pH值及金屬離子對樟樹果實紅色素吸收光譜的影響

田春蓮,文赤夫

(吉首大學林產(chǎn)化工工程湖南省重點實驗室,湖南張家界 427000)

近年來,人們發(fā)現(xiàn)合成色素多數(shù)有慢性毒性和致癌作用,已意識到它對人體健康的威脅,各國開始限制合成色素的使用[1],而實用天然色素卻以每年10%的銷售額遞增[2],對天然色素研究也愈為深入 ;樟樹〔Cinnam om um cam phora(L.)Presl〕屬樟科樟屬的常綠喬木,是我國特有的園林綠化樹種,但因大量落果對城市環(huán)境造成污染[3],目前,雖對樟樹果實有一定利用和研究,如樟樹果實紅色素抑菌作用、提取工藝及穩(wěn)定性[4-6],但未涉及 pH值、金屬離子、熱穩(wěn)定性因子等對樟樹果實紅色素吸收光譜的研究。因此,本實驗研究紅色素吸收光譜,旨在為綜合開發(fā)樟樹資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

樟樹果實采自吉首大學張家界校區(qū)校園內(nèi),紫紅色,果實經(jīng)去核、干燥、粉碎過 24目篩,冷藏備用。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 主要儀器與設備

UV-160紫外可見分光光度計,日本島津;BS-220恒溫水浴鍋,北京長安科學儀器廠;HM-60V酸度計,上海虹益儀器有限公司;格蘭仕微波爐;CD5-2A離心機,北京;R-215旋轉蒸發(fā)儀,瑞士BUCHE公司。

1.2.2 試劑

所用試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.3 實驗方法

1.3.1 樟樹果實色素提取純化

樟樹果實干粉→加水浸提,檸檬酸調(diào) pH至 1～2,低火力微波輔助提取 4次,提取時間分別為 1 min、45 s、30 s、20 s,得紫紅色溶液 ,過濾殘渣 ,同等條件重復提取,合并濾液,4 000 r/min離心 20 min,過濾,濃縮,樹脂純化,得純品色素。

從各相關系數(shù)來看，與南京河流表層沉積物中APA最具相關性的是有機質(zhì)質(zhì)量百分數(shù)(r=0.763)，極顯著正相關(p=0.006)；其次是總磷(r=0.703)，顯著正相關(p=0.016)；再次為可交換態(tài)氮，與硝酸鹽氮、銨態(tài)氮均顯著正相關。表明表層沉積物營養(yǎng)成分充足情況下，使各種微生物保持旺盛的新陳代謝，則APA相對較高。各種磷形態(tài)中TP與APA的相關性最好，OP其次。APA與OP相關性較好，為正相關(r=0.576)。這一現(xiàn)象說明調(diào)查區(qū)域沉積物的有機磷經(jīng)堿性磷酸酶作用產(chǎn)生的無機磷為沉積物中生物所利用?？山粨Q態(tài)氮與APA的相關性好于凱氏氮，進一步印證了上述結論。

1.3.2 樟樹果實紅色素最大吸收波長的測定

取樟樹果實紅色素原液用水稀釋成色素試驗液,用 UV-160紫外分光光度計在 800～400 nm波長范圍內(nèi)進行光譜掃描,得最大吸收波長為517 nm。

1.3.3 pH值對樟樹果實紅色素吸收光譜的影響

取 3 mL樟樹果實紅色素溶液,分別用 pH值為2.6～8.6的系列緩沖液定容至 25 mL,暗處放置1 h,以緩沖液作參比,在紫外分光光度計上自動掃描。

1.3.4 熱穩(wěn)定因子對樟樹果實紅色素吸收光譜的影響

取 2 mL紅色素溶液 7份置于試管,在 100℃分別處理 0、5、10、20、30、60、120 min,冰水冷卻后在800～400 nm掃描。再取 2 mL紅色素溶液 9份置于試管中 ,分別于 0、30、40、50、60、70、80、90、100℃加熱 30 min,冰水冷卻后紫外掃描。

