玫瑰花渣廢水回收所得色素的穩(wěn)定性研究

馮小葉，周慧，李琴，李延芳

（四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，四川 成都 610065）

作為食品添加劑，色素廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。根據(jù)其來源可分為天然色素和合成色素。雖然合成色素具有更好的著色能力和穩(wěn)定性，但是研究發(fā)現(xiàn)它們可能具有慢性毒性、致癌性和致畸性[1-2]。與之相比，部分天然色素除了增色作用，還具有補充營養(yǎng)、抗氧化、抗癌、抗炎和抗菌等藥理作用[3-5]。潘洪志等[6]發(fā)現(xiàn)番茄紅素可以提高大鼠機體的抗氧化能力，還可以抑制脂質(zhì)過氧化。此外，番茄紅素還具有抗腫瘤、抗癌等多種生理活性[7-9]。花色苷類色素也具有抗氧化、抗炎、抗糖尿病、保護心血管等藥理活性[10-12]。隨著消費者健康意識的增強，天然色素在現(xiàn)代食品工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，新型天然色素的開發(fā)成為研究熱點之一。

大馬士革玫瑰（Rosa damascene）是一種應(yīng)用歷史悠久的藥食兩用植物，主產(chǎn)地為保加利亞、土耳其和伊朗，我國四川、云南等地也有引種[13-14]。文獻報道其具有抗氧化、鎮(zhèn)靜、安眠、抗菌和抗病毒等作用[15-18]。此外，其含油量高，常用于生產(chǎn)玫瑰精油，得到的產(chǎn)品香氣濃郁且品質(zhì)好[19]?，F(xiàn)有的研究報道中，多以玫瑰花為原料直接提取色素。葛紅娟等[20]通過單因素試驗和正交試驗建立了從玫瑰花中提取玫瑰色素的工藝。陳雅妮等[21]也研究了玫瑰花中玫瑰色素的提取工藝，并考察了所得玫瑰色素的穩(wěn)定性，結(jié)果表明金屬離子、pH值、氧化劑和還原劑對色素穩(wěn)定性影響較大。

利用水蒸氣蒸餾法提取玫瑰精油后，會產(chǎn)生大量的花渣廢水。本課題組前期利用大孔吸附樹脂進行了花渣廢水的吸附，并將50%乙醇洗脫液經(jīng)過冷凍干燥處理，得到了紫紅色色素。鑒于從工業(yè)大生產(chǎn)所產(chǎn)生的大馬士革玫瑰花渣廢水中回收所得色素的穩(wěn)定性未見報道，因此，本文以玫瑰色素為研究對象，考察了環(huán)境條件（pH值和溫度）、常用食品添加劑（蔗糖、抗壞血酸、苯甲酸鈉、Na2SO3）、食品消毒劑（H2O2）和 5 種金屬離子（Fe3+、Al3+、Ca2+、Cu2+和 Mg2+）對其穩(wěn)定性的影響，為后續(xù)玫瑰色素在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玫瑰色素樣品由四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院李延芳實驗室自制，為將玫瑰花渣廢水（四川銀谷玫瑰科技有限公司，2018年生產(chǎn)季提供）利用HPD100大孔樹脂吸附后用50%乙醇洗脫再經(jīng)冷凍干燥所得的紫紅色樣品。

無水乙醇、抗壞血酸、亞硫酸鈉、苯甲酸鈉、氫氧化鈉、濃鹽酸、蔗糖、30%過氧化氫、氯化銅、氯化鎂、三氯化鐵、氯化鈣、氯化鋁（分析純）：四川科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

紫外分光光度計（UV2100型）、電熱恒溫水浴鍋（B-490型）：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；超聲波清洗器（KQ2200B型）：昆山市超聲儀器有限公司；超純水機（YL-100B-D型）：深圳億源水處理設(shè)備有限公司；電子分析天平（FA1104B型）：上海越平科學(xué)儀器有限公司；電子pH計（PHS-2C型）：上?？祪x儀器有限公司。

