莧菜紅色素的提取及其生物活性研究

瑪爾孜婭·阿不力米提，買買提明·蘇來曼，尤努斯江·吐拉洪，努爾克孜·吐達(dá)洪

（1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046；2.新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046；3.新疆伊犁州中心血站，新疆伊寧 835000）

莧菜紅色素的提取及其生物活性研究

瑪爾孜婭·阿不力米提1，買買提明·蘇來曼1，尤努斯江·吐拉洪2，*，努爾克孜·吐達(dá)洪3

（1.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046；2.新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊 830046；3.新疆伊犁州中心血站，新疆伊寧 835000）

為優(yōu)化莧菜中提取紅色素的工藝，評價其體外抗氧化活性，以吸光度為指標(biāo)，采用單因素實驗確定提取條件，并測試其還原力及對羥自由基（·OH）、DPPH自由基（DPPH·）的清除能力。莧菜紅色素的提取條件為用30倍量體積分?jǐn)?shù)20%乙醇于溫度40℃提取2次，每次1 h；莧菜紅色素對·OH、DPPH·的半抑制質(zhì)量濃度（IC50）分別為0.44 mg/mL和0.14 mg/mL，還原力約為VC的1/ 4。結(jié)果表明：莧菜紅色素具有一定的抗氧化活性，且存在明顯的量效關(guān)系。

莧菜；紅色素；提??；抗氧化活性

莧菜（Amaranthus spinosus L.）為莧科莧屬一年生草本植物，全國均有分布［1］。莧菜按其葉片顏色的不同，可以分為紅莧、綠莧和彩莧3種類型，其中紅莧菜葉呈紫紅色，莖內(nèi)部呈紅色，富有紅色素，是一種良好的提取天然紅色素的原材料。莧菜莖、葉片中莧菜紅色素（Amaranthus red pigment）的含量很高，顏色鮮艷，穩(wěn)定性好，常用于食品著色，還具有一定的營養(yǎng)功能和藥用價值［2］，能鎮(zhèn)痛、退燒、止瀉、利尿、促消化［3］。由于莧菜分布廣泛、價格便宜，所以莧菜紅色素作為食品綠色添加劑具有廣闊的開發(fā)和利用前景［4］。

近年來，人們對莧菜紅色素的提取工藝和穩(wěn)定性進(jìn)行了很多研究［5-7］，但是對莧菜色素抗氧化活性的研究很少。本研究采用回流法提取莧菜中的紅色素，測量其生物活性，以便為莧菜的深加工及開發(fā)應(yīng)用提供相關(guān)的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

紅莧菜采于伊寧縣，樣品采集地上部分，自然晾干后粉碎成粉末保存于棕色瓶并置于陰涼處。2，2-二苯基-1-苦味?；杂苫―PPH·）為美國Sigma公司產(chǎn)品。乙醇、鄰二氮菲、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、硫酸亞鐵、雙氧水、抗壞血酸、鐵氰化鉀、三氯乙酸、三氯化鐵等試劑均為國產(chǎn)分析純試劑。

1.2儀器與設(shè)備

723型可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋，北京西城區(qū)醫(yī)療器械廠；RE-52型旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；TDL-4型臺式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司。

1.3莧菜紅色素提取溶液的制備

1.3.1莧菜紅色素提取的工藝流程

莧菜→晾干→粉碎→稱重→體積分?jǐn)?shù)20%乙醇溶液浸提→過濾→浸提液真空濃縮→干燥→紅莧菜色素浸膏。

1.3.2莧菜紅色素提取條件的確定

1）提取劑濃度的選擇:稱取多份1.00 g紅莧菜粉末，分別置于50 mL的水中，用體積分?jǐn)?shù)10%，20%，40%，60%，80%的乙醇和無水乙醇浸泡1 h，把各提取液稀釋至等體積，對波長進(jìn)行掃描，獲得吸收曲線。

2）提取溫度的選擇:稱取多份1.00 g莧菜粉末，分別置于具塞錐形瓶中，加入蒸餾水30 mL，在室溫以及30，40，50，60，70，80，100℃的溫度下回流1 h，冷卻，過濾，把各提取液稀釋至等體積，以蒸餾水為參比液，在532 nm波長處測定吸光度，重復(fù)測定3次。

