棗皮紅色素提取及成分分析

劉紅霞 劉會 張慧亭 仝瑞建 許美秋 孔梁宇 鄭之明 趙旭升

摘要?[目的]以灰棗為原料，初步分析其提取、分離工藝及其活性成分。[方法]通過酸化乙醇提取法對棗皮紅色素進行提取，采用單因素試驗考察不同pH對棗皮紅色素提取效果的影響。在此基礎上，利用pH梯度萃取法將棗皮紅色素粗提物依次經過5% NaHCO3溶液、5% Na2CO3溶液、1% NaOH溶液進行萃取，得到不同萃取組分。并采用顏色反應和高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）對萃取物進行初步分析。[結果]通過單因素試驗判定出pH=0.5的鹽酸乙醇溶液對棗皮紅色素提取效果最佳;堿液顏色反應和鹽酸共沸顏色反應結果顯示，棗皮紅色素可能為蒽醌類化合物和多酚類化合物;高效液相色譜法（HPLC）對不同萃取物組分進行初步分析，得出棗皮紅色素存在于NaHCO3萃取組和Na2CO3萃取組，并且主要集中于NaHCO3萃取組分。[結論]該研究為棗皮紅色素的開發提供理論依據。

關鍵詞?紅棗;棗皮;紅色素;pH梯度萃取;顏色反應;高效液相色譜

中圖分類號?TS202.3文獻標識碼?A文章編號?0517-6611（2018）33-0149-04

灰棗原產于河南新鄭等地，具有抗旱、耐瘠薄、抗病蟲，較抗風和抗鹽堿，種植后豐產穩產等特點，適宜大面積發展?；覘椆麑崬殚L卵形，棗核較小，為中果型良種。干制的灰棗果肉致密，富有彈性，口味甘甜[1]，其主要營養成分包含VC、酚類、類黃酮、三萜酸、β胡蘿卜素和多糖等，具有滋陰補陽、歸脾胃經、養血安神、緩和藥性的功能，此外還有抗癌、消炎、抗氧化、抗焦慮等功效[2-9]。

近年來合成色素違規使用而造成的食品安全事件屢見不鮮，大量的研究報告指出，幾乎所有的合成色素都不能向人體提供營養物質，使用不當甚至會危害人體健康，導致生育力下降、畸胎等[10]。相較于大多數具有致癌風險的合成色素，天然無污染的植物色素更受到人們的青睞，天然色素作為食品添加劑，具有安全性高、色澤鮮明的優點，一些植物色素還具有一定的藥理功能，如常用色素中紅花黃色素具有抑制血栓形成、改善心肌供血、降血壓、抗氧化、抗炎鎮痛等功效;姜黃色素具有降壓、利膽、行氣解郁、涼血破瘀等功效;類胡蘿卜素由于具有較強的抗氧化活性，是VE的100倍，所以在食品行業中常用作食品抗氧化劑[11-12]。灰棗棗皮中含有大量紅色素（棗皮紅色素），具有穩定性高、色澤純正、易溶于水、安全無毒并有一定的抗病毒、抗腫瘤等特點，是一種天然的色素資源，被稱為“活性維生素丸”[13-15]。

我國是棗果實產量較大的國家，市場上90%的大棗都來源我國，但棗加工產業發展卻一直很遲緩，以粗產品居多，精深加工品較少[16]，因此棗皮紅色素的開發具有重要的現實意義[17-26]。筆者采用酸化乙醇法對棗皮紅色素進行初步提取獲得粗提物，然后通過pH梯度萃取法對粗提物進行進一步分離，最后采用顏色反應和高效液相色譜法對萃取物成分進行初步分析，為棗皮紅色素的開發提供理論依據，不僅能將無用的棗皮變成可利用物質，促進資源的進一步開發利用，又可以增加棗產品的額外產值。

1?材料與方法

1.1?材料與試劑

以灰棗為原料，采自學院棗種質資源圃。甲醇、無水乙醇、乙醚、濃鹽酸、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉等，均為分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.2?儀器

SYG-2數顯恒溫水浴鍋，常州朗越儀器廠;FW-400A傾斜式高速萬能粉碎機，北京中興偉業儀器有限公司;BPG-9070A精密鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司;HB10旋轉蒸發儀，廣州儀科實驗技術有限公司;AP-9925N真空泵，天津市奧特賽恩斯儀器有限公司;超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司;FE28型實驗室pH計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司;高效液相色譜儀，Germany。

