女貞子紅色素的微波輔助提取工藝及穩定性分析

摘要：采用微波輔助提取法從女貞子（Ｌｉｇｕｓｔｒｕｍ ｌｕｃｉｄｕｍ Ａｉｔ．）中提取紅色素，通過單因素試驗和正交試驗設計確定了最佳提取工藝條件，并對女貞子紅色素的理化性質進行了進一步研究。結果表明，女貞子紅色素微波輔助提取的最佳工藝條件是以體積分數為３０％的乙醇溶液為提取劑，微波功率６００ Ｗ，微波處理時間４０ s，浸提溫度４０ ℃。該紅色素在酸性條件下穩定性良好，對添加劑、還原劑、光照、金屬離子（Ａｌ３＋、Ｆｅ２＋、Ｃａ２＋、Ｍｎ２＋、Ｎｉ２＋）等有較高的穩定性，但它的抗氧化性較弱。

關鍵詞：女貞子（Ｌｉｇｕｓｔｒｕｍ ｌｕｃｉｄｕｍ Ａｉｔ．）；紅色素；微波輔助提取；穩定性

中圖分類號：Ｑ９４９．７７６．２；ＴＳ２０２．３ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）02－0373-04

Study on Microwave Extraction and Stability of Red Pigment from Ligustrum lucidum

ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｙｉ，ＧＡＯ Ｑｉ，ＺＨＡＮＧ Ｙａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｗｅｎ－ｊｉｅ，ＧＵＯ Ｙｕ－ｍｅｉ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｚｈｏｎｇ ７２３００１，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔ ｆｒｏｍ Ｌｉｇｕｓｔｒｕｍ lｕｃｉｄｕｍ Ａｉｔ． ｗａｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂｙ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｒｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ３０％ ｅｔｈａｎｏｌ ａｓ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｓｏｌｖｅｎｔ； Pｏｗｅｒ ｏｆ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ， ６００ Ｗ； Mｉｃｒｏｗａｖｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｉｍｅ， ４０ s； Eｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ４０℃． Ｔｈｅ ｐｉｇｍｅｎｔ ｗａｓ ｓｔａｂｌｅ ｉｎ ａｃｉｄｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， ａｎｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ， ｒｅｄｕｃｔａｎｔ， ｌｉｇｈｔ， Ｍｅｔａｌｌｉｃ ｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ Ａｌ３＋， Ｆｅ２＋， Ｃａ２＋， Ｍｎ２＋， Ｎｉ２＋； Bｕｔ ｉｔｓ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｗａｓ ｗｅａｋ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｌｉｇｕｓｔｒｕｍ ｌｕｃｉｄｕｍ Ａｉｔ．； ｒｅｄ ｐｉｇｍｅｎｔ； ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ； ｓｔａｂｉｌｉｔｙ

女貞子（Ｌｉｇｕｓｔｒｕｍ ｌｕｃｉｄｕｍ Ａｉｔ．）又稱女貞實、冬青子等，為木犀科女貞屬植物。現代醫學表明，女貞子具有補腰膝、烏須發、治療神經衰弱等作用，是一種兼具營養和藥理作用值得開發的植物資源［１，２］。同時，女貞子的保健功能也日益得到重視，現已開發出女貞茶、女貞子酒、女貞子藥粥等保健食品［３］。

目前，食品工業所用色素多為合成色素，此類色素色澤鮮艷，穩定性好，成本低廉，但現代醫學證明，大多數化學合成色素都有不同程度的致癌性及其他有害作用［４］，故其使用范圍和用量受到一定限制，正逐漸被天然色素所取代。應用安全無毒的天然食用色素代替合成食用色素是大勢所趨。但天然色素比合成色素價格高，故充分利用廉價的天然資源制取食用色素是降低成本的重要途徑［５］，而女貞子紅色素含量豐富，具有很大的開發價值。

天然色素的生產仍以傳統的直接提取為主，它普遍存在著產率低、生產成本高等缺陷，而微波輔助提取技術具有選擇性高、排污量少、安全等優點，可克服傳統提取方法的缺陷，與超臨界流體萃取、高速逆流液相色譜等技術相比，其適用面更廣，且設備投資低，是目前國內外天然產物提取的研究熱點［６］。

