紅花羊蹄甲花色素提取工藝優化及其穩定性研究

詹嘉紅，吳萍

（韓山師范學院生物系，廣東潮州521041）

紅花羊蹄甲（Bauhinia blakeana Dunn）別名洋紫荊、洋櫻花、艷紫荊，是豆科蘇木亞科羊蹄甲屬常綠喬木，也是我國嶺南一帶很受青睞的綠化觀光樹種。紅花羊蹄甲葉、根、樹皮、花可做藥用，具有止血、健脾燥濕、潤肺止咳、消炎的功效，可治療咯血、消化不良、咳嗽、便秘、肝炎、肺炎等疾病[1]。研究表明，紅花羊蹄甲花提取物對大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等均有抑菌效果[2]。紅花羊蹄甲花期長達半年，花量茂盛，花色艷麗，色素含量高。本試驗對紅花羊蹄甲紫紅色花花色素的最佳提取條件和穩定性進行研究，旨在為該色素的進一步開發利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅花羊蹄甲花瓣采自韓山師范學院校園內。無水乙醇、苯甲酸鈉、檸檬酸、蔗糖、亞硫酸鈉、過氧化氫等試劑均為分析純。

722S型可見光分光光度計、FA2004電子天平：上海精密科學儀器有限公司天平儀器廠；JJ-2組織搗碎勻漿機、HH-2數顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市友聯儀器研究所。

1.2 方法

1.2.1 色素的提取工藝流程

新鮮花瓣→烘干（40℃、20 h）→粉碎過篩（40目）→浸提→過濾→色素提取液。

1.2.2 色素最大吸收波長的確定

準確稱取花瓣粉末0.200 g，加入60%乙醇溶液20 mL，浸提30 min后過濾，濾液在波長400.00 nm～600.00 nm范圍內進行掃描，測定吸光度，篩選最大吸收波長。如圖1所示。

圖1 紅花羊蹄甲花色素的吸收光譜圖Fig.1 Absorbing spectrum of flower pigments

紅花羊蹄甲花色素在波長530 nm處有明顯吸收峰，與文獻[3]報道的最大吸收波長547 nm不同，估計與提取劑的差異有關。本試驗均采用530 nm為測試點。

1.2.3 提取工藝最優參數的確定[4]

以吸光值代表色素提取率，考察乙醇浸提劑濃度、料液比、浸提時間和浸提溫度對色素提取的影響，初步確定各因素的適宜值。進而采用L9（34）的四因素三水平正交設計進行選擇實驗，綜合確定最佳提取工藝條件。實驗設計中的因素及水平表見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factor level of orthogonal design

1.2.4 色素的穩定性實驗

按優化的提取工藝條件制備色素樣液，以最大吸收波長的吸光值為評定穩定性指標，進行光照、溫度、氧化劑、還原劑和常見食品添加劑對色素穩定性的影響研究。

2 結果與分析

2.1 單因素的實驗結果與分析

2.1.1 浸提劑濃度的影響

準確稱取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，分別加入不同濃度的乙醇溶液20 mL，浸提30 min后過濾，濾液在波長530 nm處測其吸光度A530。圖2顯示，乙醇濃度在10%～30%范圍內，色素的提取率相差不大，當乙醇濃度高于30%時，色素的提取率隨著乙醇濃度的增加明顯增大，其中乙醇濃度為40%時提取率最大，因此選擇40%的乙醇溶液為最佳提取劑。

圖2 浸提劑濃度對色素提取的影響Fig.2 Influence of solven concentration on extraction of pigment

2.1.2 浸提溫度的影響

準確稱取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，分別加入20 mL 40%的乙醇溶液，在不同溫度條件下浸提30 min后過濾，濾液在波長530 nm處測其吸光度A530。圖3顯示，浸提溫度在30℃～40℃范圍內，色素提取率呈逐漸上升的趨勢，當溫度達到40℃時，色素類物質的溶出速度達到最大，超過40℃后，提取率反而有所下降。因此選擇最佳浸提溫度為40℃。

