超聲波輔助提取三角梅中紅色素及其穩定性

杭瑜瑜，吳 環，陳多謀

(海南熱帶海洋學院 食品科學與工程學院,海南 三亞 572022)

0 引言

色澤是食品感官評定的一個重要指標。食用色素作為一種食品添加劑廣泛應用于食品、醫藥、日化等行業[1]。合成色素因其本身具有不同程度的毒性，應用愈發受到限制[2]。天然色素在著色的同時具備生理活性以及藥物活性[3]。天然色素主要從生物體中提取，安全性較高、色澤自然、多數兼有營養保健和著色的雙重作用，研究和開發新型天然色素顯得很有必要[4-6]。天然色素由于本身具有不穩定性，易氧化和受各種金屬離子及光照酸堿度的影響而發生化學變化，從而產生變色褪色現象。因此,研究天然色素穩定環境具有現實意義。

三角梅(BougainvilleaspectabilisWilld.)又名葉子花、簕杜鵑、三角花、九重葛、毛寶巾等，在海南、福建、廣東、廣西、云南廣為栽培。三角梅生存適應能力強，花期長，無毒害，色澤鮮艷，眾多研究結果表明，三角梅還可以入藥，具有清熱解毒、調和氣血、止咳等功效[7-8]，還可作為天然色素的良好來源途徑。超聲波提取法提取時間短，提取效率高，可作為提取天然色素的好方法[9]71。本文研究了超聲波提取三角梅紅色素的工藝，為天然色素的制備提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

三角梅：紫紅色，采自海南三亞海南熱帶海洋學院校園內。

氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、硫酸銅、硫酸鋅、硫酸鐵均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司。

紫外可見分光光度計(UV-2550 日本島津公司)，恒溫水浴鍋(HWS-26 金壇市盛藍儀器制造有限公司)，超聲波-微波協同反應工作站(XO-SM200 南京先歐儀器制造有限公司)。

1.2方法

1.2.1 三角梅紅色素的提取

新鮮三角梅苞片→切碎→超聲波提取→過濾→離心分離→紫外分光光度計測定吸光度。

1.2.2 最大吸收波長的確定

將除去花蕊的三角梅苞片切碎，準確稱量3.00 g加入45.00 mL的蒸餾水，在超聲波功率為360 W的條件下提取20 min，過濾，取清液在離心機中以3 000 r·min-1離心15 min，上清液用紫外分光光度計在190～700 nm波長下掃描，確定其最大吸收波長。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 超聲波功率對提取率的影響

準確稱取三角梅樣品3.0 g，在料液比1∶15(g∶mL)，提取時間為20 min，提取功率分別為120、240、360 、480 、600 W的條件下，測定吸光度。

1.2.3.2 超聲提取時間對提取率的影響

準確稱取三角梅樣品3.0 g，在超聲波功率為240 W，料液比1∶15(g∶mL)，提取時間分別為15、20、25、30、35 min的條件下，測定吸光度。

1.2.3.3 料液比對提取率的影響

準確稱取三角梅樣品3.0 g，在超聲波功率為240 W，提取時間為20 min，提取料液比分別為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30(g∶mL)的條件下，測定吸光度。

1.2.4 響應面分析法實驗

依據單因素實驗結果，設計響應面分析法實驗，見表1。

表1 響應面分析法實驗因素水平

1.2.5 提取色素的穩定性研究

1.2.5.1 光照的影響

分別研究室外光照、室內光照和避光對提取的三角梅紅色素穩定性的影響。

1.2.5.2 溫度的影響

分別取三角梅紅色素提取液5 mL置于錐形瓶中，在30、40、50、60、70、80、90 ℃下恒溫水浴1 h后，測量其在最大吸收波長處的吸光度。

1.2.5.3 pH值的影響

在pH值1.0～12.0的緩沖液中分別加入5 mL三角梅提取液，放置24 h，在最大吸收波長處測定其吸光度。

2 結果與分析

2.1 三角梅紅色素的紫外可見吸收光譜

按照1.2.2的方法，在200～700 nm波長下掃描，得到紫外-可見吸收光譜圖，見圖1。

圖1 三角梅紅色素的紫外-可見吸收光譜圖

從圖1可以看出，提取的紅色素在547 nm波長處有最大吸收值，符合花色苷的光譜學特性，可能為一種花色苷色素[10]。

2.2 單因素實驗結果與分析

2.2.1 超聲波功率的影響

由圖2可知，隨著超聲功率的增大，色素樣液的吸光度呈先上升后下降的趨勢，超聲波可以使細胞壁破裂，色素更好地溶出，但是超聲功率過高，會使色素的構象發生改變[11]，吸光度降低。

