綠葉甘姜色素提取工藝及其穩定性研究

陳寶宏，鄭鐵松，吳曉紅，鄭萍

（1.江蘇經貿職業技術學院，江蘇南京211168；2.南京師范大學金陵女子學院，江蘇南京210097）

綠葉甘姜色素提取工藝及其穩定性研究

陳寶宏1，鄭鐵松2，吳曉紅1，鄭萍1

（1.江蘇經貿職業技術學院，江蘇南京211168；2.南京師范大學金陵女子學院，江蘇南京210097）

以棲霞山綠葉甘姜為原料，提取其色素并進行穩定性分析，為天然食用色素的研究和應用提供一定基礎數據。以提取溶劑濃度、時間、溫度、固液比為分析因素，通過單因素試驗和正交試驗對提取工藝進行優化，確定綠葉甘姜中色素提取的最佳條件，并分析光照和溫度變化對色素穩定性的影響。結果表明，綠葉甘姜中色素提取的最佳條件為：乙醇濃度60%、提取時間120min、固液比1∶12（g/mL）、提取溫度60℃，綠葉甘姜耐光性和耐熱性較好。

綠葉甘姜；色素；提取工藝；穩定性

綠葉甘姜（Lindera erythrocarpa）又稱紅果釣章、鐵釘樹，為落葉喬木，小枝無毛或幼時稍被柔毛，葉紙質，倒披針形或倒披針狀長圓形。多生于山谷林中，長江以南各省區均有廣泛分布。綠葉甘姜作為一味中藥，有祛風殺蟲、斂瘡止血的功效，但在食品中的目前應用處于空白，其價值沒有被最大化利用。目前，我國允許使用的天然色素種類不多，主要有姜黃、紅花黃色素、辣椒紅色素、蟲膠色素、紅曲米、醬色、甜菜紅、葉綠素銅鈉鹽和β-胡蘿卜素［1］，植物色素大多為花青素類、類胡蘿卜素類、黃酮類化合物，是一類生物活性物質，是植物藥和保健食品中的功能性有效成分。然而大部分植物色素對光、熱、氧、微生物和金屬離子及pH變化敏感。綠葉甘姜果實呈鮮紅色，可以提取其中色素物質，經過純化后應用在食品、藥品等產品中，本試驗旨在初步研究綠葉甘姜色素的提取方法和影響穩定性的因素，為綠葉甘姜色素資源的全面高效利用提供基礎數據。

1材料與儀器

1.1試驗原材料所用原材料綠葉甘姜果實均采自南京市棲霞山。甲醇、乙醇、正丁醇、檸檬酸、氫氧化鈉、鹽酸均為分析純。

1.2試驗儀器

V-1100型可見分光光度計：上海美譜達儀器有限公司；80-IB型臺式低速離心機：湖南新科科學儀器有限公司；HH-420型數顯恒溫水浴鍋：上海梅香儀器有限公司；FA2104N型電子天平：上海菁海儀器有限公司；DGP30/23-ⅢA型電熱鼓風干燥箱：南京試驗儀器廠；SHB-Ⅲ型循環水多用真空泵：上海比朗儀器有限公司；RE-5203型旋轉蒸發器：上海亞榮生化儀器廠。

2試驗方法

2.1原料預處理

采集的新鮮綠葉甘姜果實洗凈、低溫烘至安全水分后，放入粉碎機中粉碎，得到綠葉甘姜果實粉末，密封備用，以防受潮。

2.2提取劑選擇

精密稱取1.000 0 g（本試驗使用的萬分之一電子天平有效數字即為小數點后四位）綠葉甘姜細粉4份，在溫度50℃、提取時間30 min、固液比1∶10（g/mL）的條件下分別用70%甲醇、70%乙醇、70%正丁醇、0.8%檸檬酸作為提取劑進行提取，從而得到色素粗提液［2］。將色素粗提液放入離心機，2 000 r/min離心15 min取出并冷卻至室溫，同時用2.0 mL蒸餾水做空白試驗，380 nm測定其吸光值，確定最佳提取劑。

2.3（λmax）選擇

最大吸收波長精密稱取1.000 0 g綠葉甘姜細粉，在溫度50℃、提取時間30 min、固液比1∶10（g/mL）及70%乙醇的條件下進行提取，得到色素粗提液。將色素粗提液放入離心機，2 000 r/min離心15 min取出并冷卻至室溫，同時用2.0 mL70%乙醇做參比試劑，用可見分光光度計測定其吸收光譜，確定λmax［3］。

2.4色素提取優化工藝確定

精確稱取質量為1.000 0 g綠葉甘姜果實細粉，分析影響色素提取主要影響因素，分別以提取劑濃度、提取時間、固液比和提取溫度為因素，以色素提取液的吸光度值為評價指標，分別進行單因素試驗和正交試驗，確定色素最佳提取工藝。

2.5穩定性研究

精確稱取20.000 0 g綠葉甘姜果實粉末，在最佳提取工藝的條件下提取。將提取液放入棕色試劑瓶作為母液，分別對光照和溫度影響因素進行分析，研究綠葉甘姜色素在以上因素影響下的穩定性。

3結果與分析

3.1提取劑確定

根據文獻資料和分析色素的溶解性等多方面因素，分別以甲醇、乙醇、正丁醇、檸檬酸為提取劑提取綠葉甘姜色素［4］，4種溶劑篩選結果見表1。

表1　綠葉甘姜色素提取劑確定Table 1Determination of Lindera erythrocarpa pigment extraction agent

