紫荊花色素-β-環(huán)糊精包合物制備及穩(wěn)定性研究

朱慶英，周遠芳

（廣東惠州學(xué)院化工系，廣東惠州516007）

紫荊花色素-β-環(huán)糊精包合物制備及穩(wěn)定性研究

朱慶英，周遠芳

（廣東惠州學(xué)院化工系，廣東惠州516007）

闡述了紫荊花紅色素與β-環(huán)糊精包合物的制備及其穩(wěn)定性的研究。采用飽和水溶液攪拌法制備包合物。通過紅外譜圖對照分析對其進行鑒定，并將包合物與色素在光照、不同pH、不同溫度下比較各自的色澤損失率。結(jié)果表明：色素包合物在光照、不同pH、不同溫度條件下的穩(wěn)定性與包合物相比均有一定程度的提高。

紫荊花紅色素；β-環(huán)糊精；包合物；穩(wěn)定性

紫荊花色素來源于紫荊花瓣，是一種天然色素，與玫瑰茄紅色素同屬花青苷類化合物[1]，屬于國際公認(rèn)的安全食用色素。利用環(huán)糊精空腔的“內(nèi)疏水、外親水”環(huán)狀特征結(jié)構(gòu)，可與許多有機分子形成主客體包結(jié)物，并能改變被包結(jié)物質(zhì)的理化性質(zhì)，具有穩(wěn)定、增溶、控制釋放和定向分子的作用，在食品、醫(yī)藥、環(huán)境等方面有廣泛應(yīng)用[2-3]。紫荊花色素經(jīng)β-環(huán)糊精包合后，提高其對光、熱、酸和堿的穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、日化等行業(yè)。本實驗的建立為更好的開發(fā)利用紫荊花資源，探索出低成本的色素提取包合工藝，提出了參考，也為色素及其包合物的穩(wěn)定性的研究做了基礎(chǔ)的研究工作。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 原材料

紫荊花、β-環(huán)糊精。

1.1.2 試劑

丙酮、乙醇（95%）、溴化鈉、鹽酸、氫氧化鈉等均為分析純。

1.1.3 儀器

RE-201D旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：成都康宇科技有限公司；酸度計：上海精密科學(xué)儀器有限公司；SHZ-D循環(huán)水真空泵：鞏義市予華儀器責(zé)任有限公司；TENSOR37傅立葉變換紅外光譜儀：BRUKER公司；722可見分光光度計：上海精密科學(xué)儀器有限公司；數(shù)顯恒溫磁力攪拌器：鞏義市予華儀器責(zé)任有限公司。

1.2 紫荊花色素提取工藝

將經(jīng)過初步處理的紫荊花瓣碾碎，精確稱量適量紫荊花瓣，用濾紙包裹好，放入索氏提取器中，在圓底燒瓶中加入適量的95%乙醇，在提取時間0.8 h，提取pH為2，提取溫度為85℃下用索氏提取法提取[4]，將所得提取液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至粘稠狀，置于烘箱干燥至粉末狀。

1.3 紫荊花色素包合物的制備方法

采用飽和水溶液攪拌法來制備包合物：將β-環(huán)糊精加入50℃的去離子水中，攪拌至溶解，制備成環(huán)糊精飽和溶液。另取紫荊花紅色素適量，用乙醇溶解，緩慢滴加至β-環(huán)糊精飽和溶液中，密封后，保持溫度攪拌3 h，置冰箱內(nèi)冷藏24 h，真空抽濾，用少量的去離子水和無水乙醇快速洗滌，除去附著于表面的色素。40℃下干燥4 h，研碎，即得紫荊花色素-β-環(huán)糊精包合物[5]。

1.4 紫荊花色素與β-CD包合物的鑒定

采用紅外光譜圖對包合物進行鑒定。紅外光譜表征是根據(jù)客體分子被包裹前后其特征峰的形狀、位移和強度的變化來力證包合形成，是研究β-CD包合物最為常用方法之一。分別繪制紫荊花紅色素、β-CD/紫荊花色素包合物、以及β-CD 3種樣品的紅外譜圖，觀察分析包合物吸收峰的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫荊花色素包合物制備結(jié)果

