微波輔助提取紅巧梅色素及其穩定性

梁瓊芳，唐小閑，湯泉，賴紹華

1. 賀州學院材料與化學工程學院（賀州 542899）；2. 食品科學與工程技術研究院/廣西馬蹄加工工程技術研究中心（賀州 542899）

紅巧梅又名妃子紅，屬千日紅種，花色為艷麗的紅色[1-2]。紅巧梅具有一定藥用價值，可調節人體機能，清熱降火，祛斑美顏的功效，通常作為養生茶飲食用，以開水沖泡之，茶色為淡粉紅色，有清香。千日紅種色素基本為水溶性色素，可溶于水或乙醇，幾乎不溶于其他有機溶劑。紅巧梅色素以花色苷的形式存在，是一種天然色素[3-4]，具有安全性、無毒性，對人體有一定保健作用，在食品、化妝品、醫藥領域將有很大的發展前景[5]。隨著人類社會的進步和物質生活水平的提高，健康綠色的生活越來越注重關注，研究安全的食用天然色素是色素發展的重要方向，也是色素發展的必然趨勢。

色素通常采用普通浸提法、有機溶劑提取法、超聲波法提取法、微波提取法和酶法提取法。王自軍等[6]利用普通浸提法，黎彩平[7]分別對有機溶劑提取法和超聲波提取法提取千日紅色素進行探究，利用超聲波法提取千日紅色素較普通浸提法和有機溶劑提取法來看，所耗時間較短，提取效率較高，但超聲波提取對設備有一定要求，且受超聲波衰減因素的影響，難以將超聲波提取技術工業化。徐忠等[8]利用酶法提取千日紅色素，雖然酶法提取色素較一般提取方法而言提取率更高，且環保節能，對設備要求不高，但過程復雜，對試驗結果難以預測。微波輔助提取色素溶劑用量少，耗時短，效率高，在天然色素提取中占有重要的地位[9-11]。微波的加熱能量是直接由熱源傳遞至物質，直接作用于細胞內外，使細胞壁無法承受氣化壓力而破裂，細胞內部的有效物質擴散到溶劑中[12-14]。因此采用微波輔助方式對紅巧梅色素進行提取，探討提取條件及色素的穩定性，促使自然資源得到合理有效的開發和應用，積極響應國家“可持續發展戰略”的號召。

1 材料與方法

1.1 主要藥品

乙醇、三氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、過氧化氫、鹽酸、硝酸銅、硫酸鋁、氯化鈉、氯化鈉、無水硫酸鎂、無水氯化鈣、硫代硫酸鈉、氫氧化鈉（均為分析純）。

1.2 主要儀器

A2004分析天平（上海舜宇恒平科學儀器有限公司）；PHS-3C精密pH計（上海儀電科學儀器股份有限公司）；SHZ-D（Ⅲ）循環水式多用真空泵（河南省予華儀器有限公司）；G80F20CN2L-B8（R0）光波微波爐（廣東格蘭仕微波生活電器制造有限公司）；V-1100D722可見分光光度計（上海光譜儀器有限公司制造）；XFB-400高速中藥粉碎機（吉首市中誠制藥機械廠）；TU-1901紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）。

1.3 試驗過程

1.3.1 預處理過程

將紅巧梅干花置于高速中藥粉碎機中粉碎，過篩，得紅色紅巧梅干花粉末。

1.3.2 紅巧梅色素最大吸收波長的測定

取2.00 g紅巧梅干花粉末，在暗處室溫下浸提1 h，取適量色素提取液稀釋，在400～700 nm波長范圍內掃描，繪制光譜吸收曲線圖。

1.3.3 提取試驗

取2.00 g紅巧梅干花粉末置于帶塞錐形瓶中，分別在不同提取劑、提取劑濃度、料液比、微波提取時間及火力下提取色素，將料液冷卻至室溫，抽濾，取色素提取液稀釋后，以相應的提取劑作參比液，用可見分光光度計測樣品最大吸收波長處的吸光度，確定微波輔助提取紅巧梅色素的最優條件。

1.3.4 色素的穩定性研究

取2.00 g紅巧梅干花粉末，在最優條件下用微波輔助提取紅巧梅色素。取色素提取液，分別在不同pH、不同光照強度、不同溫度及金屬離子、氧化劑與還原劑存在的情況下進行試驗。以相應的提取劑作為參比液，用可見分光光度計測稀釋后的樣品在最大吸收波長處的吸光度，以吸光度的變化為指標探究各因素對紅巧梅色素穩定性的影響。

1.3.5 比較試驗

取2份2.00 g紅巧梅干花粉末，分別用微波輔助法和有機溶劑提取法提取色素，對這2種提取方法進行比較。

2 結果與分析

2.1 紅巧梅色素紫外光譜

紅巧梅色素紫外光譜如圖1。紅巧梅色素最大吸收波長為520 nm。

圖1 紅巧梅色素紫外光譜

2.2 提取劑的選擇

取2.00 g紅巧梅干花粉末5份，分別加入60 mL蒸餾水、95%乙醇、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷，室溫下浸提1 h，觀察浸提液顏色。

