超聲輔助稠李色素提取工藝及穩定性研究

劉淑晗，陳浩男，李雪芳，李大偉，全桂靜

(沈陽化工大學制藥與生物工程學院，遼寧沈陽 110142)

超聲輔助稠李色素提取工藝及穩定性研究

劉淑晗，陳浩男，李雪芳，李大偉，全桂靜*

(沈陽化工大學制藥與生物工程學院，遼寧沈陽 110142)

摘要[目的]研究稠李色素的提取工藝及穩定性，為稠李色素在工業上的廣泛應用提供參考。[方法]以超聲波技術為輔助，采用浸提法提取稠李色素，通過單因素試驗及正交試驗研究最佳提取工藝。[結果]試驗表明，稠李色素最佳提取條件為乙醇濃度50%，浸提溫度80 ℃，固液比1∶15 g/mL，浸提時間80 min；光照、氧化劑、還原劑、金屬離子對稠李色素的穩定性基本無影響，pH、高溫對稠李色素的穩定性有影響。[結論]稠李色素提取工藝簡單，穩定性較好，作為天然食用色素有廣闊的發展前景。

關鍵詞超聲波；稠李色素；提取；穩定性

近年來，隨著人們對健康生活品質要求的提高，食用色素的開發和利用越來越受到人們的重視。食用色素分為天然食用色素和人工合成食用色素。人工合成食用色素著色力強，但長期食用對健康有害；天然食用色素安全性高，兼具營養功能[1]。所以，近些年來由天然產物中提取天然色素的研究成為熱點課題。花色苷類色素因其獨特的功能性，而被應用于清除體內自由基、抗腫瘤、抗癌等方面[2-3]。稠李(PadusracemosaGilib)為薔薇科稠李屬植物，果實呈卵球形，成熟時呈紫紅色或紫黑色，果皮光亮，澀，稍有甜味[4-5]，稠李中含有大量的花色苷類色素。王振宇等對紫葉稠李小果、紫葉稠李大果和稠李果色素的理化性質進行了研究，為稠李色素的開發利用提供了一定的參考[6]。目前，稠李因其較強的適應能力，多用于景觀觀賞和城市綠化，果實大都自然凋落，很少被利用[7-8]。因此對稠李色素提取工藝及穩定性的研究具有廣闊的發展前景。

稠李色素的提取，目前廣泛使用的是乙醇提取法[6]。近年來，超聲技術廣泛應用于天然產物中苷類、生物活性物質等有效成分的提取，而利用微波、超聲等現代技術對稠李色素成分的提取研究較少。筆者通過利用超聲技術，采用正交試驗設計考察乙醇浸提稠李色素的最佳工藝條件，并研究稠李色素的穩定性。

1材料與方法

1.1材料原料：稠李果實，采自沈陽化工大學綠化區。主要試劑：無水乙醇(分析純)。主要儀器：UV1102紫外-可見分光光度計，上海天美科學儀器有限公司；超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司；HH-4數顯恒溫水浴鍋 ，常州國華電器有限公司；A11BS25研磨機，IKA。

1.2方法

1.2.1提取工藝流程。稠李果實→去核→研磨→超聲提取→過濾→減壓濃縮→真空干燥→成品[9]。取冷凍保存的稠李果實，自然解凍，去核，置于研缽中研磨5 min，取2.0 g稠李果實置于錐形瓶中，加入30 mL 60%乙醇水溶液，60 ℃超聲波輔助浸提40 min，60 ℃水浴浸提20 min，抽濾得提取液，經減壓濃縮，真空干燥得成品。

1.2.2浸提條件的研究。研究浸提劑的濃度、固液比、浸提時間、浸提溫度、超聲波輔助時間及果實粉碎程度6個因素對稠李色素提取率的影響，用分光光度計在波長538 nm處測定吸光度值，作為色素提取率的指標。

在單因素試驗的基礎上，以乙醇濃度、浸提溫度、浸提時間、固液比4個條件為考察因素，采用L9(34)正交表進行正交試驗(表1)，以確定最佳提取條件。

表1　L9(34)正交因素水平設計

1.2.3穩定性研究。研究pH、光照、溫度、氧化劑、還原劑、金屬離子6個因素對稠李色素穩定性的影響，測定A538值作為色素穩定性的指標。

2結果與分析

2.1浸提條件的研究

2.1.1浸提劑濃度對提取效果的影響。由圖1可知，隨著乙醇濃度的增加，吸光度值先升高后降低，乙醇濃度在50%～60%時吸光度值較高，說明乙醇濃度在此范圍內對稠李色素的提取效果較好。