3）提取劑用量的選擇:稱取多份1.00 g莧菜粉末，分別置于具塞錐形瓶中，加入10，20，30，40，50，60 mL體積分?jǐn)?shù)20%乙醇，在40℃下回流1 h，冷卻，過濾，取濾液稀釋至相同體積，以蒸餾水為參比液，在532 nm波長處測定吸光度，重復(fù)測定3次，確定最佳料液比。

4）提取時間的選擇:稱取多份1.00 g莧菜粉末，分別置于具塞錐形瓶中，加入20%乙醇30 mL，在40℃下分別回流30，60，90，120 min，冷卻，過濾，把各提取液稀釋至等體積，以蒸餾水為參比液，在532 nm波長處測定吸光度，重復(fù)測定3次。

5）提取次數(shù)的選擇:稱取1.00 g莧菜粉末置于具塞錐形瓶中，加20%乙醇30 mL，在40℃下回流1 h，過濾，濾渣按上法處理2次，各濾液稀釋至相同體積，在532 nm波長處分別測定3次濾液的吸光度，重復(fù)測定3次。

1.4莧菜紅色素的提取

稱取干燥粉碎后的莧菜10 g置于圓底燒瓶中，按料液比1∶30加入體積分?jǐn)?shù)20%乙醇300 mL，在40℃下回流1 h，抽濾；向殘渣中加入300 mL提取劑，回流1 h，抽濾。合并2次抽濾的濾液，置于真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中濃縮，再將濃縮物倒入蒸發(fā)皿中，置于40℃烘箱中干燥得紅色膏狀物即為莧菜紅色素。

1.5抗氧化活性的研究

1.5.1·OH清除率的測定

測定·OH清除率［8］:向1.0 mL濃度為7.5 mmol/L鄰二氮菲無水乙醇溶液中加入pH值7.4的0.2 mol/L磷酸鹽緩沖溶液2.0 mL和0.75 mmol/L硫酸亞鐵溶液1.0 mL，立即混勻。再加入1.0 mL去離

1.5.2DPPH·清除率的測定

測定DPPH·清除率［9-10］:移取不同濃度的莧菜紅色素樣品液各2.0 mL，分別置于不同的具塞試管中，加入2.0 mL質(zhì)量濃度為0.057 mg/mL DPPH·溶液，混勻，靜放30 min，轉(zhuǎn)入1 cm的玻璃比色皿中，在517 nm波長處測定其吸光度值A(chǔ)，與此同時測定各色素樣品空白吸光度A1以及不加色素樣品的空白樣品的吸光度A0。以Vc為對照物，操作同上，每個樣重復(fù)測定3次，取平均值。按式（2）計算其對DPPH·的清除率。子水，1.0 mL體積分?jǐn)?shù)0.1%H2O2，混勻后在37℃下保溫1 h，在510 nm處測其吸光度A（損傷）。以上法用不同濃度的莧菜紅色素溶液1.0 mL代替去離子水，加入H2O2測其吸光度A（樣品）。未損傷管不加莧菜紅色素樣品溶液和H2O2，而是用去離子水代替，測定其吸光度A（未損傷）。以VC（抗壞血酸）作為對照物，操作同上，每個樣品重復(fù)測定3次，取平均值。按式（1）計算·OH清除率。

式（2）中:A為樣品與DPPH·吸光度；A1為樣品與無水乙醇吸光度；A0為DPPH·與無水乙醇吸光度。

1.5.3還原力的測定

按照普魯士藍(lán)法測定莧菜紅色素還原力［11］。移取2.5 mL不同質(zhì)量濃度的莧菜紅色素溶液分別置于不同試管中，依次加入2.5 mL濃度為0.2 mol/L磷酸鹽緩沖溶液（pH值約6.6）和質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%鐵氰化鉀溶液2.5 mL，40℃水浴保溫20 min，快速冷卻，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%三氯乙酸水溶液2.5 mL，以2 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min，移取上清液5.0 mL，依次加入4.0 mL蒸餾水，1.0 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%三氯化鐵水溶液，充分混勻，靜置10 min，在700 nm波長處測定其吸光度A。以抗壞血酸作為對照物，操作同上，每個樣重復(fù)測定3次，取平均值。

