紅花羊蹄甲花色素提取工藝優(yōu)化及其穩(wěn)定性研究

詹嘉紅，吳萍

（韓山師范學(xué)院生物系，廣東潮州521041）

紅花羊蹄甲（Bauhinia blakeana Dunn）別名洋紫荊、洋櫻花、艷紫荊，是豆科蘇木亞科羊蹄甲屬常綠喬木，也是我國嶺南一帶很受青睞的綠化觀光樹種。紅花羊蹄甲葉、根、樹皮、花可做藥用，具有止血、健脾燥濕、潤肺止咳、消炎的功效，可治療咯血、消化不良、咳嗽、便秘、肝炎、肺炎等疾病[1]。研究表明，紅花羊蹄甲花提取物對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等均有抑菌效果[2]。紅花羊蹄甲花期長達(dá)半年，花量茂盛，花色艷麗，色素含量高。本試驗(yàn)對紅花羊蹄甲紫紅色花花色素的最佳提取條件和穩(wěn)定性進(jìn)行研究，旨在為該色素的進(jìn)一步開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅花羊蹄甲花瓣采自韓山師范學(xué)院校園內(nèi)。無水乙醇、苯甲酸鈉、檸檬酸、蔗糖、亞硫酸鈉、過氧化氫等試劑均為分析純。

722S型可見光分光光度計(jì)、FA2004電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司天平儀器廠；JJ-2組織搗碎勻漿機(jī)、HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市友聯(lián)儀器研究所。

1.2 方法

1.2.1 色素的提取工藝流程

新鮮花瓣→烘干（40℃、20 h）→粉碎過篩（40目）→浸提→過濾→色素提取液。

1.2.2 色素最大吸收波長的確定

準(zhǔn)確稱取花瓣粉末0.200 g，加入60%乙醇溶液20 mL，浸提30 min后過濾，濾液在波長400.00 nm～600.00 nm范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，測定吸光度，篩選最大吸收波長。如圖1所示。

圖1 紅花羊蹄甲花色素的吸收光譜圖Fig.1 Absorbing spectrum of flower pigments

紅花羊蹄甲花色素在波長530 nm處有明顯吸收峰，與文獻(xiàn)[3]報(bào)道的最大吸收波長547 nm不同，估計(jì)與提取劑的差異有關(guān)。本試驗(yàn)均采用530 nm為測試點(diǎn)。

1.2.3 提取工藝最優(yōu)參數(shù)的確定[4]

以吸光值代表色素提取率，考察乙醇浸提劑濃度、料液比、浸提時(shí)間和浸提溫度對色素提取的影響，初步確定各因素的適宜值。進(jìn)而采用L9（34）的四因素三水平正交設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇實(shí)驗(yàn)，綜合確定最佳提取工藝條件。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的因素及水平表見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factor level of orthogonal design

1.2.4 色素的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

按優(yōu)化的提取工藝條件制備色素樣液，以最大吸收波長的吸光值為評定穩(wěn)定性指標(biāo)，進(jìn)行光照、溫度、氧化劑、還原劑和常見食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響研究。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1.1 浸提劑濃度的影響

準(zhǔn)確稱取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，分別加入不同濃度的乙醇溶液20 mL，浸提30 min后過濾，濾液在波長530 nm處測其吸光度A530。圖2顯示，乙醇濃度在10%～30%范圍內(nèi)，色素的提取率相差不大，當(dāng)乙醇濃度高于30%時(shí)，色素的提取率隨著乙醇濃度的增加明顯增大，其中乙醇濃度為40%時(shí)提取率最大，因此選擇40%的乙醇溶液為最佳提取劑。

圖2 浸提劑濃度對色素提取的影響Fig.2 Influence of solven concentration on extraction of pigment

2.1.2 浸提溫度的影響

準(zhǔn)確稱取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，分別加入20 mL 40%的乙醇溶液，在不同溫度條件下浸提30 min后過濾，濾液在波長530 nm處測其吸光度A530。圖3顯示，浸提溫度在30℃～40℃范圍內(nèi)，色素提取率呈逐漸上升的趨勢，當(dāng)溫度達(dá)到40℃時(shí)，色素類物質(zhì)的溶出速度達(dá)到最大，超過40℃后，提取率反而有所下降。因此選擇最佳浸提溫度為40℃。