圖1　浸提劑濃度對稠李色素提取的影響 Fig.1　Effects of agent concentration on pigment extraction from P.racemosa

2.1.2固液比對提取效果的影響。由圖2可知，固液比在1∶15～1∶30 g/mL，對稠李色素提取效果最好。

圖2　固液比對稠李色素提取的影響 Fig.2　Effects of solid-liquid ratio on pigment extraction from P.racemosa

2.1.3浸提時間對提取效果的影響。由圖3可知，隨著浸提時間的增加吸光度值逐漸增加，浸提時間在60～100 min，對稠李色素提取效果最好。

圖3　浸提時間對稠李色素提取的影響Fig.3　Effects of extraction time on pigment extraction from P.racemosa

2.1.4浸提溫度對提取效果的影響。由圖4可知，隨著溫度的增加，吸光度值逐漸增加。浸提溫度在60～80 ℃時提取率較高，溫度大于80 ℃后提取率下降。

圖4　浸提溫度對稠李色素提取的影響Fig.4　Effects of extraction temperature on pigment extraction from P.racemosa

2.1.5超聲波輔助時間對提取效果的影響。由圖5可知，隨超聲波輔助時間的增加，其吸光度值先降低后上升，輔助時間越長，吸光度值越高。

圖5　超聲波輔助時間對稠李色素提取的影響Fig.5　Effects of ultrasonic-assisted time on pigment extraction from P.racemosa

2.1.6果實破碎程度對提取的影響。試驗得出，果實的粉碎程度為未處理、研磨、粉碎的程度下，A538值依次為0.542、0.778、0.697。由此可見，研磨和粉碎狀態的稠李比正常狀態的稠李吸光度高，研磨狀態的稠李吸光度最高，可知最佳果實破碎程度為研磨。

2.1.7最佳工藝條件的確定。由以上單因素試驗結果可知，浸提劑濃度、固液比、浸提溫度和浸提時間對稠李色素的提取影響較大，影響程度不同，使用超聲波輔助可有效提高稠李色素提取率，果實粉碎程度有較小影響。因此，不同浸提條件對提取率有不同的影響，可以此為基礎選取正交試驗因素。采用L9(34)正交表進行正交試驗設計，以確定最佳提取條件。由表2的方差可知，對稠李果實中稠李色素提取影響大小的因素依次為浸提溫度(B)、乙醇濃度(A)、固液比(C)、浸提時間(D)。由此可知，超聲提取稠李色素的最佳提取條件為B3A1C1D2，即乙醇濃度為50%，浸提溫度為80 ℃，固液比為1∶15 g/mL，浸提時間為80 min。

分別按照B3A1C1D2和B3A2C1D2條件進行3次平行試驗，A538的平均值分別為0.953和0.812。由此可見，B3A1C1D2條件下稠李色素的提取率高于表3中任一試驗結果，故該條件為最佳工藝。

表2　L9(34)正交試驗結果

2.2穩定性研究

2.2.1pH對稠李色素穩定性的影響。由表3可知，稠李色素在酸性條件下相對穩定，但隨著pH的降低，顏色漸深；在堿性條件，顏色發生改變。因此，建議在酸性條件下使用。

表3　pH對稠李色素穩定性的影響

2.2.2光照對稠李色素穩定性的影響。由圖6可知，光照和紫外線對稠李色素吸光度值影響較小，說明光照和紫外線對稠李色素穩定性影響較小。

圖6　光照對稠李色素穩定性的影響Fig.6　Effects of illumination on stability of P.racemosa pigment

2.2.3溫度對稠李色素穩定性的影響。由圖7可知，中低溫條件下，稠李色素溶液的吸光度值變化較小；高溫條件下，稠李色素溶液的吸光度值增加。因此低溫對稠李色素穩定性影響較小，高溫對稠李色素穩定性影響較大。

