紅龍草色素的提取工藝優(yōu)化及其穩(wěn)定性研究

楊佩斯 董樂 葉字海

摘要[目的]優(yōu)化紅龍草色素提取工藝，并研究其穩(wěn)定性。[方法]以紅龍草全草為材料，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)優(yōu)化紅龍草色素提取工藝，并對提取的紅龍草色素穩(wěn)定性進(jìn)行研究。[結(jié)果]紅龍草色素的最佳提取條件：超聲時間30 min，料液比1∶55（g∶mL），α-淀粉酶∶纖維素酶為3∶1，即在溶液中按比例加入0.2%纖維素酶和0.6%α-淀粉酶。光照、pH、過氧化氫、亞硫酸鈉、苯甲酸、山梨酸、金屬離子Zn2+、Cu2+、Ca2+、Fe3+對色素穩(wěn)定性具有一定的影響。[結(jié)論]該研究可為紅龍草色素的開發(fā)利用提供參考。

關(guān)鍵詞紅龍草；色素；正交試驗(yàn)；穩(wěn)定性

中圖分類號TS202.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）10-0097-04

Study on the Extraction Process Optimization and Stability of Pigment from Altemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa

YANG Peisi， DONG Le*， YE Zihai

（College of Oceanology and Food Science， Quanzhou Normal University， Quanzhou， Fujian 362000）

Abstract[Objective] To optimize the extraction process of Altemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa pigment and study its stability. [Method] By singlefactor and L9（34）orthogonal experiment， extraction conditions of pigment from Altemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa were optimized， and the effects on the stability of pigment were investigated. [Result] The results showed that the optimum technological conditions of the extraction of pigment from Altemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa were distilled water for extraction agents， 30 min for extraction time， 1∶55（g∶mL） for the ratio of the solid and liquid， 1∶3 for the ratio of cellulose to alpha amylase， namely adding 0.2% cellulose and 0.6% alpha amylase into solution. Light， pH， H2O2 ， sulfurous acid， benzoic acid， sorbic acid， metal ions including Zn2+， Cu2+， Ca2+ and Fe3+ had effects on the stability of pigment.[Conclusion] The study can provide reference for development and utilization of Altemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa pigment.

Key wordsAltemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa；Pigment；Orthogonal experiment；Stability

食用色素是指能使食品著色的添加劑，按來源分為合成色素和天然色素2類[1]。研究表明，大部分合成色素對人體有不同程度的傷害，而天然色素具有較高的安全性，有的天然色素還具有一定的營養(yǎng)和藥理保健作用[2]。因此，在消費(fèi)者日益追求食品安全性的大環(huán)境下，食用天然色素正逐步占據(jù)食用色素的主體地位。

紅龍草（Altemanthera Ficoidea cv.Ruliginosa）屬莧科，葉色紫紅至紫黑色，頭狀花序密聚成粉色小球，無花瓣。莖為假二歧分枝，中部具有髓，莖稈汁液為紫紅色。原種產(chǎn)南美，在世界上熱帶、亞熱帶各地多有栽培。紅龍草葉色鮮艷，具有提取天然色素的基礎(chǔ)。筆者以紅龍草全草為材料，優(yōu)化其色素的提取工藝，并分析色素的穩(wěn)定性影響因素，為紅龍草色素的開發(fā)利用提供參考。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1原料。

紅龍草，采自福建省泉州師范學(xué)院理工樓前花圃。

1.1.2主要儀器。

HH-4型恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司；KQ-600型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；GZX-9240MBE型數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；UVmini-1240型紫外可見分光光度計(jì)，日本島津；TDL-500B型低速大容量離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；FA2104N型電子分析天平，上海菁海儀器有限公司；PHSJ-4A型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.1.3主要試劑。

纖維素酶、α-淀粉酶等購于廈門泰京生物科技有限公司；亞硫酸鈉、過氧化氫、氯化鈉、氯化鉀、硫酸鎂、氯化鋅、硫酸銅、氯化鐵、氯化鈣、苯甲酸、山梨酸等試劑，均為國產(chǎn)分析純。

1.2方法

1.2.1紅龍草原料處理。

將新鮮采摘的紅龍草清洗干凈放入烘箱內(nèi)，60 ℃干燥12 h至恒重，將干燥好的紅龍草粉碎后過40目篩，放入袋中，于冰箱中低溫存放備用。

1.2.2紅龍草色素提取的工藝流程。

粉碎的紅龍草1.000 g→加水到一定料液比→按一定百分比加入纖維素酶和α-淀粉酶→混勻→45 ℃條件下超聲波提取30 min →離心→取色素上清液→定容→稀釋→測定吸光度值。

1.2.3最大吸收波長的選擇。

準(zhǔn)確稱量1.000 g紅龍草粉末于錐形瓶中，按一定的料液比加蒸餾水，分別加入終濃度為0.2%的纖維素酶和0.3% α-淀粉酶，在45 ℃條件下超聲輔助提取30 min，室溫下再提取2 h。離心后取上清液，在400～600 nm波段內(nèi)掃描，測定其吸收光譜，選擇可見光區(qū)最大吸光峰所對應(yīng)的波長作為試驗(yàn)中紅龍草色素提取液的測定用波長[3]。