圖3 浸提溫度對色素提取的影響Fig.3 Influence of the temperature on extraction of pigment

2.1.3 料液比的影響

準(zhǔn)確稱取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，按料液比 1∶50、1 ∶100、1 ∶150、1 ∶200、1∶250 的比例在上述最佳浸提劑濃度、浸提溫度條件下處理30 min，過濾后于波長530 nm處測其吸光度A530。圖4顯示，隨著提取溶劑體積的增加，色素提取率呈逐步下降的態(tài)勢，即隨著提取溶劑的量增加，色素相當(dāng)于被稀釋了[5]。從吸光值的變化可以看出，當(dāng)料液比為1∶50時(shí)，色素應(yīng)基本被完全浸出，因此，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，選擇最佳料液比為 1∶50。

圖4 料液比對色素提取的影響Fig.4 Influence of the ratio between material and solution on extraction of pigment

2.1.4 浸提時(shí)間的影響

準(zhǔn)確稱取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，按上述最佳浸提劑濃度、浸提溫度和料液比，分別浸提不同時(shí)間后過濾，濾液在波長530 nm處測其吸光度A530。圖5表明，當(dāng)浸提時(shí)間為10 min時(shí)，提取率最高，超過10 min后，提取率反而有小幅度下降，可能由于浸提時(shí)間的延長色素遭到破壞或是雜質(zhì)增多的緣故，所以選擇最佳浸提時(shí)間為10 min。

圖5 浸提時(shí)間對色素提取的影響Fig.5 Effect of extraction time on extraction of pigment

2.2 正交試驗(yàn)

2.2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析

按表1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 紅花羊蹄甲花色素提取的正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析Table 2 Orthodoxy result and analysis of regression

由表2極差分析結(jié)果可以看出，在浸提劑濃度（A）、液料比﹙B﹚、浸提溫度﹙C﹚和浸提時(shí)間﹙D﹚4個(gè)影響因素中，對紅花羊蹄甲花色素提取率影響主次順序?yàn)椋航釀舛龋玖弦罕龋窘釡囟龋窘釙r(shí)間，最佳提取工藝條件為：A1B1C1D2，即以濃度為20%的乙醇水溶液為浸提劑，采用料液比為1∶40（g/mL），在30℃恒溫條件下提取10 min，此時(shí)提取效果最好。在最優(yōu)條件下做平行實(shí)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)證紅花羊蹄甲花色素的提取率為0.819（以吸光度表示），高于正交試驗(yàn)中的最高組合第4號實(shí)驗(yàn)結(jié)果0.794，這說明實(shí)驗(yàn)所確定的最佳提取工藝條件是可靠的。

2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析

運(yùn)用SPSS 13.0對表2正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3。

表3 方差分析結(jié)果Table 3 Analysis of variance

方差分析可知，浸提劑濃度、液料比對紅花羊蹄甲花色素的提取效果有顯著性意義（P＜0.05），其余為不顯著因素。方差分析結(jié)果與直觀分析結(jié)果相一致。

2.3 色素的穩(wěn)定性研究[6-8]

2.3.1 日光對色素穩(wěn)定性的影響

取8支具塞刻度試管，加入色素稀釋液各5 mL，置于太陽光下，每隔1 h取1管在波長530 nm下測其吸光度，結(jié)果如表4。

表4 日光對色素穩(wěn)定性的影響Table 4 Effects of sunlight on pigment stability

由表4可見，隨著光照時(shí)間的延長，色素吸光度緩慢下降，到7 h時(shí)色素殘存率為90%，色素溶液顏色基本無變化。說明紅花羊蹄甲花色素的耐光照性較好。

2.3.2 溫度對色素穩(wěn)定性的影響

取9支試管，加色素稀釋液各5 mL，用保鮮膜封口后分別置于30℃～100℃的恒溫水浴鍋中恒溫加熱1 h，然后在波長530 nm下測其吸光度，結(jié)果如表5。

