梔子黃色素提取精制工藝的優(yōu)化

周厚寧 劉超 賀圣文 張金寶 程安瑋 孫金月

摘要：桅子是一種具有重要藥理作用的常用傳統(tǒng)中藥，并被衛(wèi)計委列為首批既是食品又是藥品中藥名錄。桅子中黃色素含量較高，水溶性好，無毒性，國內(nèi)外已將其廣泛應用為食品添加劑和工業(yè)染料，但目前桅子黃生產(chǎn)工藝復雜，產(chǎn)品得率和色價均比較低。為綜合開發(fā)高品質的梔子黃色素，本研究采用單因素及正交試驗確定了梔子黃色素的最佳浸提條件：提取時間3 h，提取溫度50℃，料液比1∶ 8；通過考察5種不同類型大孔樹脂對桅子黃色素的靜態(tài)吸附性能，最終確定HP2MGL為最佳精制材料，采用梯度洗脫法定量洗脫，最終產(chǎn)品色價由最初的68.79增至340.00，得率為2.2%，達到了精制的目的。該研究為工業(yè)化提取和精制桅子黃色素提供了理論基礎。

關鍵詞：梔子黃色素；大孔吸附樹脂；精制

中圖分類號：S567.23+9 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2018）09-0134-05

Abstract Gardenia is a commonly used traditional Chinese medicine with important pharmacological functions， and it is listed as food and medicine by the National Health Commission of China. The yellow pigment in gardenia fruit has a high content， good water solubility and non-toxic， and has been widely used as a food additive and an industrial dye in the world. But at present，the production process of gardenia pigment is complex， and its yield and color value are both very low. In order to develop high-quality gardenia yellow pigment， the extraction conditions were optimized by combination of single-factor test and orthogonal test as extraction time of 3 hours， extraction temperature at 70℃ and material to liquid ratio of 1∶ 8. HP2MGL was finally selected as the material for refining gardenia yellow pigment after the evaluation on the static adsorption property to yellow pigment of 5 types of macroporous resin. The gradient elution method was adopted to elute gardenia yellow pigment and the color value of refined gardenia yellow pigment increased from 68.79 to 340.00 with a high quality. The study provided a theoretical basis for industrial extraction and refining of yellow pigment from gardenia.

Keywords Gardenia yellow pigment； Macroporous adsorption resin； Refining

梔子（Gardenia jasminoides）屬茜草科，又名黃梔子、山梔、白蟾等。梔子果是傳統(tǒng)中藥，屬衛(wèi)生部頒布的第一批藥食兩用資源，在中醫(yī)臨床常用于治療黃疸型肝炎、扭挫傷、高血壓、糖尿病等。梔子黃色素是一種從梔子果中提取分離的品質優(yōu)良的天然色素，主要成分為藏花素，它是一種罕見的水溶性類胡蘿卜素，在人體內(nèi)可以轉化為維生素A，是一種集著色、營養(yǎng)和保健等功能為一體的天然色素[1]。梔子黃色素具有耐還原性和耐微生物性，在pH值4～11范圍內(nèi)顏色變化極小，穩(wěn)定性好，著色能力強。梔子黃色素水溶液于440 nm處有最大吸收峰，極易溶于水，難溶于無水乙醇、乙醚、丙酮等有機溶劑[2]。研究表明，梔子黃色素不僅是著色劑，而且安全性好，在藥理活性方面具有清熱去火、利膽護肝、降低膽固醇等功效[3]。