1.2.4紅龍草色素提取的單因素試驗(yàn)。

1.2.4.1超聲時間的選擇。

準(zhǔn)確稱量5份1.000 g的紅龍草粉末于錐形瓶中，按一定的料液比加蒸餾水，分別加入終濃度為0.2%的纖維素酶和0.3%的α-淀粉酶，置于45 ℃條件下分別超聲輔助提取5、10、20、30、40 min，在4 000 r/min條件下離心后取上清液，用容量瓶定容至100 mL。以蒸餾水為參比，在測定波長處測定色素溶液的吸光度值[4-5]。

1.2.4.2料液比的選擇。

準(zhǔn)確稱量5份1.000 g的紅龍草粉末于錐形瓶中，加入蒸餾水，使其料液比分別為1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70（g∶mL），分別加入終濃度為0.2%的纖維素酶和0.3% α-淀粉酶，置于45 ℃條件下超聲輔助提取30 min，在4 000 r/min條件下離心后取上清液，用容量瓶定容至100 mL。以蒸餾水為參比，在測定波長處測定色素溶液的吸光度值 [6]。

1.2.4.3酶比例的選擇。

準(zhǔn)確稱量5份1.000 g的紅龍草粉末于錐形瓶中，按一定的料液比加蒸餾水，加入終濃度為0.2%的纖維素酶。以纖維素酶為標(biāo)準(zhǔn)，使溶液中α-淀粉酶與纖維素酶的比例分別為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1。置于45 ℃條件下超聲輔助提取30 min，在4 000 r/min條件下離心后取上清液，用容量瓶定容至100 mL。以蒸餾水為參比，在測定波長處測定色素溶液的吸光度值[7]。

1.2.5L9（34）正交試驗(yàn)。

根據(jù)超聲時間、料液比和復(fù)合酶比例的單因素試驗(yàn)，以蒸餾水為提取溶劑，設(shè)計(jì)4因素3水平正交試驗(yàn)，并將因素D空項(xiàng)作為方差分析的誤差處理的一部分，對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析和方差分析，確定紅龍草色素的最佳提取工藝[5，8]，正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1。

1.2.6驗(yàn)證試驗(yàn)。在正交試驗(yàn)確定的最佳條件下進(jìn)行紅龍草色素的提取，3次重復(fù)，結(jié)果取平均值。

1.2.7紅龍草色素穩(wěn)定性的研究。

1.2.7.1光照對色素穩(wěn)定性的影響[9-10]。

分別取3份20 mL同濃度的紅龍草色素溶液于100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容至100 mL，分別置于避光、太陽光、紫外光條件下密封靜置2 h后，測定最大吸收波長處的吸光度值，分析光照對紅龍草色素穩(wěn)定性的影響。

1.2.7.2pH對色素穩(wěn)定性的影響[11]。

準(zhǔn)確稱量10份10 mL同濃度的紅龍草色素溶液于錐形瓶中，稀釋。用pH計(jì)調(diào)節(jié)色素溶液的pH，使色素溶液的pH分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11，置于室溫條件下密封靜置2 h。觀察、記錄不同pH條件下的紅龍草色素溶液顏色變化。

1.2.7.3氧化劑、還原劑對色素穩(wěn)定性的影響[12]。

準(zhǔn)確稱量10份10 mL同濃度的紅龍草色素溶液于錐形瓶中，稀釋。分別按一定的比例加入氧化劑和還原劑溶液，置于室溫條件下密封靜置2h。觀察并記錄色素溶液在不同濃度氧化劑和還原劑中顏色的變化，并測定吸光度值。

1.2.7.4食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響[13]。

分別配制含有一定濃度梯度的苯甲酸、山梨酸的色素浸提液，密封后置于室溫條件下靜置2 h。觀察、記錄添加不同濃度食品添加劑的色素溶液的顏色變化，并測定吸光度值。

1.2.7.5金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響[14]。

精密量取10份10 mL同濃度的紅龍草色素溶液于錐形瓶中，稀釋。分別加入濃度為0.02 mol/L的Na+、Mg2+、Zn2+、K+、Cu2+、Ca2+、Fe3+金屬離子，在避光條件下靜置提取2 h，與原溶液相比較，觀察并記錄色素溶液顏色的變化。

2結(jié)果與分析

2.1最大吸收波長的選擇

由圖1可知，紅龍草色素水溶液在波長550 nm處有特征吸收峰，因此確定紅龍草色素的測定波長為550 nm。

2.2單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1超聲時間對色素提取效果的影響。

由圖2可知，在一定范圍內(nèi)，隨著超聲時間的增加，色素提取液的吸光度增大。當(dāng)超聲時間在10～20 min和30～40 min時，色素提取液的吸光度相對穩(wěn)定，但在30～40 min時色素的吸光度較大，同時考慮酶作用時所需條件，因此，確定紅龍草色素提取的超聲時間為30 min。

