玫瑰花色素的提取工藝及其穩(wěn)定性研究

陳雅妮，李瓊，任順成，鄭舒文

（1.茅臺學(xué)院，貴州 仁懷 564500；2.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

隨著人類生產(chǎn)的發(fā)展和生活的改善，人們對食品的要求不但講究營養(yǎng)和口味，還講究食品的顏色和外觀，以增加食物的美感和食欲[1]。食用色素作為一種改善食品色澤的食品添加劑，其有合成和天然之分，近年來眾多研究發(fā)現(xiàn)合成色素對人體有極為嚴(yán)重的慢性毒性和致畸致癌性，越來越多的國家（如丹麥、挪威等）禁止使用合成色素[2]，而食用天然色素不僅安全無毒并且大部分都具有一定的藥理價值，且著色自然并帶有特殊的香味、添加量不受限制，因此受到人們的廣泛重視[3]。

玫瑰花又名刺玫花、徘徊花、刺客、穿心玫瑰，原產(chǎn)于中國，栽培歷史悠久，屬于薔薇科薔薇屬多年生常綠或落葉灌木[4-5]。它集食用、藥用、觀賞于一身，藥食兩用的歷史已有兩千多年[6]。研究發(fā)現(xiàn)，玫瑰花含有300 多種化學(xué)成份，其玫瑰花色素的主要呈色物質(zhì)為花色苷分子[7-8]，屬于黃酮類化合物，這類化合物易溶于水，水溶液色澤鮮艷著色能力強(qiáng)，且具有一定的保健功能，如抗炎、抗癌、抗氧化、改善記憶力、預(yù)防糖尿病等[9-11]，具有廣泛的開發(fā)應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

新鮮玫瑰花：市售，除去花萼及花蕊，將玫瑰花瓣儲存于干燥避光處，備用；95%工業(yè)酒精；檸檬酸、亞硫酸氫鈉、氫氧化鉀、36%濃鹽酸（均為分析純）：北京化工廠公司；抗壞血酸、石油醚、蔗糖、硝酸鋁、氯化鈉、硫酸亞鐵銨、硫酸銅、氯化鉀、硫酸鎂、高錳酸鉀（均為分析純）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器

752 紫外可見分光光度計(jì)：上海菁華科技儀器有限公司；YP1002N 電子天平：上海上平儀器有限公司；FW80 高速萬能粉碎機(jī)：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式真空泵：鞏義市予華儀器有限公司；HH-2 數(shù)顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；PHS-3EpH 儀：上海雷磁有限公司。

1.2 方法

將干燥玫瑰花瓣放入高速萬能粉碎機(jī)中粉碎成粉末，并收集于干燥潔凈的密封袋中，儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.1 提取溶劑的選擇

稱取1.0 g 玫瑰花粉末7 份分別置于具塞錐形瓶中，分別加入20 mL 濃度為20%、40%、60%、80%、95%的乙醇溶液、蒸餾水、石油醚，于恒溫水浴鍋中60 ℃下浸提1 h 后，減壓過濾，反復(fù)提取2 次合并濾液。在530 nm 的波長下測定提取液的吸光度[12]。

1.2.2 玫瑰花色素提取工藝的單因素試驗(yàn)

1.2.2.1 提取溫度對玫瑰花色素提取的影響

稱取1.0 g 玫瑰花粉末6 份分別置于具塞錐形瓶中，分別加入20 mL 濃度為40%的乙醇溶液，混勻。將錐形瓶置于 40、50、60、70、80、90 ℃的恒溫水浴鍋中浸提1 h，減壓過濾，反復(fù)提取2 次合并濾液。在530 nm的波長下測定提取液的吸光度。

1.2.2.2 料液比對玫瑰花色素提取的影響

稱取1.0 g 玫瑰花粉末5 份分別置于具塞錐形瓶中，按料液比 1 ∶30、1 ∶40、1 ∶50、1 ∶60、1 ∶70（g/mL）加入濃度為40%的乙醇溶液，于70 ℃的恒溫水浴中浸提1 h，減壓過濾，反復(fù)提取2 次合并濾液。在530 nm的波長下測定提取液的吸光度。

