黃刺玫花色素的提取工藝優(yōu)化及其穩(wěn)定性

昝立峰+王更先+葉嘉+陳建中+秦柳

摘要： 以冀南太行山區(qū)的野生黃刺玫花為原料，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以乙醇濃度、提取時(shí)間、提取溫度、液料比4個(gè)單因素為自變量，以色素吸光度為響應(yīng)值，應(yīng)用Design-Expert 8.06響應(yīng)面對(duì)黃刺玫花色素的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，提取時(shí)間、液料比對(duì)色素提取的影響顯著，而提取溫度、乙醇濃度對(duì)色素提取未達(dá)到顯著水平。響應(yīng)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提取時(shí)間和提取溫度的交互作用相對(duì)顯著，等高線扁平。通過(guò)響應(yīng)面分析得出最佳提取工藝為乙醇濃度6173%、提取時(shí)間2.17 h、提取溫度54.62 ℃、液料比32.74 mL ∶ 1 g，理論色素提取液D505 nm為0.667。穩(wěn)定性研究結(jié)果表明，黃刺玫花色素的光穩(wěn)定性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性差，適宜溫度低于60 ℃使用；金屬離子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+）對(duì)黃刺玫花色素穩(wěn)定性影響不大，Al3+對(duì)黃刺玫花色素的穩(wěn)定性影響明顯，且會(huì)引起色素變色；氧化劑H2O2對(duì)黃刺玫花色素穩(wěn)定性影響不明顯，而還原劑NaHSO3對(duì)黃刺玫花色素的穩(wěn)定性影響較大；食品添加劑葡萄糖、蔗糖、檸檬酸對(duì)黃刺玫花色素的穩(wěn)定性沒(méi)有影響，可以與色素混合使用。

關(guān)鍵詞： 黃刺玫花；響應(yīng)面；色素；提取工藝；穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)： R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）22-0221-04

黃刺玫（Rosa xanthina Lindl.）別稱黃刺梅，是薔薇科（Rosaceae）薔薇屬（Rosa）的落葉灌木，普遍生長(zhǎng)在山西、陜西、河北、內(nèi)蒙古、吉林等地的山丘。黃刺玫花色金黃，花期較長(zhǎng)、色澤鮮艷、芳香濃郁，含有槲皮素、苦味質(zhì)、脂肪油、沒(méi)食子酸、矢車菊雙甙、黃色素、β-胡蘿卜素等有效成分[1]。黃刺玫花可以用來(lái)制作糖果、糕點(diǎn)、蜜餞，也可以被制作成黃刺玫花酒、花露、花醬，干花還可以泡茶喝。黃刺玫花茶性溫和、降火氣，經(jīng)常飲用可柔肝醒胃、活血散瘀、理氣解郁、排毒養(yǎng)顏、促進(jìn)人體新陳代謝[2]。

王育水等發(fā)現(xiàn)，黃刺玫花的藥學(xué)價(jià)值應(yīng)用廣闊，特別是對(duì)心血管病、人體炎癥、糖尿病及腫瘤等有非常好的效果[3]。黃刺玫花的水提物抗氧化作用非常好，可提高SOD的活性，起到延緩衰老的作用；黃刺玫花的乙醇浸提物具有中樞抑制活性。雖然黃刺玫花的醫(yī)藥價(jià)值很高，但是國(guó)內(nèi)外對(duì)黃刺玫花綜合使用的相關(guān)研究很少，大多集中在其所含的揮發(fā)油上，而關(guān)于黃刺玫花色素的詳細(xì)文獻(xiàn)并不多。探究黃刺玫花色素最佳的工藝條件及其穩(wěn)定性有利于提高黃刺玫的綜合利用。

1 材料與方法

1.1 材料

2015年4月在河北省邯鄲市西部太行山區(qū)采集黃刺玫花，采集后放置于冰箱冷凍，使用前粉碎過(guò)40目篩，并且用正己烷脫脂處理，脫脂后自然干燥備用。

1.2 方法

1.2.1 單因素提取

準(zhǔn)確稱取等量的黃刺玫花脫脂粉5份，每份1 g，乙醇濃度為60%，液料比為20 mL ∶ 1 g，40 ℃水浴浸提，考察浸取時(shí)間（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h）對(duì)色素提取的影響；同樣考察乙醇濃度（50%、60%、70%、80%、90%）、提取溫度（30、40、50、60、70℃）和液料比（10 mL ∶ 1 g、20 mL ∶ 1 g、30 mL ∶ 1 g、40 mL ∶ 1 g、50 mL ∶ 1 g）對(duì)色素提取的影響。以上試驗(yàn)均在溫度40 ℃、100 W功率下，超聲輔助提取 20 min。將色素粗提液4 000 r/min離心，取上清液，于 505 nm 測(cè)其吸光度[4]，重復(fù)3次。

1.2.2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)