1.3.5 光照對樟樹果實紅色素吸收光譜的影響

取紅色素 8 mL置于 250 mL的錐形瓶分兩組置于室內(nèi)和暗處,每隔 30 min取樣 10 mL,在 517 nm處紫外檢測。

取紅色素溶液各 1 mL,分別用濃度為 0.001%、0.05%、0.01%、0.1%、1%的 NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、AlCl3·6H2O、FeCl3鹽溶液定容至 25 mL,于暗處放置 1 h、4 h、24 h后在紫外分光光度計從 800～400 nm掃描檢測。

2 結果與討論

2.1 pH值對樟樹果實紅色素吸收光譜的影響

從圖1可知,樟樹果實紅色素在 pH為 3.6～8.6的緩沖溶液中光譜吸收特性變化不一,pH為2.6～3.6的強酸性環(huán)境中,紅色素在 517 nm處有吸收高峰且光譜特性穩(wěn)定,說明色素在強酸性條件下穩(wěn)定易保存;pH為 8.6時,最大吸收峰漂移到402 nm處,此時吸光值為 1.403,說明樟樹果實紅色素在堿性條件下其結構發(fā)生變化,此結論與前人研究一致[5]。

圖1 pH值對紅色素吸收光譜的影響

2.2 熱穩(wěn)定因子對樟樹果實紅色素吸收光譜的影響

表1 溫度對紅色素吸光值的影響 (λmax=517 nm)

表2 加熱時間對紅色素吸光值的影響 (λmax=517 nm)

表1得出:溫度對樟樹果實紅色素吸收光譜影響較小,色素性質(zhì)穩(wěn)定。0～100℃內(nèi),紅色素最大吸收峰在 517 nm處,,吸光值在 1.321～1.412之間;表2看出:紅色素耐短時高溫,隨加熱時間延長,吸收光譜發(fā)生變化,100℃加熱 60 min以內(nèi),紅色素性質(zhì)穩(wěn)定,517 nm處吸光值范圍是 1.318～1.479,但加熱 120 min時,紅色素最大吸收峰移至512.5 nm,且吸光值下降至 1.189。從而判定長時間高溫加熱,紅色素結構發(fā)生變化。

2.3 光照對樟樹果實紅色素吸收光譜的影響

樟樹果實紅色素對光的耐受性較好,光照時間對其吸收光譜無明顯影響。從圖2可見,隨光照時間的延長,在自然光照射下,紅色素吸光值隨光照時間呈正態(tài)分布現(xiàn)象,90～120 min時,吸光值上升0.127,隨后吸光值隨光照時間延長而下降,避光下紅色素吸光值持續(xù)平穩(wěn)。因此,紅色素在避光條件下易于保存。

圖2 光照對紅色素吸收光譜的影響

2.4 金屬離子對樟樹果實紅色素吸收光譜的影響

2.4.1 Na+、K+處理后紅色素的吸收光譜

總體來說,加入 Na+、K+的色素溶液吸收光譜無明顯變化,該色素的最大吸收波長為 517 nm。但處理 4 h時,由圖3得出:加入 0.1%Na+的紅色素溶液吸收光譜在 517 nm后持續(xù)平穩(wěn),從 517～600 nm吸光值僅降低 0.099;24 h后,圖4顯示,加入0.05%K+的紅色素溶液吸收光變化明顯,其最大吸收波長是 477 nm,隨后吸光值急劇下降;其他濃度下,當波長由 517 nm～530 nm時,吸光值呈負相關,以 0.01%K+的下降幅度最大,吸光值減少0.543。所以,在色素應用過程中也應避免長時間的Na+、K+干擾。

圖3 Na+對紅色素吸收光譜的影響(4 h)

圖4 K+對紅色素吸收光譜的影響 (24 h)

2.4.2 Mg2+、Ca2+對紅色素吸收光譜的影響

圖5 Mg2+對紅色素吸收光譜的影響(1 h)

圖5～10表明:加入 Mg2+、Ca2+后的紅色素吸收光譜呈正態(tài)分布,但加入Mg2+后隨處理時間延長至 24 h時,最大吸收波長漂移至 512 nm處;不同的Mg2+濃度對樟樹果實紅色素吸收光譜影響較為明顯,從 400～517 nm,濃度高的上升幅度大,517～600 nm,濃度越大下降幅度越大,1%和 0.001%的吸光值分別下降 1.154與 0.897。