１ 材料與方法

１．１ 材料

１．１．１ 原料與試劑 女貞子采自陜西理工學院東院，將其清洗烘干后粉碎過２０目篩備用。無水乙醇、檸檬酸、葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、Na2S2O3、NaHSO3、抗壞血酸、體積分數為３０％的H2O2等試劑均為國產分析純。

１．１．２ 儀器設備 電熱恒溫鼓風干燥箱（上海森信實驗儀器有限公司）、粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）、電熱恒溫水浴鍋（北京科偉永興儀器有限公司）、ＡＬ２０４－ＩＣ型電子天平（上海志榮電子科技有限公司）、７２２Ｅ型分光光度計（上海光譜儀器有限公司）、ＷＦ－２０００微波快速反應系統（上海屹堯分析儀器有限公司）等。

１．２ 方法

１．２．１ 最大吸收波長的測定方法 稱取（１．０００ ０±０．０００ １）ｇ女貞子粉末，以體積分數為３０％的乙醇溶液作為提取劑進行浸提，真空抽濾、離心。準確吸取紅色素提取液１ ｍＬ，用３０％乙醇溶液定容至２５ ｍＬ，以相應的溶劑為參比液，用７２２Ｅ型分光光度計在４８０～５７０ ｎｍ處測吸光度，最大吸光度所對應的波長即是最大吸收波長λｍａｘ。

１．２．２ 單因素試驗設計

１）乙醇體積分數的選擇。稱取（１．０００ ０±０．０００ １）ｇ女貞子粉末共５份。分別加入體積分數為１０％、２０％、３０％、４０％、５０％的乙醇溶液７０ ｍＬ。在４０ ℃、微波功率５００ Ｗ、浸提時間６０ ｓ條件下抽濾、離心。取１ ｍＬ紅色素提取液定容至２５ｍＬ的容量瓶，以相應的溶劑做空白，于λｍａｘ下測定吸光度。

２）料液比的選擇。稱取（１．０００ ０±０．０００ １）ｇ女貞子粉末共５份。分別加入料液比為１∶６０、１∶７０、１∶８０、１∶９０、１∶１００（m/V，g∶mL，下同）的最佳體積分數的乙醇溶液。在４０ ℃、微波功率５００ Ｗ、浸提時間６０ ｓ條件下抽濾、離心。取１ ｍＬ紅色素提取液定容至２５ ｍＬ的容量瓶，于λｍａｘ下測定吸光度。

３）浸提溫度的選擇。稱取（１．０００ ０±０．０００ １）ｇ女貞子粉末共５份。在最佳乙醇體積分數下，分別加入最佳料液比，以浸提溫度３０、４０、５０、６０、７０ ℃，微波功率５００ Ｗ下浸提６０ ｓ，于λｍａｘ下測定吸光度。

４）微波功率的選擇。稱取（１．０００ ０±０．０００ １）ｇ女貞子粉末共５份。在最佳乙醇體積分數下，分別加入最佳料液比，在最佳浸提溫度下，以微波功率４００、５００、６００、７００、８００ Ｗ浸提６０ ｓ，于λｍａｘ下測定吸光度。

５）浸提時間的選擇。稱取（１．０００ ０±０．０００ １）ｇ女貞子粉末共５份。在最佳乙醇體積分數下，分別加入最佳料液比，以最佳浸提溫度，最佳微波功率浸提４０、６０、８０、１００、１２０ s，于λｍａｘ下測定吸光度。

１．２．３ 女貞子紅色素最佳提取工藝的正交試驗 在上述單因素試驗的基礎上，對影響女貞子紅色素浸提較大的因素即乙醇體積分數、浸提溫度、浸提時間和微波功率４個因素進行Ｌ９（３４）正交試驗（表１）。

