鳳仙花色素提取工藝的優(yōu)化

齊玥，新楠，張琪，劉正霞，蘭躍峰，黃亮

（天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384）

鳳仙花色素提取工藝的優(yōu)化

齊玥，新楠通信作者，張琪，劉正霞，蘭躍峰，黃亮

（天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384）

通過單因素試驗(yàn)對(duì)鳳仙花色素提取的條件進(jìn)行了研究，確定了無水乙醇作為浸提劑（pH值1）、浸提時(shí)間1.5 h、浸提溫度50 ℃、料液比1∶70、浸提1次的效果較佳。進(jìn)一步用正交試驗(yàn)優(yōu)化了提取工藝，結(jié)果表明：以無水乙醇為浸提劑, 調(diào)節(jié) pH值為 1，添加鳳仙花粉末與浸提劑的比例為1∶60, 恒溫保持40 ℃浸提1.5 h，最大提取率為2.84。

鳳仙花；天然色素；提取工藝；優(yōu)化

鳳仙花（Impatiens balsamina L.）俗稱指甲花，屬鳳仙花科一年生草本花卉，產(chǎn)于中國和印度，在中國南北各省均有栽培[1]。鳳仙花全草可入藥，具有極高的開發(fā)和利用價(jià)值[2]，種子亦名急性子，含皂苷、脂肪油、甾醇、多糖、氨基酸等，有通經(jīng)、催產(chǎn)、祛痰、消積塊的功效；莖亦名透骨草，具活血化瘀、利尿解毒、通經(jīng)透骨之功效；鮮草搗爛外敷，可治瘡癤腫疼、毒蟲咬傷、跌打損傷?；ò険v碎后加大蒜汁等黏稠物，可染指甲，多次染指甲后還可根治灰指甲。

人工合成的色素，具有色澤鮮艷、著色力強(qiáng)、色調(diào)多樣等優(yōu)點(diǎn)，但一般具有毒性，對(duì)人體健康不利。而鳳仙花具有很強(qiáng)地抑制真菌的作用，同時(shí)顏色艷麗，用它來染指甲能預(yù)防灰指甲，是一種純天然、對(duì)指甲無傷害的染色方法，值得廣泛推廣應(yīng)用。蘇慧娜等[1-2]采用新鮮的鳳仙花為原料，對(duì)其色素浸提條件進(jìn)行研究, 確定了鳳仙花色素浸提的最佳條件組合。但新鮮的鳳仙花不易保存，本研究以保藏期較長(zhǎng)的鳳仙花干粉為試材，選取最佳工藝提取出花中色素，可為天然色素的開發(fā)研究提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

將鳳仙花瓣曬干、研磨成干鳳仙花粉末后，備用。

1.2 儀器

UV-2000紫外可見光分光光度計(jì), 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

1.3 提取工藝

鳳仙花粉末→浸提劑浸提→過濾→濾液測(cè)定吸光度→色素粗品。

1.4 檢測(cè)方法

分別測(cè)定不同浸提條件下色素溶液于515 nm處的吸光度值，每個(gè)處理設(shè)3組重復(fù)，取平均值。比較提取效果，確定最佳工藝條件。

1.5 浸提率計(jì)算

以浸提前后的色素濃度比值比較浸提效果，即浸提率[3]。浸提率＝浸提后色素溶液的OD515/浸提前色素溶液的OD515。

1.6 正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步確定多因素條件下的最佳浸提條件,采用3因素3水平, 即L9（34）正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì), 以確定鳳仙花色素提取的最佳條件組合，見表1。

表1 L9（34）正交試驗(yàn)因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 浸提劑的選擇

準(zhǔn)確稱取5份樣品, 每份1 g, 分別加入水、無水乙醇、丙酮、石油醚、冰醋酸各60 mL, 浸提1 h, 觀察浸提液的顏色并測(cè)定其OD值，比較各個(gè)浸提液的浸提率，結(jié)果見表2。

