一種經(jīng)濟(jì)簡便的梔子黃色素純化工藝及其儲存條件研究

宋 偉，唐忠海，饒力群

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙410128）

水梔子（Gardenia jasminoides var.radicans Makino）為茜草科植物水梔子的果實(shí)，可人工栽培，主產(chǎn)于長江以南大部分省區(qū)，資源豐富，且黃色素含量高，是提取天然黃色素的最好原料［1］。梔子黃色素是從梔子屬植物果實(shí)中提取的水溶性類胡蘿卜素類天然食用色素，其主要成分是賦予其鮮艷黃色的藏花素（crocin）和藏花酸（crocetin）［2］，但有些梔子黃色素會因含有大量的梔子苷（梔子黃色素的主要雜質(zhì)）使得食品發(fā)生綠變，降低食品品質(zhì)，且梔子苷水解產(chǎn)物京尼平具有遺傳毒性［3］。研究報(bào)道，梔子苷和藏花素的最大吸收波長分別是238nm和440nm，當(dāng)梔子黃色素在238nm和440nm處的吸光度的比值（OD比值）小于0.4時(shí)能有效控制梔子苷的量，從而有效防止食品發(fā)生綠變［4］。

國內(nèi)已有不少研究報(bào)道梔子黃色素的提取和純化方法，也得到了高品質(zhì)產(chǎn)品［5－7］，但多數(shù)因工藝復(fù)雜、可操作性差、產(chǎn)率低、生產(chǎn)成本高、有機(jī)溶劑殘留、環(huán)境污染等缺點(diǎn)限制了其工業(yè)化生產(chǎn)。作者從簡化工藝、降低成本、減少有機(jī)溶劑殘留等方面入手，以水梔子果實(shí)為原料、水為提取溶劑，通過大孔樹脂富集得到了高純度的梔子黃色素產(chǎn)品，并對其儲存條件進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

水梔子，產(chǎn)自江西撫州。

EDI超純水，上海訊輝環(huán)?？萍加邢薰荆籐XA－8、LSA－10、LX－28、LX－60、LX－68M型大孔樹脂，西安藍(lán)曉科技新材料股份有限公司；D101、HPD100A型大孔樹脂，西安藍(lán)深科技新材料股份有限公司；乙醇，湖南大江貿(mào)易有限公司。

FW177型中草藥粉碎機(jī)，天津泰斯特；FA2104N型電子天平，上海菁海儀器有限公司；DK－8型電熱恒溫水槽、DHG－9146A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏；Agilent8453型紫外可見分光光度計(jì)；SHZ－Ⅲ型循環(huán)水真空泵，上海亞榮生化儀器廠；R－1001N型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鄭州長城科工貿(mào)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 梔子黃色素提取液的制備

取適量成熟干燥的水梔子果實(shí)粉碎至約40目，加蒸餾水室溫浸提3次，料液比（質(zhì)量體積比，g∶mL，下同）分別為1∶16、1∶10、1∶10，提取時(shí)間分別為8h、6h、5h，沉降，紗布過濾，得到3級（一級、二級、三級）梔子黃色素提取液，備用。

1.2.2 大孔樹脂預(yù)處理

大孔樹脂用95%乙醇浸泡過夜，濕法裝柱，水洗至無醇味；用2%NaOH溶液通過樹脂柱，浸泡2h后，水洗至中性；用5%HCl溶液通過樹脂柱，浸泡2h后，水洗至中性，備用。

1.2.3 大孔樹脂的篩選

稱取7種備用的大孔樹脂各2.0g于250mL三角瓶中，分別加入50mL梔子黃色素提取液（A440＝102.68），于100r·min－1、25℃振蕩24h，吸附飽和后，抽濾；再向樹脂中加入50mL 80%乙醇，于100r ·min－1、25℃振蕩4h，抽濾，分別測定濾液在238 nm和440nm處的吸光度。

大孔樹脂的吸附率、解吸率、OD比值分別依下式計(jì)算：

式中：A0為吸附前提取液的吸光度；A1為吸附后提取液的吸光度；A2為解吸液的吸光度；A238、A440分別為溶液在238nm、440nm處的吸光度。

1.2.4 提取液流速的考察

將3級提取液分別以不同流速通過樹脂柱，記錄吸附前后溶液吸光度及流出液顏色。

1.2.5 解吸劑乙醇體積分?jǐn)?shù)的考察

稱取10份吸附飽和的大孔樹脂各2.0g于250mL三角瓶中，分別加入50mL體積分?jǐn)?shù)為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%的乙醇，于100r·min－1、25℃振蕩4h，抽濾，測定濾液在238nm和440nm處的吸光度，計(jì)算OD比值、解吸率。

