西紅花色素的提取及穩定性研究

茹先古麗·買買提依明，白琳，艾合買提江·艾海提

(新疆大學 生命科學與技術學院，烏魯木齊 830046)

西紅花(CrocussativusL.)是鳶尾科(Iridaceae)番紅花屬(CrocusL.)，又名番紅花、藏紅花。其提取物具有亮麗的黃色和特殊的香味，常用于高檔食品添加劑和食用色素，也可以作為絲綢、棉和羊毛制品的高級染料[1-2]。現代醫學研究發現，西紅花具有治療心血管疾病、預防動脈粥樣硬化、抗腫瘤活性、抗抑郁、抗炎等諸多療效[3-7]。

目前對西紅花的研究主要集中在其柱頭部分，其中含有揮發油、類胡蘿卜素及其苷類化合物[8-9]。西紅花色素是非常重要的添加劑，可以給制品悅目的色澤，給人們以美的享受，對增加人們的購買欲望有著重要的作用。發現人工合成色素多數對人體都有不同程度的傷害，有的甚至有致癌或誘發染色體變異的作用。隨著人們對色素安全性認識的不斷提高，天然食用色素生產的發展十分迅速[10-11]。天然食用色素不僅安全，而且許多還具有一定的營養價值和生理功能[12-13]。當前對天然色素的需求量急劇增加，尋求富含色素的生物資源一直是研究的熱點[14-15]。在我國，西紅花作為一種觀賞花卉被廣泛種植[16]，利用溶劑提取西紅花中天然色素，既增添了天然色素的種類，又可提高西紅花的經濟附加值，為其深加工探索新途徑。

1 實驗材料與儀器

1.1 實驗材料

以購自伊朗的優質干西紅花為原料。

1.2 實驗儀器

722型可見分光光度計、數字酸度計、R201型旋轉蒸發儀、W201 B型電熱恒溫水浴鍋、SHZ-D型循環水式真空泵、LAC164分析天平(精確至0.0001 g)。

1.3 實驗試劑

無水乙醇、乙醚、酸性乙醇(pH 3.95)、甲醇、吡啶、丙酮、H2O2、抗壞血酸、碳酸氫鈉、苯甲酸鈉、酒石酸、檸檬酸、Na+、K+、Cu2+、Zn2+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Fe2+、Al3+、葡萄糖、蔗糖、淀粉、鄰苯二甲酸氫鈉、混合磷酸鹽、四硼酸鈉。

2 實驗方法

2.1 西紅花色素最佳提取條件的研究

2.1.1 西紅花色素提取工藝

原料(西紅花)→粉碎→精稱→浸提(不同濃度的乙醇、乙醚、檸檬酸緩沖溶液、蒸餾水、丙酮、乙酸乙酯、吡啶溶液)→離心→濃縮(旋轉蒸發器、45 ℃、0.08 MPa)→自然干燥→成品。

2.1.2 操作要點

2.1.2.1 精稱

每次在電子分析天平上精確稱取西紅花。

2.1.2.2 浸提

將西紅花中可溶性成分提取出來的過程，浸提時間與溫度有關[17]，一般情況下，溫度越高，浸提時間越長，更易于提取出可溶性成分。但是溫度過高會導致浸提液發生氧化反應，故生產中宜用55～65 ℃的溫水進行浸提，浸提時間24 h即可。

2.1.2.3 濾液

把溶液放在過一段時間后不溶解的顆粒沉淀下來而產生透明的濾液。

2.1.2.4 離心

用離心機來離心(時間30 min，轉速3000 r/min，室溫)，然后用冷凍離心機來離心(時間30 min，轉速3000 r/min，溫度2～4 ℃)。

2.1.2.5 濃縮

用旋轉蒸發儀來干燥溶液(干燥時間為3 h)。

2.1.3 最佳浸提溶劑的確定

分別選用水、甲醇、酸性乙醇、乙醇(50%、75%、85%、95%)、乙醚、檸檬酸緩沖溶液、丙酮、乙酸乙酯、吡啶溶液作為西紅花色素的提取溶劑,通過實驗確定其最佳的提取溶劑。

2.2 西紅花色素穩定性研究

2.2.1 西紅花色素的光譜特性研究

取一定量的0.001%西紅花色素溶液在波長為360～540 nm范圍內進行波譜掃描，記錄吸光度的變化，色素吸收峰對應的最大吸收波長即為最佳波長。

2.2.2 食品添加劑對西紅花色素穩定性的影響

取8 mL色素稀釋液，分別加入碳酸氫鈉、酒石酸、檸檬酸、過氧化氫各2 mL(1 mol/L)，并測定吸光度。

2.2.3 金屬離子對西紅花色素穩定性的影響

她好像受到我笑的鼓勵，放松了一些。但她的聲音仍舊有些猶豫：“我想……也許……我們可以一起走走，一塊吃點東西……”我終于鎮定下來，找到了自己的聲帶。“當然……可以。我非常榮幸，那邊的街上有許多不錯的餐館。”

分別配制濃度為 0.1%的Na+、Fe3+、K+、Cu2+、Zn2+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Al3+離子溶液，各取 2 mL，分別加入8 mL西紅花溶液中，在25 ℃下避光放置4 h，定時測定并觀察產生的現象。

2.2.4 碳水化合物對西紅花色素穩定性的影響

分別配制濃度為10%的葡萄糖、蔗糖、淀粉溶液，取2 mL加入8 mL的西紅花色素溶液中，室溫暗處放置4 h測定其吸光度。

2.2.5 pH值對西紅花色素穩定性的影響[18]

pH值對色素穩定性的影響(用酸度計來測定)分別用標準緩沖劑(鄰苯二甲酸氫鈉、混合磷酸鹽、四硼酸鈉)溶解于250 mL蒸餾水溶液,將色素溶液調成不同pH值，在440 nm波長下測定其吸光度。