1.2.2.3 提取時間對玫瑰花色素提取的影響

稱取1.0 g 玫瑰花粉末5 份分別置于具塞錐形瓶中，加入50 mL 濃度為40%的乙醇溶液，于70 ℃的恒溫水浴中分別浸提 1、2、3、4、5 h，減壓過濾，反復(fù)提取2 次合并濾液。在530 nm 的波長下測定提取液的吸光度。

1.2.3 玫瑰花色素提取工藝的正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，并對其結(jié)果進(jìn)行分析，確定玫瑰花色素的最優(yōu)提取工藝，因素及水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.2.4 玫瑰花色素穩(wěn)定性研究

1.2.4.1 pH 值對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，用一定濃度的鹽酸、氨水和氫氧化鉀溶液調(diào)節(jié)提取液的pH 值分別為 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，在 60 ℃的水浴鍋中放置1 h，取出冷卻至（20±2）℃后，觀察記錄顏色并測定其吸光度值。

1.2.4.2 金屬離子對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，以蒸餾水作對照，分別加入6 滴濃度為1%和0.5%的硫酸亞鐵銨、硫酸銅、氯化鉀、硫酸鎂、硝酸鋁溶液，搖勻，在60 ℃的水浴鍋中放置1 h。取出冷卻至（20±2）℃后，觀察記錄顏色并測定其吸光度值。

1.2.4.3 常見食品添加劑對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，以蒸餾水作對照，分別加入6 滴濃度為1%、2%、3%的氯化鈉、蔗糖和檸檬酸溶液，搖勻，在60 ℃的水浴鍋中放置1 h。取出冷卻至（20±2）℃后，觀察記錄顏色并測定其吸光度值。

1.2.4.4 氧化劑和還原劑對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，以蒸餾水作對照，分別加入6 滴濃度為0.1%、0.5%、1%的高錳酸鉀和稀鹽酸溶液，搖勻，在60 ℃的水浴鍋中放置1 h。取出冷卻至（20±2）℃后，觀察記錄顏色并測定其吸光度值。

1.2.4.5 抗壞血酸（VC）對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，分別加入6滴濃度為0.1%、0.5%、1%、2%的抗壞血酸溶液，搖勻，在60 ℃的水浴鍋中放置1 h。取出冷卻至（20±2）℃后，觀察記錄顏色并測定其吸光度值。

1.2.4.6 亞硫酸氫鈉（NaHSO3）對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，以蒸餾水作對照，分別加入6 滴濃度為0.1%、0.5%、1%、2%的亞硫酸氫鈉（NaHSO3）溶液，搖勻，在60 ℃的水浴鍋中放置1 h。取出冷卻至（20±2）℃后，觀察記錄顏色并測定其吸光度值。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取溶劑的選擇

不同提取溶劑對玫瑰花色素提取效果的影響見表2。

表2 不同提取溶劑提取玫瑰花色素效果Table 2 Effects of different extracts on the extraction of rose pigment

由表2可知，濃度為40%或60%的乙醇作為提取溶劑時，提取液的吸光度值較大，且二者差異不大；蒸餾水為提取劑時，提取液的吸光度值次之；石油醚為提取劑時，提取液的吸光度較小，提取效果較差。綜合考慮，采用濃度為40%乙醇作為玫瑰花色素的提取劑。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 提取溫度對玫瑰花色素提取的影響

不同提取溫度對玫瑰花色素提取的影響見圖1。

圖1 提取溫度對玫瑰花色素提取的影響Fig.1 Effects of extraction temperature on the extraction of rose pigment

由圖1可知，提取溫度由40 ℃升高到70 ℃，玫瑰花提取液的吸光度值隨溫度的升高而逐漸增大；當(dāng)提取溫度超過70 ℃時，玫瑰花提取液的吸光度值隨溫度的升高而減小。這表明隨著提取溫度的升高，分子熱運(yùn)動加快，玫瑰花色素可以更好的溶解于提取液中，而溫度超過70 ℃，可能會破壞色素的結(jié)構(gòu)，色素發(fā)生氧化分解[13]。因此，70 ℃為最佳提取溫度。

