玫瑰茄花色素的提取工藝研究

黃曉德，張鋒倫，錢(qián) 驊，陳 斌，朱羽堯，趙伯濤*，徐湘婷

(1. 南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京210042；2. 南京師范大學(xué)， 江蘇 南京 210023)

玫瑰茄花色素的提取工藝研究

黃曉德1，張鋒倫，錢(qián) 驊1，陳 斌1，朱羽堯1，趙伯濤1*，徐湘婷2

(1. 南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京210042；2. 南京師范大學(xué)， 江蘇 南京 210023)

通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn)對(duì)玫瑰茄花色素提取工藝條件進(jìn)行了比較篩選和優(yōu)化。結(jié)果表明：玫瑰茄花色素提取的適宜溶劑為乙醇，適宜的酸堿度為pH 2.0；影響提取效果因素依次是提取時(shí)間、乙醇濃度、溫度、料液比；最佳提取工藝條件為粉碎粒度40目、乙醇濃度70%(V∶V)、提取溫度40 ℃、提取時(shí)間1.5 h、最佳料液比1∶20，在此優(yōu)化條件下，玫瑰茄花色素的提取率可達(dá)0.485%。

玫瑰茄；花色素；提取

玫瑰茄(HibiscussabdariffaL.)，又名洛神花、山茄，是錦葵科木槿屬一年生草本植物，原產(chǎn)非洲，我國(guó)的海南、福建、廣東、云南等地區(qū)有規(guī)?；N植。玫瑰茄的花萼中含有豐富的玫瑰茄花色素，現(xiàn)代化學(xué)分析表明，玫瑰茄花色素的主要成分為飛燕草素-3-接骨木二糖苷、矢車(chē)菊-3-接骨木二糖苷，還含有少量的飛燕草素-3-葡萄糖苷和矢車(chē)菊素-3-葡萄糖苷[1]。玫瑰茄花色素不僅顏色艷麗、天然安全，而且具有抗氧化功效，是良好的食品添加劑。

近年來(lái)，隨著對(duì)合成色素安全風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)的深入，國(guó)內(nèi)外對(duì)天然色素的需求迅速增加，天然色素成為新的研究熱點(diǎn)，玫瑰茄花色素作為新型天然色素資源，已列入我國(guó)食品添加劑目錄，并制定了相應(yīng)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，在我國(guó)食品加工領(lǐng)域有著均有廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)玫瑰茄干花萼中花色素的提取工藝的研究，以期建立高效的玫瑰茄花色素提取工藝，為玫瑰茄花色素的開(kāi)發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料試劑

玫瑰茄：為南京市場(chǎng)銷(xiāo)售的玫瑰干花萼。

實(shí)驗(yàn)所用乙醇、乙酸乙酯、蒸餾水、鹽酸等均為國(guó)產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

UTP-313 型電子天平：上海花潮電器有限公司；

HWS-12型電熱恒溫水浴鍋：上海一恒試驗(yàn)設(shè)備有限公司；

JCS-600電子天平：凱豐集團(tuán)有限公司；

YS-08小型高速粉碎機(jī)：北京燕山正德機(jī)械設(shè)備有限公司；

T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；

YHG-9140A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海姚氏儀器設(shè)備廠；

DT5-1實(shí)驗(yàn)室離心機(jī)：上海京工實(shí)業(yè)有限公司；

LIDA921型精密pH計(jì)：上海理達(dá)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 提取pH及溶劑的篩選

以鹽酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH的蒸餾水為提取溶劑，比較不同pH提取液在400～700 nm波長(zhǎng)的吸收光譜，篩選出適于進(jìn)行玫瑰茄花色素測(cè)定比較的波長(zhǎng)；以乙醇、蒸餾水、甲醇、乙酸乙酯為溶劑提取玫瑰茄花色素，通過(guò)分析掃描提取液的吸收廣譜，比較吸收峰值，篩選出適宜的提取溶劑。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

采用單因素隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，試驗(yàn)分析提取溫度、乙醇濃度、提取時(shí)間、料液比、粉碎程度5個(gè)因素對(duì)花色素提取效果的影響，篩選適于玫瑰茄花色素提取的工藝參數(shù)。

1.2.3 正交試驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)乙醇濃度、提取時(shí)間、料液比、提取溫度進(jìn)行4因素3水平的正交優(yōu)

