，隨著光照時間的延長，吸光度明顯減小。除此以外，色素的顏色也產生明顯的變化:1～3h，色素呈紅色;4、5h，色素呈淺紅色，且出現渾濁;6h，色素呈茶色，有沉淀。

2.3.5.2 室內光對色素穩(wěn)定性的影響 室內光對色素的影響結果見圖3。

圖3 室內光對色素的影響Fig.3 Influence of indoor light on the pigment

由圖3可知，海南蒲桃果色素對光線比較敏感，1～6d，色素呈紅色;7～8d，色素呈淺紅色，有沉淀產生;10～11d，色素呈橙紅色，有沉淀;12d，色素呈茶色，有沉淀;13d，色素呈淡黃色，有沉淀。

2.3.6 金屬離子對海南蒲桃果色素穩(wěn)定性的影響金屬離子對色素的影響結果見表7。

由表 7 可知，當加入 Cu2+、Fe3+、Zn2+、K+和 Al3+時，較高的離子濃度和較長的接觸時間會導致色素降解，使色素的吸光度下降。這說明了以上5種離子都會降低色素的穩(wěn)定性。而有Ca2+、Na+和Mg2+這3種離子存在的條件下，色素非常穩(wěn)定，且色澤鮮艷。

2.3.7 食品添加劑對海南蒲桃果色素穩(wěn)定性的影響

2.3.7.1 淀粉和檸檬酸對色素穩(wěn)定性的影響 淀粉和檸檬酸對色素的影響結果見表8、表9。

由表8的數據和觀察色素與淀粉溶液混合的現象可知，淀粉溶液能使色素產生白色沉淀，并使其顏色褪減，即淀粉對海南蒲桃果色素有一定的降解作用。

表7 金屬離子對色素的影響Table 7 Influence of metal ions on the pigment

表8 淀粉對色素的影響Table 8 Influence of starch dosage on the pigment

表9 檸檬酸對色素的影響Table 9 Influence of citric acid dosage on the pigment

由表9可知，檸檬酸對色素的穩(wěn)定性無不良影響，且有一定的增色作用。

為了探討檸檬酸對色素的增色效果，需對實驗數據進行差異性分析，結果見表10。

由表10可知，通過SPPS軟件進行差異性分析發(fā)現:當檸檬酸濃度分別增加到0.02、0.05、0.10mol/L時各顯著性水平p都小于0.05，即檸檬酸對色素的增色效果顯著。

2.3.7.2 糖對色素的影響 糖對色素的影響結果見表11。

表10 差異性分析結果Table 10 The difference analysis results

表11 糖對色素的影響Table 11 Influence of sugar dosage on the pigment

由表11可知，低濃度的葡萄糖和蔗糖對色素的影響不大，但高濃度的葡萄糖和蔗糖對色素有一定的降解作用，而果糖則對海南蒲桃果色素有一定的增色作用。

2.3.7.3 苯甲酸鈉對色素穩(wěn)定性的影響 苯甲酸鈉對色素的影響結果見表12。

表12 防腐劑對色素的影響Table 12 Influence of preservative dosage on the pigment

由表12可知，高濃度的苯甲酸鈉溶液(0.10、0.05mol/L)對海南蒲桃果色素有較大的降解作用，同時也影響色素的顏色，使其顏色由紅色變成粉紅色;而濃度為0.02mol/L的苯甲酸鈉溶液對海南蒲桃果色素的降解作用極微，即該色素在此濃度的苯甲酸鈉溶液中較穩(wěn)定;在0.001mol/L苯甲酸鈉溶液中，則色素有微量降解。故防腐劑的用量要適中，才能起保持色素的穩(wěn)定性的作用。

3 結論

3.1 海南蒲桃果色素的最佳提取條件為:以體積分數為0.3%鹽酸－90%乙醇溶液作為提取劑，原料與提取劑配比為1∶4(g/mL)，提取溫度為60℃，提取時間為4h。

3.2 海南蒲桃果色素在pH≤2的酸性溶液中穩(wěn)定，其色澤呈清澈透明的鮮紅色，可以用作酸性飲料(如碳酸飲料、乳酸飲料等)、果酒、冰淇淋、糖果等的著色劑，在pH≥3的溶液中不穩(wěn)定，顏色發(fā)生變化，故色素的使用或加工應在酸性介質中進行。

3.3 海南蒲桃果色素的耐氧化劑和還原劑的能力較差，使用時應注意避免與氧化還原性強的物質共存。

3.4 Cu2+、Fe3+、Zn2+、K+、Al3+和淀粉明顯降低了海南蒲桃果色素的穩(wěn)定性，而果糖和其它常見離子對色素的穩(wěn)定性的影響不大，故使用時應注意避免添加以上對色素穩(wěn)定性有影響的物質或與它們接觸。

3.5 適量的檸檬酸、苯甲酸鈉、葡萄糖和蔗糖對海南蒲桃果色素的穩(wěn)定性無不良影響，但高濃度的苯甲酸鈉、葡萄糖和蔗糖對色素有一定的降解作用，使用時應避免大量添加。

3.6 海南蒲桃果色素在70℃以下耐熱性較好，但陽光對色素的穩(wěn)定性影響較大，故儲存和運輸時，應避免陽光照射。

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