1.2.6 紫外可見吸收光譜分析

將純化前后的梔子黃色素提取液減壓濃縮后，50℃烘干。稱取0.100g純化前后樣品加水溶解定容到100mL，取1.0mL分別定容到10mL和100 mL，用紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行全波長掃描。

1.2.7 色價(jià)的測定

梔子黃色素色價(jià)的測定方法參照GB 7912－2010［8］。稱取約0.15g粉末試樣（精確至0.0002g），用水溶解，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，加水定容到刻度，搖勻；吸取10mL上述試液，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，加水定容到刻度，搖勻；取此試液置于1cm比色皿中，以水作空白對照，用分光光度計(jì)在（440±5）nm范圍內(nèi)測定吸光度（吸光度應(yīng)控制在0.3～0.7之間，否則應(yīng)調(diào)節(jié)試液濃度，再重新測定吸光度）。色價(jià)E依下式計(jì)算：

式中：A為試液在440nm處的吸光度；c為試液的濃度，g·mL－1。

1.2.8 溫度和光照對梔子黃色素穩(wěn)定性影響的考察

將純化梔子黃色素分別置于不同溫度（室內(nèi)溫度：25～30℃，窗口溫度：35～38℃）和光照條件下儲存2個(gè)月。稱取樣品各0.100g溶解并定容到100mL，再取1.0mL定容到100mL，測440nm處的吸光度，計(jì)算樣品色價(jià)。對照為最初獲得純化梔子黃色素。

1.2.9 pH值對梔子黃色素穩(wěn)定性影響的考察

稱取0.100g純化梔子黃色素溶解并定容到100 mL，從中取14份1.0mL于100mL棕色瓶中，分別用pH＝1～14的水定容，避光、冷藏保存。分別于第1d、第2d、2周后、2月后測定吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 大孔樹脂的篩選（表1）

表1 不同型號大孔樹脂的吸附率、解吸率和OD比值Tab.1 The adsorption rate，desorption rate and ODratio of different macroporous resins on gardenia yellow pigment

大孔樹脂的性能取決于吸附率、解吸率、OD比值。在一定程度上，OD比值能反映大孔樹脂對梔子苷和梔子黃的吸附選擇性，比值越小，表明樹脂對梔子黃色素的吸附選擇性越強(qiáng)。由表1可知，7種大孔樹脂對梔子黃色素都具有良好的吸附和解吸能力。其中吸附率以大孔樹脂LSA－10、LX－60、HPD100A較佳，分別達(dá)89.6%、89.1%、88.1%；解吸率以大孔樹脂LX－28、HPD100A、LXA－8較佳，分別達(dá)99.7%、98.5%、98.3%。大孔樹脂HPD100A、D101、LSA－10的OD比值較小，尤其是HPD100A的OD比值最小，表明其吸附選擇性最強(qiáng)。綜合比較吸附率、解吸率和OD比值，7種大孔樹脂中HPD100A純化梔子黃色素效果最好，LX－68M效果最差。

2.2 提取液流速對吸附效果的影響（表2）

表2 提取液流速對梔子黃色素吸附效果的影響Tab.2 The effects of flow rate of the extraction solution on the adsorption efficiency of gardenia yellow pigment

由表2可知，提取液通過樹脂柱的流速對梔子黃色素的吸附效果有直接影響。隨著提取液通過樹脂柱流速的加快，吸附時(shí)間相應(yīng)縮短，梔子黃色素流失量逐漸增多。3級提取液的色素含量不一，含量高的溶液，通過樹脂柱時(shí)流速越慢越能被充分吸附。為提高效率的同時(shí)保證吸附充分，減少損失，選擇3級提取液通過樹脂柱的適宜流速分別為10BV·h－1、30BV·h－1、60BV·h－1。

2.3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對解吸效果的影響

乙醇常被用作大孔樹脂吸附梔子黃色素后的解吸劑［9－10］?？疾煲掖俭w積分?jǐn)?shù)對解吸效果的影響，結(jié)果見表3。

表3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對解吸效果的影響Tab.3 Effect of ethanol volume fraction on the desorption efficiency