圖6 Mg2+對紅色素吸收光譜的影響 (4 h)

圖7 Mg2+對紅色素吸收光譜的影響 (24 h)

圖8 Ca2+對紅色素吸收光譜的影響(1 h)

圖9 Ca2+對紅色素吸收光譜的影響 (4 h)

圖10 Ca2+對紅色素吸收光譜的影響(24 h)

2.4.3 加入 Fe3+后樟樹果實紅色素的吸收光譜

Fe3+對樟樹果實紅色素吸收光譜影響最大,不同濃度和處理時間均產(chǎn)生明顯變化。圖11～13結果表明:1 h后,由于 Fe3+與色素發(fā)生了反應,紅色素顏色產(chǎn)生變化,0.01%、0.05%產(chǎn)生紅褐色沉淀,1%和 0.1%使色素溶液變?yōu)樯詈稚皽\褐色,這與前人報道的 Fe3+使花色苷顏色變褐、對色素的結構有不良影響相一致[5,7];就吸光值來說,Fe3+濃度 >0.01%,在 400～500 nm之間吸光值達到 1.8,500 nm以上,吸光值與波長成反比;從 Fe3+濃度<0.01%,吸光值隨波長增加呈現(xiàn)下降 -上升 -再下降的趨勢。因此,在該色素制取、使用和儲運過程中應盡量避開鐵質(zhì)容器。

圖11 Fe3+對紅色素吸收光譜的影響 (1 h)

圖12 Fe3+對紅色素吸收光譜的影響(4 h)

2.4.4 加入Al3+的樟樹果實紅色素的吸收光譜

Al3+對樟樹果實紅色素吸收光譜影響顯著程度介于 Fe3+和其他金屬離子之間。如圖所示,最大吸收波長在 517 nm,400～448 nm,吸光值隨波長增加而下降,448～517 nm,吸光值與波長成正相關,517 nm后下降;不同濃度和處理時間變化幅度不同,1～4 h,0.01%～1%吸光值的變化幅度大于低濃度條件下,當處理 24 h后,以 0.05%的 Al3+處理變化最小。所以,該色素使用過程中盡量避免與鋁器接觸。

圖14 Al3+對紅色素吸收光譜的影響 (1 h)

圖15 Al3+對紅色素吸收光譜的影響 (4 h)

圖16 Al3+對紅色素吸收光譜的影響 (24 h)

3 結 論

(1)樟樹果實色素主要成分為花色苷色素,具有一般花色苷類色素的共同特性,其吸收光譜和顏色穩(wěn)定性受多種因素的影響。pH為 3.6～6.6的緩沖溶液對光譜吸收特性無明顯變化,λmax是 517 nm,色素在強酸性條件下穩(wěn)定易保存;pH為 8.6的堿性環(huán)境下吸收峰漂移至 402 nm,說明紅色素在堿性條件下結構發(fā)生變化。

(2)溫度對該色素吸收光譜影響較小,100℃以內(nèi),色素性質(zhì)穩(wěn)定,該色素耐短時高溫,隨加熱時間延長,吸收光譜發(fā)生變化,100℃加熱 120 min,最大吸收峰移至 512.5 nm;紅色素對光的耐受性較好,自然光照射 90～120 min時,吸光值上升 0.127,避光下該色素穩(wěn)定性好。提取加工及保藏中要盡量避光。

(3)大多數(shù)金屬離子對樟樹果實紅色素吸收光譜無明顯影響,但 Fe3+使紅色素短時間內(nèi)變色,產(chǎn)生沉淀,吸收光譜發(fā)生漂移,Fe3+濃度越高影響越大,吸收光譜隨之改變,所以,生產(chǎn)中應避免接觸鐵、鋁容器;當加入Mg2+時間延長至 24 h,最大吸收峰由 517 nm漂移至 512 nm,隨 Mg2+濃度升高,從 400～517 nm及從 517～600 nm的上升或下降幅度越大。其他金屬離子和氧化劑對樟樹果實紅色素吸收光譜的影響有待于進一步研究。

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