通過(guò)單因素試驗(yàn)確定每個(gè)因素的最優(yōu)條件，采用Box-Benhnke設(shè)計(jì)4因素3水平試驗(yàn)（表1），利用Design-Expert.8.06軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2.3 黃刺玫花色素穩(wěn)定性研究

1.2.3.1 光照對(duì)色素穩(wěn)定性影響 取等體積的黃刺玫花色素提取液2份，分別放在黑暗、室外太陽(yáng)光下，并在0、2、4、6、8、10 h時(shí)取樣，于505 nm處測(cè)定色素溶液吸光度，并觀察色素顏色的變化，記錄D505 nm。

1.2.3.2 溫度對(duì)色素穩(wěn)定性影響 取等體積的黃刺玫花色素提取液5份，分別放在不同溫度（30、40、60、80、100 ℃）的恒溫水浴鍋中加熱1 h，冷卻后在505 nm處測(cè)定色素溶液吸光度，并觀察色素的顏色變化，記錄D505nm。

1.2.3.3 金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性影響 將KCl、CaCl2、NaCl、MgCl2、AlCl3試劑配制成不同濃度（0、0.001、0.005、0.010、0.050、0.100 mg/mL）的溶液，準(zhǔn)確量取25份黃刺玫花色素粗提液，每份10 mL分別加入上面等體積的離子溶液。1 h后在505 nm處測(cè)定色素吸光度，并觀察色素顏色變化，記錄D505 nm。

1.2.3.4 氧化還原劑對(duì)色素穩(wěn)定性影響 以H2O2為氧化劑，以NaHSO3為還原劑，配制不同濃度（0、0.01、0.02、0.10、0.20 mg/mL）的H2O2和NaHSO3，分別加入等體積的色素粗提液中，混勻后放置1 h，于505 nm處測(cè)定色素吸光度，并觀察色素的顏色變化，記錄D505 nm。

1.2.3.5 食品添加劑對(duì)色素穩(wěn)定性影響 準(zhǔn)確吸取等體積的黃刺玫花色素提取液9份，在初始濃度下黃刺玫色素D505 nm為0.564，分別加入定量的1%、2%、3%葡萄糖溶液，1%、2%、3%蔗糖溶液，1%、2%、3%檸檬酸溶液。1 h后觀察色素的顏色變化，并在505 nm處測(cè)定色素吸光度D505 nm。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

由圖1-a可知，在0.5～2.0 h內(nèi)隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，色素吸光度逐漸升高，然后在2.0～2.5 h內(nèi)隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，色素吸光度降低?？赡苁且?yàn)辄S刺玫花色素對(duì)熱不穩(wěn)定，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)生氧化。由圖1-b可看出，當(dāng)乙醇濃度為50%～60%時(shí)，黃刺玫花色素提取效果隨著乙醇濃度的增加而提高，而乙醇濃度在60%～90%時(shí)，吸光度急速下降，使用60%乙醇溶液時(shí)，吸光度達(dá)到最高，因此將響應(yīng)面設(shè)計(jì)的乙醇濃度設(shè)在50%～70%區(qū)間范圍。由圖1-c可知，在30～50 ℃范圍內(nèi)，提取溫度與色素吸光度呈正相關(guān)，50～70 ℃為負(fù)相關(guān)?？赡苁菧囟冗^(guò)高導(dǎo)致色素分解，不利于色素的提取。由圖1-d可知，液料比對(duì)色素的提取具有很大的影響，隨著使用溶劑體積的增多，色素提取效果也越來(lái)越好，用量為30 mL時(shí)，吸光度最大。而液料比從30 mL ∶ 1 g變化到50 mL ∶ 1 g的過(guò)程中吸光度下降并趨于穩(wěn)定。endprint

2.2 黃刺玫花色素提取條件優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

通過(guò)試驗(yàn)方案得到4因素3水平，共29次試驗(yàn)點(diǎn)（表2），其中析因部分試驗(yàn)24次，區(qū)域中心點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)5次。試驗(yàn)以隨機(jī)次序排列，利用Design-Expert 8.06軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得出以吸光度y為目標(biāo)函數(shù)的二次多項(xiàng)回歸方程：

y=0.64+0.034A+0.049B+0.038C+0.048D-2 000AB+0.028AC-3 500AD+0.033BC-0.018BD+0.029CD-0.13A2-0.085B2-0.068C2-0.100D2。

由表3可知，模型的顯著水平P=0.010 5<0.05，說(shuō)明試驗(yàn)所采用的二次多項(xiàng)模型的顯著性良好。一次項(xiàng)B、D及二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2的P值均小于0.05，可知這些一次、二次項(xiàng)對(duì)色素提取有明顯影響；但交互項(xiàng)顯著性較差，表明色素提取與單因素并非是簡(jiǎn)單的線性相關(guān)。由表3還可看出，影響黃刺玫花色素提取因素的高低順序?yàn)樘崛r(shí)間>液料比>提取溫度>乙醇濃度。R2=0.885 3，模型失擬項(xiàng)P=0.498 8>0.05，差異不顯著，這表明數(shù)據(jù)擬合效果較好，因此可以用模型進(jìn)行試驗(yàn)和預(yù)測(cè)。因此選擇合適的模型，得到黃刺玫花色素的最優(yōu)提取工藝。