1.3?試驗方法

1.3.1?干棗的制備。

挑選大小均一、色澤一致的新鮮灰棗，洗去表面灰塵并將其均勻鋪在托盤表面，置于烘箱中，關閉頂部通風口。緩慢升溫至55 ℃保持4 h左右;待棗皮表面起皺時，將溫度升至65 ℃;在烘箱內濕度達到70%時，打開頂部通風口排氣15 min，待濕度降至55%左右時，再次關閉通風口;排氣5～8次即可，將得到的干棗攤開降溫，密封保藏。

1.3.2?棗皮粉制備。

將干制的灰棗用清水沖洗2遍，冷水浸泡24 h，沸水浴5 min，立即放入冷水中進行冷卻，挖去棗肉得到棗皮。將棗皮置于鼓風干燥箱中，40 ℃烘干，一般15～20 h即可。最后采用粉碎機將烘干的棗皮進行粉碎至粉末狀，過60目篩，貯存于陰涼干燥處備用。

1.3.3?酸化乙醇溶液提取棗皮紅色素工藝優化。

以上述制備的棗皮粉為原料，選擇pH=0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0鹽酸乙醇溶液，料液比為1∶30，提取時間2 h、提取溫度80 ℃、浸提次數為3次的條件下分別進行提取試驗，對比不同pH對棗皮紅色素提取的影響。

將不同pH條件下提取的棗皮紅色素3次浸提液分別進行合并，浸提液經40 ℃旋轉蒸發儀濃縮制得浸膏，浸膏經真空干燥器進行干燥即得棗皮紅色素粗制品，通過對不同pH下提取的浸膏顏色以及質量分析，判定出最佳提取工藝。

1.3.4?棗皮紅色素粗提物的分離。

pH梯度萃取法是利用天然色素呈現的酸性不同，用不同堿度的水溶液進行萃取，從而可以達到分離提取的目的。工藝流程如圖1所示。將上述棗皮粗制品依次通過5%NaHCO3溶液、5%Na2CO3溶液、1%NaOH溶液進行萃取，獲得不同組分萃取液，將各萃取液經40 ℃旋轉蒸發儀濃縮制得浸膏，并分別收集在3個干凈的培養皿，即得NaHCO3組浸膏、Na2CO3組浸膏、NaOH組浸膏。

1.3.5?棗皮紅色素的顏色反應。

1.3.5.1?堿液反應。堿液顏色反應原理是若物質為蒽醌類化合物，則堿水層呈現紅色或紫色。乙醚層由黃色變為無色。將萃取后得到的3種組分（NaHCO3組分、Na2CO3組分、NaOH組分）分別以1∶5的比例溶解，各移取1 mL分別置于3個離心管中，再向每管中各加2 mL乙醚，將乙醚層分別取出置于3個空離心管中，最后向各個不同組分剩余的水層和醚層分別加1 mL 5%NaOH溶液，觀察現象。

1.3.5.2?鹽酸共沸試驗。

將萃取后得到的3種組分（NaHCO3組分、Na2CO3組分、NaOH組分）分別以1∶5的比例溶解，用1 mL移液器分別吸取2 mL至試管中，再向各試管中加入1 mL濃鹽酸，沸水浴15 min，觀察顏色變化。

1.3.6?棗皮紅色素的高效液相色譜法分析。

1.3.6.1?樣品制備。將各組分浸膏分別用蒸餾水稀釋成500 μg/mL。再用一次性注射器各吸取1 mL，通過細菌過濾器直接過濾到進樣品中，并做好標記。

1.3.6.2?液相條件。色譜儀：Agilent Technologies 1290 Infinity Ⅱ;色譜柱：Eclipse×DB-C18、孔徑5 μm、大小4.6 mm×250 mm;流動相：乙腈;進樣量20 μL;檢測波長340 nm;流速0.5 mL/min;柱溫25 ℃。

2?結果與分析

2.1?酸化乙醇溶液提取棗皮紅色素最佳工藝

選擇pH=0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0鹽酸乙醇溶液，料液比為1∶30、提取時間2 h、提取溫度80 ℃、浸提次數為3次的條件下分別進行提取試驗，考察不同pH對棗皮紅色素提取效果的影響（與方法重復）。通過對提取物的顏色變化進行觀察，試驗結果見圖2，由圖2可知，隨著pH的不斷增大，提取物浸膏顏色越來越淺，由酒紅色變為橙紅色到淺黃色。通過計算提取物浸膏的得率，試驗結果如表1，可知pH=0.5時提取物得率最高，達22%。