表2 浸提劑顏色和OD值比較

由表2可知，乙醇與冰醋酸作為浸提劑時(shí)，浸提液的顏色都為深紅色，最大吸收波長(zhǎng)均在515 nm，顏色越深，說明浸提效果越好，故從無水乙醇和冰醋酸兩種浸提劑中選擇最佳萃取劑。而考慮到冰醋酸有較大刺鼻味道，且乙醇價(jià)格更低廉，使用更方便，適于生產(chǎn)應(yīng)用。因此確定無水乙醇為后續(xù)的鳳仙花色素萃取劑，選取波長(zhǎng)為515 nm的OD值作為色素濃度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 浸提時(shí)間的確定

準(zhǔn)確稱取5份樣品，每份1 g，分別加入60 mL無水乙醇于 40 ℃浸提 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h, 測(cè)定所得色素溶液的OD值，并計(jì)算浸提率，結(jié)果見圖1。

圖1 浸提時(shí)間對(duì)浸提率的影響

由圖1可以看出，浸提1.5 h后浸提率達(dá)到最大，隨著后續(xù)浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，浸提率呈下降趨勢(shì)，可能是長(zhǎng)時(shí)間的處理致使乙醇溶劑有部分揮發(fā)，故控制時(shí)間在1.5 h有利于獲得較好的浸提效果。

2.3 浸提溫度的確定

準(zhǔn)確稱取5份樣品，每份1 g，分別加入60 mL無水乙醇于30、40、50、60、70 ℃浸提1.5 h, 測(cè)定所得色素溶液的OD值，并計(jì)算提取率，結(jié)果見圖2。

圖2 溫度對(duì)乙醇提取鳳仙花浸提率的影響

由圖2可以看出，隨著溫度的升高，浸提率也在升高；當(dāng)溫度達(dá)到 50 ℃ 時(shí)，浸提率出現(xiàn)一個(gè)峰值，隨后開始下降。適當(dāng)?shù)奶岣邷囟瓤梢杂兄谏氐娜芙?，而溫度過高會(huì)影響浸提液及鳳仙花色素的生物活性，選擇50 ℃為較佳浸提溫度。

2.4 最佳料液比

準(zhǔn)確稱取4份樣品，每份1 g，分別加入50、60、70、80 mL無水乙醇溶液于50 ℃下浸提1.5 h，測(cè)定所得色素溶液的OD值，然后計(jì)算出浸提率，結(jié)果如圖3。

圖3 不同料液比對(duì)浸提率的影響

由圖3可以看出，浸提率隨浸提劑乙醇添加量的增加，在料液比為1:70時(shí)達(dá)到最高值，浸提效果最好，進(jìn)一步提高乙醇添加量會(huì)起到稀釋的作用。

2.5 浸提次數(shù)的選擇

準(zhǔn)確稱取3份樣品，每份1 g，加入70 mL的乙醇溶液于50 ℃下浸提1.5 h，浸提1次后測(cè)定所得色素溶液的OD值，然后計(jì)算出第1次的浸提率；過濾得到的濾渣進(jìn)行同樣的浸提處理，測(cè)定所得色素溶液的OD值，然后計(jì)算出第2次的浸提率；依此獲得第3次的浸提率，結(jié)果見圖4。根據(jù)曲線可看出，浸提1次時(shí)浸提率最佳，且從簡(jiǎn)化提取工藝角度考慮，選用浸提1次作為后續(xù)的工藝條件。

圖4 浸提次數(shù)對(duì)浸提率的影響

2.6 pH的確定

用濃鹽酸調(diào)節(jié)無水乙醇pH值為1、3、5、6，分別以這些溶液作為提取劑，按料液比1:70于50 ℃下浸提1.5 h，計(jì)算出浸提率，結(jié)果見圖5。由圖5可以看出，浸提率隨著pH值的增加而不斷下降，可見鳳仙花色素中酸溶性成分居多，pH 為1時(shí)浸提率最高。

圖5 pH值對(duì)浸提率的影響

2.7 浸提率影響因素的正交設(shè)計(jì)優(yōu)化

提取條件中確定pH值為1的乙醇溶液作為提取劑、浸提1次為前提，選取溫度、時(shí)間和料液比進(jìn)行正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)果見表3。

