一種經濟簡便的梔子黃色素純化工藝及其儲存條件研究

宋 偉，唐忠海，饒力群

（湖南農業大學生物科學技術學院，湖南長沙410128）

水梔子（Gardenia jasminoides var.radicans Makino）為茜草科植物水梔子的果實，可人工栽培，主產于長江以南大部分省區，資源豐富，且黃色素含量高，是提取天然黃色素的最好原料［1］。梔子黃色素是從梔子屬植物果實中提取的水溶性類胡蘿卜素類天然食用色素，其主要成分是賦予其鮮艷黃色的藏花素（crocin）和藏花酸（crocetin）［2］，但有些梔子黃色素會因含有大量的梔子苷（梔子黃色素的主要雜質）使得食品發生綠變，降低食品品質，且梔子苷水解產物京尼平具有遺傳毒性［3］。研究報道，梔子苷和藏花素的最大吸收波長分別是238nm和440nm，當梔子黃色素在238nm和440nm處的吸光度的比值（OD比值）小于0.4時能有效控制梔子苷的量，從而有效防止食品發生綠變［4］。

國內已有不少研究報道梔子黃色素的提取和純化方法，也得到了高品質產品［5－7］，但多數因工藝復雜、可操作性差、產率低、生產成本高、有機溶劑殘留、環境污染等缺點限制了其工業化生產。作者從簡化工藝、降低成本、減少有機溶劑殘留等方面入手，以水梔子果實為原料、水為提取溶劑，通過大孔樹脂富集得到了高純度的梔子黃色素產品，并對其儲存條件進行了研究。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

水梔子，產自江西撫州。

EDI超純水，上海訊輝環保科技有限公司；LXA－8、LSA－10、LX－28、LX－60、LX－68M型大孔樹脂，西安藍曉科技新材料股份有限公司；D101、HPD100A型大孔樹脂，西安藍深科技新材料股份有限公司；乙醇，湖南大江貿易有限公司。

FW177型中草藥粉碎機，天津泰斯特；FA2104N型電子天平，上海菁海儀器有限公司；DK－8型電熱恒溫水槽、DHG－9146A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏；Agilent8453型紫外可見分光光度計；SHZ－Ⅲ型循環水真空泵，上海亞榮生化儀器廠；R－1001N型旋轉蒸發儀，鄭州長城科工貿有限公司。

1.2 方法

1.2.1 梔子黃色素提取液的制備

取適量成熟干燥的水梔子果實粉碎至約40目，加蒸餾水室溫浸提3次，料液比（質量體積比，g∶mL，下同）分別為1∶16、1∶10、1∶10，提取時間分別為8h、6h、5h，沉降，紗布過濾，得到3級（一級、二級、三級）梔子黃色素提取液，備用。

1.2.2 大孔樹脂預處理

大孔樹脂用95%乙醇浸泡過夜，濕法裝柱，水洗至無醇味；用2%NaOH溶液通過樹脂柱，浸泡2h后，水洗至中性；用5%HCl溶液通過樹脂柱，浸泡2h后，水洗至中性，備用。

1.2.3 大孔樹脂的篩選

稱取7種備用的大孔樹脂各2.0g于250mL三角瓶中，分別加入50mL梔子黃色素提取液（A440＝102.68），于100r·min－1、25℃振蕩24h，吸附飽和后，抽濾；再向樹脂中加入50mL 80%乙醇，于100r ·min－1、25℃振蕩4h，抽濾，分別測定濾液在238 nm和440nm處的吸光度。

大孔樹脂的吸附率、解吸率、OD比值分別依下式計算：

式中：A0為吸附前提取液的吸光度；A1為吸附后提取液的吸光度；A2為解吸液的吸光度；A238、A440分別為溶液在238nm、440nm處的吸光度。

1.2.4 提取液流速的考察

將3級提取液分別以不同流速通過樹脂柱，記錄吸附前后溶液吸光度及流出液顏色。

1.2.5 解吸劑乙醇體積分數的考察

稱取10份吸附飽和的大孔樹脂各2.0g于250mL三角瓶中，分別加入50mL體積分數為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%的乙醇，于100r·min－1、25℃振蕩4h，抽濾，測定濾液在238nm和440nm處的吸光度，計算OD比值、解吸率。

1.2.6 紫外可見吸收光譜分析

將純化前后的梔子黃色素提取液減壓濃縮后，50℃烘干。稱取0.100g純化前后樣品加水溶解定容到100mL，取1.0mL分別定容到10mL和100 mL，用紫外可見分光光度計進行全波長掃描。