1.3 玫瑰色素的穩(wěn)定性研究

1.3.1 全波長掃描

用去離子水配制0.1 mg/mL的玫瑰色素溶液，取2 mL色素溶液加入3 mL去離子水，在200 nm～700 nm處進行全波長掃描，以獲得色素溶液的紫外-可見光譜圖，并確定合適的檢測波長。

1.3.2 pH值對穩(wěn)定性的影響

使用NaOH和HCl配制pH 2～10的溶液，分別取色素溶于不同pH值的溶液中配制成0.04 mg/mL的溶液，避光靜置，2h后測定溶液的吸光度變化，考察pH值對色素穩(wěn)定性的影響。以色素水溶液作為空白對照。

1.3.3 溫度對穩(wěn)定性的影響

分別將4份2 mL的色素溶液分別加入3 mL去離子水，放置于 20、40、60、80 ℃下的水浴中，靜置避光2 h，冷卻至室溫25℃后測定溶液的吸光度變化，考察溫度對色素穩(wěn)定性的影響。

1.3.4 蔗糖濃度對穩(wěn)定性的影響

分別取2 mL的7份色素溶液，加入3 mL濃度為1%～6%的蔗糖溶液，避光靜置，2 h后測定溶液的吸光度。加入等量去離子水替代蔗糖溶液作為空白對照。

1.3.5 抗壞血酸濃度對穩(wěn)定性的影響

分別取2 mL的6份色素溶液，加入3 mL濃度為0.05%～0.25%的抗壞血酸溶液，避光靜置，2 h后測定溶液的吸光度。加入等量去離子水替代抗壞血酸溶液作為空白對照。

1.3.6 H2O2濃度對穩(wěn)定性的影響

H2O2作為一種氧化劑，常被用于食品消毒劑。分別取2 mL的6份色素溶液，加入3 mL濃度為0.5%～2.5%的H2O2溶液，避光靜置，2 h后測定溶液的吸光度。加入等量去離子水替代H2O2溶液作為空白對照。

1.3.7 Na2SO3濃度對穩(wěn)定性的影響

根據(jù)文獻[22]，食品中可添加的Na2SO3最大濃度為0.05%。故以Na2SO3為還原劑，分別取2 mL的6份色素溶液，加入3 mL濃度為0.01%～0.05%的Na2SO3溶液，避光靜置，2 h后測定溶液的吸光度。加入等量去離子水替代Na2SO3溶液作為空白對照。

1.3.8 苯甲酸鈉濃度對穩(wěn)定性的影響

分別取2 mL的6份色素溶液，加入3 mL濃度為0.1%～0.5%的苯甲酸鈉溶液混合，避光靜置，2 h后測定溶液的吸光度。加入等量去離子水替代苯甲酸鈉溶液作為空白對照。

1.3.9 金屬離子濃度對穩(wěn)定性的影響

配制 0.005、0.01、0.015、0.02、0.025 mol/L 的 CuCl2、MgCl2、FeCl3、CaCl2和 AlCl3溶液，各取 3mL 分別與 2mL的色素溶液混合，避光靜置，2 h后測定溶液的吸光度，考察金屬離子濃度對色素穩(wěn)定性的影響。加入等量去離子水替代金屬離子溶液作為空白對照。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗平行重復(fù)3次，并使用Minitab 2017軟件進行數(shù)據(jù)的分析，顯著性水平為0.05，且p<0.05表示差異顯著。試驗結(jié)果使用均值±標準誤差的形式表示。

色素的保存率/%=反應(yīng)溶液的吸光度/空白對照的吸光度×100

2 結(jié)果與分析

2.1 玫瑰色素的吸收光譜

在前期研究中，對50%乙醇洗脫液冷凍干燥得到的色素進行了成分分析，結(jié)果表明其中主要含有槲皮素的糖苷和山奈酚的糖苷，皆為黃酮類化合物。玫瑰色素的紫外可見光譜圖見圖1。

圖1 玫瑰色素的紫外-可見光譜圖Fig.1 UV-VIS spectrogram of rose pigment

由圖1可知，0.04 mg/mL的色素溶液在264 nm和348 nm處有兩個明顯的吸收峰，符合黃酮類化合物的紫外吸收特點，由于黃酮類化合物的最大吸收范圍在300 nm～400 nm，故本試驗選擇了348 nm作為后續(xù)考察穩(wěn)定性的波長。