2.2.2 各因素交互作用響應(yīng)曲面

響應(yīng)面圖能直觀表現(xiàn)出各因素對(duì)響應(yīng)值的作用，等高線的形狀可以表現(xiàn)出相互作用的程度，橢圓形表示兩因素相互作用明顯，而圓形則相反[5]。圖2分別為6組試驗(yàn)參數(shù)以黃刺玫花色素吸光度為響應(yīng)值的趨勢(shì)。其中提取時(shí)間（B）與提取溫度（C）的相互作用相對(duì)明

顯，表現(xiàn)的等高線扁平，其他項(xiàng)的相互作用相對(duì)較弱，與模型方差結(jié)果一致。

2.2.3 黃刺玫花色素提取最佳條件的確定

由Design-Expert 8.06軟件分析確定黃刺玫花色素的最優(yōu)提取條件為：乙醇濃度61.73%、提取時(shí)間2.17 h、提取溫度54.62 ℃、液料比32.74 mL ∶ 1 g，理論色素粗取液D505 nm為0.667。但為了方便試驗(yàn)，將條件改為：乙醇濃度62%、提取時(shí)間2 h、提取溫度55 ℃、液料比33 mL ∶ 1 g。在最優(yōu)條件下色素粗取液的D505 nm為0.645，與理論值相差0.022，差值很小，響應(yīng)值的試驗(yàn)值與回歸方程預(yù)測(cè)值接近，表明優(yōu)化后結(jié)果是準(zhǔn)確的，可以應(yīng)用到實(shí)際試驗(yàn)中。

2.3 黃刺玫花色素穩(wěn)定性分析結(jié)果

由圖3-a可知，在日光下，黃刺玫花色素的D505 nm變化不明顯，色素顏色沒(méi)有變化。由圖3-b可知，溫度對(duì)色素穩(wěn)定性有明顯的影響，當(dāng)溫度為30～60 ℃時(shí)，色素D505 nm變化較小且顏色沒(méi)有變化。當(dāng)溫度高于60 ℃時(shí)，色素溶液的D505 nm迅速下降，色素色調(diào)變成暗黃色。由圖3-c可知，常見(jiàn)的幾種金屬離子K+、Na+、Mg2+、Ca2+濃度對(duì)色素穩(wěn)定性無(wú)明顯影響，色素顏色沒(méi)有變化，而添加Al3+后，色素溶液變渾濁且顏色變?yōu)辄S褐色，表明Al3+對(duì)黃刺玫花色素的穩(wěn)定性有不利的影響。由圖3-d可知，黃刺玫花色素對(duì)還原劑NaHSO3穩(wěn)定性較差，隨著還原劑NaHSO3濃度的增加，D505 nm下降，顏色呈現(xiàn)暗黃色，而對(duì)氧化劑H2O2相對(duì)穩(wěn)定。由圖3-e可知，不同濃度的食品添劑葡萄糖、蔗糖、檸檬酸對(duì)色素的穩(wěn)定性沒(méi)有明顯影響，且色素色調(diào)沒(méi)有發(fā)生變化。

3 結(jié)論

黃刺玫花色金黃、花期較長(zhǎng)、色澤鮮艷、芳香濃郁，含有槲皮素、苦味質(zhì)、脂肪油、沒(méi)食子酸、矢車菊雙甙、黃色素、β-胡蘿卜素等有效成分。本研究以野生黃刺玫花原料，通過(guò)響應(yīng)曲面分析對(duì)黃刺玫花色素的最佳提取條件并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，黃刺玫花色素最佳提取工藝為乙醇濃度 61.73%、提取時(shí)間2.17 h、提取溫度54.62 ℃、液料比 32.74 mL ∶ 1 g，且影響條件的高低順序?yàn)樘崛r(shí)間>液料比>提取溫度>乙醇濃度。同時(shí)由黃刺玫花色素的穩(wěn)定性分析結(jié)果可知，色素對(duì)光照穩(wěn)定，對(duì)熱敏感，加工過(guò)程中應(yīng)選擇溫度低于60 ℃操作；金屬離子K+、Na+、Mg2+、Ca2+等較穩(wěn)定，但是對(duì)Al3+不穩(wěn)定；色素對(duì)氧化劑H2O2性能較好；色素對(duì)常見(jiàn)的食品添加劑葡萄糖、蔗糖、檸檬酸幾乎沒(méi)有變化。本試驗(yàn)結(jié)果為綜合開發(fā)利用黃刺玫花奠定基礎(chǔ)。

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