1.2.7 色價的測定

梔子黃色素色價的測定方法參照GB 7912－2010［8］。稱取約0.15g粉末試樣（精確至0.0002g），用水溶解，轉移至100mL容量瓶中，加水定容到刻度，搖勻；吸取10mL上述試液，轉移至100mL容量瓶中，加水定容到刻度，搖勻；取此試液置于1cm比色皿中，以水作空白對照，用分光光度計在（440±5）nm范圍內測定吸光度（吸光度應控制在0.3～0.7之間，否則應調節試液濃度，再重新測定吸光度）。色價E依下式計算：

式中：A為試液在440nm處的吸光度；c為試液的濃度，g·mL－1。

1.2.8 溫度和光照對梔子黃色素穩定性影響的考察

將純化梔子黃色素分別置于不同溫度（室內溫度：25～30℃，窗口溫度：35～38℃）和光照條件下儲存2個月。稱取樣品各0.100g溶解并定容到100mL，再取1.0mL定容到100mL，測440nm處的吸光度，計算樣品色價。對照為最初獲得純化梔子黃色素。

1.2.9 pH值對梔子黃色素穩定性影響的考察

稱取0.100g純化梔子黃色素溶解并定容到100 mL，從中取14份1.0mL于100mL棕色瓶中，分別用pH＝1～14的水定容，避光、冷藏保存。分別于第1d、第2d、2周后、2月后測定吸光度。

2 結果與討論

2.1 大孔樹脂的篩選（表1）

表1 不同型號大孔樹脂的吸附率、解吸率和OD比值Tab.1 The adsorption rate，desorption rate and ODratio of different macroporous resins on gardenia yellow pigment

大孔樹脂的性能取決于吸附率、解吸率、OD比值。在一定程度上，OD比值能反映大孔樹脂對梔子苷和梔子黃的吸附選擇性，比值越小，表明樹脂對梔子黃色素的吸附選擇性越強。由表1可知，7種大孔樹脂對梔子黃色素都具有良好的吸附和解吸能力。其中吸附率以大孔樹脂LSA－10、LX－60、HPD100A較佳，分別達89.6%、89.1%、88.1%；解吸率以大孔樹脂LX－28、HPD100A、LXA－8較佳，分別達99.7%、98.5%、98.3%。大孔樹脂HPD100A、D101、LSA－10的OD比值較小，尤其是HPD100A的OD比值最小，表明其吸附選擇性最強。綜合比較吸附率、解吸率和OD比值，7種大孔樹脂中HPD100A純化梔子黃色素效果最好，LX－68M效果最差。

2.2 提取液流速對吸附效果的影響（表2）

表2 提取液流速對梔子黃色素吸附效果的影響Tab.2 The effects of flow rate of the extraction solution on the adsorption efficiency of gardenia yellow pigment

由表2可知，提取液通過樹脂柱的流速對梔子黃色素的吸附效果有直接影響。隨著提取液通過樹脂柱流速的加快，吸附時間相應縮短，梔子黃色素流失量逐漸增多。3級提取液的色素含量不一，含量高的溶液，通過樹脂柱時流速越慢越能被充分吸附。為提高效率的同時保證吸附充分，減少損失，選擇3級提取液通過樹脂柱的適宜流速分別為10BV·h－1、30BV·h－1、60BV·h－1。

2.3 乙醇體積分數對解吸效果的影響

乙醇常被用作大孔樹脂吸附梔子黃色素后的解吸劑［9－10］。考察乙醇體積分數對解吸效果的影響，結果見表3。

表3 乙醇體積分數對解吸效果的影響Tab.3 Effect of ethanol volume fraction on the desorption efficiency

由表3可知：隨著乙醇體積分數的增大，梔子黃色素的解吸率逐漸增大，OD比值逐漸減小；當乙醇體積分數為70%時，解吸率達97.3%，OD比值降至0.38，故采用體積分數大于70%的乙醇作解吸劑效果較好。

2.4 紫外可見吸收光譜分析

梔子黃色素純化前后的紫外可見吸收光譜見圖1。

圖1 純化前（a）、后（b）梔子黃色素溶液的紫外可見吸收光譜Fig.1 UV－Visible absorption spectra of gardenia yellow pigment solution before（a）and after（b）purification

由圖1可知：純化前，梔子黃色素溶液有3個明顯的峰，分別是梔子苷、綠原酸和黃色素的吸收峰，且梔子苷的吸收峰強度明顯偏高，綠原酸和黃色素的吸收峰強度相差不大，說明純化前的梔子黃色素溶液中含有大量梔子苷等雜質，純度低（色價為34.6±0.5）；純化后，梔子黃色素在440nm附近有1個較強的吸收峰，梔子苷和綠原酸的吸收峰明顯弱于黃色素的吸收峰，說明純化后梔子黃色素的純度得到較大提高，且梔子苷的含量較低（色價為384.3±4.3）。