梔子黃色素主要產(chǎn)自我國和日本，目前日本生產(chǎn)的黃色素色價較高，我國梔子黃色素的產(chǎn)品質量不及日本，達不到出口標準[4]。從梔子果實中提取的梔子黃色素含有梔子苷和綠原酸等雜質，梔子苷會使梔子黃著色的食品變綠，綠原酸會使梔子黃著色的食品變暗[5]，因此對粗提的梔子黃色素進行精制很有必要。目前梔子黃色素精制的方法包括超臨界CO2流體法、凝膠層析法、聚酰胺層析法、酸堿沉淀法、無機膜提取法等[6-8]。吸附解吸法精制色素是一種適于工業(yè)化生產(chǎn)的方法[9]。本試驗在借鑒相關文獻的基礎上，研究確定梔子色素的最佳浸提條件，并以5種大孔樹脂為選擇對象，考察其對梔子黃色素的吸附特性，篩選適合吸附和分離黃色素的大孔樹脂，探索分離精制的工藝條件，以期為工業(yè)生產(chǎn)提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用產(chǎn)自福建省福鼎市的梔子果。

1.2 主要儀器及試劑

所用儀器包括DK-S26 數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋、RE-20 型旋轉蒸發(fā)儀、UV-1750 紫外分光光度儀、BS-124S 電子天平、DHG-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱、LXBJ-IIB離心機、6202小型高速粉碎機、恒溫搖床、吸附柱（80 cm × 5 cm）、冷凍干燥機等。

所用試劑包括95%乙醇、吸附樹脂（DM-101、X-5、AB-8、HP-20、HP2MGL），其它試劑均為分析純。

1.3 梔子黃色素浸提工藝優(yōu)化

1.3.1 原料預處理 將梔子果粉碎，過40目篩（0.5 mm）后于55℃烘干1 h，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 乙醇浸提法的單因素試驗 通過預試驗確定梔子黃色素提取的最佳乙醇濃度、浸提時間與浸提溫度，并分析3個單因素對乙醇溶液浸提效果的影響。每個單因素進行3次平行試驗，并分析3次試驗的平均值。

（1）提取試劑濃度：分別于6個錐形瓶中準確加入梔子果粉末10.0 g，再分別加入0、10%、30%、50%、70%、100%的乙醇溶液各100 mL；將錐形瓶于50℃水浴鍋中加熱2 h，每30 min攪拌一次；將浸提液置于離心管中，4 500 r/min離心10 min；準確量取1 mL上清液于250 mL容量瓶中，用去離子水定容，440 nm測吸光度。

（2）浸提溫度：分別于5個錐形瓶中準確加入梔子果粉末10.0 g，再分別加入60%乙醇溶液100 mL；將錐形瓶分別于室溫及40、50、60、70℃的水浴鍋中加熱2 h，每隔30 min攪拌一次；將浸提液置于離心管中，4 500 r/min離心10 min；準確量取1 mL上清液于250 mL容量瓶中，用去離子水定容，440 nm測吸光度。

（3）浸提時間：分別于5個錐形瓶中準確加入梔子果粉末10.0 g，再分別加入60%乙醇溶液100 mL；將錐形瓶于50℃水浴鍋中分別加熱1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h，每隔30 min攪拌一次；將浸提液置于離心管中，4 500 r/min離心10 min；準確量取1 mL上清液于250 mL容量瓶中，去離子水定容，440 nm測吸光度。

1.3.3 乙醇浸提法提取梔子黃色素正交試驗 根據(jù)以上單因素試驗結果，將浸提溫度（A）、浸提時間（B）、料液比（C）作為試驗因素，對10 g梔子果粉末進行梔子黃色素提取（見表1）。選取三因素三水平的正交表（表2），以稀釋后的提取液在440 nm處的吸光度作為參照標準，確定最佳浸提條件。

1.4 大孔吸附樹脂分離純化梔子黃色素

1.4.1 樹脂預處理 用無水乙醇分別浸泡5種大孔吸附樹脂約24 h；待樹脂充分溶脹后，用無水乙醇淋洗大孔吸附樹脂，沖去樹脂所含有害離子，直到洗出液加少量水無白色渾濁出現(xiàn)為止；再用去離子水沖干凈殘留乙醇，過濾，室溫晾干備用。

