密蒙花黃色素的提取及其穩(wěn)定性研究*

許海棠，廖艷娟，歐小輝，李家璇，周菊英

1(廣西民族大學化學化工學院，廣西南寧，530006)2(廣西高校微生物與植物資源利用重點實驗室，廣西南寧，530006)3(廣西民族大學海洋與生物技術(shù)學院，廣西南寧，530006)4(廣西壯族自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西南寧，530022)5(山東省濰坊市94303部隊醫(yī)院，山東濰坊，261051)

密蒙花為馬錢科醉魚草屬植物密蒙花Buddleja officinalis Maxim.的花蕾，又稱蒙花、黃飯花、小錦花、羊耳朵等，分布于福建、廣東、廣西、湖南、安徽、湖北、四川、貴州、云南、陜西、甘肅等地。密蒙花為臨床常用中草藥，其味甘，性微寒，有清肝、退翳、養(yǎng)肝明目之功效，用于治療肝熱目赤腫痛，羞明多淚、目生翳脹、肝虛目昏，視物昏花等癥［1］。研究表明，密蒙花富含黃酮類物質(zhì)，具有多種藥理活性，主要表現(xiàn)在治療干眼癥等眼部疾病、還具有抗炎、抗菌、抗氧化和降血糖等作用［2－6］。此外，密蒙花含有豐富的黃色素，在中國西南壯族、布依族、傣族及漢族地區(qū)常用它作食品染色劑［7］。本文采用溶劑浸提法提取密蒙花黃色素并對其穩(wěn)定性進行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

密蒙花，購于廣西南寧市老百姓大藥房，產(chǎn)地四川。

無水乙醇、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、苯甲酸鈉、Na2SO3等，均為市售分析純;水為超純水。

UV-1800島津紫外可見分光光度計，蘇州島津儀器有限公司;RE-52系列旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠;PL203電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司;SPS401F型電子天平，奧豪斯國際貿(mào)易有限公司;AJF-1001-U型基礎(chǔ)性純水器，艾科浦公司;HH-S型恒溫水浴鍋，鞏義市予華儀器有限責任公司;PHS-3C酸度計，上海雷磁儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

干密蒙花→粉碎→加入溶劑提取→抽濾→離心(取適量測吸光值)→減壓濃縮→真空干燥→色素固體

1.2.2 測定波長的選擇

取5份密蒙花各5 g，各加入不同濃度的乙醇溶液作提取劑，室溫浸提4 h，抽濾得色素原液，以對應(yīng)的不同濃度的乙醇溶液為空白，稀釋后在400～700 nm范圍內(nèi)掃描吸收光譜，確定其測定波長為435 nm。

1.2.3 單因素實驗研究

考察乙醇濃度、提取溫度、提取時間、料液比對提取效果的影響，色素的提取效果用435 nm波長處的吸光度值來表示。

1.2.3.1 乙醇體積分數(shù)的選擇

精密稱取密蒙花6份各1 g，按料液比1∶30(g∶mL)，分別添加不同體積分數(shù)(40%、50%、60%、70%、80%、90%)的乙醇溶液，60℃水浴浸提2 h，過濾色素原液，稀釋20倍后測定其吸光度。

1.2.3.2 浸提溫度的確定

精密稱取密蒙花6份各1 g，按料液比1∶30(g∶mL)，添加體積分數(shù)為60%的乙醇溶液，浸提溫度為40、50、60、70、80、90 ℃的水浴條件下，浸提 2 h，過濾色素原液，稀釋20倍后在435 nm測定其吸光度。

1.2.3.3 浸提時間的選擇

精密稱取密蒙花6份各1 g，按料液比1∶30(g∶mL)，添加體積分數(shù)為60%的乙醇溶液，60℃水浴條件下，浸提時間為 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h，過濾色素原液，稀釋20倍后測定其吸光度。

1.2.3.4 料液比的選擇

精密稱取密蒙花7份各1 g，加入料液比(g∶mL)分別為 1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80 的體積分數(shù)為60%的乙醇溶液，60℃水浴條件下，浸提2 h，過濾色素原液，稀釋20倍后測定其吸光度。