2.2?棗皮紅色素的顏色反應

2.2.1?堿液反應。

將萃取后得到的3種組分（NaHCO3組分、Na2CO3組分、NaOH組分）分別進行堿液反應試驗，試驗結果如圖3所示，結果表明，NaHCO3組分堿水層由無色變為暗紅色，醚層由淺黃色變為無色。Na2CO3組分水層由無色變為黃色，醚層由黃色變為無色，NaOH組分無顏色變化。此現象說明，通過pH梯度萃取法對棗皮紅色素粗提物進行分離，所得萃取物含有蒽醌類化合物，且存在于NaHCO3組分和Na2CO3組分，NaOH組分不含有蒽醌類化合物，主要集中在NaHCO3組分。

2.2.2?鹽酸共沸試驗。

將萃取后得到的3種組分（NaHCO3組分、Na2CO3組分、NaOH組分）分別與濃鹽酸混合，沸水浴15 min，試驗結果如圖4，觀察可得NaHCO3組分出現磚紅色沉淀，Na2CO3組分、NaOH組分不明顯。由此得出，NaHCO3組分中含有多酚類物質，而Na2CO3組分、NaOH組分不含有此類物質。

2.3?棗皮紅色素的高效液相色譜法分析

由上述堿液反應和鹽酸共沸試驗可以得出，棗皮紅色素主要存在于NaHCO3組分和Na2CO3組分，因此，采用高效液相色譜法（HPLC）只對NaHCO3組分和Na2CO3組分進行初步分析，試驗結果見圖5。由圖5可知，NaHCO3組分出現3個峰，保留時間分別為4.585、4.782、5.124 min;Na2CO3組分出現2個峰，保留時間分別為4.666、4.764 min。表明NaHCO3組分和Na2CO3組分含同一種物質，但NaHCO3組分與Na2CO3組分相比，多含一種物質，其保留時間為5.124 min。

通過積分計算可得（表2），在保留時間為4.585、4.782、5.124 min的NaHCO3組分，相對應的峰面積分別為503.30、932.44、191.12;在保留時間為4.666、4.764 min時，Na2CO3組分所含物質的峰面積分別為105.53、344.14，說明在相同保留時間內，NaHCO3組分的峰面積均高于Na2CO3組分的面積。由此表明，有效物質主要存在于NaHCO3組分。同時此結果驗證了上述堿液反應、鹽酸共沸試驗結果，并且驗證出pH梯度萃取法分離棗皮紅色素具有可行性。

3?討論與結論

棗皮為紅棗加工過程中產生的主要廢棄物之一，棗產品的加工生產過程中，棗皮常被當成垃圾處理，造成環境污染，因其價格低廉，具有安全、無毒副作用、色澤明亮、性質穩定等特點，符合人們的消費理念，是一種良好的天然色素。該研究對棗皮紅色素提取、分離工藝以及物質展開初步分析。通過單因素試驗，對其提取工藝進行優化，結果表明，pH=0.5的鹽酸乙醇溶液提取棗皮紅色素提取效果最佳，棗皮紅色素粗提物得率為22%;采用pH梯度萃取法對棗皮紅色素粗提物進行分離，得到3種萃取物組分，分別為NaHCO3萃取物組分、Na2CO3萃取物組分、NaOH萃取物組分;通過顏色反應（堿液反應和鹽酸共沸試驗）對其物質進行初步分析，試驗結果表明，有效物質為蒽醌類和多酚類化合物，其中蒽醌類化合物存在于NaHCO3萃取物組分和Na2CO3萃取物組分，且主要集中在NaHCO3萃取物組分，多酚類化合物存在于NaHCO3萃取物組分;最后采用HPLC對其萃取物組分進行進一步分析，結果表明，NaHCO3萃取物組分和Na2CO3萃取物組分含有相同的2種物質，且在NaHCO3萃取物組分中的含量均高于Na2CO3萃取物組分中的含量，除此以外，NaHCO3萃取物組分含有1種物質，其不存在于Na2CO3萃取物組分。此結果印證了上述顏色反應的結果，同時證明pH梯度萃取法對棗皮紅色素粗提物進行分離具有可行性，且有較好的分離效果。

目前國內外對棗皮紅色素的研究主要集中在提取工藝及理化性能研究，對其成分與結構分析相關報道相對較少，因此，對其成分與結構分析是一項急需解決的問題。另外，與其他天然色素相比，關于棗皮紅色素的研究起步較晚，目前還處于初步階段。該研究通過pH梯度萃取法對棗皮紅色素粗提物進行初步分離純化，為進一步研究棗皮紅色素成分與結構提供理論基礎。

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