超声辅助提取野菊花黄色素及其稳定性研究

南江，王星，黄伟敏，穆小燕，季晓晖

(陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西 汉中，723000)

超声辅助提取野菊花黄色素及其稳定性研究

南江，王星，黄伟敏，穆小燕，季晓晖

(陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西 汉中，723000)

用体积分数95%的乙醇对野菊花的黄色素进行超声提取，在不同超声频率、提取温度、料水比、提取时间等条件下对野菊花黄色素的提取工艺进行研究，并对色素在不同温度、光照、pH值、氧化剂、还原剂、食品添加剂以及一些金属离子条件下的稳定性进行研究。结果表明，该色素适宜提取工艺为:超声频率45 kHz，提取温度为60℃，料水比为1∶50(g∶mL)，提取时间为50 min。野菊花黄色素的耐光性差，耐热性较好，在酸性、还原剂、苯甲酸钠中的稳性较差，在碱性、氧化剂、Vc、柠檬酸、葡萄糖溶液中稳定性较高，色素对多数金属离子溶液的稳定性较高，K+、Fe3+、Al3+对色素有一定的减色作用。

超声，野菊花，黄色素，提取工艺，稳定性

随着生活水平的不断提高，人们越来越注重对健康的追求，世界各国已经开始大力开发和利用天然色素，其不但安全可靠，还具有重要的生理功能［1－2］。野菊花，别名山菊花、甘菊花，为菊科多年生草本植物野菊的头状花序，外形与菊花相似，野生于山坡草地、田边路旁，分布于我国陕西等多数地方。野菊花可广泛用于治疗疔疮痈肿、咽喉肿痛、风火赤眼、头痛眩晕等病证，还可以用来降压、抗病毒［3］。野菊花含有丰富的黄色素，本文采用超声辅助法提取野菊花黄色素并对其稳定性进行研究。

1 材料与方法

1.1 材料及试剂

材料:野菊花(购于汉中药材市场)，阴干粉碎，过40目筛备用。

试剂:体积分数95%的乙醇、过氧化氢、亚硫酸钠、氯化氢、氢氧化钠、葡萄糖、抗坏血酸、苯甲酸钠、柠檬酸、氯化铜、氯化钴、氯化镍、氯化钾、氯化钠、氯化铝、氯化铁均为分析纯，自制蒸馏水、超纯水。

1.2 主要仪器

SFG－02(B)型电热恒温鼓风干燥箱(黄山市恒丰医疗器械有限公司)，XFB-200小型粉碎机(湖南中诚制药机械厂)，DK-S22型电热恒温水浴锅(上海申贤恒温仪备厂)，SHZ-D循环水式真空泵(西安波意尔精密仪器有限公司)，KQ-700VDE型三频数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)，旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)，AL204-IC型电子分析天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)，T6新世纪紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)，PHS-3S型PH酸度计(亿通电子有限公司)。

1.3 黄色素的制备流程

野菊花粉末→超声提取→过滤 →色素提取液→浓缩→野菊花黄色素

1.4 黄色素最大吸收波长的确定

将色素的乙醇提取液用95%乙醇配制为一定浓度的色素溶液，用紫外-可见分光光度计在200～500 nm波长范围内进行扫描，结果如图1所示。

图1 色素95%乙醇溶液紫外－可见光光谱图

由图1可以看出，色素乙醇溶液在紫外光区330 nm处有一吸收峰，故色素乙醇溶液的最大吸收波长是330 nm，因此本实验选择330 nm为测量波长。

1.5 野菊花黄色素的提取条件的单因素试验

1.5.1 超声频率对提取温度的影响

以95%乙醇为提取剂，利用超声波在提取温度50℃、料水比1∶50(g∶mL)、提取时间30 min 的条件下，分别研究不同的超声频率(45、80、100 kHz)对野菊花黄色素提取效果的影响，每项重复3次测其吸光度。

1.5.2 温度对提取效果的影响

以95%乙醇为提取剂，利用超声波在超声频率45 kHz、料水比 1∶50(g∶mL)、提取时间 30 min 的条件下，分别研究不同的温度(40、50、60、70、80℃)对野菊花黄色素提取效果的影响，重复3次测其吸光度。

1.5.3 料水比对提取效果的影响

以95%乙醇为提取剂，利用超声波在超声频率45 kHz、提取温度60℃、提取时间30 min的条件下，分别研究不同料水比(1∶20、1∶30、1∶40、1∶50)对野菊花黄色素提取效果的影响，重复3次测其吸光度。