2.2.2 料液比對玫瑰花色素提取的影響

不同料液比對玫瑰花色素提取的影響見圖2。

圖2 料液比對玫瑰花色素提取的影響Fig.2 Effects of solid to liquid ratio on the extraction of rose pigment

由圖2可知，隨著料液比由 1 ∶30（g/mL）變化到1 ∶70（g/mL），提取液的吸光度值呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢，當(dāng)料液比為 1 ∶50（g/mL）時，溶液的吸光度達(dá)到最大值。因此，選擇1 ∶50（g/mL）作為提取玫瑰花色素時的最佳料液比。

2.2.3 提取時間對玫瑰花色素提取的影響

不同提取時間對玫瑰花色素提取的影響見圖3。

圖3 提取時間對玫瑰花色素提取的影響Fig.3 Effects of extraction time on the extraction of rose pigment

由圖3可知，隨著提取時間的延長，提取液的吸光度值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)提取時間為3 h 時，提取液的吸光度達(dá)到最大值。當(dāng)提取時間超過3 h，提取溶液的吸光度值逐漸降低，可能是由于提取時間過長導(dǎo)致色素氧化。因此，選擇玫瑰花色素的提取時間為3 h。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

玫瑰花色素提取工藝的正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 3 Results of orthogonal experiment

由表3可知，各因素對玫瑰花色素提取效果的影響程度順序?yàn)椋毫弦罕龋–）＞時間（B）＞溫度（A）。最佳提取工藝組合是A2B3C1，即提取溫度70 ℃，提取時間4 h，料液比為 1 ∶40（g/mL）。

2.4 影響玫瑰花色素穩(wěn)定性因素研究

2.4.1 pH 值對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

pH 值對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響見表4。

表4 pH 值對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響Table 4 Effects of pH value on the stability of rose pigment

由表4可知：隨著pH 值的增大，提取液的吸光度值和顏色均發(fā)生明顯變化，可見溶液的酸堿性對玫瑰花紅色素的穩(wěn)定性影響較大。在不同的酸堿條件下，玫瑰花色苷可能存在4 種結(jié)構(gòu)形式：醌式結(jié)構(gòu)（藍(lán)色），2-苯基苯并吡喃陽離子（紅色），醇型假堿（無色）和查爾酮結(jié)構(gòu)（無色）[14]。pH 值較低時，溶液的紅色有所加強(qiáng)，可能是由于2-苯基苯并吡喃陽離子含量較多。pH值在4～5 時，溶液的顏色逐漸變淺，吸光度值較低，可能是有較多無色的醇型假堿和查爾酮結(jié)構(gòu)存在；pH 值進(jìn)一步增加，溶液的吸光度值逐漸增大，顏色也逐漸變深，在堿性條件下玫瑰花色苷大多以藍(lán)色的醌式結(jié)構(gòu)存在。由此可知，玫瑰花色素在酸性條件下的穩(wěn)定性較好，這一結(jié)果與文獻(xiàn)中報道[15]的pH 值對玫瑰花色苷穩(wěn)定性影響相符合。

2.4.2 金屬離子對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

金屬離子對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響見表5。

表5 金屬離子對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響Table 5 Effects of metal ions on the stability of rose pigment

由表5可知：玫瑰花色素提取液中加入不同種類的金屬離子，溶液的吸光度值均增大，但不同的金屬離子對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響程度不同，其中K+和Mg2＋對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響較小，溶液顏色變化不明顯，且K+和Mg2＋濃度對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響也不明顯。Fe2＋、Cu2＋和 Al3+對玫瑰花色素穩(wěn)定性影響較大，溶液顏色明顯加深，且吸光度值明顯增大，吸光度值隨離子濃度的增加而變大，加Fe2+的提取液呈深紫黑色，加Cu2+的提取液呈褐色，加Al3+的提取液呈深橘色。由此可知，為了更好的保存玫瑰花色素應(yīng)盡量避免與 Fe2＋和 Cu2＋共同存放。