2　結(jié)果與討論

2.1莧菜紅色素提取條件分析

2.1.1溶劑濃度的影響

采用蒸餾水和不同體積分?jǐn)?shù)乙醇提取的莧菜色素吸收曲線如圖1。從圖1可以看到，當(dāng)用純水提取莧菜色素時，只有在532 nm處有一個吸收峰，它是紅色素的吸收峰［5］。當(dāng)提取溶劑中乙醇的比例增加時，532 nm處吸收峰逐漸變小，而380 nm和665 nm處峰逐漸增大；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到100%時，532 nm處峰完全消失，380 nm和665 nm處的峰達(dá)到最大值。提取液顏色也由紅色逐漸變成綠色。因純水提取液雜質(zhì)較多，顏色渾濁，故選用20%乙醇做提取劑。

圖1　乙醇濃度對莧菜紅色素吸收光譜的影響Fig.1 Effect of ethanol concentrations on extraction yield of red pigment

2.1.2提取溫度的影響

在20～40℃，隨提取溫度的升高，吸光度值也增加，當(dāng)溫度超過40℃時，A值緩慢下降；當(dāng)溫度大于60℃時，A值下降很快（見圖2）。在70℃時，顏色由玫瑰色變桔紅色，繼續(xù)加熱至80℃時，已有大半色素分解，顏色變黃色。說明莧菜天然紅色素對熱不穩(wěn)定，易被熱降解。故最佳提取溫度為40℃。

圖2　溫度對莧菜紅色素得率的影響Fig.2 Effect of temperature on extraction yield of red pigment

2.1.3料液比的影響

莧菜紅色素含量隨料液比的增大而上升，當(dāng)料液比達(dá)到1∶30時含量達(dá)到最大，隨后再增大料液比，莧菜紅色素含量變化不明顯（見圖3）。說明當(dāng)料液比達(dá)到1∶30時，莧菜紅色素基本浸提完畢。

2.1.4提取時間的影響

提取時間小于60 min，提取得率隨時間的增加而增大；當(dāng)提取時間大于60 min時，提取得率隨時間的增加緩慢增大（見圖4）。故提取時間定為60 min。

圖4　提取時間對紅色素得率的影響Fig.4 Effect of time on extraction yield of red pigment

2.1.5提取次數(shù)的影響

第3次提取時所得紅色素量很少（A值很低），從節(jié)省生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益上考慮，選用2次萃取即可（見表1）。

表1　提取次數(shù)對莧菜紅色素得率的影響Tab.1 Effect of extraction times on extraction yield of red pigment

2.2抗氧化活性分析

2.2.1莧菜紅色素對·OH的清除效果

·OH是目前已知的最活潑的活性氧分子，它不僅可以與活細(xì)胞中的任何分子發(fā)生反應(yīng)而造成損害，而且反應(yīng)的速度極快、毒性也很強。莧菜紅色素對·OH有比較明顯的清除效果（見圖5）。隨著紅色素濃度增大，清除效果也隨之增強，但是與抗壞血酸相比其清除能力小得多。清除率為50%（IC50）時莧菜紅色素和抗壞血酸的質(zhì)量濃度分別為0.44 mg/mL和0.1 mg/mL。

圖5　莧菜紅色素對·OH的清除率Fig.5 Scavenging effect of red pigment on hydroxyl radicals

2.2.2莧菜紅色素對DPPH·的清除效果

DPPH·是穩(wěn)定性良好的有機(jī)物自由基之一，廣泛應(yīng)用于植物提取物或純抗氧化劑體外抗氧化活性的測定研究。在有機(jī)清除劑存在條件下，其孤對電子被配對，吸收減弱或消失，通過測定吸收減弱的程度，可以評價自由基清除劑的活性大小［12］。

