紅莧草色素提取工藝及穩定性研究

摘要：對紅莧草（Ａｌｔｅｒｎａｎｔｈｅｒａ ｂｅｔｔｚｉｃｋｉａｎａ Ｌ．）色素的提取工藝和穩定性進行了初步研究。結果表明，紅莧草色素最佳提取工藝條件為體積分數２％的鹽酸水溶液作為提取劑、提取溫度為３０ ℃、提取時間為１．５ ｈ、料液比為１∶２０（ｍ∶Ｖ，ｇ／ｍＬ）。常見食品添加劑對色素無明顯影響，食鹽對色素有一定的增色作用；氧化劑Ｈ２Ｏ２和還原劑ＮａＨＳＯ３都會導致色素降解，并且隨著Ｈ２Ｏ２和ＮａＨＳＯ３濃度的增加，紅莧草色素降解的速度加快；金屬離子Ｍｇ２＋、Ｃｕ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃａ２＋、Ｋ＋、Ｎａ＋對紅莧草色素沒有明顯影響，Ｂａ２＋對色素具有增色作用，而Ａｌ３＋可導致色素退色。在該色素的制備與使用過程中應避免其與氧化劑、還原劑和Ａｌ３＋接觸。

關鍵詞：紅莧草（Ａｌｔｅｒｎａｎｔｈｅｒａ ｂｅｔｔｚｉｃｋｉａｎａ Ｌ．）；色素；提取工藝；穩定性

中圖分類號：ＴＳ２６４．４ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０12）01－0143-03

Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ａｌｔｅｒｎａｎｔｈｅｒａ ｂｅｔｔｚｉｃｋｉａｎａ Ｐｉｇｍｅｎｔ ａｎｄ

Ｉｔｓ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ

ＬＩＵ Ｄｅ－ｌｉａｎｇ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｊｉａｙｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｍｅｉｚｈｏｕ ５１４０１５， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｐｉｇｍｅｎｔ ｆｒｏｍ Ａｌｔｅｒｎａｎｔｈｅｒａ ｂｅｔｔｚｉｃｋｉａｎａ L. ｗａｓ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｃｒａｆｔ ｗａｓ ２％（V/V） ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ－ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｓ ｅｘｔｒａｃｔｉng ａｇｅｎｔｓ， extracting ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ３０ ℃， １．５ ｈ ｏｆ ｓｏａｋｉｎｇ ｔｉｍｅ， ａｎｄ ｓｏｌｉｄ ｔｏ ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ ａｔ １∶２０（ｍ∶Ｖ，ｇ／ｍＬ）． Ｃｏｍｍｏｎ ｆｏｏｄ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｓａｌｔ， ｇｌｕｃｏｓｅ， ｓａｃｃｈａｒｏｓｅ ａｎｄ ｃｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ ｈａｄ ｎｏ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐｉｇｍｅｎｔ ｗｈｉｌｅ ｓａｌｔ ｈａｄ ｓｌｉｇｈｔ ｈｙｐｅｒｃｈｒｏｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔ． Ｔｈｅ ｐｉｇｍｅｎｔ ｃｏｌｏｒ ｗｏｕｌｄ ｆａｄｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ Ｈ２Ｏ２ ａｎｄ ＮａＨＳＯ３． Ｍｇ２＋， Ｃｕ２＋， Ｚｎ２＋， Ｃａ２＋， Ｋ＋， Ｎａ＋ ｈａｄ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｐｉｇｍｅｎｔ， ｗｈｉｌｅ Ｂａ２＋ ｈａｄ ｈｙｐｅｒｃｈｒｏｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｎｄ Ａｌ３＋ ｈａｄ ｈｙｐｏｃｈｒｏｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔ． Ｃｏｎｔａｃｔing ｗｉｔｈ ｏｘｉｄａｎｔｓ， ｒｅｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ａｌ３＋ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ａｖｏｉｄed ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ using ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ａ． ｂｅｔｔｚｉｃｋｉａｎａ ｐｉｇｍｅｎｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ａｌｔｅｒｎａｎｔｈｅｒａ ｂｅｔｔｚｉｃｋｉａｎａ Ｌ．； ｐｉｇｍｅｎｔ； ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ

天然食用色素是從天然原料中提取后精制而得的產品，其不僅可以賦予食品自然的色調，且安全無毒，并具有一定的營養和藥理保健作用［１－４］，日益受到人們的青睞。尋找和開發更多成本低廉、資源豐富、穩定性好的天然色素已成為食用色素發展的必然趨勢，合理開發利用天然色素對保障消費者健康、促進食品工業和化妝品工業的發展具有重要意義。紅莧草（Ａｌｔｅｒｎａｎｔｈｅｒａ ｂｅｔｔｚｉｃｋｉａｎａ Ｌ.）為莧科多年生草本植物，其莖葉紫紅色，富含花色苷，本研究探討了紅莧草色素的提取工藝，并分析了色素的穩定性，旨在為紅莧草色素的開發應用提供科學依據。

１ 材料和方法

１．１ 材料

紅莧草莖葉采摘于嘉應學院校園綠化用材，經洗凈、真空干燥、粉碎后待用。

１．２ 方法

１．２．１ 紅莧草色素提取劑的選擇 準確稱取紅莧草０．５ ｇ共９份，置于具塞試管中，分別加入甲醇、乙醇、丙酮、石油醚、蒸餾水、體積分數均為１％的鹽酸甲醇溶液、鹽酸乙醇溶液、鹽酸丙酮溶液和鹽酸水溶液作為提取劑，料液比為１∶１５（ｍ∶Ｖ，ｇ／ｍＬ，下同），在３０ ℃下浸提１．５ ｈ。過濾，濾液定容至３０ ｍＬ，用可見光分光光度計在５３０ ｎｍ處測定提取液的吸光度，確定較優提取劑。試驗重復３次。

１．２．２ 正交試驗優化紅莧草色素提取工藝 根據１．２．１的試驗結果選用提取劑，以紅莧草提取液在５３０ ｎｍ處的吸光度Ａ５３０ ｎｍ為指標，考察提取劑的濃度、提取溫度、提取時間和料液比對紅莧草色素提取效果的影響，以確定紅莧草色素的最佳提取工藝，因素與水平見表１［５］。

２．２．３ 紅莧草色素的穩定性研究 以正交試驗所確定的最佳提取條件下所得的紅莧草色素提取液為對象，分別考察常用食品添加劑、氧化劑、還原劑以及金屬離子對紅莧草色素穩定性的影響。①食品添加劑。取食鹽、葡萄糖、蔗糖、檸檬酸，分別配制質量分數１％、２％、３％、４％、５％的溶液。②氧化劑和還原劑。取過氧化氫（Ｈ２Ｏ２）和亞硫酸氫鈉（ＮａＨＳＯ３），分別配制質量分數１％、２％、３％、４％、５％的溶液。③金屬離子。分別配制濃度為０．０５、０．１０、０．１５、０．２０ ｍｇ／ｍＬ的Ｍｇ２＋、Ｃｕ２＋、Ｚｎ２＋、Ｂａ２＋、Ｃａ２＋、Ｋ＋、Ａｌ３＋、Ｎａ＋的金屬離子溶液。?。?ｍＬ色素提取液，按１∶１的體積比加入上述溶液混勻，以蒸餾水為對照，靜置２ ｈ后測定Ａ５３０ ｎｍ，重復３次。

２ 結果與分析

２．１ 提取劑對紅莧草色素提取效果的影響

從不同提取劑對紅莧草色素的提取效果（圖１）來看，紅莧草色素易溶于水和酸化的有機溶液，難溶于石油醚、乙醚。其中１％的鹽酸甲醇溶液提取效果最好，１％的鹽酸水溶液提取效果次之，但由于甲醇有毒且成本較高，選擇１％的鹽酸水溶液為紅莧草色素的提取劑。紅莧草色素是一種水溶性花色苷，而酸化的溶液對花色苷有較好的提取能力，主要是由于花色苷的穩定性和顏色受到ｐＨ的影響，其在酸性條件下穩定且呈紅色，在堿性環境中結構發生變化而呈藍色，在中性條件下無色［６］。