由表1可知，紅巧梅色素為水溶性色素，不溶于丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷等有機溶劑，只溶于乙醇和蒸餾水。其原理遵循相似相溶定律，由于乙醇和水溶液中都具有—OH結構，在紅巧梅花色素中同樣也具有—OH結構，所以紅巧梅色素可溶于乙醇及水中，故選取乙醇和水溶液作為提取劑。

表1 提取劑的確定

2.3 提取劑濃度對色素提取的影響

取2.00 g紅巧梅干花粉末7份，分別加入60 mL蒸餾水、10%乙醇-水溶液、20%乙醇-水溶液、30%乙醇-水溶液、40%乙醇-水溶液、50%乙醇-水溶液、60%乙醇水溶液，微波火力70%，加熱45 s，待樣品冷卻后抽濾，取濾液。分別取9 mL樣品原液置于25 mL容量瓶中，稀釋至刻度線。在λ=520 nm處測樣品吸光度，其結果如圖2。

從圖2可以看出，微波加熱條件下，隨著乙醇-水溶液體積分數增加，紅巧梅色素吸光度先增大后減小，乙醇-水溶液的體積分數20%時達到最大值。乙醇體積分數過低時，色素無法完全溶出，故吸光度較小；乙醇體積分數過高時，可能會使色素的性質發生改變，并溶出一些雜質，對提取過程造成影響。因此最佳微波提取體積分數為20%乙醇-水溶液。

圖2 提取劑的濃度對吸光度的影響

2.4 料液比對色素提取的影響

取2.00 g紅巧梅干花粉末6份，分別加入20，40，60，80，100和120 mL體積分數20%乙醇-水溶液，微波火力70%，加熱45 s，待樣品冷卻后抽濾，取9 mL原液定容至25 mL，在λ=520 nm處測樣品吸光度，其結果如圖3。

從圖3可以看出，在微波提取條件下，紅巧梅色素的吸光度先增大后減小。料液比增大時，其下降趨勢較為明顯，料液比1∶20（g/mL）時，吸光度達到最大值。色素在同種提取劑中的溶解度是一定的，過量提取劑會對色素產生稀釋作用，色素濃度減小，則吸光度降低；過少的提取劑會使色素溶出不完全。故選取最佳料液比1∶20（g/mL）。

圖3 不同料液比對吸光度的影響

2.5 微波加熱火力對色素提取的影響

取2.00 g紅巧梅干花粉末6份，加入40 mL體積分數20%乙醇-水溶液，分別于20%，30%，40%，50%和60%微波火力下加熱45 s，待樣品冷卻后抽濾，取樣品原液9 mL定容至25 mL，在λ=520 nm處測樣品吸光度，其結果如圖4所示。

從圖4的數據可以看出，紅巧梅色素吸光度隨著微波火力提升先增大后減小，火力60%時達到最大值。其原因可能是隨著微波火力增加，料液溫度也在上升，料液達到一定溫度時，色素溶出量達到最大值；隨著溫度提升，高溫使提取出來的色素活性成分發生變質。因此微波提取最佳火力為60%。

圖4 微波火力對吸光度的影響

2.6 微波加熱時間對色素提取的影響

取2.00 g紅巧梅干花粉末6份，加入40 mL體積分數20%的乙醇-水溶液，在微波火力60%條件下分別加熱25，30，35，40，45和50 s，待樣品冷卻后抽濾，取樣品原液9 mL定容至25 mL，在λ=520 nm處測樣品吸光度，其結果如圖5所示。

由圖5可以看出，在微波火力60%，料液比1∶20（g/mL）條件下，微波加熱浸提紅巧梅干花粉末30 s得到色素吸光度最高，色素提取效果最好。

圖5 微波加熱時間對吸光度的影響

2.7 不同條件對紅巧梅色素穩定性的影響

2.7.1 pH對色素穩定性的影響

在最優條件下提取紅巧梅色素。取紅巧梅干花粉末2.00 g，加入40 mL體積分數20%乙醇-水溶液，在微波火力60%條件下加熱30 s，待樣品冷卻后抽濾，取濾液，得紅巧梅色素原液。

取紅巧梅色素原液15 mL于100 mL容量瓶中，稀釋至刻度線。調節pH后，在不同pH下，測量在λ=520 nm處樣品吸光度，其結果如表2所示。

紅巧梅色素在酸性和中性條件下吸光度與顏色變化不大，堿性條件下，吸光度與顏色變化很大。酸性及中性條件下，花色苷主要以花色烊陽離子存在，顯紅色；在堿性條件下，花色苷中的羥基可能會發生縮合反應，將羥基上的氧原子脫除，脫氧花色素為黃色。