化實(shí)驗(yàn)。因素、水平設(shè)置參見(jiàn)表1。

表1 玫瑰茄花色素提取的L9(43)正交試驗(yàn)

1.2.4 花色素含量測(cè)定

參照pH示差法[2-4]，分別將提取液稀釋定容后，取1 mL用pH1.0的KCl-HCl緩沖液、pH 4.5的乙酸鈉-鹽酸緩沖液，稀釋混勻,以蒸餾水作為對(duì)照，用分光光度計(jì)于最吸收波長(zhǎng)，測(cè)定吸光度OD530pH 1.0、OD530pH 4.5，提取液中花色素含量按下式計(jì)算。

花色素提取率C(%)=(ODpH1.0-ODpH4.5)×MW×DF×V) /(ε×m×L)×100%

式中：

MW—花色苷分子量(449.2)；DF—稀釋倍數(shù)；ε—摩爾消光系數(shù)(26 900)；L—光程(1 cm)；V—提取液體積(L)；m—樣品質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1.1 提取pH的選擇

取經(jīng)干燥、粉碎的玫瑰茄花萼5 g，以鹽酸、氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH的蒸餾水為提取液，按照1∶20料液比，40 ℃水浴提取2 h，提取2次后，經(jīng)離心分離上清液，定溶至200 mL，稀釋后，以蒸餾水對(duì)照測(cè)定400～700 nm波長(zhǎng)的吸收光譜，結(jié)果如圖1

圖1 溶液pH對(duì)花色素光譜的影響

分析圖1可知,玫瑰茄花色素隨著pH的升高，其溶液的最大吸收峰的波長(zhǎng)也呈現(xiàn)出增大趨勢(shì)。 pH值在1.0～3.0時(shí)，溶液最大吸收峰在520 nm左右，當(dāng)pH 3～6之間時(shí)，溶液最大吸收峰在550 nm左右，pH 7、8時(shí)，最大吸收峰偏移至590 nm左右，溶液顏色由鮮紅變淺在pH 5～6時(shí)，減弱至近無(wú)色，隨后呈藍(lán)色并逐漸加深色；溶液呈顏色有紅色變?yōu)樽仙??？梢?jiàn)，溶液pH對(duì)玫瑰茄花色素呈色特性影響較大，以作紅色素為目的提取時(shí)，適宜采用酸性溶劑進(jìn)行提取，因此選擇pH 2.0的提取液進(jìn)行提取實(shí)驗(yàn)。

2.1.2 浸提溶劑的選擇

分別用甲醇、無(wú)水乙醇、乙酸乙酯、70%乙醇水溶液和蒸餾水作為浸提溶劑進(jìn)行提取，所得溶液光進(jìn)行紫外可見(jiàn)光掃描，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 提取溶劑對(duì)玫瑰紅色素提取效果的影響

由圖2可知，實(shí)驗(yàn)所選用的五種溶劑所提取的玫瑰茄花色素的吸收峰值均在520～560 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)存，但最大吸收值存在較大的差異，蒸餾水、甲醇、50%乙醇水溶液的提取樣品的最大吸收值分別為0.673、0.625和0.597，無(wú)水乙醇提取樣品的最大吸收值為0.352，乙酸乙酯提取樣品的最大吸收值最低，僅為0.083，表明不同溶劑間對(duì)玫瑰茄紅素的溶解性存在較大差異。

同時(shí)，不同提取溶劑所提樣品的最大吸收波長(zhǎng)也有所偏移，70%酸性乙醇為溶劑提取的色素最大吸收峰出現(xiàn)在540 nm處，乙酸乙酯為溶劑提取的色素最大吸收峰在547 nm，蒸餾水為浸提溶劑提取的色素最大吸收峰在526 nm。分析可能是由于不同提取溶劑的極性差異，導(dǎo)致玫瑰茄花色的溶出量和組分有所不同，極性較大水蒸餾水和70%乙醇三個(gè)適于提取玫瑰茄花色素中的花色苷組分，而極性較弱的乙酸乙酯更易提取到花色素中的苷元成分。且考慮到花色素的含量與其溶液顏色存在一定的正相關(guān)性，比較可知，蒸餾水、甲醇和70%乙醇對(duì)玫瑰茄色素均有較好的提取效果，考慮到食用安全性及提取濃縮的需求，選擇乙醇溶液作為玫瑰茄色素浸提溶劑。