１．２．４ 穩定性試驗設計

１）ｐＨ對女貞子紅色素穩定性的影響［７］。取一定濃度的女貞子紅色素溶液，分別用ｐＨ為３、４、５、６、７的磷酸氫二鈉（０．２ ｍｏｌ／Ｌ）－檸檬酸（０．１ ｍｏｌ／Ｌ）的緩沖溶液稀釋、定容，以添加去離子水的紅色素濃縮液作為對照，在λｍａｘ處測吸光度，分析不同ｐＨ對女貞子紅色素穩定性的影響。

２）金屬離子對女貞子紅色素穩定性的影響［８］。取一定濃度的女貞子紅色素溶液，分裝入５支試管中，然后分別向其中添加不同濃度的金屬離子，放置一定時間后，在λｍａｘ處測其吸光度，分析不同金屬離子對女貞子紅色素穩定性的影響。

３）添加劑對女貞子紅色素穩定性的影響。取一定濃度的女貞子紅色素溶液，分別加入質量分數都為４％的葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、檸檬酸１ ｍＬ，用ｐＨ為４．０的磷酸氫二鈉（０．２ ｍｏｌ／Ｌ）－檸檬酸（０．１ ｍｏｌ／Ｌ）的緩沖溶液定容，放置一段時間，在λｍａｘ處分別測定吸光度，分析各種添加劑對女貞子紅色素穩定性的影響。

４）氧化劑、還原劑對女貞子紅色素穩定性的影響。取一定濃度的女貞子紅色素溶液，分別加入１ ｍＬ ０．１ ｍｏｌ／Ｌ的Na2S2O3、NaHSO3、抗壞血酸，還有體積分數為４％的Ｈ２Ｏ２，用ｐＨ為４．０的磷酸氫二鈉（０．２ ｍｏｌ／Ｌ）－檸檬酸（０．１ ｍｏｌ／Ｌ）的緩沖溶液定容，放置一段時間，在λｍａｘ處分別測定吸光度，分析各種氧化劑、還原劑對女貞子紅色素穩定性的影響。

５）光照對女貞子紅色素穩定性的影響。取一定濃度的女貞子紅色素溶液，用ｐＨ為４．０的磷酸氫二鈉（０．２ ｍｏｌ／Ｌ）－檸檬酸（０．１ ｍｏｌ／Ｌ）的緩沖溶液定容、密封，分別置于日光燈和紫外燈下３０、６０、９０、１２０、１５０ ｍｉｎ測定吸光度，分析光照對女貞子紅色素穩定性的影響。

２ 結果與分析

２．１ 最大吸收波長的確定

按１．２．１中的方法，在４８０～５７０ ｎｍ波長范圍內掃描，發現女貞子紅色素在５３８ ｎｍ處有最大吸收。因此確定最大吸收波長λｍａｘ為５３８ ｎｍ。以下試驗吸光度測定均在λｍａｘ為５３８ ｎｍ下進行。

２．２ 單因素試驗結果分析

２．２．１ 乙醇體積分數的選擇 由圖１可以看出，最初隨著乙醇體積分數的增大，女貞子紅色素的吸光度增大；乙醇體積分數為２０％時，紅色素的吸光度最大，浸提效果好；乙醇體積分數＞２０％時，紅色素的吸光度隨乙醇體積分數的增大而減小，到最后變化不大。可能是與紅色素和乙醇溶液的極性有關，當乙醇溶液和紅色素的極性接近時，提取效果最佳。故選體積分數為２０％的乙醇溶液作為提取劑。

２．２．２ 料液比的選擇 由圖２可以看出，隨著乙醇溶液用量的增加，女貞子紅色素的吸光度呈增加的趨勢，在料液比為１∶７０時達到最大值，再繼續增加乙醇溶液用量時紅色素的吸光度有所下降。說明較低或較高的料液比都不利于紅色素的溶出，故選擇１∶７０為最佳料液比。

２．２．３ 浸提溫度的選擇 由圖３可以看出，浸提溫度不同，浸提效果也不同，浸提溫度升高到５０ ℃時吸光度有一個最大值，隨著浸提溫度的繼續升高，吸光度反而開始下降，可見浸提溫度過高反而不利于紅色素的浸提，故選擇浸提溫度５０ ℃較為適宜。