表2 不同pH下的吸光度

2.7.2 不同光強對色素穩定性的影響

在最佳微波輔助提取條件下制取紅巧梅色素原液，將原液分成3份，分別置于強日光，室內光，以及暗柜內。每隔1 h測量在λ=520 nm處樣品吸光度，其結果如圖6所示。

色素在暗處的吸光度變化范圍不大；室內光下與強日光照射下，隨著光照時間增加，吸光度呈下降趨勢，其中在強日光中吸光度下降趨勢較為明顯。即紅巧梅色素在光照條件下易分解，花色苷具有較大共軛體系，強光照射下，共軛體系不穩定，花色苷容易發生光化學反應，在光照下色素會分解。

圖6 不同光強對吸光度的影響

2.7.3 金屬離子對色素穩定性的影響

分別配制濃度0.01 mol/L的K+、Na+、Cu2+、Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+溶液，取10 mL在微波輔助提取條件下提取的紅巧梅色素原液，與金屬離子溶液按1∶1比例混合后，平行取3組5 mL混合液置于25 mL容量瓶中定容至刻度線。同時取10 mL色素原液，按1∶1比例與蒸餾水混合，并取5 mL原液與蒸餾水的混合液置于25 mL容量瓶中，定容至刻度線，作為空白對照樣。將樣品置于暗處，在λ=520 nm處測量水-紅巧梅色素原液混合液與金屬離子溶液-紅巧梅色素原液混合液在5，10和30 min的吸光度，其結果如表3。

在K+、Na+、Mg2+存在時紅巧梅色素的顏色及吸光度并無較大變化，即在此濃度下的K+、Na+、Mg2+對紅巧梅色素的穩定性無明顯影響；Ca2+與Al3+存在時，紅巧梅色素的吸光度和顏色有略微的變化，即在此濃度下，Ca2+與Al3+對紅巧梅色素有輕微褪色作用；Cu2+、Fe3+離子存在時，紅巧梅色素的吸光度與顏色發生較大變化，因為色素中花色苷的羥基會與Cu2+、Fe3+離子結合生成金屬絡合物，會使色素的顏色發生改變。即在此濃度下的Cu2+、Fe3+對紅巧梅色素的穩定性影響較大。

表3 不同金屬離子下的吸光度

2.7.4 氧化劑與還原劑對色素穩定性的影響

分別配制濃度2%，3%和4%的H2O2與Na2S2O3溶液，取適量與在微波輔助條件下提取的紅巧梅色素原液混合，設置1個空白對照組，將樣品置于暗處，在λ=520 nm處測量5 min，10 min，30 min，1 h和12 h吸光度，其結果如表4所示。

由表4可知，隨著氧化劑濃度的增加與時間增長，紅巧梅色素的吸光度和顏色均發生較大變化，即紅巧梅色素在一定濃度氧化劑中不穩定；但隨著還原劑濃度增加與時間增長，紅巧梅色素的吸光度和顏色并未發生較大變化，即紅巧梅色素在一定濃度還原劑中可穩定存在。

2.7.5 溫度對色素穩定性的影響

在最佳微波輔助提取條件下提取紅巧梅色素，將紅巧梅色素分別在不同溫度下回流1 h，其結果如表5所示。

紅巧梅色素在溫度30～40 ℃吸光度與顏色無明顯變化，色素穩定性較好；50～60 ℃時，紅巧梅色素的吸光度與顏色略微變化，色素穩定性開始變差；70～90 ℃時，紅巧梅色素的吸光度與顏色變化較大，因為花色苷處于高溫條件下，會分解成無色的查爾酮，使色素穩定性變差。因此加熱可使紅巧梅色素分解，即紅巧梅色素的熱穩定性較差。

表4 不同濃度氧化劑與還原劑下的吸光度

表5 不同溫度下的吸光度

2.7.6 有機溶劑提取法與微波輔助提取法比較試驗

稱取2份2.00 g紅巧梅干花粉末，加入40 mL體積分數20%乙醇-水溶液。分別用微波輔助提取和有機溶劑提取。抽濾，稀釋測其在λ=520 nm的吸光度。其結果如表6所示。

在室溫下用有機溶劑提取法所提取的紅巧梅色素吸光度較用微波輔助提取法所提取的紅巧梅色素吸光度更低，且用有機溶劑提取法提取色素耗時更長，微波輔助提取技術明顯更優于普通有機溶劑提取法。

表6 有機溶劑與微波輔助提取吸光度對比

3 結論

1) 紅巧梅色素微波輔助提取的最優條件是：以體積分數20%乙醇-水溶液為提取劑，在料液比1∶20（g/mL），火力60%下微波提取45 s。

2) 紅巧梅色素為水溶性色素，其在酸性和中性條件下較為穩定，能夠在一定濃度的還原劑中存在；在強日光下能維持短時間穩定，之后色素便會發生變質；溫度越高則紅巧梅色素穩定性越差；除了Cu2+、Fe3+對色素的穩定性有較大影響外，Ca2+與Al3+在一定濃度下對色素穩定性有略微影響外其余離子無明顯影響。

3) 與有機溶劑提取法對比，微波輔助提取法耗時更短，提取效果更好，是一種非常有開發前景的色素提取方法。