2.4.3 常見食品添加劑對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

常見食品添加劑對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響見表6。

表6 常見食品添加劑對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響Table 6 Effects of common food additives on the stability of rose pigment

由表6可知：低濃度、少量常見食品添加劑（如氯化鈉、蔗糖、檸檬酸）加入到玫瑰花色素提取液中，提取液顏色與空白組相比變化不明顯，吸光度與空白組相比變化也不大。由此表明氯化鈉、蔗糖和檸檬酸可以作為食品添加劑，低濃度、少量地加入到玫瑰花色素制品中。

2.4.4 氧化劑和還原劑對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

氧化劑和還原劑對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響見表7。

表7 氧化劑和還原劑對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響Table 7 Effects of oxidizing reductant on the stability of rose pigment

由表7可知：隨著高錳酸鉀和鹽酸濃度的增加，玫瑰色素提取液吸光度值逐漸增大，且顏色發(fā)生明顯變化。高錳酸鉀和鹽酸濃度為0.1%時，提取液吸光度值略有增大，但顏色變化不明顯。當(dāng)濃度增加0.5%時，加入高錳酸鉀的提取液顏色變?yōu)闇\褐紅色，加入鹽酸的提取液顏色變?yōu)闇\亮粉紅；當(dāng)濃度增加1%時，加入高錳酸鉀的提取液顏色變?yōu)楹诤稚尤臌}酸的提取液顏色變?yōu)樯盍练奂t，且提取液吸光度值都明顯增大。由此可見，強(qiáng)氧化劑和還原劑對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響強(qiáng)烈，不適于添加到玫瑰花色素中。

2.4.5 抗壞血酸（VC）對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

抗壞血酸（VC）對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響見表8。

表8 抗壞血酸（VC）對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響Table 8 Effects of ascorbic acid（VC）on the stability of rose pigments

由表8可知：隨著抗壞血酸濃度的增加，提取液的吸光度值逐漸增大，溶液顏色變化不明顯。由于抗壞血酸具有還原性，在食品中被廣泛用作抗氧化劑，且在酸性溶液中較穩(wěn)定，因此，抗壞血酸可作為增色劑和穩(wěn)定劑添加到玫瑰花色素中。

2.4.6 亞硫酸氫鈉（NaHSO3）對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響

亞硫酸氫鈉對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響見表9。

表9 亞硫酸氫鈉對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響Table 9 Effects of sodium bisulfite on the stability of rose pigment

由表9可知：隨著亞硫酸氫鈉濃度的增加，提取液的吸光度略有增加，但與空白組對比吸光度值減小，顏色無明顯差異，說明加入亞硫酸氫鈉對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響不大。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用溶劑浸提法提取玫瑰花色素，綜合考慮提取溶劑選擇40%的乙醇溶液，通過單因素和正交試驗(yàn)分析優(yōu)化玫瑰花色素提取工藝，確定最佳的提取工藝為提取溫度 70 ℃，提取時間 4 h，料液比 1 ∶40（g/mL）。對玫瑰花色素穩(wěn)定性的研究表明，pH 值、金屬離子、氧化劑和還原劑對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響較大，提取液的吸光度值和顏色發(fā)生明顯變化；少量低濃度的常見食品添加劑（如氯化鈉、蔗糖、檸檬酸）、抗壞血酸和亞硫酸氫鈉對玫瑰花色素穩(wěn)定性的影響不明顯。玫瑰花色素在酸性條件下較穩(wěn)定，玫瑰花色素制品中可以少量低濃度的添加氯化鈉、蔗糖、檸檬酸、抗壞血酸和亞硫酸氫鈉，作為添加劑起到穩(wěn)定增色的作用，玫瑰花色素在貯存過程中應(yīng)盡量避免接觸Fe2＋、Cu2＋及強(qiáng)氧化劑（高錳酸鉀）和還原劑（鹽酸）。