洋金鳳色素提取及其穩(wěn)定性研究

楊運英 邱伊曼 王廷芹

摘要：【目的】研究洋金鳳花瓣色素最佳提取工藝條件及其穩(wěn)定性，為開發(fā)利用洋金鳳花瓣的色素資源提供參考依據(jù)。【方法】以乙醇為提取溶劑，采用分光光度法確定洋金鳳花瓣色素的OD值，通過乙醇體積分數(shù)、提取溫度和提取時間單因素試驗和正交試驗確定洋金鳳色素最佳提取工藝條件，并在最佳提取條件下研究光、酸堿性、氧化還原物、金屬離子和常見食品添加劑等對洋金鳳色素穩(wěn)定性的影響?！窘Y(jié)果】洋金鳳色素最佳提取工藝條件為：乙醇體積分數(shù)60%、提取溫度60 ℃、提取時間45 min，在此條件下提取的色素OD均值為1.6810，高于正交試驗中最高OD值1.6287。洋金鳳花瓣色素既溶于水又溶于醇，提取溫度和乙醇體積分數(shù)對洋金鳳色素提取的影響大，光的影響甚微，在pH<7的酸性環(huán)境下能穩(wěn)定保存;Zn2+和Ca2+對洋金鳳花瓣色素無明顯影響，而Al3+具有增色效果，Cu2+改變色素顏色;常用食品添加劑蔗糖和可溶性淀粉對洋金鳳色素有明顯影響，而食鹽無顯著影響（P>0.05）?！窘Y(jié)論】洋金鳳花瓣色素具有耐光性，可在酸性和中性環(huán)境下保存，金屬離子Al3+對洋金鳳花瓣色素有增色效果，常見食品添加劑食鹽對色素穩(wěn)定性無影響。洋金鳳花瓣色素具有成為食用藥用色素的潛力。

關(guān)鍵詞： 洋金鳳;色素;提取;穩(wěn)定性

Abstract：【Objective】To study the best process conditions and stability of Caesalpinia pulcherrima petal pigment extraction，and provide reference for the development and utilization of C. pulcherrima petal pigment resources. 【Method】Using ethanol as a solvent，the OD value of C. pulcherrima petal pigment was determined by spectrophotometry. Through the single factor test and orthogonal test of ethanol volume fraction， extraction temperature and time，the optimal combination conditions of pigment extraction were determined. Under the optimal combination of extraction conditions，the effects of light，acidity and alkalinity，redox，metal ions，common food additives on its stability were studied. 【Result】The optimal C. pulcherrima pigment extraction conditions were：ethanol volume fraction 60%，temperature 60 ℃，time 45 min. The average OD value of the extracted pigment was 1.6810，which was higher than the highest OD value of 1.6287 in the orthogonal test. C. pulcherrima petal pigment was soluble in both water and alcohol. Temperature and ethanol volume fraction had great influence on the extraction rate of C. pulcherrima pigment， light had little effect， it could be stored stably in an acidic environment with pH<7. Zn2+ and Ca2+ had no obvious effect on C. pulcherrima petal pigment， Al3+ had color enhancement effect， Cu2+ changed the color of the pigment. Commonly used food additives such as sucrose and soluble starch had an effect on pigments，while table salt had no significant effect（P>0.05）. 【Conclusion】The C. pulcherrima pe-tal pigments has light resistance;it can be stored in an acidic neutral environment;metal ion Al3+ has a color-enhancing effect on C. pulcherrima petal pigment. Common food additive salt has no effect on the stability of pigments. The pigments of C. pulcherrima petals have the potential to become edible medicinal pigments.