２．２．４ 微波功率的選擇 由圖４可以看出，微波功率為４００～７００ Ｗ時，紅色素的吸光度隨著微波功率的增大而顯著增加，因為微波功率越高，浸提物系吸收的微波能越多，物系升溫越快，能加快擴散速度；并且溫度越高，對細胞的破壞作用越大，有利于天然色素成分的浸出［9］。但微波功率＞７００ Ｗ后，紅色素溶液的吸光度下降，可能是因為微波功率過大導致溫度太高，對女貞子紅色素的結構有一定的破壞作用，因此選取微波功率為７００ Ｗ。

２．２．５ 浸提時間的選擇 由圖５可以看出，浸提效果隨著浸提時間的增加而有明顯提高。浸提６０ ｓ時吸光度最大，這說明紅色素在浸提６０ ｓ就已經基本溶出。再繼續延長浸提時間，紅色素溶液的吸光度有所下降，可能是長時間微波輻射會導致紅色素結構發生變化。故選擇６０ ｓ為最佳浸提時間。

２．３ 女貞子紅色素最佳提取工藝的正交試驗

由正交試驗結果（表２）可以看出，對吸光度影響強弱因素依次是浸提時間＞乙醇體積分數＞浸提溫度＞微波功率。通過直觀分析得出最優的微波提取條件為Ａ３Ｂ１Ｃ１Ｄ１，即乙醇體積分數３０％，浸提溫度４０ ℃，微波功率６００ Ｗ，浸提時間４０ s時吸光度最大，女貞子紅色素提取效果最好。

２．４ 穩定性試驗結果分析

２．４．１ ｐＨ對女貞子紅色素穩定性的影響 由表３可以看出，ｐＨ在3～５時，紅色素溶液的吸光度變化不大，說明紅色素在這一酸性范圍內沒有發生結構變化；當ｐＨ為６～８時，吸光度增加的幅度較大，且試驗過程中，紅色素顏色有所變化，表明，女貞子紅色素在酸性條件下有較好的穩定性，而在堿性條件下很不穩定。

２．４．２ 金屬離子對女貞子紅色素穩定性的影響 由表４可以看出，各種金屬離子對女貞子紅色素穩定性的影響不大。

２．４．３ 添加劑對女貞子紅色素穩定性的影響 由表５看出，除可溶性淀粉對女貞子紅色素有增色作用外，4%葡萄糖、4%蔗糖、4%檸檬酸對女貞子紅色素穩定性無太大影響，故此紅色素可以作葡萄糖、蔗糖和檸檬酸等添加劑的著色劑。

２．４．４ 氧化劑、還原劑對女貞子紅色素穩定性的影響 由表６可以看出，還原劑0．1 mol/L Ｎａ２Ｓ２Ｏ３、0．1 mol/L ＮａＨＳＯ３、0．1 mol/L 抗壞血酸對女貞子紅色素影響不大，但氧化劑4% Ｈ２Ｏ２有較顯著的影響。這說明該紅色素的耐還原能力比耐氧化能力強。

２．４．５ 光照對女貞子紅色素穩定性的影響 由表７可以看出，在自然光照下，隨著放置時間的延長，女貞子紅色素的吸光度無顯著變化，說明該紅色素對光照的耐受性較好。

３ 小結與討論

通過單因素試驗和正交試驗，在固定料液比的條件下得到女貞子紅色素微波輔助提取的最佳工藝是體積分數為３０％的乙醇溶液為浸提劑，微波功率６００ Ｗ，浸提時間４０ s，浸提溫度４０ ℃。同時該紅色素在酸性條件下穩定性良好，對添加劑、還原劑、光照、金屬離子（Ａｌ３＋、Ｆｅ２＋、Ｃａ２＋、Ｍｎ２＋、Ｎｉ２＋）等有較高的穩定性，但它的抗氧化性較弱。利用微波輔助提取女貞子紅色素，具有操作成本和原料預處理成本低、提取率高、準確、快速、無污染等優點，且該紅色素穩定性好、色澤鮮艷，具有良好的開發利用價值。

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［９］ 李巧玲，陳學武，李 琳． 微波條件下提取天然色素的研究［Ｊ］． 食品工業科技，２００２（６）：２８－３０．