2.5 溫度和光照對梔子黃色素穩定性的影響（圖2）

圖2 溫度和光照對梔子黃色素穩定性的影響Fig.2 Effects of temperature and light on the stability of gardenia yellow pigment

由圖2可知，6個處理組的色價分別為A：384.3 ±4.3、B：383.8±3.6、C：372.2±2.9、D：381.8±4.0、E：324.5±5.0、F：364.4±4.2。比較A、B、D、F發現，溫度是影響梔子黃色素穩定性的重要因素，在窗口進行的實驗破壞性比其它實驗大，但冷藏和室溫對梔子黃色素破壞性很小；比較A、C、D和A、E、F發現，光照也會影響梔子黃色素的穩定性，日光燈對梔子黃色素的破壞性較小，太陽光的破壞性較大。綜上，溫度和光照是影響梔子黃色素穩定性的兩個重要因素，高溫和太陽光對梔子黃色素的破壞性較強，故梔子黃色素產品適宜避光、低溫儲存。

2.6 pH值對梔子黃色素穩定性的影響（圖3）

圖3 pH值對梔子黃色素穩定性的影響Fig.3 Effect of pH value on the stability of gardenia yellow pigment

由圖3可知：2d內，當溶液pH＝4～10時，梔子黃色素相對穩定，pH值過大或過小都對其有破壞性，且pH值越小，破壞性越大；2周后，14種pH值環境下的梔子黃色素均有破壞，仍是pH值越小破壞性就越大；2個月后，pH＜12環境下的梔子黃色素成分已經被完全破壞，強堿環境下反而有部分殘留。綜上，梔子黃色素不宜溶解在pH＜4的溶液中使用，適宜配制成pH＝4～10的溶液使用，且現配現用。

3 結論

以水梔子果實為原料、水為提取溶劑，采用大孔樹脂一次性富集純化梔子黃色素的同時對其穩定性進行研究。結果表明，大孔樹脂HPD100A對梔子黃色素的吸附效果較好；提取液通過樹脂柱的流速對吸附效果有直接影響；采用70%乙醇洗脫樹脂柱，梔子黃色素的解吸率達97.3%，且OD比值較小；純化后，梔子黃色素的色價從34.6±0.5提高到384.3±4.3；光照和高溫會破壞梔子黃色素穩定性，儲存時宜低溫、避光；梔子黃色素溶液使用時宜控制pH值4～10，且現配現用。該研究為實際生產提供了理論依據和操作指導，并為獲得高附加值產品和梔子的綜合開發利用奠定了基礎。

［1］ 付小梅，賴學文，葛菲，等.中藥梔子類藥材資源調查和商品藥材鑒定［J］.中國野生植物資源，2002，21（5）：23－25.

［2］ PFISTER S，MEYER P，STECK A，et al.Isolation and structure elucidation of carotenoid－glycosyl esters in gardenia fruits（Gardenia jasminoides Ellis）and saffron（Crocus sativus Linne）［J］.J Agric Food Chem，1996，44（9）：2612－2615.

［3］ OZAKI A，KITANO M，FURUSAWA N，et al.Genotoxicity of gardenia yellow and its components［J］.Food Chem Toxicol，2002，40（11）：1603－1610.

［4］ 葉杭菊.梔子黃色素的綠變原因及防止法［J］.食品科學，1988，9（4）：16－19.

［5］ 張德權，呂飛杰，臺建祥，等.用大孔樹脂純化梔子黃色素的研究［J］.農業工程學報，2004，20（4）：165－167.

［6］ GAO L，DENG Q Y，JIANG Y Q，et al.Research on the isolation and purification technology of gardenia yellow pigment by HPD－400macroporous resin［J］.Medicinal Plant，2012，3（7）：55－61.

［7］ CHEN J F，FU G M，WAN Y，et al.Enrichment and purification of gardenia yellow from Gardenia jasminoides var.radicans Makino by column chromatography technique［J］.Journal of Chromatography B，2012，893－894：43－48.

［8］ GB 7912－2010，食品添加劑梔子黃［S］.

［9］ 胡居吾，熊偉，李雄輝，等.大孔樹脂－溶劑萃取法精制高色價梔子黃色素的集成技術研究［J］.天然產物研究與開發，2011，23（2）：304－308.

［10］ 朱興一，沈鳳瓊，謝捷，等.LSA－10大孔吸附樹脂分離純化梔子黃色素研究［J］.林業實用技術，2012，（3）：56－58.