圖3 浸提溫度對色素提取的影響Fig.3 Influence of the temperature on extraction of pigment

2.1.3 料液比的影響

準確稱取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，按料液比 1∶50、1 ∶100、1 ∶150、1 ∶200、1∶250 的比例在上述最佳浸提劑濃度、浸提溫度條件下處理30 min，過濾后于波長530 nm處測其吸光度A530。圖4顯示，隨著提取溶劑體積的增加，色素提取率呈逐步下降的態勢，即隨著提取溶劑的量增加，色素相當于被稀釋了[5]。從吸光值的變化可以看出，當料液比為1∶50時，色素應基本被完全浸出，因此，從經濟角度考慮，選擇最佳料液比為 1∶50。

圖4 料液比對色素提取的影響Fig.4 Influence of the ratio between material and solution on extraction of pigment

2.1.4 浸提時間的影響

準確稱取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，按上述最佳浸提劑濃度、浸提溫度和料液比，分別浸提不同時間后過濾，濾液在波長530 nm處測其吸光度A530。圖5表明，當浸提時間為10 min時，提取率最高，超過10 min后，提取率反而有小幅度下降，可能由于浸提時間的延長色素遭到破壞或是雜質增多的緣故，所以選擇最佳浸提時間為10 min。

圖5 浸提時間對色素提取的影響Fig.5 Effect of extraction time on extraction of pigment

2.2 正交試驗

2.2.1 正交試驗結果及極差分析

按表1正交試驗設計進行實驗，結果見表2。

表2 紅花羊蹄甲花色素提取的正交試驗結果與極差分析Table 2 Orthodoxy result and analysis of regression

由表2極差分析結果可以看出，在浸提劑濃度（A）、液料比﹙B﹚、浸提溫度﹙C﹚和浸提時間﹙D﹚4個影響因素中，對紅花羊蹄甲花色素提取率影響主次順序為：浸提劑濃度＞料液比＞浸提溫度＞浸提時間，最佳提取工藝條件為：A1B1C1D2，即以濃度為20%的乙醇水溶液為浸提劑，采用料液比為1∶40（g/mL），在30℃恒溫條件下提取10 min，此時提取效果最好。在最優條件下做平行實驗，經驗證紅花羊蹄甲花色素的提取率為0.819（以吸光度表示），高于正交試驗中的最高組合第4號實驗結果0.794，這說明實驗所確定的最佳提取工藝條件是可靠的。

2.2.2 正交試驗結果的方差分析

運用SPSS 13.0對表2正交試驗結果進行方差分析，結果如表3。

表3 方差分析結果Table 3 Analysis of variance

方差分析可知，浸提劑濃度、液料比對紅花羊蹄甲花色素的提取效果有顯著性意義（P＜0.05），其余為不顯著因素。方差分析結果與直觀分析結果相一致。

2.3 色素的穩定性研究[6-8]

2.3.1 日光對色素穩定性的影響

取8支具塞刻度試管，加入色素稀釋液各5 mL，置于太陽光下，每隔1 h取1管在波長530 nm下測其吸光度，結果如表4。

表4 日光對色素穩定性的影響Table 4 Effects of sunlight on pigment stability

由表4可見，隨著光照時間的延長，色素吸光度緩慢下降，到7 h時色素殘存率為90%，色素溶液顏色基本無變化。說明紅花羊蹄甲花色素的耐光照性較好。

2.3.2 溫度對色素穩定性的影響

取9支試管，加色素稀釋液各5 mL，用保鮮膜封口后分別置于30℃～100℃的恒溫水浴鍋中恒溫加熱1 h，然后在波長530 nm下測其吸光度，結果如表5。

由表可見，不同溫度下，色素的吸光值略有升降，但影響不明顯，溶液顏色均無明顯變化，說明其熱穩定性良好。

表5 溫度對色素穩定性的影響Table 5 Effects of temperature on pigment stability

2.3.3 氧化劑、還原劑對色素穩定性的影響

取9支試管，加色素稀釋液各5 mL，再分別加入相同濃度但不同體積的H2O2、Na2SO3溶液，常溫（25℃）暗處靜置1 h后，在波長530 nm下測其吸光度，結果如表 6、表 7。