1.2.4 正交實驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以不同乙醇體積分數(shù)(A)、浸提溫度(B)、浸提時間(C)、料液比(g∶mL)(D)為考察因素，選取最佳條件上下梯度為考察水平，提取液的吸光度值為考察指標，選用L9(3)4正交表設(shè)計，確定密蒙花黃色素提取的最佳工藝條件。因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.2.5 不同環(huán)境條件下密蒙花黃色素的穩(wěn)定性研究

按最佳提取工藝條件提取密蒙花黃色素溶液，稀釋后在不同的條件下測定其吸光度值的變化，考察pH值、溫度、光照、金屬離子、氧化劑和還原劑、食品添加劑等對色素穩(wěn)定性的影響。

1.2.5.1 pH值對色素穩(wěn)定性的影響

取密蒙花黃色素提取液，稀釋40倍后，用HCl和NaOH 溶液調(diào)節(jié)色素溶液的 pH 值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12。3 h 后在435 nm 處測定其吸光度［8］。

1.2.5.2 溫度對色素穩(wěn)定性的影響

取密蒙花黃色素提取液，稀釋20倍后，分別置于30、40、50、60、70、80、90 ℃的恒溫水浴中，2 h 后冷卻至室溫，在435 nm波長下測定吸光度［9］。

1.2.5.3 光照對色素穩(wěn)定性的影響

取密蒙花黃色素提取液，稀釋20倍后，分別于室外太陽直射(南方秋季晴天，從早上9點到下午17點)、室內(nèi)自然光和避光的環(huán)境下放置，每隔1 h測定吸光度值［10］。

1.2.5.4 常見金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

取密蒙花黃色素提取液，稀釋40倍后，每份取8 mL，分別加入濃度為 2 mg/mL 的 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Al3+、Cu2+、Fe3+、Zn2+、Pb2+溶液各 2 mL，對照組以2 mL蒸餾水代替金屬離子溶液，混合均勻，避光靜置2 h后，測定在435 nm波長下的吸光度［8］。

1.2.5.5 氧化劑對色素穩(wěn)定性的影響

選用 H2O2作為氧化劑，配制濃度為 0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0% 的雙氧水溶液。取稀釋30倍的密蒙花黃色素提取液6份，每份8 mL，分別加入不同濃度的雙氧水溶液各2 mL，對照組中加入蒸餾水2 mL，室溫下避光放置2 h后，于435 nm下測其吸光度［8］。

1.2.5.6 還原劑對色素穩(wěn)定性的影響

選用Na2SO3作為還原劑，配制成濃度分別為2、4、6、8、10 mg/mL的溶液。取稀釋30倍的密蒙花黃色素提取液6份，每份8 mL，分別加入不同濃度的Na2SO3溶液各2 mL，對照組中加入蒸餾水2 mL，室溫下避光放置2 h后，于435 nm下測其吸光度［8］。

1.2.5.7 食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響

取密蒙花黃色素提取液，稀釋20倍后，分別配制成含5%葡萄糖、5%蔗糖、5%麥芽糖、1%苯甲酸鈉的色素溶液及不含添加劑的色素溶液，避光放置6 h，期間測吸光度值的變化［10］。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 乙醇體積分數(shù)對提取效果的影響

由圖1可知，黃色素的提取液的吸光值隨乙醇體積分數(shù)的增加而先上升后下降。分析其原因是黃色素易溶于乙醇，隨著乙醇體積分數(shù)的增加，提取率逐漸增加。但是高濃度的乙醇使細胞內(nèi)蛋白質(zhì)凝固［11］，阻礙了黃色素溶出。因此，吸光值在乙醇體積分數(shù)為60%時達到最高，之后開始呈下降趨勢。所以初步確定乙醇體積分數(shù)為60%。