由表可見，不同溫度下，色素的吸光值略有升降，但影響不明顯，溶液顏色均無明顯變化，說明其熱穩(wěn)定性良好。

表5 溫度對色素穩(wěn)定性的影響Table 5 Effects of temperature on pigment stability

2.3.3 氧化劑、還原劑對色素穩(wěn)定性的影響

取9支試管，加色素稀釋液各5 mL，再分別加入相同濃度但不同體積的H2O2、Na2SO3溶液，常溫（25℃）暗處靜置1 h后，在波長530 nm下測其吸光度，結(jié)果如表 6、表 7。

表6 H2O2對色素穩(wěn)定性的影響Table 6 Effects of H2O2on pigment stability

表7 Na2SO3對色素穩(wěn)定性的影響Table 7 Effects of Na2SO3on pigment stability

由表可知，H2O2、Na2SO3對色素的影響很大。隨著H2O2、Na2SO3濃度的增大，色素吸光度均明顯下降，H2O2使溶液顏色變淺，而Na2SO3則使溶液變成棕黃色。表明紅花羊蹄甲花色素具有較差的抗氧化性和抗還原性。應(yīng)用時(shí)要避免加強(qiáng)氧化劑和還原劑。

2.3.4 食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響

取10支試管，加色素稀釋液各5 mL，再分別加入苯甲酸鈉、檸檬酸、蔗糖溶液各2 mL，暗處放置0.5、1 h后，在波長530 nm下測其吸光度，結(jié)果如表8。

由表8可知，加入不同濃度的苯甲酸鈉、蔗糖后，色素溶液吸光值變化幅度很小，顏色基本無變化，表明苯甲酸鈉、蔗糖對色素穩(wěn)定性影響較小。檸檬酸對色素穩(wěn)定性影響較明顯，隨著濃度的增加及作用時(shí)間的增長，色素溶液吸光值明顯增大，表明檸檬酸有一定的增色作用。

表8 食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響Table 8 Effects of food additives on pigment stability

3 結(jié)論

1）通過單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)和方差分析，得出以乙醇為浸提劑提取紅花羊蹄甲花色素的最佳工藝參數(shù)為：乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)為20%，料液比為1∶40（g/mL），在30℃恒溫條件下提取10 min。

2）穩(wěn)定性研究結(jié)果表明：該色素耐光性和耐熱性較好，但對H2O2、Na2SO3敏感，不能保持穩(wěn)定。苯甲酸鈉、蔗糖對色素穩(wěn)定性無不良影響，檸檬酸對該色素起到一定的增色作用。

3）紅花羊蹄甲在華南地區(qū)的園林中已被廣泛應(yīng)用，該樹種花期長、花大色艷、色素含量高。此外，花色素還有較好的抗氧化活性[9]，因此，紅花羊蹄甲花色素作為一種天然色素資源具有開發(fā)研究價(jià)值。

[1] 吳修仁.中國藥用植物簡編[M].廣州：廣東高等教育出版社,1994：413

[2] 盧海嘯,陳永紅.紅花羊蹄甲抑菌活性的研究[J].玉林師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué),2008,29(03)：87-90

[3] 焦淑清,徐晶瑩.微波萃取紅花羊蹄甲花紅色素的研究[J].食品研究與開發(fā),2009,30(4)：190-192

[4] 楊希娟,黨斌,張國權(quán).黑小麥色素提取工藝優(yōu)化及其穩(wěn)定性研究[J].食品工業(yè)科技,2011,32(07)：353-357

[5] 馬丹雅,趙晶,姚晶,等.仙人掌果紅色素提取工藝及其穩(wěn)定性研究[J].食品工業(yè)科技,2012,33(23)：214-217

[6] 詹嘉紅,藍(lán)宗輝,魏小鳳.黑布林李子皮色素的提取及穩(wěn)定性[J].食品研究與開發(fā),2011,32(05)：182-186

[7] 余凡,楊恒拓,葛亞龍,等.紫薯色素的微波提取及其穩(wěn)定性和抗氧化活性的研究[J].食品工業(yè)科技,2013,34(04)：322-326

[8] 肖浩,鄭小江.千里光黃色素提取及穩(wěn)定性研究[J].食品工業(yè)科技,2011,32(04)：317-320

[9] 李容,張德威,盧小雪,等.紅花羊蹄甲花色素成分的鑒定及抗氧化活性研究[J].廣東化工,2013,40(22)：28-30