1.5.4 提取时间对提取效果的影响

以95%乙醇为提取剂，利用超声波在超声频率45 kHz、提取温度 60℃、料水比 1∶40(g∶mL)、分别研究不同的提取时间(20、30、40、50、60 min)对野菊花黄色素提取效果的影响，重复3次测其吸光度。

1.6 正交试验

在上述单因素试验的基础之上，采用L9(34)进行正交试验来确定野菊花黄色素的最佳提取工艺。

1.7 野菊花黄色素的稳定性实验

1.7.1 光照对野菊花黄色素的影响

取20.0 mL色素溶液5份，放置室外阳光下，依次经过0.5、1、2、3、4 h 后测量色素的吸光度值。

1.7.2 温度对野菊花黄色素的影响

取20.0 mL色素溶液 6份，分别在 30、40、50、60、70、80℃下保温1 h，保温时应采用避光处理，待冷却后，测量色素在最大吸收峰处的吸光度。

1.7.3 pH值对野菊花黄色素的影响

取9.0 mL色素溶液6份，于室温下用0.1mol/L HCl和 0.1 mol/L NaOH 调 pH 值为 2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0 摇荡，避光处理 2 h，在 330 nm 处测量色素的吸光度。

1.7.4 常见食品添加剂对野菊花黄色素的影响

取8.0 mL色素溶液4份，分别加入2.0 mL食品添加剂(VC、葡萄糖、柠檬酸、苯甲酸钠等物质的溶液，其浓度均为0.05mol/L)，混匀后避光放置5h，以同浓度的添加剂溶液作参比，测量色素吸光度值。

1.7.5 氧化还原剂对野菊花黄色素的影响

取9.0 mL色素溶液6份，分别依次加入浓度为0.03、0.04、0.05 mol/L 的 H2O2和浓度依次为 0.03、0.04、0.05 mol/L 的 Na2SO3溶液各1.0 mL，摇荡，避光静置2h，以同浓度的氧化还原剂作参比，测量色素吸光度值。

1.7.6 金属离子对野菊花黄色素的影响

取8.0 mL色素溶液7份，依次分别加入0.05 mol/L 的 2 mL NaCl、KCl、AlCl3、FeCl3、CuCl2、CoCl2、NiCl2等溶液，摇匀避光静置1h，以同浓度的离子溶液作参比，测色素的吸光度值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 超声频率对提取野菊花黄色素的影响结果

由图2可知，超声波频率在45 kHz时色素的吸光度明显高于80，100 kHz，而在 80，100 kHz时，色素的吸光度值变化较小。因此，超声的频率选取45 kHz为宜。

图2 超声波频率对黄色素吸光度的影响

2.1.2 提取温度对提取野菊花黄色素的影响结果

由图3可知，温度较低时色素的吸光度较小，开始阶段随着温度的升高，色素的吸光度增大，当温度为60℃时，色素的吸光度最大，而后随着温度的升高，色素的吸光度缓慢减小。说明温度越高对野菊花细胞的破坏作用越大，有利于色素的浸出，但温度太高反而不利于色素的提取，原因可能是高温下提取液易变为糊状，直接影响到色素的提取。因此，超声的最佳温度选取60℃。

图3 提取温度对黄色素吸光度的影响

2.1.3 料水比对提取野菊花黄色素的影响结果

由图4可见，随料水比增加吸光度也逐步增加，料水比到1∶40(g∶mL)后吸光度缓慢变化，考虑经济效益，所以料水比适宜选在1∶40。

图4 料水比对黄色素吸光度的影响

2.1.4 提取时间对提取野菊花黄色素的影响

由图5可见，野菊花黄色素提取时间为50 min时的吸光度最大，再延长超声提取时间，吸光度反而会出现下降的趋势，说明提取时间过长对色素的浸出不利。因此，野菊花黄色素的超声提取时间选择50 min左右时提取效果较好。

图5 提取时间对黄色素吸光度的影响

2.2 正交结果与分析

由表1和表2可见，影响色素提取的主次因素为超声频率＞提取时间＞料水比＞温度，通过正交实验可以看出，野菊花黄色素的最佳提取条件是A1B2C3D2，即超声频率为45 kHz、温度为60℃、料水比为 1∶50(g∶mL)、提取时间为 50 min。