２．２ 紅莧草色素提取工藝優化的結果

從正交試驗結果（表２）來看，各因素的極差從高到低依次為Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ａ，即提取溫度、提取時間、料液比、提取劑濃度，可見提取溫度對紅莧草色素的提取率影響最大，方差分析也表明提取溫度對試驗結果有顯著影響，其他因素對試驗結果影響不顯著。試驗處理的最佳組合是Ａ２Ｂ２Ｃ２Ｄ３，即提取劑為２％的鹽酸水溶液、提取溫度為３０ ℃、提取時間為１．５ ｈ、料液比為１∶２０。

２．３ 紅莧草色素的穩定性試驗結果

２．３．１ 常用食品添加劑對紅莧草色素穩定性的影響 由圖２可知，葡萄糖、蔗糖、食鹽和檸檬酸對色素無明顯影響，其中食鹽對色素有一定的增色作用；色素提取液的Ａ５３０ ｎｍ隨葡萄糖、蔗糖濃度的升高呈先下降后上升的趨勢。糖類如蔗糖、葡萄糖的添加對色素的影響主要是由于低濃度糖分下花色苷易生成假堿式結構而導致色素退色；而高濃度的糖溶液中，由于水分活度降低，色素降解速度減慢。食鹽具有增色作用的機制還不明確［７］。

２．３．２ 氧化劑、還原劑對紅莧草色素穩定性的影響 由圖３可知，氧化劑過氧化氫（Ｈ２Ｏ２）和還原劑亞硫酸氫鈉（ＮａＨＳＯ３）均會導致紅莧草提取液吸光度的降低，且降低幅度隨著Ｈ２Ｏ２和ＮａＨＳＯ３濃度的增加而增大，可見紅莧草色素的抗氧化和耐還原能力均較差，因此在色素加工和使用過程中要盡量避免其與氧化劑和還原劑接觸。

２．３．３ 金屬離子對紅莧草色素穩定性的影響 由圖４可知，不同金屬離子對紅莧草色素的影響不同，Ｍｇ２＋、Ｃｕ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃａ２＋、Ｋ＋、Ｎａ＋對紅莧草色素沒有明顯影響，Ｂａ２＋使色素的吸光度上升，這些離子都可以與紅莧草色素共存。而Ａｌ3＋可導致色素退色，因此在該色素的保存和使用過程中應避免其與鋁制品接觸。Ｂａ２＋和Ａｌ３＋分別對色素起增色和退色作用，主要是由于金屬離子和紅莧草色素中的一些發色基團絡合，形成金屬－單寧絡合物，導致增色或者退色［８，９］。

３ 小結與討論

天然食用色素的安全性和可靠性符合當前消費者崇尚自然、追求健康和安全的心理需求，然而與合成色素相比，天然色素存在色素含量較低、色澤及著色力較差、在加工和流通過程中易受外界影響、不同色素相溶性較差、比較難得到多種色素、生產成本高等缺點。因此，如何提高天然色素的穩定性及其提取率是目前亟待解決的問題，也是廣泛使用天然色素的關鍵［９］。

花色苷是一種水溶性色素且易受ｐＨ影響，在一個給定的ｐＨ下花色苷的４種結構之間存在著平衡：藍色醌式堿（Ａ）、紅色黃佯陽離子（ＡＨ＋）、無色甲醇假堿（Ｂ）和無色查爾酮（Ｃ）。花色苷在中性或堿性溶液中不穩定，ｐＨ較低時其溶液呈現最強的紅色，隨著ｐＨ的增大，花色苷將退至無色，最后在高ｐＨ時變成紫色或藍色［１０］。故提取過程通常采用酸化溶劑，其可在破壞植物細胞的同時溶解水溶性色素。溶液鹽酸化可以保持低ｐＨ，但會改變色素的原始狀態［８］，因此為了獲得更接近于天然狀態的花色苷，不可添加過多鹽酸。溫度和時間也會對色素產生較大的影響。溫度升高會引起花色苷β－糖苷鍵的水解而導致花色苷失去糖基部分，使顏色變得更加不穩定［１１］。由于花色苷在外界環境中不穩定，提取時間過長也會導致花色苷被分解，提取率下降。為此必須處理好提取時間與提取溫度的關系，盡量減少色素的分解，提高提取率。Ｌ１６（４５）正交試驗表明，紅莧草色素的最佳提取工藝條件為體積分數２％的鹽酸水溶液作為提取劑，提取溫度為３０ ℃，提取時間為１．５ ｈ，料液比為１∶２０（ｍ∶Ｖ，ｇ／ｍＬ）。