莧菜紅色素對DPPH·的清除效果隨著濃度的增加而提高，清除率達(dá)到50%（IC50）所需要的莧菜紅色素和抗壞血酸的質(zhì)量濃度分別為0.14 mg/mL和0.015 mg/mL，后者約為前者的1/10（見圖6）。

圖6　莧菜紅色素對DPPH·的清除率Fig.6 Scavenging effect of red pigment on DPPH·

2.2.3莧菜紅色素還原力

一般物質(zhì)的還原能力與抗氧化活性之間存在著較明顯的相關(guān)性。體系吸光度的大小可以反映物質(zhì)還原能力的大小。吸光度越大，表明體系抗氧化能力也越強［13］。在所測定的濃度范圍內(nèi)，莧菜紅色素的還原能力隨著濃度的增加而增強，莧菜紅色素的還原能力約為抗壞血酸的1/4左右（見圖7）。

總之，莧菜紅色素具有一定的抗氧化活性，但是比抗壞血酸的低，這可能是由于天然色素提取后沒有進(jìn)行進(jìn)一步分離純化的原因，所含有的大量雜質(zhì)導(dǎo)致其清除能力下降，這方面需要進(jìn)一步的研究。

圖7　莧菜紅色素的還原力Fig.7 Reducing capacity of red pigment

3　結(jié) 論

莧菜紅色素的優(yōu)化提取條件:以20%乙醇為提取劑，在料液比1∶30（g/mL）、40℃下提取1 h，提取2次。莧菜紅色素有一定的還原力，對·OH和DPPH·均具有一定的清除作用。其還原能力相當(dāng)于抗壞血酸還原能力的1/4。對羥自由基和DPPH·半抑制質(zhì)量濃度（IC50）分別為0.44 mg/mL和0.14 mg/mL。莧菜紅色素（粗）抗氧化能力隨著濃度增加而增強，但是比抗壞血酸的抗氧化能力差。

［1］ 胡喜蘭，劉存瑞，曾憲佳，等.莧菜紅色素的提取及穩(wěn)定性研究［J］.食品科技，2002（3）:49-50.

［2］ 王寧，賈珺璋，孫體健，等.超聲波法提取莧菜中紅、綠色素的工藝研究［J］.山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報，2007，38（7）:650-653.

WANG N，JIA J Z，SUN T J，et al.Optimization of the preparation process for red pigment and green pigment of amaranth［J］.Journal of Shanxi Medical University，2007，38（7）:650-653.

［3］ KUMAR B S A，LAKSHMAN K，JAYAVEERA K N，et al. Antioxidant and antipyretic properties of methanolic extract of Amaranthus spinosus leaves［J］.Asian Pacific Journal of Tropical Medicine，2010，3（9）:702-706.

［4］ 張萃明.莧菜天然紅色素的提取與研究［J］.食品工業(yè)科技，2001，22（5）:13-15.

ZHANG C M.Study on extraction natural red pigment from Joseph's coat and its properties［J］.Science and Technology of Food Industry，2001，22（5）:13-15.

［5］ 謝嘉霖.莧菜色素提取條件的研究［J］.食品工業(yè)科技，2005，26（4）:153-154.

XIE J L.Extraction conditions for red pigment from amaranth［J］.Science and Technology of Food Industry，2005，26（4）:153-154.

［6］ 王懷宗，金玲玲，王武，等.微波萃取莧菜紅色素及其穩(wěn)定性的研究［J］.食品研究與開發(fā)，2008，29（9）: 184-186.

WANG H Z，JIN L L，WANG W，et al.Microwave extraction of red pigment from Amaranthus and the research of its stability［J］.Food Research and Development，2008，29（9）:184-186.

［7］ 張小曼，馬銀海，鄢勝波，等.超濾-樹脂法分離提取莧菜紅色素的工藝［J］.食品研究與開發(fā)，2010，31（6）: 97-100.

ZHANG X M，MA Y H，YAN S B，et al.Study on extracting process for red pigment from Amaranthus paniculatus by ultrafiltration-resin technology［J］.Food Research And Development，2010，31（6）:97-100.

［8］ 李翠芳，王芳，麻浩.新疆紫草毛狀根提取物的抗氧化活性研究［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，47（2）:291-295.

