梔子黃色素提取及其抗氧化等性能研究*

李 榕，葉傳財(cái)，袁琦虹，肖鳳儀，苗 晶，盧玉棟，游瑞云**

(1福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院，福建省先進(jìn)材料化工基礎(chǔ)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350117；2福建省福鼎市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，福建 福鼎 355200)

近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)天然色素的重視和研究不斷深入，天然色素的提取工藝不斷創(chuàng)新，對(duì)天然色素的性能研究具有重要意義。黃梔子屬茜草科植物，不僅有著很高的藥用價(jià)值，而且在食品、醫(yī)藥、飲料、色素，以及日用化工等方面都有著廣泛的應(yīng)用，可謂“全身是寶”[1]。梔子黃色素是從梔子果中提取的色素，主要組分包含藏花素和藏花酸。目前，提取梔子黃色素的方法有浸提法、萃取法、微波法、超聲波法、膜分離技術(shù)等，但這些方法具有一些缺點(diǎn)。例如，傳統(tǒng)有機(jī)溶劑萃取法和超臨界CO2流體萃取法，存在耗時(shí)、萃取效率不高的缺點(diǎn)[2]；微波法具有可能會(huì)破壞色素結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)；等等。本實(shí)驗(yàn)采用浸提法中的醇提法提取梔子黃色素，其優(yōu)點(diǎn)是使用的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體生產(chǎn)成本便宜等[3]。梔子黃色素主要應(yīng)用于食品與藥品等領(lǐng)域，但梔子黃色素在食品中應(yīng)用存在著穩(wěn)定性差與成本高等問(wèn)題，部分梔子黃色素用于藥品，但用量不大，這些嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。[1]

本文探討了料液比、提取溫度、提取時(shí)間等提取條件對(duì)梔子黃色素得率的影響，考察了梔子黃色素在不同溫度和pH條件下的化學(xué)穩(wěn)定性及其抗氧化能力、抗菌能力、保濕能力等功效，為梔子黃色素在化妝品中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

小型粉碎機(jī)(先烽儀器儀表廠)、電子天平(Varian)、電熱恒溫水浴鍋(河南瑞德儀器工廠)、真空干燥機(jī)(上海一恒科技公司)、RE-20型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(南通普瑞科技公司)、UV-1750紫外分光光度儀(上海繼譜電子科技有限公司)、電熱恒溫干燥箱(常州普天儀器制造公司)、冷凍干燥機(jī)(上海一恒科技公司)等。

1.1.2 試劑

60%乙醇、蒸餾水、甘油、正丁醇、無(wú)水乙醇、正己烷、1%鹽酸、1%氫氧化鈉、DPPH自由基等。

1.2 梔子黃色素的提取[3-5]

1.2.1 原料預(yù)處理

將梔子果放入粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎，粉碎后收集黃梔子粉末，將其過(guò)40目篩(0.5 mm)。將過(guò)篩后的梔子粉末置于恒溫干燥箱中，在 55 ℃ 下烘干 1 h，最后將其盛放在密封袋中在密封狀態(tài)下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 提取工藝流程

準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量烘干后的梔子粉末于燒瓶中，按照料液比1∶10 g/mL添加60%的乙醇，在設(shè)置溫度為 50 ℃ 的恒溫水浴鍋中浸提 120 min,在低壓下進(jìn)行抽濾，得到黃梔子初提液。將初提液通過(guò)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)獲得高濃度的梔子黃色素溶液，然后冷凍干燥，即可得到梔子黃色素。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)[6]

1)料液比的影響?？刂谱兞恳毫媳确謩e為1∶8、1∶10、1∶12、1∶15、1∶20 g/mL，按照1.2.2中的方法提取梔子黃色素。

2)提取溫度的影響?？刂扑囟?0、50、60、70、80 ℃，按照1.2.2中的方法提取梔子黃色素。同時(shí)測(cè)定其在 440 nm 處的吸光度，根據(jù)測(cè)得的吸光度值研究溫度對(duì)色素得率的影響。

3)提取時(shí)間的影響。設(shè)置浸提時(shí)間1、1.5、2、2.5、3 h，按照1.2.2中的方法提取梔子黃色素。

1.3 梔子黃色素穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

該方法主要通過(guò)測(cè)定梔子黃色素改變條件前和改變條件后的吸光度，根據(jù)改變條件前后兩者的差值大小來(lái)判斷梔子黃色素的化學(xué)穩(wěn)定性。因此，可用吸光度的差值來(lái)計(jì)算梔子黃色素的色素?fù)p失率，計(jì)算公式為：色素?fù)p失率=(A改變條件前-A改變條件后)/(A改變條件前×100%，計(jì)算公式中的A改變條件前為未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所測(cè)得吸光度，A改變條件后為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后所測(cè)吸光度[7]。