一般天然色素在生物體中處于比較穩定的狀態，但一旦從生物體中分離出來，則易受熱、光、空氣、金屬離子等因素的影響，引起變色或退色。本研究表明葡萄糖、蔗糖、食鹽和檸檬酸對色素無明顯影響，其中食鹽對色素有一定的增色作用；氧化劑和還原劑會導致色素降解，色素加工和使用過程中要避免與氧化劑和還原劑接觸；金屬離子Ｍｇ２＋、Ｃｕ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃａ２＋、Ｋ＋、Ｎａ＋對紅莧草色素沒有影響，Ｂａ２＋使色素的吸光度上升，而Ａｌ３＋可導致色素退色，因此在該色素的保存和使用過程中應避免與鋁制品等接觸。為了加強天然色素在食品中的應用，在食品加工和流通中防止天然色素變質，可對天然色素進行穩定化處理［６］，如對天然色素進行精制提取純化［１２］、添加金屬離子封鎖劑［１３］、添加抗氧化劑、添加天然色素穩定劑、對天然色素不穩定基團進行結構改造、保存在天然色素穩定的ｐＨ范圍內、與酶隔絕等。

除了具有有效的提取方法和一定的穩定性外，天然色素要用于食品著色或化妝品，還必須對其進行安全性研究，包括毒理學評價、有害微量元素檢測和衛生檢驗等。本試驗只是對紅莧草色素提取工藝和穩定性進行了初步探討，色素的進一步純化、結構分析、工業化生產技術以及安全性等尚需進一步研究。

致謝：本試驗室內外研究工作得到２０１１屆黃潔丹同學的大力支持，特表謝意。

參考文獻：

［１］ 劉鐘棟． 食品添加劑原理及應用原理技術［Ｍ］．北京：中國輕工業出版社，２０００．１０６．

［２］ 楊其蒀． 天然藥物化學［Ｍ］．北京：中國醫藥科技出版社，１９９６． ８－９．

［３］ 劉健君，林 萍． 康乃馨和月季天然紅色素研究進展［Ｊ］． 南方農業（園林花卉版），２０１０（１）：４２－４４．

［４］ 舒 娜． 火龍果色素的提取、分離及其穩定性和結構判定研究［Ｄ］． 廣州：華南理工大學，２００３．

［５］ 北京林學院． 數理統計［Ｍ］． 北京：中國林業出版社，１９８４． ２０５－２７０．

［６］ 石秀花．野玫瑰色素的提取及抗氧化作用的研究［Ｄ］．烏魯木齊：新疆農業大學，２００６．

［７］ 高居易，檀東飛，陳偉生． 楊梅水溶性紅色色素的提取和性質研究［Ｊ］． 天然產物研究與開發，２００１，１３（２）：５９－６２

［８］ 盧 鈺，董現義，杜景平，等．花色苷研究進展［Ｊ］． 山東農業大學學報（自然科學版），２００４，３５（２）：３１５－３２０

［９］ 郭大勇，楊曉萍，田廣宇，等． 草莓紅色素穩定性的研究［Ｊ］． 華中農業大學學報，２００３，２２（４）：４０８－４１１

［１０］ 龍唐忠． 桑椹色素的提取技術及其穩定性研究［Ｄ］．長沙：湖南農業大學，２００８．

［１１］ 馬鳳霞． 北五味子花色素苷提取工藝的研究［Ｊ］． 安微農業科學，２００９，３７（２０）：９４７８－９４７９．

［１２］ 黃小鳳，李中林，張 琨． 天然食用色素的展望［Ｊ］． 廣州化工，１９９１（３）：１２－１５．

［１３］ 劉 巍，丁子慶． 幾種常見金屬離子以及溫度對姜黃色素穩定性的影響［Ｊ］． 食品與發酵工業，１９９１（２）：６１－６４．