Key words： Caesalpinia pulcherrima; pigment; extraction; stability

0 引言

【研究意義】色素分人工合成和天然兩種，常用于食品、化妝品和醫(yī)藥品等行業(yè)中。人工合成色素大多對人體健康有害，甚至有致畸和致癌的風險（惠秋沙，2011）;而天然色素不僅絕大多數(shù)無毒、無副作用、安全性高，還具有抗癌、抗病毒、增強機體免疫力和防治心血管疾病等功能（溫廣宇和朱文學，2003;徐僡等，2019）。天然色素是一種極具開發(fā)前景的物質(zhì)，其應(yīng)用是食品添加劑行業(yè)發(fā)展的新趨勢。洋金鳳（Caesalpinia pulcherrima）又名金鳳花、黃蝴蝶、黃金鳳，豆科云實屬，為常綠灌木或小喬木，花期長，華南地區(qū)全年開花，作為熱帶植物，洋金鳳花具有很高的觀賞價值和藥用價值，其色素可涂抹指甲，對治療灰指甲有很好的預防和治療作用，還具有抑制黑色素生成、抗炎、抗氧化、抗菌和調(diào)節(jié)免疫等功能作用，也可作為調(diào)料增加菜肴的色感和口感，是一種較理想的色素（李昌勤等，2015）。因此，進一步開發(fā)利用洋金鳳花色素，可為食品食用色素提供更優(yōu)質(zhì)、更安全的原料?！厩叭搜芯窟M展】我國地域遼闊，擁有許多富含天然色素的資源，目前已有不少學者對植物色素的分類及提取進行了大量研究（呼延曉穎等，2011;惠秋沙，2011; Khatabi et al.，2016）。蔣新龍（2006）對紫葉酢漿草、任霽晴和王雨花（2007）對紫茉莉花、楊永利等（2007）對大葉紅草、朱丹等（2007）對馬齒莧、蔡定建等（2010）對紫荊花、李澤鴻等（2011）對金盞菊、黃曉德等（2017）對玫瑰茄花、賈寶珠等（2018）對香蕉皮、陳雅妮等（2019）對玫瑰花、盧佳云等（2020）對川陜金蓮花、徐文秀和韓鵬燕（2020）對紫槐花的色素提取及其穩(wěn)定性進行研究，結(jié)果表明，提取劑、溫度、提取時間、水溶性、耐熱性、金屬離子、還原劑、氧化劑、pH、氯化鈉、蔗糖、檸檬酸、抗壞血酸和亞硫酸氫鈉等因素對不同植物的色素影響不同。同樣是乙醇提取劑，金蓮花黃色素提取溫度為50 ℃（盧佳云等，2020），玫瑰花色素提取溫度為70 ℃（陳雅妮等，2019），而紫茉莉花色素提取溫度為20 ℃（任霽晴和王雨花，2007）。金屬離子影響方面，除Al3+外，其余金屬離子對金蓮花黃色素影響不明顯（盧佳云等，2020），而Fe2+、Cu2+及強氧化還原劑對玫瑰花色素影響較大（陳雅妮等，2019）;常溫下，Na+、K+、Ca2+、Mg2+和Zn2+對紫槐花色素穩(wěn)定性無影響（徐文秀和韓鵬燕，2020）;Na+、Ca2+、A13+、Cu2+和Zn2+對紫葉酢漿草色素色澤無影響，而Fe3+和Pb2+有不良影響（蔣新龍，2006）。常見食品添加劑方面，食鹽對金蓮花黃色素有減色作用，而蔗糖和山梨酸鉀添加劑有一定的增色作用（盧佳云等，2020）;少量低濃度的氯化鈉、蔗糖、檸檬酸、抗壞血酸和亞硫酸氫鈉對玫瑰花色素有穩(wěn)定增色的作用（陳雅妮等，2019）;苯甲酸鈉、檸檬酸、醋酸、蔗糖和葡萄糖對馬齒莧色素無明顯影響，淀粉對其影響較大（朱丹等，2009）?！颈狙芯壳腥朦c】目前，關(guān)于植物色素的研究很多，但針對洋金鳳色素提取及其穩(wěn)定性的研究鮮見相關(guān)報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】以洋金鳳花瓣為材料，利用乙醇提取，經(jīng)單因素試驗和正交試驗確定洋金鳳色素最佳提取條件，并在最佳提取條件下研究光、酸堿性、氧化還原物、金屬離子和食品添加劑等對洋金鳳花瓣色素穩(wěn)定性的影響，為開發(fā)利用洋金鳳色素資源提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