1.4.2 靜態(tài)吸附率的測定 稱取預處理好的5種大孔吸附樹脂各1.0 g，放入250 mL錐形瓶中；加入經(jīng)適當稀釋后的梔子色素提取液100 mL，恒溫振蕩24 h后達到吸附平衡；測定吸附前后溶液在440 nm處的吸光值（A0、A1），并計算靜態(tài)吸附率（q）。

q=（A0-A1）/A0 。

1.4.3 梔子黃色素色價的測定 精確稱量試樣0.1 g，在100 mL容量瓶中用去離子水稀釋；分別吸取1、5、10 mL稀釋液于100 mL容量瓶中再次稀釋；用紫外分光光度計于440 nm波長下測量稀釋液的吸光值，并用蒸餾水作參照。

E1%1cm=Am×100 。

式中，A：吸光度；m：100 mL被測溶液中所含樣品的質量（g）；E1%1cm：色價。試驗測得粗提液的色價為68.79。

2 結果與分析

2.1 梔子黃色素乙醇浸提法試驗結果

2.1.1 乙醇濃度對浸提的影響 圖1表明，當乙醇濃度增加時，梔子黃色素提取液的吸光值變化趨勢是先增后減；當乙醇濃度為50%時，提取效果最佳；當乙醇濃度達到70%或以上時，其吸光值迅速下降。梔子果含有的藏紅花素和藏紅花酸易溶解在水里，而梔子苷更容易溶解在乙醇中，較高濃度的乙醇會提取出大量的梔子苷，降低黃色素的吸收率，導致梔子黃色素提取液的吸光值下降。

2.1.2 提取溫度對浸提的影響 圖2表明，當提取液的溫度升高時，提取液的吸光值也逐漸升高；當提取液溫度達到50℃后，其吸光值的變化幅度減小，說明溫度太高或太低都不利于梔子黃色素的提取。當溫度過低時，提取率很低；當溫度過高時，提取的色素不穩(wěn)定，部分開始降解。

2.1.3 提取時間對浸提的影響 圖3表明，梔子黃色素提取液的吸光值隨提取時間的增加呈先增后減趨勢；提取時間為2 h時，提取效果最佳。原因是隨著提取時間的增加，梔子黃色素受到外界因素的影響，一些色素開始降解，導致梔子黃色素提取液的吸光值降低。

2.1.4 乙醇浸提法提取梔子黃色素的正交試驗結果 表3表明，梔子黃色素的最佳提取條件為：乙醇濃度50%，提取時間3 h，提取溫度70℃，料液比1∶ 8。同樣的乙醇濃度、浸提時間及料液比條件下，對比50、70、90℃提取液的吸光值發(fā)現(xiàn)，50℃時的提取液吸光值與70℃時無顯著差異。綜合考慮生產(chǎn)實際，并按照節(jié)能的原則，選擇50℃作為梔子黃色素提取的溫度最合理。

2.2 樹脂靜態(tài)吸附率的測定

表4表明，吸附前梔子黃色素的吸光值為0.8026，吸附后各樹脂的吸光值差別較大，其中大孔吸附樹脂HP2MGL吸附后的吸光度為0.0233，前后差別最大，表明其吸附能力最強，吸附效果最好，吸附率達97.10%。

2.3 動態(tài)條件下梔子黃色素的解吸

由于HP2GML樹脂在吸附梔子黃色素的同時也會吸附梔子苷等雜質，本試驗采用濕法裝柱，用不同濃度的乙醇溶液（純水、10%、20%、40%）作為洗脫劑進行梯度洗脫，紫外分光光度計檢測流出液，直到雜質（梔子苷）可以基本洗去。根據(jù)紫外分光光度計的檢測結果，20%乙醇能夠較好地洗脫掉梔子苷而不損失梔子黃色素。

雜質洗脫完后直接用90%乙醇作為洗脫劑洗脫梔子黃色素，收集流出液，每300 mL檢測一下流出液在440 nm處的吸光值，直到流出液中的梔子黃色素相當少后停止洗脫。