2.2.6 光照對西紅花色素穩定性的影響

取濃度相同的色素稀釋液分別在強太陽光下照射0，1，2，3，4，5，24，48 h，然后測定其吸光度。

2.2.7 溫度對西紅花色素穩定性的影響[19]

2.3 結果與分析

2.3.1 浸提劑的選擇

表1 不同浸提劑提取西紅花色素的效果比較Table 1 Comparison of extraction effect of pigments from Crocus sativus L. with different extractants

由表1可知，隨著乙醇濃度的降低，不論是提取時間為5 h還是24 h，提取出來的西紅花色素的顏色透明，最終為橙紅色。根據相似相溶原理，西紅花色素易溶于極性溶液中[20]，但甲醇、吡啶、丙酮、乙醚都有毒，不能被作為浸提劑使用。故選擇乙酸乙酯和乙醇(50%)作為色素的浸提劑。

2.3.2 不同濃度乙醇對提取量的影響

圖1 乙醇濃度對色素提取量的影響Fig.1 Effect of different ethanol concentration on the extraction amount of pigments

由圖1可知，通過幾次的反復試驗結果表明該色素的回收量較高，85%乙醇的提取率最高。

2.3.3 西紅花色素穩定性研究

2.3.3.1 西紅花色素光譜特性的研究

圖2 西紅花色素在不同波長下的吸光度Fig.2 The absorbance of pigments from Crocus sativus L. under different wavelengths

由圖2可知，西紅花色素在360～540 nm的波長范圍內有一個吸收峰，最大吸收峰在440 nm時的吸光度值為0.165。對于透明或者半透明溶液，由公式A(υ)=abc，式中：A(υ)為波數在υ處的吸光度，a為波數在υ處的吸光系數，b為樣品厚度，c為樣品濃度。可得樣品溶液的吸光度越大，則此樣品溶液的濃度越高。

2.3.3.2 食品添加劑對西紅花色素穩定性的影響

圖3 不同食品添加劑下的西紅花色素吸光度Fig.3 The absorbance of pigments from Crocus sativus L. under different food additives

由圖3可知，西紅花色素溶液中存在氧化劑(過氧化氫)時，隨時間的延長，其吸光度迅速下降。西紅花色素在國家規定的常用食品添加劑最大使用量范圍內長時間保持良好的穩定性，說明西紅花色素使用在食品加工中不受抗壞血酸、碳酸氫鈉、苯甲酸鈉、酒石酸、檸檬酸的影響。

2.3.3.3 金屬離子對西紅花色素穩定性的影響

由圖4可知， Fe3+對西紅花色素的影響最大，0～1 h之內變化最明顯，吸光度突然下降，所以該色素在食品加工過程中應避免接觸金屬容器。其他金屬離子對西紅花色素的影響不是很大，但是隨著時間的延長還是有一定的影響。

圖4 西紅花色素在不同金屬離子溶液中吸光度的變化Fig.4 The change in absorbance of pigments from Crocus sativus L. in different metal ion solutions

2.3.3.4 碳水化合物對西紅花色素穩定性的影響

圖5 碳水化合物對西紅花色素穩定性的影響Fig.5 The effect of carbohydrates on the stability of pigments from Crocus sativus L.

由圖5可知，西紅花色素在葡萄糖和蔗糖溶液中具有較好的穩定性。但淀粉溶液對西紅花色素的影響較大，具有增色作用。

2.3.3.5 pH值對西紅花色素穩定性的影響

圖6 pH值對西紅花色素穩定性的影響Fig.6 The effect of pH values on the stability of pigments from Crocus sativus L.

由圖6可知，pH在4～9.18范圍內(酸性、中性、堿性條件下)色素的顏色基本上不變，pH值增大,該色素有增色作用。

2.3.3.6 光照對西紅花色素穩定性的影響

由圖7可知，西紅花色素對陽光不穩定，有降解作用。西紅花色素在室內避光條件下損失很少，在日光下不穩定，吸光度下降較大。特別是在24～48 h之內吸光度的變化很顯著,失去原有橙黃色，呈現淡黃色。

圖7 光照對西紅花色素穩定性的影響Fig.7 The effect of light on the stability of pigments from Crocus sativus L.

2.3.3.7 溫度對西紅花色素穩定性的影響

圖8 溫度對西紅花色素穩定性的影響Fig.8 The effect of temperature on the stability of pigments from Crocus sativus L.

由圖8可知，西紅花色素在溫度為20～80 ℃時吸光度呈輕微下降趨勢，說明西紅花色素在輕微的損失，但幅度不大；當溫度達到80～100 ℃時，吸光度呈現快速下降趨勢，說明此溫度范圍內色素快速流失。因而在使用色素作為食品調味品時應將溫度控制在80 ℃以下。

3 結論

西紅花色素的最大吸收峰在440 nm處，西紅花色素溶液中存在氧化劑(過氧化氫)時不穩定，該色素在食品生產加工中應用不受抗壞血酸、碳酸氫鈉、苯甲酸鈉、酒石酸、檸檬酸的影響。Fe3+對西紅花色素的影響最大，其他金屬離子對西紅花色素的影響不大。西紅花色素在葡萄糖和蔗糖溶液中具有較好的穩定性，淀粉溶液對西紅花色素的影響較大，具有增色作用。西紅花色素在酸性及中性環境下較為穩定，但在堿性環境下不穩定。光照會影響西紅花色素的穩定性，西紅花色素在加熱溫度為20～80 ℃時吸光度呈現輕微的下降趨勢，當溫度達到80～100 ℃時吸光度呈現快速下降的趨勢，損失較大。