洋金鳳采自廣東海洋大學校園內(nèi)。無水乙醇、明礬、濃鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉、亞硫酸氫鈉、過氧化氫、蔗糖、可溶性淀粉、磷酸、蒽酮和考馬斯亮藍G-250等試劑均購自天津市致遠化學試劑有限公司。主要儀器設(shè)備：數(shù)顯鼓風干燥箱（上海博迅實業(yè)有限公司）、咖啡研磨機（永康市鉑歐五金制品有限公司）、AY120電子天平（日本島津公司）、7200型可見分光光度計（上海美譜達儀器有限公司）、電熱恒溫水浴鍋（上海一恒科技有限公司）和離心機（湖南賽特湘儀離心機儀器有限公司）。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 洋金鳳色素光譜特性測定 取新鮮的洋金鳳花瓣清理干凈，烘干，研成粉狀，保存?zhèn)溆?。稱取0.05 g洋金鳳花瓣粉置于試管中，用蒸餾水定容至10 mL后振蕩，室溫下靜置提取30 min，過濾，以蒸餾水為參比液，用可見分光光度計在280～380 nm范圍內(nèi)每隔10 nm測一次OD值，重復3次，分析洋金鳳花色素的光譜特性（任霽晴和王雨花，2007）。

1. 2. 2 最佳單因素提取條件確定 稱取0.05 g洋金鳳花瓣粉置于試管中，分別用體積分數(shù)為0、20%、40%、60%、80%和100%的乙醇定容至10 mL，振蕩后在室溫下靜置提取30 min，過濾，以相應(yīng)體積分數(shù)的乙醇作參比液，300 nm下測定OD值，重復3次，確定乙醇提取劑的最佳體積分數(shù)（蔣新龍，2006）。將最佳體積分數(shù)的乙醇提取劑分別置于常溫（20 ℃）及30、40、50、60、70和80 ℃水浴下提取，振蕩后在室溫下靜置提取30 min，過濾，測定OD值，確定最佳提取溫度（朱丹等，2009）。在最佳提取溫度和乙醇體積分數(shù)下，依次提取15、30、45、60、75和90 min，測定OD值，確定最佳提取時間（蔣新龍，2006）。

1. 2. 3 洋金鳳色素提取條件的正交試驗設(shè)計 在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用正交試驗對乙醇體積分數(shù)、提取溫度和提取時間進行優(yōu)化，以O(shè)D值為評價指標，確定最佳提取條件。正交試驗設(shè)計因素與水平見表1。

1. 2. 4 光和pH對洋金鳳色素穩(wěn)定性的影響 按上述最佳提取條件獲得洋金鳳色素提取液每份5 mL，分別置于光照及黑暗中1、2、3、4、5、6和7 d，測定OD值，同時觀察色素提取液的顏色變化（楊永利等，2007），分析光照對洋金鳳色素的影響。色素提取液分別調(diào)pH為1～10，測定OD值（Fernando Reyes and Cisne-ros-Zevallos，2005），分析洋金鳳色素的耐酸堿性。

1. 2. 5 氧化劑和還原劑對洋金鳳色素穩(wěn)定性的影響 取色素提取液每份5 mL，分別加入2 mL濃度為0、0.05、0.10、0.15、0.20和0.25 mol/L的NaHSO3溶液，測定OD值（曹曉峰等，2004），分析洋金鳳色素的耐還原性;取5 mL色素提取液6份，分別加入2 mL濃度為0、5%、10%、15%、20%和25% H2O2溶液，測定OD值（曹曉峰等，2004），分析洋金鳳色素的耐氧化性。