2.2.2料液比對色素提取效果的影響。

由圖3可知，在一定范圍內(nèi)，隨著料液比中溶劑用量的增加，色素溶液吸光度越高，當(dāng)料液比為1∶50（g∶mL）時，吸光度達(dá)到最大值。此后當(dāng)料液比中溶劑用量繼續(xù)增加時，吸光度則隨著降低，色素的提取率逐漸降低。因此，確定紅龍草色素提取的料液比為1∶50（g∶mL）。

2.2.3復(fù)合酶比例對色素提取效果的影響。

可知，在一定范圍內(nèi)，隨著α-淀粉酶與纖維素酶比例的增大，吸光度越高，當(dāng)α-淀粉酶與纖維素酶比例為3∶1時，吸光度達(dá)到0.579。此后當(dāng)α-淀粉酶與纖維素酶比例繼續(xù)增大時，吸光度則沒有明顯變化，色素的吸光度趨于穩(wěn)定。因此，確定紅龍草色素提取的α-淀粉酶與纖維素酶比例為3∶1。

2.3正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，以超聲時間、料液比、酶比例為3個因素進(jìn)行紅龍草色素提取的正交試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

可知，料液比對紅龍草色素提取影響最大，其次是超聲時間，酶比例影響最小。方差分析顯示，料液比、超聲時間、酶比例對色素提取率的影響具顯著性（FA=17.854，F(xiàn)B=54.07，F(xiàn)C=9.98）。紅龍草色素提取的最佳條件是A2B3C2，即在提取時超聲時間為30 min，料液比為1∶55（g∶mL），α-淀粉酶與纖維素酶比例為3∶1。

2.4正交試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證試驗(yàn)

驗(yàn)證試驗(yàn)表明，采用優(yōu)化的工藝條件提取時，色素提取溶液的吸光度值為0.635，大于所有正交試驗(yàn)中所得結(jié)果，表明采用此工藝條件提取紅龍草色素是可行的。

2.5紅龍草色素的穩(wěn)定性

2.5.1光照對色素穩(wěn)定性的影響。

試驗(yàn)得出，在自然光、紫外光、避光條件下，紅龍草色素的吸光度值分別為0.496、0.617、0.619。

因此可知，在光照條件下，紅龍草色素的吸光度值相對于避光條件下有較大幅度的降低，表明紅龍草色素在光照條件下的穩(wěn)定性較差，而紫外光的照射對色素的穩(wěn)定性影響不大。

2.5.2 pH對色素穩(wěn)定性的影響。

可知，色素在pH 5～8時穩(wěn)定，pH在2～4時，色素顏色由橘黃色變?yōu)橐蠹t色，pH在9～11時，色素顏色由殷紅色變?yōu)樽睾稚?。因此，色素在弱酸或弱堿條件下比較穩(wěn)定，而在強(qiáng)酸強(qiáng)堿性條件下色素的穩(wěn)定性降低。因此，紅龍草色素適合在弱酸或弱堿條件下使用，應(yīng)避免在強(qiáng)酸強(qiáng)堿性條件下保存、使用。

2.5.3氧化劑、還原劑對色素穩(wěn)定性的影響。

由于氧化劑、還原劑對色素的顏色影響不大，因此用測定溶液的吸光度值來反映其對色素溶液的影響。

可知，隨著氧化劑濃度的增加，溶液中色素比較穩(wěn)定，吸光度值略有下降但變化不大。隨著還原劑濃度的增加，色素溶液的吸光度值在一定范圍內(nèi)波動，沒有明顯的變化。由此可見，在低濃度的還原劑和氧化劑中，紅龍草色素相對比較穩(wěn)定。

2.5.4金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響。

由圖8可知，添加Na+ 、K+、Mg2+時，溶液顏色與最大吸收峰沒有變化，Zn2+時顏色變淺，但影響不明顯，說明Zn2+對色素有減色作用；Cu2+使色素浸提液出現(xiàn)棕綠色渾濁；Ca2+使色素浸提液的顏色變深，說明Ca2+對色素有增色作用。Fe3+使色素溶液顏色變?yōu)楹稚珳啙?。因此在紅龍草色素加工、保存、使用及運(yùn)輸過程中應(yīng)避免與Cu2+、Ca2+、Fe3+接觸。

2.5.5常用食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響。

3結(jié)論

以紅龍草為原料，以水為溶劑提取色素，通過正交試驗(yàn)及分析得出了紅龍草色素的最佳提取條件為超聲時間

紅龍草色素的穩(wěn)定性試驗(yàn)表明，紅龍草色素光穩(wěn)定性較差，在弱酸至弱堿（pH 5～8）條件下穩(wěn)定，低濃度的氧化劑溶液對色素有較好的護(hù)色效果，低濃度的還原劑溶液中色素的耐還原性較好，添加食品添加劑苯甲酸時無影響，添加食品添加劑山梨酸時有助于對色素的保護(hù)，金屬離子Na+、Mg2+、K+對色素幾乎沒有影響，Zn2+對色素有減色的作用，Cu2+、Ca2+、Fe3+對色素有較大影響。因此在紅龍草色素加工、保存、使用及運(yùn)輸過程中應(yīng)避免與Cu2+、Ca2+、Fe3+接觸。

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