2.2 pH值對穩(wěn)定性的影響

不同pH值對色素溶液的影響結(jié)果如圖2所示。

圖2 pH值對色素穩(wěn)定性的影響Fig.2 Influence of pH on the stability of rose pigment

由圖2可知，pH值小于5時，玫瑰色素溶液的吸光度顯著下降（p<0.05），當pH值為6～10時玫瑰色素溶液的吸光度變化不明顯。由此可見，強酸性環(huán)境對此色素溶液有破壞作用，在中性和堿性環(huán)境下可以較好的保存及使用。此時，空白對照的吸光度為0.544 4。

2.3 溫度對穩(wěn)定性的影響

不同溫度對色素溶液的影響結(jié)果如圖3所示。

圖3 溫度對色素穩(wěn)定性的影響Fig.3 Influence of temperature on the stability of rose pigment

由圖3可知，在設(shè)定的20℃～80℃溫度范圍內(nèi)，2 h內(nèi)色素溶液的吸光度沒有顯著的變化（p>0.05）。由此說明此色素溶液具有較好的耐熱性，可在較苛刻的溫度條件下作為食品添加劑使用。

2.4 蔗糖濃度對穩(wěn)定性的影響

不同蔗糖濃度對色素溶液的影響結(jié)果如圖4所示。

圖4 蔗糖濃度對色素穩(wěn)定性的影響Fig.4 Influence of sucrose concentration on the stability of rose pigment

由圖4可知，在設(shè)置的蔗糖濃度范圍內(nèi)，蔗糖濃度對色素吸光度無顯著影響（p>0.05）。由此表明此玫瑰色素在蔗糖溶液中較為穩(wěn)定，可與蔗糖配伍作為食品添加劑使用。

2.5 抗壞血酸濃度對穩(wěn)定性的影響

由于抗壞血酸具有還原性，在食品中被廣泛用作抗氧化劑。不同抗壞血酸濃度對色素溶液的影響結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，加入0.05%的抗壞血酸溶液后，色素溶液的吸光度顯著降低，此時色素的保存率為86.02%。由此可見，抗壞血酸對玫瑰色素具有一定的破壞能力，可能是由于抗壞血酸的溶液偏酸性。因此，抗壞血酸不可用作增色劑和還原劑添加到玫瑰花色素中。

圖5 抗壞血酸濃度對色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Influence of ascorbic acid concentration on the stability of rose pigment

2.6 Na2SO3濃度對穩(wěn)定性的影響

不同Na2SO3濃度對色素溶液的影響結(jié)果如圖6所示。

圖6 Na2SO3濃度對色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Influence of Na2SO3concentration on the stability of rose pigment

由圖6可知，在所測試的Na2SO3濃度范圍內(nèi)，反應(yīng)前后色素溶液的吸光度沒有明顯的變化（p>0.05），即Na2SO3濃度對色素吸光度無明顯的影響。表明此玫瑰色素在Na2SO3溶液中較為穩(wěn)定，可與Na2SO3配伍使用。

2.7 H2O2濃度對穩(wěn)定性的影響

不同H2O2濃度對色素溶液的影響結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，在所測試的H2O2濃度范圍內(nèi)，反應(yīng)前后色素溶液的吸光度沒有明顯的變化（p>0.05），即H2O2濃度對色素吸光度無明顯的影響，表明此玫瑰色素在H2O2溶液中較為穩(wěn)定。

2.8 苯甲酸鈉濃度對穩(wěn)定性的影響

不同苯甲酸鈉濃度對色素溶液的影響結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，在所測試的苯甲酸鈉濃度范圍內(nèi)，反應(yīng)前后色素溶液的吸光度沒有明顯的變化（p>0.05）。由此可見，在苯甲酸鈉對色素溶液沒有明顯的影響，說明此玫瑰色素在苯甲酸鈉溶液中較為穩(wěn)定，可與配伍作為食品添加劑使用。