圖2 超聲功率對色素提取液吸光度的影響

2.2.2 超聲時間的影響

由圖3可知，在一定時間內，吸光度隨著超聲時間的延長而增大，超過30 min后，吸光度降低，超聲作用時間過長，超聲波的熱效應可能會影響提取色素的穩定性，造成色素損失。

圖3 超聲時間對色素提取液吸光度的影響

2.2.3 料液比的影響

由圖4可知，在一定的提取液體積范圍內，吸光度隨著提取液體積的增大而增大。料液比在達到1∶15(g∶mL)以后，吸光度減小，提取液增加，增大了物料與提取溶劑的接觸界面，提高了提取效率；但提取液過多時，超聲波作用產生的能量被分散，提取效果有所下降[12]。

科液比(g∶mL)圖4 料液比對色素提取液吸光度的影響

2.3 超聲波輔助提取三角梅紅色素的工藝條件優化

采用軟件Design Expert v8.0.7對超聲波功率、超聲時間、料液比設計響應面分析法試驗，依據表1中的因素與水平值，其試驗結果見表2。

表2 響應面分析法試驗結果

利用Design Expert v8.0.7軟件，對超聲波功率、超聲時間、料液比進行多元擬合分析，得到二次多項回歸方程：

Y=1.19+0.16A-0.072B-0.11C+0.011AB-0.13AC+0.054BC-0.028A2-0.17B2-0.36C2。

由表3數據分析可知，該回歸模型極顯著,失擬項不顯著，表明該模型與實驗數據擬合度較高，可用該模型分析和預測超聲波輔助提取三角梅紅色素的工藝結果。

表3 響應面分析法試驗結果的方差分析

表3(續)

表3數據反映了各單因素以及兩兩交互作用對三角梅紅色素提取效果的影響，通過分析可以看出，各單因素對三角梅紅色素提取效果的影響程度大小依次為：超聲波功率>料液比>超聲時間。

根據響應面分析法試驗結果及其回歸方程模型分析可知，超聲波輔助提取三角梅紅色素的最優工藝為：超聲功率331 W，超聲時間25 min，料液比1∶12(g∶mL)，預測提取紅色素的吸光值為1.389。在此條件下進行3次重復驗證實驗，所提取紅色素吸光值的平均值為1.402。該實驗值與模型方程的預測值相差僅0.93%，表明經響應面分析法優化的提取工藝組合條件較為準確。

2.4 提取色素的穩定性研究

2.4.1 光照的影響

由表4可以看出，強光沒有使三角梅的色素吸光值變小，甚至有增大的趨勢。但從顏色上可以看出，三角梅色素明顯發生變化，所以在保藏過程中防止暴曬即可。

表4 光照對三角梅紅色素的影響

2.4.2 溫度對三角梅紅色素穩定性的影響

由圖5可知，三角梅紅色素吸光度在20 ℃～70 ℃變化不明顯，在80 ℃有明顯變化，說明三角梅紅色素不耐80 ℃以上的溫度。

圖5 溫度對三角梅紅色素的影響

2.4.3 pH值的影響

從表5可以看出，三角梅提取液的顏色會隨著溶液pH值的改變而改變，在pH值小于8.0時變化不明顯，呈鮮紅色；pH值為9.0時顏色開始變深，pH值大于11.0以后，變成了深棕色，這可能是由于花色苷在不同的pH值溶液中發生了化學結構的變化而使得其顏色產生改變[6]。因此，從穩定性方面看，三角梅花色素適宜在偏酸性及中性環境中應用。

表5 pH值對三角梅紅色素的影響

3 結論

超聲波輔助提取三角梅紅色素的最優工藝條件為：超聲功率331 W，超聲時間25 min，料液比1∶12(g∶mL)，所提取的紅色素的吸光值為1.402。穩定性研究結果表明，pH值在偏酸性及中性環境時較穩定，對光敏感度不高，避免暴曬，80 ℃以下耐熱性良好。