红花羊蹄甲花色素提取工艺优化及其稳定性研究

詹嘉红，吴萍

（韩山师范学院生物系，广东潮州521041）

红花羊蹄甲（Bauhinia blakeana Dunn）别名洋紫荆、洋樱花、艳紫荆，是豆科苏木亚科羊蹄甲属常绿乔木，也是我国岭南一带很受青睐的绿化观光树种。红花羊蹄甲叶、根、树皮、花可做药用，具有止血、健脾燥湿、润肺止咳、消炎的功效，可治疗咯血、消化不良、咳嗽、便秘、肝炎、肺炎等疾病[1]。研究表明，红花羊蹄甲花提取物对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等均有抑菌效果[2]。红花羊蹄甲花期长达半年，花量茂盛，花色艳丽，色素含量高。本试验对红花羊蹄甲紫红色花花色素的最佳提取条件和稳定性进行研究，旨在为该色素的进一步开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红花羊蹄甲花瓣采自韩山师范学院校园内。无水乙醇、苯甲酸钠、柠檬酸、蔗糖、亚硫酸钠、过氧化氢等试剂均为分析纯。

722S型可见光分光光度计、FA2004电子天平：上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂；JJ-2组织捣碎匀浆机、HH-2数显恒温水浴锅：江苏省金坛市友联仪器研究所。

1.2 方法

1.2.1 色素的提取工艺流程

新鲜花瓣→烘干（40℃、20 h）→粉碎过筛（40目）→浸提→过滤→色素提取液。

1.2.2 色素最大吸收波长的确定

准确称取花瓣粉末0.200 g，加入60%乙醇溶液20 mL，浸提30 min后过滤，滤液在波长400.00 nm～600.00 nm范围内进行扫描，测定吸光度，筛选最大吸收波长。如图1所示。

图1 红花羊蹄甲花色素的吸收光谱图Fig.1 Absorbing spectrum of flower pigments

红花羊蹄甲花色素在波长530 nm处有明显吸收峰，与文献[3]报道的最大吸收波长547 nm不同，估计与提取剂的差异有关。本试验均采用530 nm为测试点。

1.2.3 提取工艺最优参数的确定[4]

以吸光值代表色素提取率，考察乙醇浸提剂浓度、料液比、浸提时间和浸提温度对色素提取的影响，初步确定各因素的适宜值。进而采用L9（34）的四因素三水平正交设计进行选择实验，综合确定最佳提取工艺条件。实验设计中的因素及水平表见表1。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factor level of orthogonal design

1.2.4 色素的稳定性实验

按优化的提取工艺条件制备色素样液，以最大吸收波长的吸光值为评定稳定性指标，进行光照、温度、氧化剂、还原剂和常见食品添加剂对色素稳定性的影响研究。

2 结果与分析

2.1 单因素的实验结果与分析

2.1.1 浸提剂浓度的影响

准确称取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，分别加入不同浓度的乙醇溶液20 mL，浸提30 min后过滤，滤液在波长530 nm处测其吸光度A530。图2显示，乙醇浓度在10%～30%范围内，色素的提取率相差不大，当乙醇浓度高于30%时，色素的提取率随着乙醇浓度的增加明显增大，其中乙醇浓度为40%时提取率最大，因此选择40%的乙醇溶液为最佳提取剂。

图2 浸提剂浓度对色素提取的影响Fig.2 Influence of solven concentration on extraction of pigment

2.1.2 浸提温度的影响

准确称取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，分别加入20 mL 40%的乙醇溶液，在不同温度条件下浸提30 min后过滤，滤液在波长530 nm处测其吸光度A530。图3显示，浸提温度在30℃～40℃范围内，色素提取率呈逐渐上升的趋势，当温度达到40℃时，色素类物质的溶出速度达到最大，超过40℃后，提取率反而有所下降。因此选择最佳浸提温度为40℃。

图3 浸提温度对色素提取的影响Fig.3 Influence of the temperature on extraction of pigment

2.1.3 料液比的影响

准确称取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，按料液比 1∶50、1 ∶100、1 ∶150、1 ∶200、1∶250 的比例在上述最佳浸提剂浓度、浸提温度条件下处理30 min，过滤后于波长530 nm处测其吸光度A530。图4显示，随着提取溶剂体积的增加，色素提取率呈逐步下降的态势，即随着提取溶剂的量增加，色素相当于被稀释了[5]。从吸光值的变化可以看出，当料液比为1∶50时，色素应基本被完全浸出，因此，从经济角度考虑，选择最佳料液比为 1∶50。

图4 料液比对色素提取的影响Fig.4 Influence of the ratio between material and solution on extraction of pigment

2.1.4 浸提时间的影响

准确称取花瓣粉末若干份，每份0.200 g，按上述最佳浸提剂浓度、浸提温度和料液比，分别浸提不同时间后过滤，滤液在波长530 nm处测其吸光度A530。图5表明，当浸提时间为10 min时，提取率最高，超过10 min后，提取率反而有小幅度下降，可能由于浸提时间的延长色素遭到破坏或是杂质增多的缘故，所以选择最佳浸提时间为10 min。

