海娜色素的提取工藝及穩(wěn)定性

車麗輝，秦　磊，殷　廷，楊祺福，孫　超，宋　爽

（大連工業(yè)大學(xué)國家海洋食品工程技術(shù)研究中心，遼寧大連　116034）

海娜色素的提取工藝及穩(wěn)定性

車麗輝，秦磊，殷廷，楊祺福，孫超，宋爽

（大連工業(yè)大學(xué)國家海洋食品工程技術(shù)研究中心，遼寧大連116034）

在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法確定超聲提取海娜色素的最佳工藝條件：使用pH13的氫氧化鈉水溶液在30℃提取60min，該工藝條件下的實際提取率為2.73%。通過測定460nm處的吸光度考察了堿性和加熱對海娜色素穩(wěn)定性的影響，pH7海娜色素溶液在室溫、45、70℃下84h內(nèi)吸光度沒有明顯變化；而在pH13溶液中的海娜色素穩(wěn)定性差，室溫、45、70℃下放置的溶液在第84h吸光度分別降至69%、56%和30%。

海娜；色素；響應(yīng)面分析法；穩(wěn)定性

0　引　言

海娜，學(xué)名散沫花（Lawsoniainermis），千屈菜科（Lythtaceae）散沫花屬植物，含有醌、苯丙素、黃酮、三萜等成分，指甲花醌被認為是其中的主要成分［1－2］。海娜是一種廣泛應(yīng)用的天然染料，可用于染發(fā)、文身、織物染色、蛋白質(zhì)檢測等［3－5］。研究證實，海娜色素安全無毒［6－7］，而且具有抗菌、抗氧化、抗腫瘤、抗寄生蟲等活性［8－9］。研究色素提取工藝，將推動海娜色素的開發(fā)利用。徐愛列［10］、高磊［11］等比較了水和幾種有機溶劑對海娜色素浸提的效果，都認為水為最佳溶劑，并考察了溫度、時間、物料比等因素對水浸提海娜色素的影響。ShaukatAli等［12］的研究發(fā)現(xiàn)，海娜的堿水提取液比中性水提取液對棉織物的染色效果好，提示使用堿性提取液可能有利于色素的提取。本實驗系統(tǒng)考察了超聲輔助提取過程中酸堿性、時間、溫度對海娜色素提取率的影響，采用響應(yīng)面法確定最佳提取工藝，并進一步分析堿性和溫度對海娜色素的穩(wěn)定性的影響，以期為海娜色素的生產(chǎn)制備提供參考和依據(jù)。

1　試　驗

1.1試劑與儀器

試劑：海娜果皮及中上部植物葉粉末，烏魯木齊艾孜扎納有限公司；指甲花醌對照品，Adamasbeta公司；色譜甲醇，Sigma－aldrich公司；其他試劑皆為國產(chǎn)分析純。

儀器：L550離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；KQ2200DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；Lambda35紫外可見光譜儀，PerkinElmer公司；分析天平，梅特勒－托利多儀器有限公司；漩渦振蕩器，賽唯斯科技公司；GZX－DH202電熱恒溫干燥箱，上海躍進醫(yī)療器械廠；PHS－3C型精密酸度計，上?？祪x儀器有限公司。

1.2海娜色素的提取和測定

準確稱取海娜粉末1.0g（±0.05g）于50mL離心管中，加入25mL提取溶劑，漩渦振蕩均勻后靜置30min，超聲（99W）輔助提取一定時間后取出，4000r／min離心10min，取0.20mL上清液用pH7的磷酸鹽緩沖溶液稀釋25倍，紫外可見光譜儀測460nm處的吸光度A。A與樣品質(zhì)量（g）的比值為校正吸光度A′，用A′作為單因素試驗中考察提取效果的指標。平行試驗3次，取平均值。