LI C F，WANG F，MA H，et al.Study on antioxidant activity of Arnebia euchroma（Royle）Johnst hairy roots［J］.Xinjiang Agricultural Sciences，2010，47（2）:291 -295.

［9］ 程超.麥冬果實藍(lán)色素的抗氧化特性研究［J］.中國釀造，2009（4）:58-60.

CHENG C.Antioxidation activity of blue pigment from Ophiopgon japonlcus（Thunb）Ker Gawl［J］.China Brewing，2009（4）:58-60.

［10］ 尤努斯江·吐拉洪，吐爾洪·買買提.超聲提取香青蘭中黃酮及其抗氧化活性［J］.食品科學(xué)，2012，33（24）:72-76.

Yunusjan Turahun，Turghun Muhammad.Ultrasonic-assisted extraction and antioxidant activity of flavonoids from Dracoephalum mololarie L.［J］.Food Science，2012，33（24）:72-76.

［11］ 朱洪梅.玉米黃色素提取工藝及其抗氧化活性研究［J］.中國糧油學(xué)報，2010，25（7）:15-20.

ZHU H M.Extraction and antioxidation of yellow pigment from maize［J］.Journal of the Chinese Cereals and Oils Association，2010，25（7）:15-20.

［12］ KOSAR M，ALTINTAS A，KIRIMER N.Determination of the free radical scavenging activity of lycium extracts［J］.Chemistry of Natural Compounds，2003，39（6）: 531-535.

［13］ 徐亞民，馬越，趙曉燕，等.紫蘇等4種天然色素抗氧化能力的比較［J］.華北農(nóng)學(xué)報，2007，22（2）:187-190.

XU Y M，MA Y，ZHAO X Y，et al.The comparison of antioxidant activity of four natural pigments from folium perilliae［J］.Acta Agriculturae Boreali-Sinica，2007，22（2）:187-190.

Extraction and Biological Activity of Red Pigment from Amaranthus Spinosus L.

Marziya Ablimit1，Mamtimin Sulayman1，Yunusjan Turahun2，*，Nurkiz Tudahun3
（1.College of Life Science and Technology，Xinjiang University，Urumqi 830046，China；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Xinjiang University，Urumqi 830046，China；3.Xinjiang Yili State Blood Center，Ghulja 835000，China）

The extraction process of the red pigment from Amaranthus spinosus L was optimized and its antioxidant activities were investigated in in vitro tests.The optimal extraction conditions were obtained by the single factor analysis using the absorbency as an index and its reducing power，and scavenging effect of hydroxyl radical and DPPH radical were studied.The results showed that the optimum conditions were as followed:extraction solvent 20%ethanol，the solid-liquid ratio 1∶30，temperature 40℃，extraction times 2，and extraction time 1 h.Reducing power of red pigment was 1/4 of VC，the half-inhibitory concentration（IC50）of hydroxyl radicals and DPPH·were 0.44 and 0.14 mg/mL.The red pigment from Amaranthus spinosus L.has antioxidant activities，which were dose-depended.

Amaranthus spinosus L.；red pigment；extraction；antioxidative activities

TS202.3；TS225.1

A

10.3969/j.issn.2095-6002.2016.04.007

2095-6002（2016）04-0039-05引用格式：瑪爾孜婭·阿不力米提，買買提明·蘇來曼，尤努斯江·吐拉洪，等.莧菜紅色素的提取及其生物活性研究［J］.食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2016，34（4）:39-43. Marziya Ablimit，Mamtimin Sulayman，Yunusjan Turahun，et al.Extraction and biological activity of red pigment from Amaranthus spinosus L.［J］.Journal of Food Science and Technology，2016，34（4）:39-43.

（責(zé)任編輯:檀彩蓮）

20151123

國家自然科學(xué)基金資助項目（31460048）；深圳市南亞熱帶植物多樣性重點實驗室開放課題（SSTLAB-2014-02）。

瑪爾孜婭·阿不力米提，女，碩士研究生，研究方向為植物資源研究；

*尤努斯江·吐拉洪，男，副教授，主要從事天然產(chǎn)物活性成分方面的研究。通信作者。