1. 2. 6 金屬離子對洋金鳳色素穩(wěn)定性的影響 取5 mL色素提取液7份，分別加入2 mL濃度為0.1 mol/L的Na+、Zn2+、K+、Al3+、Ca2+、Cu2+和Mn2+溶液，測定OD值（周珈亦等，2014），以蒸餾水為對照（CK），分析金屬離子對洋金鳳色素穩(wěn)定性的影響。

1. 2. 7 常見食品添加劑對洋金鳳色素穩(wěn)定性的影響 向5 mL色素提取液中分別加入2 mL濃度為0、5、10、15、20、25和30 g/L的蔗糖溶液，濃度為0、2、4、6、8、10和12 g/L的食鹽溶液，以及濃度為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0和1.2 g/L的可溶性淀粉溶液，測定OD值（李澤鴻等，2011），分析常見食品添加劑糖、食鹽和可溶性淀粉對洋金鳳色素穩(wěn)定性的影響。

1. 3 統(tǒng)計分析

使用Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理和制圖，SPSS 18.0進行統(tǒng)計分析，以最小顯著差數(shù)法（LSD法）進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2. 1 洋金鳳色素的光譜特征

由圖1可知，在波長280～300 nm區(qū)間，洋金鳳色素的OD值呈顯著上升趨勢（P<0.05，下同），在300 nm處OD值達最大值;在300～380 nm區(qū)間，OD值顯著下降。故確定300 nm為洋金鳳色素的最佳測定波長。

2. 2 洋金鳳色素單因素提取條件的確定

2. 2. 1 最佳乙醇體積分數(shù)的確定 由圖2可知，當乙醇體積分數(shù)為0～60%時，洋金鳳色素提取液OD值隨乙醇體積分數(shù)的增大而上升;但乙醇體積分數(shù)為60%～100%時，OD值隨乙醇體積分數(shù)的增大而顯著下降。因此，確定洋金鳳色素提取的最佳乙醇體積分數(shù)為60%。

2. 2. 2 最佳提取溫度的確定 由圖3可知，當提取溫度為20～50 ℃時，隨著提取溫度的升高，洋金鳳色素提取液OD值逐漸上升，到峰值后顯著下降。因此，確定洋金鳳色素的最佳提取溫度為50 ℃。

2. 2. 3 最佳提取時間的確定 由圖4可知，在15～45 min時，隨著提取時間的延長，洋金鳳色素提取液OD值顯著上升，到峰值后逐漸下降。因此，確定提取洋金鳳色素的最佳時間為45 min。

2. 3 正交試驗結(jié)果分析

由表2可知，乙醇體積分數(shù)（A）、提取時間（B）和提取溫度（C）3個因素對洋金鳳色素提取率影響的排序為：提取溫度>乙醇體積分數(shù)>提取時間，最佳提取組合為A2B2C3，即以體積分數(shù)為60%的乙醇溶液為提取劑，在60 ℃下提取45 min，在該條件下獲得的洋金鳳色素提取液OD均值為1.6810，高于正交試驗中OD值最高的處理4（OD均值為1.6287）。

2. 4 洋金鳳色素的穩(wěn)定性分析結(jié)果

2. 4. 1 洋金鳳色素的光穩(wěn)定性 由表3可知，洋金鳳色素提取液OD值變化在光照和黑暗兩個條件下無顯著差異（P>0.05，下同），前3 d的OD值逐漸上升，到第4 d時下降，第5 d的OD值再次上升，第6 d又下降。隨著時間的延長，洋金鳳色素提取液顏色未發(fā)生改變，說明洋金鳳色素具有一定的耐光性。

2. 4. 2 洋金鳳色素的耐酸堿性 由圖5可知，pH在1～5時，洋金鳳色素提取液OD值沒有顯著變化;pH在5～8時，洋金鳳色素提取液OD值開始緩慢上升;pH在8～10時，洋金鳳色素提取液OD值快速上升。表明洋金鳳色素在pH小于5的酸性環(huán)境下能穩(wěn)定保存，在中性環(huán)境下也能較穩(wěn)定保存，而在強堿下不穩(wěn)定。