2. 2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 粉碎粒度

分別將玫瑰茄干花萼粉碎過(guò)10目、20目、30目、40目、60目、80目篩得到不同粉碎粒度的干花萼粉。分別稱(chēng)取5 g，用pH 2.0的70%乙醇作為浸提溶劑，1∶20的料液比， 40 ℃浸提2 h，離心后定容至100 mL。測(cè)定花色素提取率，結(jié)果如圖3。

由圖3可知，隨著篩網(wǎng)目數(shù)變化，玫瑰茄花色素的提取率呈逐漸上升趨勢(shì)，在粉碎粒度40目達(dá)到最大值0.465%，隨后趨于提取率變化趨緩，并略有下降，可能是持續(xù)粉碎過(guò)程中的高溫對(duì)色素造成了破壞，同時(shí)粒徑過(guò)小時(shí)，比表面積增大，會(huì)色素產(chǎn)生較強(qiáng)的表面吸附作用，也是提取率下降的一個(gè)因素，因此選用40目為實(shí)驗(yàn)材料的粉碎粒度。

2.2.2 乙醇濃度

其他提取條件保持不變，對(duì)4份5 g玫瑰茄干粉分別用pH 2.0，體積百分比濃度為30%、50%、70%、90%的乙醇溶劑進(jìn)行浸提，測(cè)定花色素提取率，結(jié)果如圖4。

圖3 粉碎粒度對(duì)花色素提取效果的影響

圖4 乙醇濃度對(duì)花色素提取效果的影響

由圖4可知，在實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件下，30%、50%、70%乙醇濃度對(duì)玫瑰茄色素提取率明顯高于90%和無(wú)水乙醇的提取率，而30%、50%、70%濃度的乙醇之間的差異并不明顯，分析原因可能是由于玫瑰茄花色素的主要組分飛燕草素-3-接骨木二糖苷、矢車(chē)菊-3-接骨木二糖苷更易溶于極性溶劑所導(dǎo)致的。另外，考慮到高濃度的乙醇可以有效降低植物材料中多糖、蛋白對(duì)色素提取的干擾，降低提取濃縮過(guò)程的溫度和能耗，因此選擇70%乙醇溶液作為提取溶劑較為適宜。

2.2.3 料液比

保持其他條件不變，取4份等量的玫瑰茄干粉各5 g，分別用1∶5、1∶10、1∶15、1∶20的料液比進(jìn)行浸提，并測(cè)定花色素提取率，結(jié)果如圖5。

由圖5可知，在實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件下，隨著液料比的增加，玫瑰茄花色素提取率呈升高趨勢(shì)，在料液比達(dá)到1∶20以后，提取率的變化趨緩，這可能是由于隨著料液比的增大，花色素在提取液中的濃度減小，增大了料液間的濃度梯度差，促進(jìn)了花色素的溶出；當(dāng)料液比增加到一定程度時(shí)，雖然料液的色素濃度差變化趨緩，色素溶出量減少。因此，在玫瑰茄花色素提取時(shí)需要的料液比大些較好，考慮節(jié)約能源和經(jīng)濟(jì)因素，選擇料液比在1∶20到1∶30之間為宜。

2.2.4 浸提溫度

稱(chēng)取等量玫瑰茄干粉8份，每份5 g，用pH 2.0、濃度70%的乙醇溶劑分別在4℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃溫度下提取后，定容。測(cè)定花色素提取率，結(jié)果見(jiàn)圖6。

由圖6可以看出，在實(shí)驗(yàn)條件下，隨著溫度的升高，玫瑰茄花色素的提取率也隨之升高，在30 ℃達(dá)到最高0.469%。此后，隨著溫度的繼續(xù)升高呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，提取溫度達(dá)到70 ℃時(shí)，提取率下降為0.254%，分析原因可能是高溫造成玫瑰茄花色素組分的分子結(jié)構(gòu)被破壞或發(fā)生降解所致。另外，考慮到高溫也易造成提取溶劑揮發(fā)，故提取溫度控制在30～50 ℃之間為宜。

圖5 料液比對(duì)花色素提取效果的影響

圖6 溫度對(duì)花色提取效果的影響

2.2.5 浸提時(shí)間

分別稱(chēng)取玫瑰茄花粉5 g，加入400 mL蒸餾水，于40 ℃下提取0.5 h，1.0 h，1.5 h，2.0 h，2.5 h，3.0 h，過(guò)濾定容后測(cè)定花色素提取率，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 時(shí)間對(duì)紅色素提取效果的影響

