黃刺玫花色素的提取工藝優化及其穩定性

昝立峰+王更先+葉嘉+陳建中+秦柳

摘要： 以冀南太行山區的野生黃刺玫花為原料，在單因素試驗的基礎上，以乙醇濃度、提取時間、提取溫度、液料比4個單因素為自變量，以色素吸光度為響應值，應用Design-Expert 8.06響應面對黃刺玫花色素的提取工藝進行優化。結果表明，提取時間、液料比對色素提取的影響顯著，而提取溫度、乙醇濃度對色素提取未達到顯著水平。響應分析結果發現，提取時間和提取溫度的交互作用相對顯著，等高線扁平。通過響應面分析得出最佳提取工藝為乙醇濃度6173%、提取時間2.17 h、提取溫度54.62 ℃、液料比32.74 mL ∶ 1 g，理論色素提取液D505 nm為0.667。穩定性研究結果表明，黃刺玫花色素的光穩定性強、熱穩定性差，適宜溫度低于60 ℃使用；金屬離子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+）對黃刺玫花色素穩定性影響不大，Al3+對黃刺玫花色素的穩定性影響明顯，且會引起色素變色；氧化劑H2O2對黃刺玫花色素穩定性影響不明顯，而還原劑NaHSO3對黃刺玫花色素的穩定性影響較大；食品添加劑葡萄糖、蔗糖、檸檬酸對黃刺玫花色素的穩定性沒有影響，可以與色素混合使用。

關鍵詞： 黃刺玫花；響應面；色素；提取工藝；穩定性

中圖分類號： R284.2 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）22-0221-04

黃刺玫（Rosa xanthina Lindl.）別稱黃刺梅，是薔薇科（Rosaceae）薔薇屬（Rosa）的落葉灌木，普遍生長在山西、陜西、河北、內蒙古、吉林等地的山丘。黃刺玫花色金黃，花期較長、色澤鮮艷、芳香濃郁，含有槲皮素、苦味質、脂肪油、沒食子酸、矢車菊雙甙、黃色素、β-胡蘿卜素等有效成分[1]。黃刺玫花可以用來制作糖果、糕點、蜜餞，也可以被制作成黃刺玫花酒、花露、花醬，干花還可以泡茶喝。黃刺玫花茶性溫和、降火氣，經常飲用可柔肝醒胃、活血散瘀、理氣解郁、排毒養顏、促進人體新陳代謝[2]。

王育水等發現，黃刺玫花的藥學價值應用廣闊，特別是對心血管病、人體炎癥、糖尿病及腫瘤等有非常好的效果[3]。黃刺玫花的水提物抗氧化作用非常好，可提高SOD的活性，起到延緩衰老的作用；黃刺玫花的乙醇浸提物具有中樞抑制活性。雖然黃刺玫花的醫藥價值很高，但是國內外對黃刺玫花綜合使用的相關研究很少，大多集中在其所含的揮發油上，而關于黃刺玫花色素的詳細文獻并不多。探究黃刺玫花色素最佳的工藝條件及其穩定性有利于提高黃刺玫的綜合利用。

1 材料與方法

1.1 材料

2015年4月在河北省邯鄲市西部太行山區采集黃刺玫花，采集后放置于冰箱冷凍，使用前粉碎過40目篩，并且用正己烷脫脂處理，脫脂后自然干燥備用。

1.2 方法

1.2.1 單因素提取

準確稱取等量的黃刺玫花脫脂粉5份，每份1 g，乙醇濃度為60%，液料比為20 mL ∶ 1 g，40 ℃水浴浸提，考察浸取時間（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h）對色素提取的影響；同樣考察乙醇濃度（50%、60%、70%、80%、90%）、提取溫度（30、40、50、60、70℃）和液料比（10 mL ∶ 1 g、20 mL ∶ 1 g、30 mL ∶ 1 g、40 mL ∶ 1 g、50 mL ∶ 1 g）對色素提取的影響。以上試驗均在溫度40 ℃、100 W功率下，超聲輔助提取 20 min。將色素粗提液4 000 r/min離心，取上清液，于 505 nm 測其吸光度[4]，重復3次。