2.1.2 浸提溫度對提取效果的影響

由圖2可知，隨著溫度的升高，溶劑的滲透力逐漸增強，有利于黃色素的溶出。當浸提溫度達到60℃時，黃色素的浸提效果最好，之后隨著溫度的增加，吸光值呈下降趨勢。原因是因為密蒙花黃色素對熱不夠穩(wěn)定，溫度升高易分解［9］。故最佳浸提溫度定為60℃。

2.1.3 浸提時間對提取效果的影響

由圖3可知，浸提時間0.5～2.0 h時，吸光值逐漸上升，之后隨著浸提時間的增加，浸提效果變化不明顯。這是因為隨著時間的延長，黃色素類物質(zhì)溶出已完全。因此，可以初步確定浸提時間為2 h。

圖1 乙醇體積分數(shù)對提取效果的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on the extraction

圖2 浸提溫度對提取效果的影響Fig.2 Effect of extraction temperature on the extraction

圖3 浸提時間對提取效果的影響Fig.3 Effect of extraction time on the extraction

2.1.4 料液比對提取效果的影響

由圖4可知，隨著料液比的減小，溶劑的增加，色素的吸光度值先上升后下降。當料液比達到1∶50(g∶mL)時，色素的吸光度值最高，這表明黃色素在料液比1∶50的條件下已基本溶出。料液比太大，密蒙花粉末與提取溶劑不能充分接觸，使色素不能全部溶出;料液比太小浪費溶劑，給后期濃縮帶來一定困難［12］。因此，料液比以1∶50 為宜。

2.2 正交實驗

2.2.1 正交實驗結(jié)果

采用正交設(shè)計研究乙醇體積分數(shù)、溫度、時間、液料比對密蒙花黃色素提取的影響，做3次平行，確定密蒙花黃色素提取的最佳工藝條件。正交試驗結(jié)果與分析見表2。根據(jù)極差分析方法，各因素對密蒙花黃色素提取效果的影響大小順序依次為:B＞C＞D＞A，提取溫度影響最大，乙醇體積分數(shù)影響最小。最佳提取條件為:A2B2C3D2，即乙醇體積分數(shù)為60%、提取溫度為60 ℃、提取時間為2.5 h、料液比為1∶50(g∶mL)。

圖4 料液比對提取效果的影響Fig.4 Effect of solid to liquid ratio on the extraction

表2 正交實驗表結(jié)果Table 2 The results of orthogonal experiment

2.2.2 驗證實驗結(jié)果

按照正交實驗獲得的最佳提取工藝進行驗證試驗，重復(fù)5次平行操作，平均吸光值為0.382。結(jié)果優(yōu)于正交表中的最高吸光值，表明通過正交實驗研究達到了優(yōu)化目的。

2.3 穩(wěn)定性實驗結(jié)果

2.3.1 pH值對色素穩(wěn)定性的影響

由表3可以看到，在pH 2～8內(nèi)，色素溶液吸光度沒有明顯變化;pH 9～12內(nèi)，色素溶液吸光度明顯上升。由此推斷，密蒙花色素在酸性及中性條件下較穩(wěn)定，而在堿性條件下不穩(wěn)定，其原因是堿性條件改變了色素中發(fā)色基團的結(jié)構(gòu)，導致吸光值的明顯變化［4］。因此在密蒙花黃色素的開發(fā)使用過程中，要注意酸堿性的影響。

表3 pH值對黃色素穩(wěn)定性的影響Table 3 Effect of different pH conditions on the stability of the pigment

2.3.2 溫度對色素穩(wěn)定性的影響

實驗結(jié)果見圖5。從圖5可知，黃色素在溫度為30～60℃內(nèi)，吸光度變化不大，70～90℃時，吸光度呈下降趨勢。當溫度超過60℃ 后，吸光值明顯下降，這是該色素在加熱過程中發(fā)生氧化反應(yīng)，導致共價鍵斷裂引起的減色結(jié)果［13］。因此在制備和儲存黃色素時應(yīng)盡量避免長時間處于60℃以上的高溫。

圖5 不同溫度對色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of different temperatures on the stability of the pigment