由圖7可知，在實(shí)驗(yàn)設(shè)定的條件下，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，玫瑰茄花色素的提取率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。在提取時(shí)間2.0 h時(shí)，提取率達(dá)到最大值0.485%，在提取時(shí)間達(dá)到2 h以后，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，提取液中花色素含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，到4 h時(shí)，提取率下降為0.705%。可能是長(zhǎng)時(shí)間的保溫提取過(guò)程導(dǎo)致了花色素分子結(jié)構(gòu)的變化或破環(huán)的緣故。同時(shí)考慮時(shí)間、能耗等因素，選擇提取時(shí)間控制在1～2 h。

2.3 正交試驗(yàn)分析

在上述單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)用酸性乙醇溶劑浸提玫瑰茄花色素的對(duì)浸提溫度、浸提時(shí)間、浸提濃度、浸提料液比進(jìn)行了L9(34)正交試驗(yàn)。通過(guò)所得極差大小對(duì)比來(lái)分析各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)因素與水平

由表2可知：在實(shí)驗(yàn)條件下，浸提時(shí)間之間的極差最大，為0.010 1，說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件范圍內(nèi)，提取時(shí)間對(duì)玫瑰茄花色素提取率的影響顯著。其余因素主次順序?yàn)橐掖紳舛?、浸提溫度、料液比，由極差分析確定玫瑰茄花色素提取的優(yōu)化工藝參數(shù)為A2B1C2D3，即用70%乙醇作為浸提溶劑，以1∶20的料液比，在40 ℃下浸提1.5 h。

3 結(jié)果與討論

通過(guò)溶劑及pH篩選實(shí)驗(yàn)表明，玫瑰茄花色素更易溶解于極性溶劑，在提取中適于用乙醇溶液作為提取溶劑以降低雜質(zhì)的溶出；提取溶劑酸堿度變化對(duì)溶液色澤及吸收光譜影響較大，以紅色調(diào)色劑為目的的提取工藝時(shí)，提取液的適宜酸堿度為 pH 2.0；單因素和正交優(yōu)化試驗(yàn)表明，玫瑰茄花色素提取效果影響因素依次是時(shí)間、乙醇濃度、溫度、料液比，較優(yōu)提取條件為粉碎粒度為40目、乙醇濃度70%、提取溫度40 ℃、料液比1∶20、提取時(shí)間為1.5 h，在此條件下，玫瑰茄花色素的提取率達(dá)0.485%。

[1] 余華. 玫瑰茄紅色素主要呈色物質(zhì)分離提純的研究[J]. 食品科學(xué),2005(2):79-82.

[2] 馮建光,谷文英. 葡萄皮紅色素的示差法測(cè)定[J]. 食品工業(yè)科技,2002,23(9):85-86.

[3] 翦祎,韓舜愈,張波,等.單一pH法、pH示差法和差減法快速測(cè)定干紅葡萄酒中總花色苷含量的比較[J]. 食品工業(yè)科技,2012,33(23):323-325.

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StudyontheExtractionProcessofAnthocyaninfromHibiscussabdariffaFlowers

Huang Xiaode1, Zhang Fenglun1, Qian Hua1, Chen Bin1, Zhu Yuyao1, Zhao Botao1*, Xu Xiangting2

(1. Nanjing Institute for Comprehensive Utilization of Wild Plants, Nanjing 210042, China;2. Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China )

The extraction process of anthocyanin from roselle was screened and optimized by single factor and orthogonal test. The results showed that the optimum solvent for the extraction of roselle anthocyanin is ethanol and the proper pH value was 2.0; the optimum conditions of ethanol-extracting were obtained as follows: the degree of crushed roselle calyx 40 mesh, 70% ethanol as extraction solvent at 40 ℃ for 1.5 h, and the ratio of material to solvent was 1∶20. Under this condition, the extraction rate of roselle anthocyanin is 0.485%.

HibiscussabdariffaL.; anthocyanin; extraction

10.3969/j.issn.1006-9690.2017.06.006

2017-04-19

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFF0201904)。

黃曉德(1975—)，男, 碩士，研究員，主要從事植物資源利用、農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究。

*通訊作者：趙伯濤。 E-mail: zbt_nj@163.com

TS202.3

A

1006-9690(2017)06-0023-06