表6 H2O2對色素穩定性的影響Table 6 Effects of H2O2on pigment stability

表7 Na2SO3對色素穩定性的影響Table 7 Effects of Na2SO3on pigment stability

由表可知，H2O2、Na2SO3對色素的影響很大。隨著H2O2、Na2SO3濃度的增大，色素吸光度均明顯下降，H2O2使溶液顏色變淺，而Na2SO3則使溶液變成棕黃色。表明紅花羊蹄甲花色素具有較差的抗氧化性和抗還原性。應用時要避免加強氧化劑和還原劑。

2.3.4 食品添加劑對色素穩定性的影響

取10支試管，加色素稀釋液各5 mL，再分別加入苯甲酸鈉、檸檬酸、蔗糖溶液各2 mL，暗處放置0.5、1 h后，在波長530 nm下測其吸光度，結果如表8。

由表8可知，加入不同濃度的苯甲酸鈉、蔗糖后，色素溶液吸光值變化幅度很小，顏色基本無變化，表明苯甲酸鈉、蔗糖對色素穩定性影響較小。檸檬酸對色素穩定性影響較明顯，隨著濃度的增加及作用時間的增長，色素溶液吸光值明顯增大，表明檸檬酸有一定的增色作用。

表8 食品添加劑對色素穩定性的影響Table 8 Effects of food additives on pigment stability

3 結論

1）通過單因素試驗、正交試驗和方差分析，得出以乙醇為浸提劑提取紅花羊蹄甲花色素的最佳工藝參數為：乙醇溶液體積分數為20%，料液比為1∶40（g/mL），在30℃恒溫條件下提取10 min。

2）穩定性研究結果表明：該色素耐光性和耐熱性較好，但對H2O2、Na2SO3敏感，不能保持穩定。苯甲酸鈉、蔗糖對色素穩定性無不良影響，檸檬酸對該色素起到一定的增色作用。

3）紅花羊蹄甲在華南地區的園林中已被廣泛應用，該樹種花期長、花大色艷、色素含量高。此外，花色素還有較好的抗氧化活性[9]，因此，紅花羊蹄甲花色素作為一種天然色素資源具有開發研究價值。

[1] 吳修仁.中國藥用植物簡編[M].廣州：廣東高等教育出版社,1994：413

[2] 盧海嘯,陳永紅.紅花羊蹄甲抑菌活性的研究[J].玉林師范學院學報：自然科學,2008,29(03)：87-90

[3] 焦淑清,徐晶瑩.微波萃取紅花羊蹄甲花紅色素的研究[J].食品研究與開發,2009,30(4)：190-192

[4] 楊希娟,黨斌,張國權.黑小麥色素提取工藝優化及其穩定性研究[J].食品工業科技,2011,32(07)：353-357

[5] 馬丹雅,趙晶,姚晶,等.仙人掌果紅色素提取工藝及其穩定性研究[J].食品工業科技,2012,33(23)：214-217

[6] 詹嘉紅,藍宗輝,魏小鳳.黑布林李子皮色素的提取及穩定性[J].食品研究與開發,2011,32(05)：182-186

[7] 余凡,楊恒拓,葛亞龍,等.紫薯色素的微波提取及其穩定性和抗氧化活性的研究[J].食品工業科技,2013,34(04)：322-326

[8] 肖浩,鄭小江.千里光黃色素提取及穩定性研究[J].食品工業科技,2011,32(04)：317-320

[9] 李容,張德威,盧小雪,等.紅花羊蹄甲花色素成分的鑒定及抗氧化活性研究[J].廣東化工,2013,40(22)：28-30