2.3.3 光照對色素穩(wěn)定性的影響

從圖6可知，密蒙花黃色素在室內(nèi)自然光的條件下，吸光度值有少量減少，但下降的幅度不超過5%;在室內(nèi)避光條件下，吸光度值幾乎沒有變化;在太陽直射下隨時間的延長吸光度下降比較明顯，所以密蒙花黃色素在使用和保存時應(yīng)該避免陽光直射。

圖6 光對黃色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of different time of light on the stability of the pigment

2.3.4 常見金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

由圖7可以看出，金屬離子對黃色素的穩(wěn)定性影響不盡相同。K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+對黃色素基本無影響，Al3+和Cu2+溶液使色素吸光度值略有增大，對黃色素有一定的增色作用。Fe3+和Pb2+溶液對色素影響較大，它們使色素吸光度值明顯增大，尤其是Pb2+溶液影響最大，色素溶液變成棕黃色，伴有沉淀。說明黃色素在此條件下可能與Fe3+、Pb2+發(fā)生了化學反應(yīng)。因此，在黃色素生產(chǎn)和應(yīng)用過程中應(yīng)盡量避免與Fe3+、Pb2+接觸。

圖7 各種金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effects of metal ions on the stability of pigment

2.3.5 氧化劑對色素穩(wěn)定性的影響

從表4可以看到，黃色素溶液吸光值隨著H2O2濃度的增大而逐漸降低，但總體看吸光度值變化不大，因此黃色素在低濃度的氧化劑中穩(wěn)定性較好，具有一定的抗氧化性。

表4 H2O2對色素穩(wěn)定性的影響Table 4 Effect of H2O2on the stability of pigment

2.3.6 還原劑對色素穩(wěn)定性的影響

從表5可以看到，隨著Na2SO3的加入，黃色素溶液的吸光度值明顯增大，當Na2SO3的濃度在6～10 mg/mL的范圍，色素溶液的吸光度值不再增加?？偟膩砜矗S色素的抗還原能力稍弱。

表5 Na2SO3對色素穩(wěn)定性的影響Table 5 Effect of Na2SO3on the stability of pigment

2.3.7 食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響

從表6可知，添加葡萄糖、蔗糖、麥芽糖1 h后，黃色素溶液的吸光度值有所下降，之后則又回升，隨著時間的延長，有逐漸恢復(fù)的趨勢。由此可知糖類對密蒙花黃色素具有一定的保護作用［14］。添加苯甲酸鈉后，黃色素溶液的吸光度值逐漸上升，但升幅不大。總的來說，添加適量的以上食品添加劑基本不影響色素的穩(wěn)定性。

表6 食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響Table 6 Effect of food additives on the stability of pigment

3 結(jié)論

(1)本實驗采用溶劑浸提法提取密蒙花的黃色素，對提取密蒙花黃色素的各影響因素進行了研究，在單因素試驗的基礎(chǔ)上進行了正交優(yōu)化。其最佳的提取工藝條件為:乙醇體積分數(shù)是60%，提取溫度為60℃，提取時間為2.5 h，液料比為1∶50。

(2)提取得到的密蒙花黃色素外觀呈黃色，水溶性良好。通過黃色素的穩(wěn)定性實驗可知，黃色素在堿性條件下不穩(wěn)定，對高溫比較敏感，而太陽光對色素穩(wěn)定性有顯著影響，所以應(yīng)用時應(yīng)盡量避免堿性、高溫環(huán)境及太陽直射。對 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Al3+、Cu2+比較穩(wěn)定，對 Fe3+和 Pb2+不穩(wěn)定，所以生產(chǎn)、儲存時避免與含F(xiàn)e3+和Pb2+的金屬容器接觸。對氧化劑不太敏感，穩(wěn)定性較好;對還原劑較敏感，穩(wěn)定性較差。受葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、苯甲酸鈉的影響較小，具有良好的穩(wěn)定性。

(3)密蒙花資源豐富，色素含量高，提取工藝簡單，且安全無毒，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品的著色中，因此密蒙花黃色素是一種值得開發(fā)和利用的天然色素資源。

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