图5 浸提时间对色素提取的影响Fig.5 Effect of extraction time on extraction of pigment

2.2 正交试验

2.2.1 正交试验结果及极差分析

按表1正交试验设计进行实验，结果见表2。

表2 红花羊蹄甲花色素提取的正交试验结果与极差分析Table 2 Orthodoxy result and analysis of regression

由表2极差分析结果可以看出，在浸提剂浓度（A）、液料比﹙B﹚、浸提温度﹙C﹚和浸提时间﹙D﹚4个影响因素中，对红花羊蹄甲花色素提取率影响主次顺序为：浸提剂浓度＞料液比＞浸提温度＞浸提时间，最佳提取工艺条件为：A1B1C1D2，即以浓度为20%的乙醇水溶液为浸提剂，采用料液比为1∶40（g/mL），在30℃恒温条件下提取10 min，此时提取效果最好。在最优条件下做平行实验，经验证红花羊蹄甲花色素的提取率为0.819（以吸光度表示），高于正交试验中的最高组合第4号实验结果0.794，这说明实验所确定的最佳提取工艺条件是可靠的。

2.2.2 正交试验结果的方差分析

运用SPSS 13.0对表2正交试验结果进行方差分析，结果如表3。

表3 方差分析结果Table 3 Analysis of variance

方差分析可知，浸提剂浓度、液料比对红花羊蹄甲花色素的提取效果有显著性意义（P＜0.05），其余为不显著因素。方差分析结果与直观分析结果相一致。

2.3 色素的稳定性研究[6-8]

2.3.1 日光对色素稳定性的影响

取8支具塞刻度试管，加入色素稀释液各5 mL，置于太阳光下，每隔1 h取1管在波长530 nm下测其吸光度，结果如表4。

表4 日光对色素稳定性的影响Table 4 Effects of sunlight on pigment stability

由表4可见，随着光照时间的延长，色素吸光度缓慢下降，到7 h时色素残存率为90%，色素溶液颜色基本无变化。说明红花羊蹄甲花色素的耐光照性较好。

2.3.2 温度对色素稳定性的影响

取9支试管，加色素稀释液各5 mL，用保鲜膜封口后分别置于30℃～100℃的恒温水浴锅中恒温加热1 h，然后在波长530 nm下测其吸光度，结果如表5。

由表可见，不同温度下，色素的吸光值略有升降，但影响不明显，溶液颜色均无明显变化，说明其热稳定性良好。

表5 温度对色素稳定性的影响Table 5 Effects of temperature on pigment stability

2.3.3 氧化剂、还原剂对色素稳定性的影响

取9支试管，加色素稀释液各5 mL，再分别加入相同浓度但不同体积的H2O2、Na2SO3溶液，常温（25℃）暗处静置1 h后，在波长530 nm下测其吸光度，结果如表 6、表 7。

表6 H2O2对色素稳定性的影响Table 6 Effects of H2O2on pigment stability

表7 Na2SO3对色素稳定性的影响Table 7 Effects of Na2SO3on pigment stability

由表可知，H2O2、Na2SO3对色素的影响很大。随着H2O2、Na2SO3浓度的增大，色素吸光度均明显下降，H2O2使溶液颜色变浅，而Na2SO3则使溶液变成棕黄色。表明红花羊蹄甲花色素具有较差的抗氧化性和抗还原性。应用时要避免加强氧化剂和还原剂。

2.3.4 食品添加剂对色素稳定性的影响

取10支试管，加色素稀释液各5 mL，再分别加入苯甲酸钠、柠檬酸、蔗糖溶液各2 mL，暗处放置0.5、1 h后，在波长530 nm下测其吸光度，结果如表8。

由表8可知，加入不同浓度的苯甲酸钠、蔗糖后，色素溶液吸光值变化幅度很小，颜色基本无变化，表明苯甲酸钠、蔗糖对色素稳定性影响较小。柠檬酸对色素稳定性影响较明显，随着浓度的增加及作用时间的增长，色素溶液吸光值明显增大，表明柠檬酸有一定的增色作用。

表8 食品添加剂对色素稳定性的影响Table 8 Effects of food additives on pigment stability

3 结论

1）通过单因素试验、正交试验和方差分析，得出以乙醇为浸提剂提取红花羊蹄甲花色素的最佳工艺参数为：乙醇溶液体积分数为20%，料液比为1∶40（g/mL），在30℃恒温条件下提取10 min。

2）稳定性研究结果表明：该色素耐光性和耐热性较好，但对H2O2、Na2SO3敏感，不能保持稳定。苯甲酸钠、蔗糖对色素稳定性无不良影响，柠檬酸对该色素起到一定的增色作用。

3）红花羊蹄甲在华南地区的园林中已被广泛应用，该树种花期长、花大色艳、色素含量高。此外，花色素还有较好的抗氧化活性[9]，因此，红花羊蹄甲花色素作为一种天然色素资源具有开发研究价值。

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