1.2.2 響應面設計

通過單因素試驗確定每個因素的最優條件，采用Box-Benhnke設計4因素3水平試驗（表1），利用Design-Expert.8.06軟件對試驗數據進行分析。

1.2.3 黃刺玫花色素穩定性研究

1.2.3.1 光照對色素穩定性影響 取等體積的黃刺玫花色素提取液2份，分別放在黑暗、室外太陽光下，并在0、2、4、6、8、10 h時取樣，于505 nm處測定色素溶液吸光度，并觀察色素顏色的變化，記錄D505 nm。

1.2.3.2 溫度對色素穩定性影響 取等體積的黃刺玫花色素提取液5份，分別放在不同溫度（30、40、60、80、100 ℃）的恒溫水浴鍋中加熱1 h，冷卻后在505 nm處測定色素溶液吸光度，并觀察色素的顏色變化，記錄D505nm。

1.2.3.3 金屬離子對色素穩定性影響 將KCl、CaCl2、NaCl、MgCl2、AlCl3試劑配制成不同濃度（0、0.001、0.005、0.010、0.050、0.100 mg/mL）的溶液，準確量取25份黃刺玫花色素粗提液，每份10 mL分別加入上面等體積的離子溶液。1 h后在505 nm處測定色素吸光度，并觀察色素顏色變化，記錄D505 nm。

1.2.3.4 氧化還原劑對色素穩定性影響 以H2O2為氧化劑，以NaHSO3為還原劑，配制不同濃度（0、0.01、0.02、0.10、0.20 mg/mL）的H2O2和NaHSO3，分別加入等體積的色素粗提液中，混勻后放置1 h，于505 nm處測定色素吸光度，并觀察色素的顏色變化，記錄D505 nm。

1.2.3.5 食品添加劑對色素穩定性影響 準確吸取等體積的黃刺玫花色素提取液9份，在初始濃度下黃刺玫色素D505 nm為0.564，分別加入定量的1%、2%、3%葡萄糖溶液，1%、2%、3%蔗糖溶液，1%、2%、3%檸檬酸溶液。1 h后觀察色素的顏色變化，并在505 nm處測定色素吸光度D505 nm。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

由圖1-a可知，在0.5～2.0 h內隨著提取時間的延長，色素吸光度逐漸升高，然后在2.0～2.5 h內隨著提取時間的延長，色素吸光度降低?？赡苁且驗辄S刺玫花色素對熱不穩定，隨著提取時間的延長，發生氧化。由圖1-b可看出，當乙醇濃度為50%～60%時，黃刺玫花色素提取效果隨著乙醇濃度的增加而提高，而乙醇濃度在60%～90%時，吸光度急速下降，使用60%乙醇溶液時，吸光度達到最高，因此將響應面設計的乙醇濃度設在50%～70%區間范圍。由圖1-c可知，在30～50 ℃范圍內，提取溫度與色素吸光度呈正相關，50～70 ℃為負相關。可能是溫度過高導致色素分解，不利于色素的提取。由圖1-d可知，液料比對色素的提取具有很大的影響，隨著使用溶劑體積的增多，色素提取效果也越來越好，用量為30 mL時，吸光度最大。而液料比從30 mL ∶ 1 g變化到50 mL ∶ 1 g的過程中吸光度下降并趨于穩定。endprint

2.2 黃刺玫花色素提取條件優化

2.2.1 響應面中心組合試驗設計與結果

通過試驗方案得到4因素3水平，共29次試驗點（表2），其中析因部分試驗24次，區域中心點重復試驗5次。試驗以隨機次序排列，利用Design-Expert 8.06軟件對數據進行多元回歸擬合，得出以吸光度y為目標函數的二次多項回歸方程：

y=0.64+0.034A+0.049B+0.038C+0.048D-2 000AB+0.028AC-3 500AD+0.033BC-0.018BD+0.029CD-0.13A2-0.085B2-0.068C2-0.100D2。

由表3可知，模型的顯著水平P=0.010 5<0.05，說明試驗所采用的二次多項模型的顯著性良好。一次項B、D及二次項A2、B2、C2、D2的P值均小于0.05，可知這些一次、二次項對色素提取有明顯影響；但交互項顯著性較差，表明色素提取與單因素并非是簡單的線性相關。由表3還可看出，影響黃刺玫花色素提取因素的高低順序為提取時間>液料比>提取溫度>乙醇濃度。R2=0.885 3，模型失擬項P=0.498 8>0.05，差異不顯著，這表明數據擬合效果較好，因此可以用模型進行試驗和預測。因此選擇合適的模型，得到黃刺玫花色素的最優提取工藝。