采用紅外光譜圖分析法，分別對紫荊花紅色素（a）、β-CD/紫荊花色素包合物（b）、以及β-CD（c）3種樣品的紅外譜圖（如圖1）進行對比分析。

圖1 紫荊花色素（a），β-CD/紫荊花色素包合物（b），β-CD（c）的FT-IR圖Fig.1 FT-IR of red pigment from Cercis Chinensis Bge（a），Inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin（b），β-CD（c）

圖1中紫荊花色素的IR圖（曲線a），可發(fā)現(xiàn)在3 400 cm-1～3 200 cm-1出現(xiàn)寬而強的吸收峰，說明樣品中有—OH伸縮振動吸收峰；在2 927cm-1出現(xiàn)—CH2較窄的反對稱伸縮峰；在1 718 cm-1處的峰為C=O伸縮振動；在1 626 cm-1出現(xiàn)的峰，可判定為C=C伸縮；或在1 024 cm-1出現(xiàn)峰，可推斷為C-O-C的伸縮振動；在1 600 cm-1～1 500 cm-1有峰出現(xiàn)，說明存在芳環(huán)C=C伸縮，即體系存在共軛體系。根據(jù)圖并參照有關(guān)文獻，紫荊花的主要成分已有文獻報道，系屬花色甙類化合物。

從圖1可以看出，β-CD/紫荊花色素包合物（曲線b）與β-CD（曲線c）的FTIR譜圖相類似，說明包合物的環(huán)糊精的骨架結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，但是β-CD的-OH伸縮振動峰3 403 cm-1向低波數(shù)位移到了3 385 cm-1，這也可以說明β-CD環(huán)境發(fā)生了變化引起-OH伸縮振動峰的位移。紫荊花色素的IR圖（曲線a）中的-CH2在2 927 cm-1處的較窄的反對稱伸縮峰的吸收強度在包合物的IR圖（曲線b）上被環(huán)糊精本身的吸收峰掩蓋；因為β-CD本身的特征吸收頻率覆蓋了400 cm-1～3 800 cm-1區(qū)域，當(dāng)客體小分子在包合物中的分量小于25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，其特征峰容易被β-CD的吸收峰掩蓋[6]。由于紫荊花色素中苯環(huán)的疏水性最強，因此優(yōu)先進入β-CD的疏水性空腔，使得其特征峰被β-CD的吸收峰掩蓋。此外紫荊花紅色素的IR譜圖（曲線a）中1 626 cm-1處和1 718 cm-1處的C=C鍵和C=O鍵的伸縮振動峰的峰形、峰位和強度的變化也能提供關(guān)于客體分子是否進入空腔以及相互作用力性質(zhì)的證據(jù)。

2.2 紫荊花色素與色素包合物的穩(wěn)定性實驗結(jié)果

2.2.1 紫荊花色素與包合物最大吸收波長的確定結(jié)果

配制濃度為0.05 mg/mL的紫荊花色素溶液，在400 nm～700 nm波長范圍內(nèi)對所配溶液進行測試，結(jié)果見圖2。

圖2 紫荊花紅色素的吸收波長Fig.2 Absorption wavelength of red pigment from Cercis Chinensis Bge

由圖2得出，紫荊花紅色素最佳吸收波長是520nm。

配制濃度為1 mg/mL的β-CD/紫荊花色素包結(jié)物溶液，在200 nm～700 nm波長范圍內(nèi)對所配溶液進行測試，結(jié)果見圖3。

圖3 β-CD/紫荊花色素包結(jié)物的吸收波長Fig.3 Absorption wavelength of the inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin

由圖3得出，β-CD/紫荊花色素包結(jié)物的最佳吸收波長是360 nm。

2.2.2 紫荊花色素與包合物對光照的穩(wěn)定性比較

配制濃度為0.05 mg/mL的紫荊花色素溶液，和1 mg/mL的β-CD/紫荊花色素包結(jié)物溶液，在室內(nèi)光照條件下，每隔一周測試兩組溶液的吸光值變化，計算其損失率，結(jié)果見表1，并繪制曲線，結(jié)果見圖4。

表1 光照對色素及包合物穩(wěn)定性的影響Table 1 Effect of light on inclusion compound of red pigment fromCercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

圖4 光照時間對色素及包合物穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of light on inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

由圖4可知，光照一定時間色素與包合物的均有損失，色素在光照條件下不太穩(wěn)定，易褪色，因此在貯存、運輸過程中應(yīng)避免直射光。從相同的時間段比較損失率來看，色素溶液在室內(nèi)自然光條件照射4周即有較明顯的褪色現(xiàn)象，而包合物溶液的顏色、保存率均高于未包合的色素。