溫度對(duì)梔子黃色素穩(wěn)定性研究[8]。將一定濃度的梔子黃色素分別置于20、40、60、80 ℃ 條件下，1 h 后分別吸取 2 mL 的試液，然后通過(guò)分光光度計(jì)測(cè)其吸光度，計(jì)算色素?fù)p失率。

pH對(duì)梔子黃色素穩(wěn)定性研究[9-10]。分別量取6份相同體積一定濃度的梔子黃色素，分別用1%鹽酸和1%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH，使6份溶液的pH分別為2、4、6、8、10、12，放置 30 min 后，各取 2 mL 試液，通過(guò)分光光度計(jì)測(cè)其吸光度，計(jì)算色素?fù)p失率。

1.4 梔子黃色素抗氧化性研究[2]

分別取質(zhì)量濃度為 0.3 mg/mL 的梔子黃色素溶液0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 mL 于6支規(guī)格相同的試管中，向6支試管中分別添加 1.0 mL 0.01 mg/mL 的DPPH溶液，最后用無(wú)水乙醇定容使得6支試管的溶液總體積均為 2.2 mL。搖勻后測(cè)6支試管中溶液的吸光度，可得到6組不同質(zhì)量濃度梔子黃色素加入相同體積、相同質(zhì)量濃度DPPH溶液后的吸光度A1。測(cè)定未添加DPPH溶液前梔子黃色素溶液的吸光度，記為吸光度A2。取 1.0 mL 0.01 mg/mL 的DPPH溶液于試管中，用無(wú)水乙醇定容使溶液總體積為 2.2 mL,搖勻后測(cè)量該溶液的吸光度為A3。

1.5 梔子黃色素抗菌性研究

采用抑菌圈實(shí)驗(yàn)方法對(duì)梔子黃色素的抗菌性能進(jìn)行研究[11]。

1.6 梔子黃色素保濕性研究

1)在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，先配制 100 mL 的飽和碳酸鉀溶液。取 50 mL 的飽和碳酸鉀溶液于燒杯中密封備用。在 100 mL 的容量瓶中倒入 3 mL 甘油，定容后即可得到3%的甘油溶液。取2個(gè)玻璃板將其洗干凈并干燥，并在每個(gè)玻璃板上粘貼相同長(zhǎng)度的醫(yī)用膠帶。

2)將上述過(guò)程中提到的 50 mL 的飽和碳酸鉀溶液放置在干燥器中底部，在溶液上方放置多孔隔板，將干燥器蓋子蓋上后于室溫下放置 24 h。

3)在貼好醫(yī)用膠帶的兩塊玻璃板上分別滴加5滴3%的甘油和 80 μg/mL 的梔子黃色素溶液，滴好后稱(chēng)量?jī)蓧K板的質(zhì)量分別為m1和M1,將兩塊玻璃板放入上述干燥器的多孔隔板上方，每間隔 2 h 迅速取出兩塊板，測(cè)量板的質(zhì)量后再立刻放回干燥器中，儀器記錄其質(zhì)量為m2和M2，m3和M3，m4和M4，m5和M5。

4)根據(jù)公式:失水率=(樣品吸濕后質(zhì)量m2-樣品吸濕前質(zhì)量m1)/樣品吸濕前質(zhì)量m1,計(jì)算3%甘油和 80 μg/mL 的梔子黃色素溶液在不同時(shí)刻下的失水能力。

2 結(jié)果與討論

2.1 梔子黃色素提取的單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 料液比對(duì)梔子黃色素得率的影響

為了探究不同料液比對(duì)梔子黃色素提取的影響，進(jìn)行控制單一變量為料液比實(shí)驗(yàn)。不同料液比下梔子黃色素得率結(jié)果如圖1所示。由圖1可分析出，當(dāng)料液比不斷增大時(shí)，梔子黃色素的得率先增大后減小。這個(gè)結(jié)果可能是由于開(kāi)始料液比增大,溶劑量增多，梔子粉末基本被水完全包圍，在相同時(shí)間下被完全包圍的梔子粉末增多，得率就會(huì)增大。色素得率最大時(shí)的料液比為1∶10 g/mL。當(dāng)料液比大于1∶10 g/mL 時(shí)，梔子黃色素被稀釋因此得率降低。

2.1.2 提取溫度對(duì)梔子黃色素色素得率的影響

為了探究溫度對(duì)梔子黃色素提取的影響，進(jìn)行控制單一變量為溫度的實(shí)驗(yàn)。不同溫度下梔子黃色素得率如圖2所示。由圖2可分析出，當(dāng)溫度不斷升高，梔子黃色素的得率先升高后降低。這個(gè)結(jié)果可能是由于當(dāng)?shù)竭_(dá)一定溫度時(shí)，梔子黃色素的主要成分結(jié)構(gòu)發(fā)生改變使得率降低。由圖2分析可知，當(dāng)提取溫度為50 ℃時(shí)，梔子黃色素的得率最大。