1.3指甲花醌標準曲線的繪制

精密稱取指甲花醌標準品0.0179g置于100mL容量瓶中，加入pH為7的磷酸鹽緩沖溶液溶解并定容，得質(zhì)量濃度為0.179mg／mL標準母液。分別準確移取標準母液0.25，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00mL于10mL容量瓶中，用pH7的磷酸鹽緩沖溶液定容。以pH7的緩沖溶液為空白對照，460nm處測吸光度。以吸光度（A）為縱坐標，指甲花醌質(zhì)量濃度（mg／mL）為橫坐標，繪制標準曲線，得線性回歸方程：y＝16.575x＋0.0017，相關(guān)系數(shù)r＝0.9996。

提取率＝指甲花醌質(zhì)量濃度×625／樣品質(zhì)量

1.4紫外分光光度法研究海娜色素穩(wěn)定性

稱取海娜粉末1.049g，用0.1mol／L的NaOH水溶液（pH13）進行提取，提取液用pH 13的NaOH水溶液稀釋25倍。稱取0.9702g海娜粉末用水進行提取，提取液用純水稀釋25倍。上述兩種溶液各取9份，分3組置于室溫、45、70℃烘箱中。在0，2，6，12，24，36，60，84h時取出適量冷卻至室溫，用紫外可見光譜儀測出460nm處的吸光度A。

2　結(jié)果與討論

2.1單因素試驗

2.1.1pH對提取率的影響

分別以25mLpH＝1，4，7，10，13和14的鹽酸或氫氧化鈉水溶液為提取溶劑，30℃的超聲提取30min，根據(jù)A比較色素提取效果。如圖1所示，海娜花色素的提取率隨著pH增大而升高，在pH13時最高，而pH14時又有所降低。這可能是由于指甲花醌等色素成分結(jié)構(gòu)中的酚羥基在堿性條件下發(fā)生質(zhì)子解離，導(dǎo)致在水中的溶解度增大，因而提取率升高；而在pH14的強堿性條件下，色素成分易發(fā)生降解，因而吸光度值降低。

圖1　不同pH水溶液提取海娜色素Fig.1　Extraction　of　pigments　from　Henna　by　aqueous solutions　with　different　pH

2.1.2超聲溫度對色素提取率的影響

以pH13氫氧化鈉水溶液25mL為提取溶劑，分別在15，30，45，60，75℃下超聲30min。如圖2所示，最佳超聲溫度為30℃。在較高溫度會引起堿溶液中海娜花色素的降解。

圖2　不同溫度提取海娜色素Fig.2　Extraction　of　pigments　from　Henna　at different　temperatures

2.1.3超聲時間對色素提取率的影響

以25mLpH13氫氧化鈉水溶液為提取溶劑，于30℃分別超聲15，30，60，90和120min。如圖3所示，提取率隨時間的延長而升高，60min以后趨于平穩(wěn)，故確定最佳超聲時間為60min。

2.2響應(yīng)面試驗

2.2.1響應(yīng)面試驗分析方案及結(jié)果

通過單因素試驗可知，以超聲提取溫度A、超聲提取時間B和NaOH濃度C為變量，以指甲花醌提取率為響應(yīng)值，運用響應(yīng)面程序?qū)μ崛l件優(yōu)化，以提高指甲花醌色素的提取率，具體方案和結(jié)果見表1和表2。

圖3　不同超聲時間提取海娜色素Fig.3　Extraction　of　pigments　from　Henna　with different　ultrasonic　time

表1　因素水平表Tab.1　Factors　and　levels

利用DesignExpert7.0.0軟件對表2中試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，得到海娜花色素提取率對超聲溫度（A）、超聲時間（B）和氫氧化鈉濃度（C）的二次多元回歸模型方程：Y＝2.89－0.050A＋0.054B＋0.071C＋0.037AB＋0.038AC＋0.055BC－0.44A2－0.54B2－0.45C2，可靠性可通過方差分析及相關(guān)系數(shù)來考察，見表3。由F值可以看出一次項對響應(yīng)值（提取率）的影響強弱依次為C＞B＞A。從結(jié)果可以看出：F回歸＝12.58，P＜0.01，表明二次多元回歸模型極其顯著；F失擬＝0.56，失擬項P＝0.6703＞0.05，表明模擬失擬度不顯著；并且該模型的調(diào)整確定系數(shù)R2＝0.9418，說明該模型能解釋94.18%響應(yīng)值的變化，因而該模型擬合程度比較好，試驗誤差小。因此，可以用此模型對海娜花色素的提取工藝進行分析和預(yù)測。