圖7　溫度對稠李色素穩定性的影響Fig.7　Effects of temperature on stability of P.racemosa pigment

2.2.4氧化劑對稠李色素穩定性的影響。由圖8可知，不同濃度過氧化氫對吸光度值影響較小，即基本無影響。因此，氧化劑對稠李色素穩定性的影響較小。

圖8　氧化劑對稠李色素穩定性的影響Fig.8　Effects of oxidant on stability of P.racemosa pigment

2.2.5還原劑對稠李色素的穩定性的影響。由圖9可知，不同濃度的亞硫酸鈉對吸光度值影響較小，即基本無影響。因此，氧化劑對稠李色素穩定性的影響較小。

圖9　還原劑對稠李色素穩定性的影響Fig.9　Effects of reducing agent on stability of P.racemosa pigment

2.2.6金屬離子對稠李色素穩定性的影響。由表4可知，加入Cu2+、Fe2+和Al3+的條件下吸光度值明顯增加，加入Al3+使顏色發生改變，其他金屬離子無明顯變化。24 h后，加入Zn2+、Al3+和Cu2+的色素溶液吸光度值相對1 h時有所下降，加入Fe2+的色素溶液吸光度值上升。因此，Al3+改變稠李色素的色調，影響稠李色素穩定性，Cu2+和Fe2+對稠李色素有增色作用，而Zn2+對稠李色素有減色作用，對稠李色素穩定性有較小的影響。

表4　金屬離子對稠李色素穩定性的影響

注：*顏色發生變化，由紅色變為紫色。

Note:* indicates that the color changed from red to purple.

3結論與討論

該試驗以稠李果實為原料，在超聲波輔助下，利用浸提法提取稠李色素，在538 nm波長下檢測吸光度值，以研究提取條件。經正交試驗獲得最佳提取條件，即乙醇濃度為50%，浸提溫度為80 ℃，固液比為1∶15 g/mL，浸提時間為80 min，超聲波輔助時間為40 min，果實粉碎程度為研磨，色素提取液的A538最高可達0.953。此工藝操作簡便，可用于工業批量生產高色價稠李色素。

對稠李色素穩定性進行一系列研究，結果表明，pH對稠李色素穩定性產生影響，酸性條件下相對穩定，顏色加深，堿性條件時顏色發生改變；高溫條件使稠李色素的吸光度值增加，影響穩定性，中低溫條件對稠李色素基本無影響；金屬離子中多數對稠李色素的穩定性無影響，其中Al3+改變顏色，Cu2+和Fe2+使顏色加深，Zn2+使顏色變淺；在光照、氧化劑、還原劑條件下稠李色素均表現為穩定。

根據穩定性研究結果，建議在實際操作中稠李色素可應用于偏酸性食品著色或用偏酸性或中性材料包裝，儲運和保存時避免高溫、無需避光，避免接觸Al3+以維持稠李色素的穩定性。稠李色素為花色苷類色素，天然安全，具有一定的營養價值和醫療作用。因原料易得，生產工藝簡單，穩定性較好，稠李色素可作為一種重要的天然色素資源。

參考文獻

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Study on Ultrasonic-assisted Extraction Technology and Stability of Pigment fromPadusracemosa

LIU Shu-han, CHEN Hao-nan, LI Xue-fang, QUAN Gui-jing*et al

(College of Pharmaceutical and Biological Engineering, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang, Liaoning 110142)

Abstract[Objective] The aim was to study the process and stability of extracting pigment from P. racemosa, provide basis for its extensive use in industry. [Method] Assisted with ultrasonic, pigment was extracted from P. racemosa, the optimal extraction technique was studied through single factor test and orthogonal test. [Result] The results showed that the optimal conditions were: 50% ethanol, extraction temperature 80 ℃, solid-liquid ratio 1∶15 g/mL, extraction time 80 min; light, oxidizing agents, reducing agents and metal ions had no effect on the stability of pigment from P. racemosa, pH and high temperature had influence to the stability of pigment. [Conclusion] The process of pigment extraction from P. racemosa is simple and stable, bright future will come when the pigment can be used as a natural edible pigment.

Key wordsUltrasonic; Pigment from P. racemosa; Extraction; Stability

作者簡介劉淑晗(1994- )，女，山東曲阜人，本科生，專業：食品科學與工程。*通訊作者，講師，碩士，從事食品科學與工程研究。

收稿日期2016-03-25

中圖分類號S 789

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)11-089-04