2. 4. 3 洋金鳳色素的耐還原性 從圖6可看出，NaHSO3濃度為0.05 mol/L時，洋金鳳色素提取液的OD值略微下降，其余NaHSO3濃度下洋金鳳色素提取液的OD值均大于0 mol/L（CK）的OD值?？梢?，洋金鳳色素的耐還原性較弱。

2. 4. 4 洋金鳳色素的耐氧化性 從圖7可看出，洋金鳳色素提取液OD值隨H2O2濃度的增加逐漸上升，當H2O2濃度為5%時，其OD值上升開始緩慢，直至H2O2濃度為10%時，洋金鳳色素提取液的OD值逐漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)?？梢?，洋金鳳色素的耐氧化性較弱。

2. 4. 5 各種金屬離子對洋金鳳色素的影響 由表4可知，分別加入Cu2+、Al3+和Na+ 3種金屬離子的洋金鳳色素提取液OD值均顯著大于CK，其中，Al3+對洋金鳳色素具增色作用，Na+對洋金鳳色素無影響，Cu2+則改變洋金鳳色素本身的顏色，無法判斷其增色作用。加入Zn2+和Ca2+的洋金鳳色素提取液OD值與CK無顯著差異，加入Mn2+和K+的洋金鳳色素提取液OD值顯著小于CK。因此，應(yīng)避免洋金鳳色素與Cu2+接觸。

2. 4. 6 常見食品添加劑對洋金鳳色素穩(wěn)定性的影響 由表5可知，3種常見食品添加劑（蔗糖、食鹽和可溶性淀粉）中，不同濃度的蔗糖對洋金鳳色素穩(wěn)定性有顯著影響，隨著蔗糖濃度的增加，OD值也在增加，具有增色作用;食鹽對洋金鳳花色素無顯著影響;可溶性淀粉對洋金鳳花色素也有明顯影響，且隨可溶性淀粉濃度的增大，色素OD值波動性增加。因此，洋金鳳花瓣色素可在食鹽中穩(wěn)定存在。

3 討論

本研究中，洋金鳳色素既溶于水又溶于醇，是一種水溶性色素，與王帆林等（2016）的研究結(jié)果一致。乙醇成本低，無毒性，適合提取色素，蔡定建等（2005）用30%乙醇水溶液提取紫背天葵紫紅色素，黃曉德等（2017）用乙醇提取玫瑰茄花色素。蔡定建等（2010）提取紫荊花花紅色素的研究結(jié)果表明，溶劑濃度和溫度對色素提取的影響較大，朱丹等（2009）在馬齒莧色素的提取試驗中也發(fā)現(xiàn)溫度對色素提取影響最大。本研究也發(fā)現(xiàn)，提取溫度和乙醇體積分數(shù)對洋金鳳色素提取的影響較大。通過單因素試驗和正交試驗得出最佳提取條件為：以60%乙醇為提取溶劑，在60 ℃下提取45 min，洋金鳳色素提取液OD均值為1.6810。

楊永利等（2007）對大葉紅草色素的研究表明，隨著時間延長，色素溶液的吸光度逐漸上升，伴隨著色素溶液顏色的變深。在本研究中，前3 d洋金鳳色素提取液OD值上升，但肉眼觀察溶液顏色未發(fā)生改變，可能是色素提取液顏色變化太小，肉眼看不出，也可能是試驗期間產(chǎn)生了其他物質(zhì)導致OD值上升，且光對洋金鳳色素的影響甚微，耐光性較強。

不同的色素結(jié)構(gòu)，金屬離子對其穩(wěn)定性影響有所不同。本研究發(fā)現(xiàn)Zn2+和Ca2+對洋金鳳色素提取液OD值無顯著影響，而Mn2+和K+使色素提取液OD值顯著減少;Al3+具有增色效果，Cu2+改變了色素顏色;由于Cu2+溶液本身帶有顏色，會影響對色素提取液的觀察，無法判斷出該離子對色素穩(wěn)定性的影響。蔗糖和可溶性淀粉對洋金鳳花色素有明顯影響，而食鹽無顯著影響，所以洋金鳳色素在食鹽中可穩(wěn)定存在。