從表1可知，綠葉甘姜色素微溶于正丁醇，可溶于甲醇、乙醇、檸檬酸，其中乙醇溶解度最好，同時從成本和安全的角度考慮，選擇乙醇為提取劑。

3.2λmax的確定

用70%乙醇提取綠葉甘姜中色素，在適當濃度范圍內確定最大吸收波長，具體數據見圖1。

圖1　綠葉甘姜色素乙醇提取液吸收光譜圖Fig.1Lindera erythrocarpa pigment ethanol extract absorption spectrum of FIG

從圖1清晰可見，當波長在370 nm～374 nm時，吸光度值呈上升趨勢，當波長在374 nm～400 nm時，吸光度值逐漸下降，綠葉甘姜色素70%乙醇提取液的λmax為374 nm。因此在后面單因素和正交試驗以及穩定性分析試驗中均以374 nm為吸收波長。

3.3單因素試驗結果與分析

通過單因素試驗數據和分析，最終確定各因素水平范圍，提取劑濃度40%～60%，提取時間100 min～140 min，固液比1∶12（g/mL）～1∶18（g/mL），提取溫度50℃～70℃［5-8］。

3.4正交試驗結果分析

考慮交互作用，選用正交表L9（34）進行試驗分析，具體試驗結果和分析如表2所示。

表2　正交試驗設計及結果表Table 2Orthogonal experimental design and results table

續表2正交試驗設計及結果表Continue table 2Orthogonal experimental design and results table

精確稱取9份質量為1.000 0 g的綠葉甘姜果實細粉，按照每組不同的試驗條件進行試驗。試驗條件及試驗結果見表2。

由表2中正交試驗數據，以色素吸光度大小作為評價指標，得出最優提取工藝為提取溶劑濃度60%，提取時間為120 min，固液比1∶12（g/mL），提取溫度70℃。通過極差分析可知，各因素對色素提取的影響分別為D＞C＞B＞A。結合k值分析表明，最佳提取工藝條件為提取溶劑濃度60%、提取時間120 min，固液比1∶12（g/mL）以及提取溫度60℃。因最佳提取工藝條件不在9個試驗范圍內，故需進行驗證試驗。

3.5驗證試驗

通過進行3次驗證試驗，得到綠葉甘姜果實中色素提取液的吸光度值平均值為1.842，結果大于正交試驗中最佳提取工藝吸光值1.830，結果證實，通過正交試驗的數據推算正確，所以最佳提取工藝條件為提取溶劑濃度60%，提取時間為120 min，固液比為1∶12（g/mL）以及提取溫度60℃。

3.6色素提取物穩定性研究

3.6.1光照對綠葉甘姜色素穩定性的影響［9］

取綠葉甘姜色素母液4份，每份體積為20 mL，分別置于室內自然光、室內燈光、紫外燈光及黑暗處放置不同時間后，進行光穩定性試驗。在室溫下374 nm處測定不同光照條件下色素提取液的吸光度值，結果見圖2。

圖2　光照對綠葉甘姜色素穩定性的影響Fig.2The effect of light on the stability of Lindera erythrocarpa

由圖2可知，綠葉甘姜色素提取液在室內自然光條件下和黑暗處基本不變，耐光性較好；在紫外燈和室內燈光照射下，吸光度稍有降低，可能因為在強光照射下，溶液中色素結構被破壞［10］。

3.6.2溫度對綠葉甘姜色素穩定性的影響［11-12］

取綠葉甘姜色素母液4份，每份20 mL，分別置于30、50、70、90℃的水浴鍋中靜置，分別在6、12、18、24 h后，將不同處理溫度的樣液冷卻至室溫，測定其在波長374 nm條件下的吸光度，分析色素提取物熱穩定性，結果見圖3。

圖3　溫度對綠葉甘姜色素穩定性的影響Fig.3The effect of temperature on the stability of Lindera erythrocarpa

由圖3可知，綠葉甘姜色素在高溫條件下不穩定，當溫度在70℃～90℃范圍內時，吸光度稍有降低，其原因可能是溫度過高，色素提取液發生氧化反應導致提取液穩定性差；在30℃和50℃溫度下，吸光度無變化［13］。

4結論

通過單因素試驗和正交試驗數據結果及分析，從綠葉甘姜果實中提取色素的最佳提取工藝是：乙醇濃度60%、提取時間120 min、固液比1∶12（g/mL）、溫度60℃。綠葉甘姜果實中色素提取液具有一定的耐光性和耐熱性。

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Study on the Extraction Process and Stability of Lindera erythrocarpa Pigment

CHEN Bao-hong1，ZHENG Tie-song2，WU Xiao-hong1，ZHENG Ping1
（1.Jiangsu Institute of Commerce，Nanjing 211168，Jiangsu，China；2.Ginling College，Nanjing Normal University，Nanjing 210097，Jiangsu，China）

The pigment is extracted from the Tindera erythrocarpa of Qixia mountain and the stability analysis is studied.It can offer basic data for the study of natural edible pigment.There were four analysis factors including extract concentration，time，temperature and solid-liquid ratio.Extraction process was optimized by single factor experiments and orthogonal experiments.It determined the best conditions of extracting the Lindera erythrocarpa pigment.And it analyzed the effects of changing light and heat on the stability of the pigment.The results showed that the Lindera erythrocarpa pigment extraction conditions：ethanol concentration 60%，extraction time 120 min，solid-liquid ratio 1∶12（g/mL）and extraction temperature 60℃.Light resistance and heat resistance of Lindera erythrocarpa pigment is better.

Lindera erythrocarpa；pigment；extraction process；stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.19.012

2015-11-09

江蘇省高等職業院校國內高級訪問學者計劃資助項目（2015FX023）

陳寶宏（1975—），女（漢），副教授，碩士研究生，研究方向：食品安全和食品營養。