表2　響應(yīng)面試驗方案及結(jié)果Tab.2　Scheme　and　result　of　Box－Behnken　experiment

表3　響應(yīng)面試驗方差分析結(jié)果Tab.3　Significance　analysis　of　Box－Behnken　experiment

2.2.2提取工藝條件的確定及檢驗

由DesignExpert軟件推測最佳提取條件為：以0.1mol／L的氫氧化鈉溶液為提取劑，超聲溫度29.23℃、超聲時間61.56min。在此工藝條件下，海娜色素的提取率理論上可達到2.90%。考慮到實際操作的可行性，將海娜色素的提取條件修正為：以0.1mol／L的氫氧化鈉溶液為提取劑，提取時間為60min，提取溫度為30℃。采用該條件進行3個平行試驗，獲得的海娜花色素提取率的平均值為2.73%，與預(yù)測值非常接近，驗證了模型的可靠性。

2.3海娜色素的穩(wěn)定性

為了研究海娜色素的穩(wěn)定性，測定了海娜色素水溶液（pH7）和堿性溶液（pH13）在不同溫度下460nm處吸光度的變化。如圖4所示，在pH 7的中性溶液中海娜色素穩(wěn)定性較好，在室溫（RT）、45、70℃下84h內(nèi)吸光度沒有明顯變化，而在pH13溶液中海娜色素穩(wěn)定性較差，而且溫度越高吸光度降低越快。室溫、45、70℃下放置的溶液在第84h吸光度分別降至原來的69%、56%和30%。

圖4　中性和堿性的溶液中的海娜色素在不同溫度下吸光度的變化Fig.4　Absorbance　changes　of　Henna　pigments　in neutral　and　alkaline　solution　at　different temperatures

3　結(jié)　論

在單因素試驗的基礎(chǔ)上通過響應(yīng)面試驗確定了海娜色素超聲提取的最佳工藝條件：以0.1mol／L的氫氧化鈉水溶液作為提取劑，超聲提取時間為60min，超聲提取溫度為30℃。在此條件下，海娜花色素的提取率為2.73%。

紫外分光光度法研究海娜色素的穩(wěn)定性，結(jié)果提示，在采用堿溶液提取海娜色素后，應(yīng)迅速中和提取液，防止色素發(fā)生降解。

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Extractionandstabilityofhennapigments

CHELihui，QINLei，YINTing，YANGQifu，SUNChao，SONGShuang
（NationalEngineeringResearchCenterofSeafood，DalianPolytechnicUniversity，Dalian116034，China）

Basedonthesinglefactorexperiment，responsesurfacemethodologywasusedtooptimize theextractionprocessofpigmentsfromHenna.Theresultsshowedthattheoptimumextraction processwassodiumhydroxidesolutionat30℃andpH13for60min，andtheyieldwas2.73%.The effectofalkalineandheatonthestabilityofHennapigmentswasstudiedbyspectrophotometryat 460nm.ThesolutionsabsorbanceatpH7werestablein84hatroomtemperature，45and70℃，whilethoseatpH13wasreducedto69%，56%，and30%at84h，respectively.

Henna；pigment；responsesurfacemethodology；stability

TQ611

A

1674－1404（2015）02－0104－04

2014－03－26.

遼寧省高等學(xué)校重大科技平臺項目（2011191）.

車麗輝（1988－），女，碩士研究生；通信作者：宋爽（1981－），女，講師.