表1 野菊花黄色素提取条件的正交试验结果

表2 方差分析统计

2.3 色素的稳定性

2.3.1 光照对野菊花黄色素的影响结果

由表3可以看出，在自然光条件下，色素的吸光度随时间的增长呈下降趋势，其对野菊花黄色素有一定影响，野菊花黄素色在使用的过程中应尽量避光。

表3 光照对色素稳定性的影响

2.3.2 温度对野菊花色素的影响结果

温度对色素稳定性的影响结果见表4。从表4可以得出，在室温到60℃范围内，随着温度的增加色素的吸光度相对比较稳定，变化趋势不明显，而在60℃以后起伏相对较大，吸光度呈递减趋势。总体来说，色素在较低温度下稳定性良好，而高温条件对色素有减色作用。

表4 温度对色素稳定性的影响

2.3.3 pH值对野菊花黄色素的影响结果

由图6可知，pH值对野菊花黄色素稳定性的影响也很大，在碱性条件下变化很小，相对稳定，但在酸性条件下野菊花黄色素吸光度随着pH值的降低而出现递增的趋势，变化逐渐趋于平缓。说明该色素在碱性条件下的稳定性较强，在酸性条件下色素的结构可能发生变化。因此，野菊花黄色素适宜在碱性条件下使用，不适宜于酸性氛围中使用。

2.3.4 食品添加剂对野菊花黄色素的影响结果

表5 常见食品添加剂对色素的影响效果

表5表明，Vc、柠檬酸、葡萄糖等对野菊花黄色素吸光度的影响比较小，而苯甲酸钠导致色素的吸光度明显减小，说明苯甲酸钠对色素有一定的减色作用。

2.3.5 氧化还原剂对野菊花黄色素的影响

用不同浓度的H2O2和Na2SO3溶液作氧化还原剂，研究色素的耐氧化和耐还原性，结果见图7。图7结果表明，H2O2对色素影响不大，但是随着加入浓度的变大吸光度逐渐变小。而Na2SO3的影响较为明显，随着加入浓度的增大，色素溶液出现浑浊，导致吸光度明显增大。说明野菊花黄色素耐氧化能力比耐还原能力强。

图7 氧化还原剂对色素稳定性的影响

2.3.6 金属离子对野菊花黄色素的影响

由图8可以看出，除了K+、Fe3+、Al3+使色素吸光度有一定程度的下降外，其余离子对色素的稳定性影响不大，说明色素在此条件下可能与 K+、Fe3+、Al3+发生了化学反应，其对色素有一定的减色作用。

3 结论

图8 金属离子对色素稳定性的影响

(1)野菊花黄色素的乙醇溶液最大吸收波长是330 nm。

(2)本实验对野菊花黄色素采用体积分数95%乙醇为提取剂进行超声波提取，适宜提取工艺条件为:超声频 率45 kHz，提取温度为60℃，料水比为1∶50(g∶mL)，提取时间为 50 min。

(3)野菊花黄色素的耐光性差，耐热性较好，在酸性、还原剂、苯甲酸钠中的稳性较差，在碱性、氧化剂、Vc、柠檬酸、葡萄糖溶液中稳定性较高，色素对多数金属离子的稳定性较高，但K+、Fe3+、Al3+对色素有一定的减色作用。因此在综合开发利用野菊花黄色素产品时应注意采取避光措施，避免与还原剂、酸性物质、苯甲酸钠以及K+、Fe3+、Al3+等一起使用。

［1］ 姜莉，李志华，张正茂，等.马铃薯紫色素的提取及稳定性研究［J］.食品工业科技，2009，30(6):265－288.

［2］ 王薇.食用天然色素的营养保健作用［J］.中国食物与营养，2005(1):45－47.

［3］ 江苏新医院编.中药大辞典［M］.上海:上海人民出版社，1997:2 144.

Ultrasonic Extraction and Stability Research of Flower Pigment from Indian Dendranthema

Nan Jiang，Wang Xing，Huang Wei-min，Mu Xiao-yan，Ji Xiao-hun
(School of Chemistry and Environmental Sciences，Shaanxi University of Technology，HanZhong 723000，Shaanxi，China)

This paper uses 95%ethanol for Flower of Indian Dendranthema yellow pigment ultrasonic extraction，in different ultrasonic frequency，extraction temperature and the ratio of material to water，extracting time etc condition of the extraction technology of yellow pigment had studied，and of pigment in different temperature，light，pH，oxidant，reductant，food additives and some metal ion of conditions of stability for research.The results show that the pigment best extraction process for:ultrasonic frequency 45 kHz，extraction temperature for 60℃，ratio of material to water 1:50，extracting time for 50 min.The yellow pigment stability is poor in light，acidic，reductant，sodium benzoate.In heat，alkaline，oxidant，Vc，citric acid，glucose solution stability is high.Its stability to most metal ion is high，but K+ ，Fe3+and Al3+can reduce its colour.

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