通過極差分析可知，影響乙醇提取鳳仙花色素浸提率的因素大小依次為：料液比＞提取時(shí)間＞提取溫度。各影響因素最佳組合方式為 A1B2C1，即溫度40 ℃，時(shí)間1.5 h，料液比1:60為鳳仙花色素提取的最佳方案。按照最佳提取方案進(jìn)行鳳仙花色素提取，3次提取率分別為2.85、2.78、2.89，該結(jié)果均值 2.84優(yōu)于試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的最優(yōu)組合A3B2C1，說明該提取方案可重復(fù)性強(qiáng)，可以作為鳳仙花色素的提取工藝。

表3 浸提率影響因素的正交試驗(yàn)結(jié)果

3 討論與結(jié)論

大多數(shù)天然色素具有安全性高、著色較自然等優(yōu)點(diǎn)[4]，在食品、化工行業(yè)中開發(fā)和利用天然色素資源，對(duì)提高食品質(zhì)量和國民的健康水平具有重要的意義。鳳仙花中含有的有效成分醌類化合物，如山奈酚、四氫萘等具有多方面的生理活性，如抗菌、抗病毒、利尿和止血等作用[5-6]。本研究通過單因素試驗(yàn)與正交試驗(yàn)對(duì)鳳仙花色素的浸提方案進(jìn)行了優(yōu)化，得出用料液比為1:60、pH 為1的乙醇作為浸提劑，在40 ℃下浸提1.5 h浸提一次的效果最好，為后續(xù)鳳仙花色素的相關(guān)研究提供了初步理論參考。

[1] 蘇慧娜，曹治興，李中軍，等. 鳳仙花色素最佳提取工藝研究[J]. 科研與開發(fā)，2004（4）：1-3.

[2] 蘇卜利，曾榮，黃長(zhǎng)干，等. 鳳仙花的化學(xué)成分和生物活性研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技，2012（2）：418-422.

[3] Oku H，Ishiguro K. Cyclooxygenase－2 inhibitory 1，4－naphthoquinones from Impatiens balsainina L. [J]. Biological Pharmaceutical Bulletin，2002，25（5）：658-660.

[4] 劉金福. 食品天然色素研究與應(yīng)用[J]. 天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，8（2）：18-21.

[5] 劉云穎. 甘蔗皮紅色素提取工藝研究[J]. 內(nèi)蒙古石油化工，2015（7）：24-25.

[6] Chen X M，Qian S H，F(xiàn)eng F. Two new tetrahydronap hthalenes from the stem of Impatiens balsamina L. [J].Chinese Chemical Letters，2010，21（4）：440－442.

責(zé)任編輯：楊霞

Extractive Technology of Natural Pigment from Impatiens balsamina L.

QI Yue, XIN NanCorrespondingAuthor, ZHANG Qi, LIU Zheng-xia, LAN Yue-feng, HUANG Liang
（College of Agronomy and Resource Environmen, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

The extraction conditions of natural pigment from Impatiens balsamina L. were investigated by single factor experiment. The results were: ethanol（pH 1）of extraction solvent, 1.5 h of extraction time, 50 ℃ of extraction temperature, and 1︰70 of solid-liquid ratio by extracting for one time, respectively. Furthermore，the extraction conditions were optimized by orthogonal experiment, and the results were demonstrated as: ethano（lpH1）of extraction solvent, 60 ℃ of extraction temperature ,1.5 h of extraction time, respectively. And the extraction rate of pigment was reached to 2.84.

Impatiens balsamina L.; natural pigment; extract method; optimization

S681.1

：A

2016-05-20

2015年天津市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃訓(xùn)練項(xiàng)目“天然指甲著色劑的開發(fā)與應(yīng)用”（20151006109）

玥齊 （1993-），女，天津市人，本科在讀，主要研究方向?yàn)橹参锷砼c營養(yǎng)。聯(lián)系電話：（022）23781298。

新楠（1977-），女，內(nèi)蒙古赤峰人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要研究方向?yàn)橹参锷砼c營養(yǎng)。聯(lián)系電話：（022）23781298。

1008-5394（2017）02-0019-03