2.2.3 色素與包合物對不同pH的穩(wěn)定性比較

分取同等體積的濃度為0.05 mg/mL的紫荊花色素溶液，和1 mg/mL的β-CD/紫荊花色素包結(jié)物溶液，用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH，放置0.5 h后，測試兩組溶液的吸光值變化，計算其損失率，結(jié)果見表2，并繪制曲線，結(jié)果見圖5。

由圖5可知，在中性條件下，色素與包合物的穩(wěn)定性均最好，酸性和堿性都會導(dǎo)致色素褪色。色素溶液在酸性條件下，吸收值變動不大，損失較平緩；而在堿性條件下?lián)p失率上升較快。但包合物無論在酸性還是堿性條件下，損失率遠低于色素液，說明在不同pH條件下，包合物的穩(wěn)定性較色素溶液有所增強。

2.2.4 色素與包合物對不同溫度的穩(wěn)定性比較

分別取同等體積的濃度為0.05 mg/mL的紫荊花色素溶液，和1 mg/mL的β-CD/紫荊花色素包結(jié)物溶液，在不同溫度下加熱0.5 h后冷卻至常溫，測試兩組溶液的吸光值變化，計算其損失率，結(jié)果見表3，并繪制曲線，結(jié)果見圖6。

由圖6可知，溫度對色素和包合物均有影響。溫度越高，色素?fù)p失越多，但在相同溫度下比較色素和包合物的損失率，色素的損失率遠高于包合物的損失率，說明在不同溫度條件下，包合物的穩(wěn)定性較色素有所增強。

表2 不同pH對色素及包合物穩(wěn)定性的影響Table 2 Effect of pH value on inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

圖5 不同pH對色素及包合物穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of pH value on inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

表3 不同溫度對色素及包合物穩(wěn)定性的影響Table 3 Effect of temperature on inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

圖6 不同溫度對色素及包合物穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of temperature on inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

3 結(jié)論

1）包合物的制備采用飽和水溶液法，并用紅外譜圖分析法對其進行鑒定，證實了包合物的存在。

2）紫荊花紅色素經(jīng)包合后，對光照、酸堿度及熱穩(wěn)定性均有較大的增強，使得紫荊花色素的應(yīng)用性更好。

3）使用安全無毒天然的食用色素是大勢所趨，通過對紫荊花色素的性質(zhì)分析，紫荊花含有豐富的天然紅色素，是一種優(yōu)質(zhì)的天然紅色素資源。

[1] 藺定運.食用色素的識別與應(yīng)用[M].北京:中國食品出版社,1987: 7-19

[2]Connors K A.The Stability of Cyclodextrin Complexes in Solution[J]. Chem Rev,1997(97):1325-1357

[3]Engeldinger E,Armspach D,Matt D.Capped cyclodextrins[J]. Chem Rev,2003(103):4147-4173

[4]朱慶英,何翠香.醇溶法提取紫荊花色素及其穩(wěn)定性研究[J].食品工業(yè)科技,2009(2):268-270

[5] 林榮峰,王麗,劉向陽.辣椒紅色素與β-環(huán)糊精包合物的制備及理化性質(zhì)研究[J].食品研究與開發(fā),2006(3):191-193

[6] 童林薈.環(huán)糊精化學(xué)——基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2001: 214-216

Study on the Preparation of Red Pigment from Cercis Chinensis Bge-β-Cyclodextrin Inclusion Compound and its Stability

ZHU Qing-ying，ZHOU Yuan-fang
（Department of Chemistry，Huizhou College，Huizhou 516007，Guangdong，China）

This topic has elaborated the preparation of inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-cyclodextrin and its stability.The inclusion compound was prepared by saturated aqueous solution through stirring.The red pigment and the inclusion compound were identified by infrared spectra.The stability of inclusion compound and red pigment was measured under different light，pH，temperature.The result indicated that the stability of red pigment from Cercis Chinensis Bge was improved after inclusion.

red pigment from Cercis Chinensis Bge；β-cyclodextrin；inclusion compound；stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.19.024

2013-07-30

朱慶英（1975—），女（漢），講師，碩士，研究方向：精細化工。