圖7 H2O2濃度對色素穩(wěn)定性的影響Fig.7 Influence of H2O2on the stability of rose pigment

圖8 苯甲酸鈉濃度對色素穩(wěn)定性的影響Fig.8 Influence of sodium benzoate concentration on the stability of rose pigment

2.9 金屬離子的種類和濃度對穩(wěn)定性的影響

5種金屬離子對色素溶液的影響結(jié)果如表1和表2所示。

表1 Cu2+和Al3+對色素穩(wěn)定性的影響Table 1 Influence of Cu2+and Al3+on the stability of rose pigment

由表2所知，加入Mg2+后，溶液的吸光度沒有明顯的變化。加入Fe3+后，溶液產(chǎn)生墨綠色沉淀，無法測定吸光度，說明Fe3+對色素有強烈的破壞作用，可能是由于Fe3+與黃酮類化合物形成了螯合物。當Al3+濃度為0.005 mol/L時，玫瑰色素的保存率為81.22%，說明Al3+的加入會造成玫瑰色素的降解，但此作用與Al3+的濃度沒有明顯的相關(guān)性。加入Cu2+后，溶液的吸光度有一定程度的降低，并且當Cu2+的濃度由0.005 mol/L升高至0.025 mol/L時，反應(yīng)后玫瑰色素的保存率分別為94.18%和90.15%，說明Cu2+的加入會加速玫瑰色素的降解，降解作用與Cu2+離子濃度呈負相關(guān)關(guān)系。當金屬離子濃度為0.005 mol/L時，與Cu2+和Al3+反應(yīng)后的玫瑰色素保存率分別為94.18%和81.22%，而Fe3+的加入使得溶液出現(xiàn)墨綠色沉淀，說明3種金屬離子對玫瑰色素溶液的影響程度為Fe3+>Al3+>Cu2+。此外，隨著Ca2+濃度的升高，色素溶液吸光度有較明顯的升高。

表2 Fe3+、Mg2+和Ca2+對色素穩(wěn)定性的影響Table 2 Influence of Fe3+，Mg2+and Ca2+on the stability of rose pigment

3 結(jié)論

本文通過多組試驗考察了2種環(huán)境條件（pH值和溫度）、4種常用食品添加劑（蔗糖、抗壞血酸、苯甲酸鈉、Na2SO3）、1 種食品消毒劑（H2O2）和 5 種金屬離子（Fe3+、Cu2+、Al3+、Ca2+和 Mg2+）對從大馬士革玫瑰精油提煉后的玫瑰花渣廢水中回收所得色素穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，在測試時間內(nèi)玫瑰色素在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，在強酸性條件下色素顯著下降（p<0.05），在中性和堿性條件下比較穩(wěn)定。防腐劑苯甲酸鈉、還原劑Na2SO3、氧化劑H2O2和蔗糖的加入對色素穩(wěn)定性無明顯影響，而抗壞血酸的加入會造成溶液pH值的降低，從而導(dǎo)致色素的降解。

此外，金屬離子對玫瑰色素的穩(wěn)定性試驗結(jié)果表明，Mg2+對色素沒有明顯的影響。Al3+的加入使得色素溶液的保存率降低，且此作用與離子濃度沒有明顯的關(guān)系；Cu2+可加速玫瑰色素降解，且此作用與Cu2+的濃度呈負相關(guān)關(guān)系；Fe3+的加入對色素有強烈的破壞作用；3種金屬離子對玫瑰色素溶液的影響程度為Fe3+>Al3+>Cu2+。此外，Ca2+對玫瑰色素有增色作用，此作用與Ca2+濃度呈正相關(guān)關(guān)系。

綜上，此玫瑰色素在中性和堿性環(huán)境下較穩(wěn)定，溫度、氧化劑H2O2和Mg2+離子對其穩(wěn)定性無明顯影響，其可與蔗糖、Na2SO3和苯甲酸鈉幾種常用食品添加劑配伍使用，但在貯存過程中應(yīng)盡量避免接觸Fe3+、Al3+、Cu2+、Ca2+及強還原劑抗壞血酸。