由表3可知：隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，梔子黃色素的解吸率逐漸增大，OD比值逐漸減??；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，解吸率達(dá)97.3%，OD比值降至0.38，故采用體積分?jǐn)?shù)大于70%的乙醇作解吸劑效果較好。

2.4 紫外可見吸收光譜分析

梔子黃色素純化前后的紫外可見吸收光譜見圖1。

圖1 純化前（a）、后（b）梔子黃色素溶液的紫外可見吸收光譜Fig.1 UV－Visible absorption spectra of gardenia yellow pigment solution before（a）and after（b）purification

由圖1可知：純化前，梔子黃色素溶液有3個(gè)明顯的峰，分別是梔子苷、綠原酸和黃色素的吸收峰，且梔子苷的吸收峰強(qiáng)度明顯偏高，綠原酸和黃色素的吸收峰強(qiáng)度相差不大，說明純化前的梔子黃色素溶液中含有大量梔子苷等雜質(zhì)，純度低（色價(jià)為34.6±0.5）；純化后，梔子黃色素在440nm附近有1個(gè)較強(qiáng)的吸收峰，梔子苷和綠原酸的吸收峰明顯弱于黃色素的吸收峰，說明純化后梔子黃色素的純度得到較大提高，且梔子苷的含量較低（色價(jià)為384.3±4.3）。

2.5 溫度和光照對梔子黃色素穩(wěn)定性的影響（圖2）

圖2 溫度和光照對梔子黃色素穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effects of temperature and light on the stability of gardenia yellow pigment

由圖2可知，6個(gè)處理組的色價(jià)分別為A：384.3 ±4.3、B：383.8±3.6、C：372.2±2.9、D：381.8±4.0、E：324.5±5.0、F：364.4±4.2。比較A、B、D、F發(fā)現(xiàn)，溫度是影響梔子黃色素穩(wěn)定性的重要因素，在窗口進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)破壞性比其它實(shí)驗(yàn)大，但冷藏和室溫對梔子黃色素破壞性很小；比較A、C、D和A、E、F發(fā)現(xiàn)，光照也會影響梔子黃色素的穩(wěn)定性，日光燈對梔子黃色素的破壞性較小，太陽光的破壞性較大。綜上，溫度和光照是影響梔子黃色素穩(wěn)定性的兩個(gè)重要因素，高溫和太陽光對梔子黃色素的破壞性較強(qiáng)，故梔子黃色素產(chǎn)品適宜避光、低溫儲存。

2.6 pH值對梔子黃色素穩(wěn)定性的影響（圖3）

圖3 pH值對梔子黃色素穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of pH value on the stability of gardenia yellow pigment

由圖3可知：2d內(nèi)，當(dāng)溶液pH＝4～10時(shí)，梔子黃色素相對穩(wěn)定，pH值過大或過小都對其有破壞性，且pH值越小，破壞性越大；2周后，14種pH值環(huán)境下的梔子黃色素均有破壞，仍是pH值越小破壞性就越大；2個(gè)月后，pH＜12環(huán)境下的梔子黃色素成分已經(jīng)被完全破壞，強(qiáng)堿環(huán)境下反而有部分殘留。綜上，梔子黃色素不宜溶解在pH＜4的溶液中使用，適宜配制成pH＝4～10的溶液使用，且現(xiàn)配現(xiàn)用。

3 結(jié)論

以水梔子果實(shí)為原料、水為提取溶劑，采用大孔樹脂一次性富集純化梔子黃色素的同時(shí)對其穩(wěn)定性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，大孔樹脂HPD100A對梔子黃色素的吸附效果較好；提取液通過樹脂柱的流速對吸附效果有直接影響；采用70%乙醇洗脫樹脂柱，梔子黃色素的解吸率達(dá)97.3%，且OD比值較??；純化后，梔子黃色素的色價(jià)從34.6±0.5提高到384.3±4.3；光照和高溫會破壞梔子黃色素穩(wěn)定性，儲存時(shí)宜低溫、避光；梔子黃色素溶液使用時(shí)宜控制pH值4～10，且現(xiàn)配現(xiàn)用。該研究為實(shí)際生產(chǎn)提供了理論依據(jù)和操作指導(dǎo)，并為獲得高附加值產(chǎn)品和梔子的綜合開發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)。

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