2.2.2 各因素交互作用響應曲面

響應面圖能直觀表現出各因素對響應值的作用，等高線的形狀可以表現出相互作用的程度，橢圓形表示兩因素相互作用明顯，而圓形則相反[5]。圖2分別為6組試驗參數以黃刺玫花色素吸光度為響應值的趨勢。其中提取時間（B）與提取溫度（C）的相互作用相對明

顯，表現的等高線扁平，其他項的相互作用相對較弱，與模型方差結果一致。

2.2.3 黃刺玫花色素提取最佳條件的確定

由Design-Expert 8.06軟件分析確定黃刺玫花色素的最優提取條件為：乙醇濃度61.73%、提取時間2.17 h、提取溫度54.62 ℃、液料比32.74 mL ∶ 1 g，理論色素粗取液D505 nm為0.667。但為了方便試驗，將條件改為：乙醇濃度62%、提取時間2 h、提取溫度55 ℃、液料比33 mL ∶ 1 g。在最優條件下色素粗取液的D505 nm為0.645，與理論值相差0.022，差值很小，響應值的試驗值與回歸方程預測值接近，表明優化后結果是準確的，可以應用到實際試驗中。

2.3 黃刺玫花色素穩定性分析結果

由圖3-a可知，在日光下，黃刺玫花色素的D505 nm變化不明顯，色素顏色沒有變化。由圖3-b可知，溫度對色素穩定性有明顯的影響，當溫度為30～60 ℃時，色素D505 nm變化較小且顏色沒有變化。當溫度高于60 ℃時，色素溶液的D505 nm迅速下降，色素色調變成暗黃色。由圖3-c可知，常見的幾種金屬離子K+、Na+、Mg2+、Ca2+濃度對色素穩定性無明顯影響，色素顏色沒有變化，而添加Al3+后，色素溶液變渾濁且顏色變為黃褐色，表明Al3+對黃刺玫花色素的穩定性有不利的影響。由圖3-d可知，黃刺玫花色素對還原劑NaHSO3穩定性較差，隨著還原劑NaHSO3濃度的增加，D505 nm下降，顏色呈現暗黃色，而對氧化劑H2O2相對穩定。由圖3-e可知，不同濃度的食品添劑葡萄糖、蔗糖、檸檬酸對色素的穩定性沒有明顯影響，且色素色調沒有發生變化。

3 結論

黃刺玫花色金黃、花期較長、色澤鮮艷、芳香濃郁，含有槲皮素、苦味質、脂肪油、沒食子酸、矢車菊雙甙、黃色素、β-胡蘿卜素等有效成分。本研究以野生黃刺玫花原料，通過響應曲面分析對黃刺玫花色素的最佳提取條件并對其穩定性進行分析。結果表明，黃刺玫花色素最佳提取工藝為乙醇濃度 61.73%、提取時間2.17 h、提取溫度54.62 ℃、液料比 32.74 mL ∶ 1 g，且影響條件的高低順序為提取時間>液料比>提取溫度>乙醇濃度。同時由黃刺玫花色素的穩定性分析結果可知，色素對光照穩定，對熱敏感，加工過程中應選擇溫度低于60 ℃操作；金屬離子K+、Na+、Mg2+、Ca2+等較穩定，但是對Al3+不穩定；色素對氧化劑H2O2性能較好；色素對常見的食品添加劑葡萄糖、蔗糖、檸檬酸幾乎沒有變化。本試驗結果為綜合開發利用黃刺玫花奠定基礎。

參考文獻：

[1] 蘇俊霞，畢潤成，劉文軍，等. 黃刺玫群落特征及種群分布格局的研究[J]. 山西師范大學學報（自然科學版），2002，16（1）：66-71.

[2]李 萍. 野生黃刺玫的開發利用[J]. 農產品加工，2010（6）：30-31.

[3]王育水，權玉萍，辛澤華，等. 南太行山區黃刺玫資源調查及開發利用[J]. 焦作師范高等?？茖W校學報，2014，30（2）：77-79.

[4]王常青，陳 娟，宋仙芝. 黃刺玫色素及其穩定性研究[J]. 食品工業科技，1996（6）：9-12.

[5]張 儒，張變玲，謝 濤，等. 響應面法優化人參不定根中總皂苷的提取工藝[J]. 天然產物研究與開發，2015，27（4）：726-731.endprint