密蒙花黃色素的提取及其穩(wěn)定性分析

張姣姣，杜超，楊維弘，田凱

（貴陽學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州貴陽550005）

密蒙花（Buddleja officinalis Maxim）為馬錢科植物密蒙花的干燥花蕾花序，在中國西南壯族、布依族、傣族及漢族地區(qū)常用它作食品染色劑，以密蒙花作為染色劑制作的黃色米飯色澤鮮亮、自然，具有密蒙花花朵獨有的清香[1-3]。民間的長期食用實踐和現(xiàn)代毒理學(xué)研究均表明密蒙花作為食用色素具有極高的安全性，是一種極具希望的天然植物黃色素，有較大的研究空間和潛力[4-6]。食用色素主要用于改善食品色調(diào)和色澤，在提高食品感官品質(zhì)、增進(jìn)食欲等方面具有重要作用，而與人工合成色素相比，植物天然色素色調(diào)自然，且本身有一定的營養(yǎng)作用和天然活性，因此可以作為潛在的食用天然色素[7-9]。

本試驗以貴州山區(qū)產(chǎn)密蒙花干為原料，采用超聲波輔助提取黔產(chǎn)密蒙花黃色素，以料液比、超聲時間和超聲溫度為優(yōu)化因素，通過單因素試驗和正交試驗得到最優(yōu)的提取參數(shù)。同時分析pH值、溫度、光照強(qiáng)度、氧化作用和還原作用對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響，對密蒙花黃色素的加工和利用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與儀器

1.1 樣品來源

密蒙花：密蒙花干，無腐爛變質(zhì)現(xiàn)象，取自貴陽農(nóng)家。

1.2 材料與試劑

無水乙醇（分析純）：上海拓旸生物科技有限公司；NaOH、鹽酸：鄭州勤實科技有限公司；AB-8大孔吸附樹脂：天津浩聚樹脂科技有限公司。

1.3 儀器與設(shè)備

RE52CS-1旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；AL-104分析天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；Blue Star A紫外可見分光光度計：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；PHS-3C精密酸度計：上海精密儀器儀表有限公司；30×300砂板層析柱：上海三愛思試劑有限公司；BILON-ZCW-1000W超聲波微波協(xié)同萃取儀：上海比朗儀器制造有限公司。

2 方法

2.1 密蒙花黃色素的提取

以水為提取劑用超聲波分別在不同時間、功率、以及液料比提取一定質(zhì)量的密蒙花黃色素。使用裝有AB-8大孔吸附樹脂層析柱對提取液進(jìn)行吸附，使用50%乙醇洗脫出去色素中的雜質(zhì)。將經(jīng)過去除雜質(zhì)的花色素溶液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中濃縮除去乙醇得密蒙花黃色素。將得到的密蒙花黃色素稀釋20倍后在435 nm波長下測試吸光度，以吸光度表示密蒙花黃色素濃度[10]。

2.2 單因素試驗

2.2.1 料液比對密蒙花黃色素提取的影響

準(zhǔn)確稱取5份5 g的密蒙花干，在不同料液比為1 ∶20、1 ∶30、1 ∶40、1 ∶50、1 ∶60（g/mL），溫度為 30 ℃，超聲1 s，間隙2 s，功率為100 W，時間為10 min下進(jìn)行花色素提取，考察液料比對密蒙花黃色素提取的影響。

2.2.2 超聲時間對密蒙花黃色素提取的影響

準(zhǔn)確稱取5份5 g的密蒙花干，在液料比為1∶20（g/mL）溫度為30℃，超聲1 s，間隙2 s，功率為100 W條件下提取時間為 10、15、20、25、30 min 提取花色素，考察超聲時間對密蒙花黃色素提取的影響。

2.2.3 超聲功率對密蒙花黃色素提取的影響

準(zhǔn)確稱取5份5 g的密蒙花干，在液料比為1∶20（g/mL）溫度為 30℃，超聲 1 s，間隙 2 s，時間為 10 min的條件下功率為 100、150、200、250、300 W 提取色素，考察超聲功率對密蒙花黃色素提取的影響。

2.3 正交試驗設(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果設(shè)計L9（33）正交試驗，選用料液比、超聲時間和超聲功率3個因素進(jìn)行優(yōu)化組合，因素與水平表見表1。

表1 正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

2.4 密蒙花黃色素穩(wěn)定性試驗

2.4.1 pH值對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響

將密蒙花黃色素提取液稀釋40倍后取10份每份20 mL密蒙花黃色素稀釋液，使用1 mol/L HCl和1 mol/L NaOH 調(diào)節(jié) pH 值至 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11，室內(nèi)避光環(huán)境中靜置3 h，然后在435 nm波長下測試其吸光度，分析pH值對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響。

2.4.2 光照對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響

將密蒙花黃色素稀釋液分別放于太陽光照、室內(nèi)以及避光環(huán)境中，每隔1小時分別取10 mL色素溶液在435 nm波長下測試其吸光度，分析光照對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響。

2.4.3 溫度對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響

取10 mL密蒙花黃色素稀釋液，在溫度為30、40、50、60、70、80、90℃的條件下用水浴加熱 2 h 后冷卻至室溫，分別取5 mL經(jīng)水浴處理過的色素溶液稀釋20倍在435 nm波長下測試其吸光度[11]，分析溫度對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響。

2.4.4 氧化劑和還原劑對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確配制0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的氧化劑H2O2以及 0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的還原劑Na2SO3。將密蒙花黃色素提取液稀釋20倍后取10份每份30 mL分別加入不同濃度的氧化劑和還原劑3 mL搖勻，另取一份密蒙花稀釋液30 mL加入3 mL蒸餾水作為空白試驗。然后放于室內(nèi)避光環(huán)境中靜置3 h后在435 nm波長下測試其吸光度，氧化劑和還原劑對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗

3.1.1 料液比對密蒙花黃色素提取的影響

在料液比為 1 ∶20、1 ∶30、1 ∶40、1 ∶50、1 ∶60（g/mL）條件下分析料液比對密蒙花黃色素提取的影響，結(jié)果如圖1所示。

密蒙花黃色素的吸光值隨著料液的增加而增加，在 1∶50（g/mL）時達(dá)到最大，當(dāng)料液比大于 1 ∶50（g/mL）后吸光值趨于平緩，因此密蒙花黃色素的最佳料液比初步選擇 1 ∶50（g/mL）。

圖1 料液比對密蒙花黃色素提取的影響Fig.1 Effect of the material liquid ratio on the extraction of FPB

3.1.2 超聲時間對密蒙花黃色素提取的影響

在提取時間為 10、15、20、25、30 min 下分析超聲時間對密蒙花黃色素提取的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 超聲時間對密蒙花黃色素提取的影響Fig.2 Effect of the ultrasonic time on the extraction of FPB

所選取的5個水平內(nèi)提取色素呈上升后逐漸下降，在25 min達(dá)到最大之后下降，這說明超聲時間大于25 min會對密蒙花黃色素造成破壞，因此密蒙花黃色素的最佳提取時間初步選擇25 min。

3.1.3 超聲功率對密蒙花黃色素提取的影響

在超聲功率為 100、150、200、250、300 W 條件下分析超聲功率對密蒙花黃色素提取的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 超聲功率對密蒙花黃色素提取的影響Fig.3 Effect of the ultrasonic power on the extraction of FPB

所選取的5個水平內(nèi)提密蒙花呈上升后逐漸下降，在超聲功率達(dá)為200 W時，花色素的吸光值最大，之后由于較大的超聲功率會破壞花色素的活性，呈下降趨勢，因此密蒙花黃色素的最佳超聲功率為200 W。

3.2 正交試驗

為了得到超聲波輔助提取密蒙花黃色素的最佳參數(shù)組合，在單因素試驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗，結(jié)果如表2所示。

表2 正交試驗結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiment

由表2可知，3個因素對密蒙花黃色素提取的影響順序為：料液比（A）＞超聲功率（C）＞超聲時間（B），且最佳因素水平組合為A3B2C2，即料液比1∶60（g/mL），超聲時間25 min，超聲功率200 W。根據(jù)最佳參數(shù)進(jìn)行3次平行試驗，提取密蒙花黃色素的吸光值分別為0.538 3，0.542 5，0.539 2，試驗的平均值為 0.54，其結(jié)果高于正交試驗各組的吸光值。

3.3 密蒙花黃色素穩(wěn)定性分析

3.3.1 pH值對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響

pH值對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響如圖4所示。

圖4 pH值對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of pH on the stability of FPB

pH值2～7內(nèi)密蒙花黃色素吸光度逐步平緩上升，在pH值7～8是趨于平穩(wěn)，在pH值8～10是上升較快，之后下降。密蒙花黃色素在弱酸性和中性的環(huán)境中受影響較小比較穩(wěn)定，當(dāng)處于堿性環(huán)境中時受影響較大不穩(wěn)定，原因在于在堿性環(huán)境中密蒙花黃色素發(fā)色基團(tuán)發(fā)生了變化。

3.3.2 光照對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響

光照對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響如圖5所示。

圖5 光照對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of illumination on the stability of FPB

在室內(nèi)和避光環(huán)境中色素受到影響較小，比較穩(wěn)定，特別是在避光環(huán)境中。色素在太陽光下呈下降趨勢，受影響嚴(yán)重，不穩(wěn)定。

3.3.3 溫度對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響

溫度對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響如圖6所示。

圖6 溫度對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of temperature on the stability of FPB

在30℃～50℃內(nèi)呈下降趨勢但下降幅度較小，色素吸光度值變化不大，受影響小。在50℃以后色素吸光度值下降明顯，影響色素吸光值嚴(yán)重。因此，不論是在色素提取過程中還是保存時都應(yīng)該避免在高溫環(huán)境中。

3.3.4 氧化劑和還原劑對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響

氧化劑和還原劑對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響如圖7所示。

由圖7可知加入不同濃度的H2O2后色素溶液的吸光度值在空白對照組周圍波動，但是起伏很小與空白試驗接近。而加入不同濃度的Na2SO3后色素溶液起伏較大僅僅只在0.20%時與空白接近。所以密蒙花黃色素在氧化劑中受影響小，有較好的穩(wěn)定性，而受還原劑影響較大。

圖7 氧化劑和還原劑對密蒙花黃色素穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of oxidant and reducing agent on the stability of FPB

4 結(jié)論

本試驗采用超聲波提取密蒙花黃色素，并利用單因素試驗和正價試驗優(yōu)化其工藝參數(shù)，最終得到其最優(yōu)的提取條件：料液比1∶30（g/mL）、超聲波時間25 min、超聲波功率200 W。同時對密蒙花黃色素的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明在中性及弱酸性的環(huán)境中較為穩(wěn)定，在堿性中密蒙花黃色素易發(fā)生變化受影響大不穩(wěn)定。密蒙花黃色素的儲存及制備應(yīng)控制在避光且環(huán)境溫度不超過50℃，在光照以及50℃以上，密蒙花黃色素易分解。密蒙花黃色素具有一定的抗氧化劑能力，其抗還原劑能力較弱。

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