2.4 梔子黃色素純化前后比較

將步驟2.3樹脂柱90%乙醇洗脫部分濃縮，冷凍干燥后可直接制得黃色粉末作為色素使用；對梔子黃色素粗提液進行純化，測定純化前后提取物色價，結果發(fā)現(xiàn)，所得黃色素色價由原來的68.79提高到340.00。

梔子果實中含有豐富的梔子黃色素，由于梔子果實成分中還有梔子苷、綠原酸，易于和食品中的蛋白質等成分作用，實際使用時會發(fā)生綠變現(xiàn)象，穩(wěn)定性差，保質期很短。經(jīng)純化后的梔子黃色素能有效避免綠變現(xiàn)象，且性質穩(wěn)定，保質期長。

3 討論與結論

本研究在單因素試驗基礎上，采用正交試驗設計考察了乙醇濃度、浸提溫度、浸提時間、料液比對梔子黃色素提取率的影響，優(yōu)化后的最佳提取條件為：料液比1∶ 8、乙醇濃度50%、提取溫度50℃、提取時間3 h。初步提取后，選用HP2MGL型大孔樹脂進行精制，采用20%乙醇溶液洗脫梔子苷，再用90%乙醇洗脫梔子黃色素并進行干燥處理。精制后的色素色價由原來的68.79提高到340.00。

大孔樹脂吸附精制梔子黃色素具有吸附速度快、吸附容量大、選擇性好、簡單高效等優(yōu)點，適合制備高色價的梔子黃色素。但第一步的提取工藝對第二步的純化工藝及產(chǎn)品品質具有關鍵影響。有研究發(fā)現(xiàn)，微波輔助提取的方法優(yōu)于熱回流法[10，11]，在工業(yè)化的生產(chǎn)過程中可結合實際情況，合理選擇更切實際的工藝條件。

參 考 文 獻：

[1] 羅建成， 臧晉， 張風. 梔子黃色素提取工藝的研究[J]. 食品科技， 2007， 14 （5）： 23-26.

[2] 馬自超， 龐業(yè)珍， 天然食用色素化學及生產(chǎn)工藝學[M]. 北京： 中國林業(yè)出版社， 1994： 35-81.

[3] 呂曉玲， 姚中銘， 姜平平. 凝膠層析法精制梔子黃色素的研究[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè)， 2001， 27 （4）： 39-42.

[4] 廖湘萍， 林英， 李世杰， 等. 大孔吸附樹脂精制梔子黃色素的梯度洗脫和拐點控制[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學， 2009，48（10）：2539-2542.

[5] 鐘振聲， 潘錦繡， 陳硯楷. 高價梔子黃色素的精制[J]. 精細化工， 2006， 24 （6）： 281-283.

[6] 張德權， 呂飛杰， 臺建祥. 超臨界CO2流體技術精制梔子黃色素的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報， 1999， 15 （4）： 226-230.

[7] 譚天偉. 天然產(chǎn)物分離新技術[J]. 化工進展， 2003， 22（7）： 665.

[8] Fujikawa S， Fukui Y， Koga K， et al. Brilliant skyblue pigment formation from gardenia fruits[J]. J. Ferment. Technol.， 1987， 65 （4）： 419-424.

[9] 高麗， 鄧青云， 姜亦泉， 等. 大孔吸附樹脂法精制梔子黃色素[J]. 農(nóng)業(yè)機械，2011（14）： 158-161.

[10] 涂華， 張燕軍， 陳碧瓊， 等. 熱回流法與微波輔助法提取梔子黃色素的比較[J]. 中國調味品， 2012， 37 （6）：103-105.

[11] 涂華， 陳碧瓊， 周錫蘭. 梔子黃色素的提取及純化工藝的優(yōu)化[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學， 2012， 40 （7）： 192-194.