4 結(jié)論

洋金鳳花瓣色素是一種水溶性色素，具有耐光性，可在酸性和中性環(huán)境下保存;Al3+對洋金鳳花瓣色素有增色效果。洋金鳳花瓣色素是一種食用安全、提取簡單且成本低的理想天然色素，能在食鹽中穩(wěn)定存在，具有成為食用藥用色素的潛力。

參考文獻：

蔡定建，何英，楊建紅. 2005. 紫背天葵紫紅色素的提取及穩(wěn)定性的研究[J]. 食品科技，30（2）：48-51. [Cai D J，He Y，Yang J H. 2005. The extraction of red pigment from Begonia fimbristipula Hance and the stability of the red pigment[J]. Food Science and Technology，30（2）：48-51.]

蔡定建，吳華龍，徐娜，劉慧，毛林春，李祖瑩. 2010. 紫荊花花紅色素提取及穩(wěn)定性研究[J]. 中國食品添加劑，（4）：155-160. [Cai D J，Wu H L，Xu N，Liu H，Mao L C，Li Z Y. 2010. The extraction and stability of premium color from China redbud[J]. China Food Additives，（4）：155-160.]

曹曉峰，王寧，刁海鵬，王斌. 2004. 蒲公英花黃色素的提取及性能研究[J]. 食品科學，25（8）：127-131. [Cao X F，Wang N，Diao H P，Wang B. 2004. Study on extraction and stability of yellow pigment from dandelions petal[J]. Food Science，25（8）：127-131.]

陳雅妮，李瓊，任順成，鄭舒. 2019. 玫瑰花色素的提取工藝及其穩(wěn)定性研究[J]. 食品研究與開發(fā)，40（16）：63-68. [Chen Y N，Li Q，Ren S C，Zheng S. 2019. Study on extraction process of rose pigment and its stability[J]. Food Research and Development，40（16）：63-68.]

黃曉德，張鋒倫，錢驊，陳斌，朱羽堯，趙伯濤，徐湘婷. 2017. 玫瑰茄花色素的提取工藝研究[J]. 中國野生植物資源，36（6）：23-28. [Huang X D，Zhang F L，Qian Y，Chen B，Zhu Y Y，Zhao B T，Xu X T. 2017. Study on the extraction process of anthocyanin from Hibiscus sabdariffa flowers[J]. Chinese Wild Plant Resources，36（6）：23-28.]

呼延曉穎，單磊，達超超，劉軍海. 2011. 黃色素提取工藝的研究進展[J]. 飲料工業(yè)，14（2）：9-12. [Huyan X Y，Shan L，Da C C，Liu J H. 2011. Progress in research on extraction technology of uranidin[J]. The Beverage Industry，14（2）：9-12.]

惠秋沙. 2011. 天然色素的研究概況[J]. 北方藥學，8（5）：3-4. [Hui Q S. 2011. Outline of research on natural pigments[J]. Journal of North Pharmacy，8（5）：3-4.]

賈寶珠，盧勝洪，方穗戀，鮑金勇，陳子鍵，楊公明，羅林. 2018. 香蕉皮原花色素的酶解輔助提取及穩(wěn)定性研究[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學，45（11）：95-103. [Jia B Z，Lu S H，F(xiàn)ang S L，Bao J Y，Chen Z J，Yang G M，Luo L. 2018. Study on enzyme-assisted extraction and stability of proanthocyanidins from banana peel[J]. Guangdong Agricultural Sciences，45（11）：95-103.]

蔣新龍. 2006. 紫葉酢漿草色素的提取及性質(zhì)研究[J]. 食品科技，31（5）：72-76. [Jiang X L. 2006. Study on extraction and characterization of red pigment from Oxalis vidacea L.[J]. Food Science and Technology，31（5）：72-76.]