圖1 料液比對(duì)梔子黃色素得率的影響

圖2 浸提溫度對(duì)梔子黃色素得率的影響

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)梔子黃色素得率的影響

為了探究提取時(shí)間對(duì)梔子黃色素提取的影響，進(jìn)行控制單一變量為提取時(shí)間實(shí)驗(yàn)。梔子黃色素得率在不同提取時(shí)間的值如圖3所示。由圖3可分析出，當(dāng)提取時(shí)間不斷增大時(shí)，梔子黃色素的得率先增大后減小。主要原因?yàn)楫?dāng)提取時(shí)間增大時(shí)，浸提時(shí)間增大，梔子黃色素不斷溶出，梔子黃色素得率增大。但提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使得梔子黃色素可能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)，梔子黃色素得率降低。由圖3分析可知，梔子黃色素的得率在提取時(shí)間為 120 min 時(shí)最大。

圖3 提取時(shí)間對(duì)梔子黃色素得率的影響

2.2 梔子黃色素穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

2.2.1 溫度對(duì)梔子黃色素色素穩(wěn)定性的影響

為了研究溫度對(duì)梔子黃色素穩(wěn)定性的影響，進(jìn)行控制單一變量為溫度實(shí)驗(yàn)。不同溫度下梔子黃色素色素?fù)p失率結(jié)果如圖4所示。由圖4可分析出，隨著溫度升高，梔子黃色素的色素?fù)p失率逐漸增加。在 80 ℃ 時(shí)色素的穩(wěn)定性最差，梔子黃色素的色素?fù)p失率最大。

圖4 不同溫度對(duì)梔子黃色素穩(wěn)定性的影響

胡雅芹等[7]的研究表明，隨著熱處理溫度和加熱時(shí)間的提高,梔子黃色素?fù)p失率呈直線上升趨勢(shì)。100、60 ℃和25 ℃(室溫)條件下水浴加熱8 h后梔子黃色素?fù)p失率分別約為70%、35%和15%,而在熱處理2 h以?xún)?nèi),色素?fù)p失率均小于20%。雙因素方差分析表明,處理溫度和處理時(shí)間對(duì)梔子黃色素?fù)p失率影響均顯著(P≤0.05),而處理時(shí)間對(duì)色素穩(wěn)定性影響更顯著，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。

2.2.2 pH對(duì)梔子黃色素色素穩(wěn)定性的影響

為了研究pH對(duì)梔子黃色素穩(wěn)定性的影響，進(jìn)行控制單一變量為pH實(shí)驗(yàn)。不同pH下梔子黃色素色素?fù)p失率結(jié)果如圖5所示。由圖5可分析出，在pH=2和pH=12時(shí)色素?fù)p失率較大，而在pH=6和pH=8時(shí)的色素?fù)p失率較低。由此可知，強(qiáng)酸、強(qiáng)堿可使梔子黃色素不穩(wěn)定，在溫和條件下梔子黃色素較穩(wěn)定，梔子黃色素?fù)p失率較低。

圖5 不同pH對(duì)梔子黃色素穩(wěn)定性影響

胡雅芹等[7]的研究表明，pH在2～12范圍內(nèi),梔子黃色素?fù)p失率較??；pH在5～9內(nèi),色素?fù)p失率小于10%。結(jié)果表明梔子黃色素pH穩(wěn)定性好。

2.3 梔子黃色素抗氧化性研究

為了探究梔子黃色素的抗氧化能力，檢測(cè)不同質(zhì)量濃度梔子黃色素溶液對(duì)DPPH的清除率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理可得，不同質(zhì)量濃度的梔子黃色素溶液對(duì)DPPH的清除率符合一定的線性關(guān)系，且關(guān)系式為：y=532.48x-3.56。

2.4 梔子黃色素抗菌性研究

為了探究梔子黃色素的抗菌能力，進(jìn)行抗菌實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，提取出的梔子黃色素對(duì)金葡萄菌具有抗菌性，抑菌圈直徑為4.0 cm，孔的直徑為1.3 cm。見(jiàn)圖6。

圖6 梔子黃色素對(duì)金葡萄菌的抗菌性

2.5 梔子黃色素保濕性研究

為了探究梔子黃色素的保濕能力，進(jìn)行3%甘油與梔子黃色素失水率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖7所示。由圖7分析可知梔子黃色素具有一定的保濕能力。

圖7 甘油和梔子黃色素不同時(shí)間下的失水率

3 結(jié)論

梔子黃色素的最佳提取條件為料液比1∶10(g/mL)，提取溫度50 ℃，提取時(shí)間2 h。梔子黃色素在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿條件下穩(wěn)定性差；梔子黃色素色素具有一定的抗氧化性，對(duì)金葡萄菌具有抗菌性，并具有一定的保濕能力。