天然楮果色素提取工艺的优化

李 洋，李海亮，张 媛，李 琳，钦传光

(西北工业大学生命学院，陕西 西安 710072)

随着科技的发展和人民生活水平的提高，人们对色素安全问题日益重视。人工合成色素因具有毒性[1]，应用受到限制，尤其是在食品、药品、化妆品等行业；而来自自然界的天然色素因无毒副作用，产销量逐年增长[2]，2005年天然色素的产量已达10 680 t[3]。目前，我国允许使用的食用天然色素有40多种[4]，开发利用无毒副作用的天然色素已成为色素产业的发展趋势。

楮果(BroussonetiapapyriferaL.Vent.)是桑科构树属植物构树的果实，在我国民间用作中药材。楮果橙红色素色泽鲜艳、性质稳定、安全性好[5]，且构树适应性强，在我国分布广泛，来源充足。因此，楮果色素具有潜在的工业实用价值和经济价值，适合作为天然色素进行大规模生产和应用研究。徐子婷等[6]探讨了用纯水作溶剂的提取工艺条件，但采用纯水作溶剂进行提取时，楮果富含的可溶性成分如果胶、糖类、蛋白质等也同时被大量地提取出来，严重干扰分析结果，并且对色素的进一步精制和纯化带来不利影响，步骤繁琐，成本和能耗较高。

为此，作者在此以乙醇为溶剂从楮果中提取色素，测定了楮果色素的最大吸收波长及pH值稳定性，优化了提取工艺条件，拟为开发利用楮果色素资源奠定基础。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

新鲜的成熟楮果，七月份采摘于西安地区，塑料袋(桶)封装，冷藏备用。

无水乙醇、36％盐酸、氯化钾、甘氨酸、磷酸氢二钠、柠檬酸、氢氧化钠均为分析纯。

不同pH值的缓冲溶液(mol·L-1)：

pH值1：盐酸+氯化钾(0.04+0.05)；

pH值3：甘氨酸+盐酸(0.05+0.0114)；

pH值5：磷酸氢二钠+柠檬酸(0.103+0.0485)；

pH值7：磷酸氢二钠+柠檬酸(0.1647+0.01765)；

pH值9：甘氨酸+氢氧化钠(0.05+0.0088)；

pH值11：甘氨酸+氢氧化钠(0.05+0.052)。

U-3310型紫外可见分光光度计，日本日立公司；PB-10型pH计，德国Sartorius公司；N-1001型旋转蒸发仪、SB-2000型水浴锅，日本东京理化器械株式会社。

1.2 方法

1.2.1 楮果色素的提取

选取新鲜、成熟的楮果，去核，按料液比1∶30(g∶mL，下同)加入80％(体积分数，下同)乙醇，室温浸提4 h；浸提液用滤纸过滤除去残渣后，置于旋转蒸发仪在30 ℃水浴减压蒸馏，得到浓缩液；低温避光保存。

1.2.2 楮果色素最大吸收波长的测定

将楮果色素浓缩液用80％乙醇稀释5倍，使吸收波长位于紫外可见分光光度计的线性范围内，在200～800 nm扫描，测定楮果色素的最大吸收波长。

1.2.3 楮果色素pH值稳定性的考察

取0.2 mL楮果色素浓缩液，分别用不同pH值的缓冲溶液稀释10倍，在200～800 nm扫描，测定楮果色素的pH值稳定性(以相应缓冲溶液作参比)。

1.2.4 楮果色素提取的单因素实验

1.2.4.1 乙醇体积分数对浸提效果的影响

称取5 g去核楮果，分别浸于50 mL 0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％的乙醇中，40 ℃浸提2 h，过滤，于485 nm下测定吸光度进行比较。

1.2.4.2 料液比对浸提效果的影响

称取2 g去核楮果，与80％乙醇分别按料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40、1∶45、1∶50混合，40 ℃浸提2 h，过滤，于485 nm下测定吸光度进行比较。

1.2.4.3 浸提时间对浸提效果的影响

称取2 g去核楮果，与80％乙醇按料液比1∶35混合，于40 ℃分别浸提1 h、2 h、3 h、4 h、5 h，过滤，于485 nm下测定吸光度进行比较。

在工程项目管理当中应用价值工程分析方法，可以将其作为整体系统，对项目进行功能性分析，还可以创造和评价方案，详细分析用户所需功能。因此，从某种意义上看，价值工程得本质在于采用低成本获得高性能的建设项目。其次，价值工程主要在于功能性分析，所以在项目具体实施期间需要全面分析工程的功能性。由于价值工程借助集体智慧实现，所以属于一项具备领导组织的活动。

1.2.4.4 浸提温度对浸提效果的影响

称取2 g去核楮果，与80％乙醇按料液比1∶35混合，分别于20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃浸提2 h，过滤，于485 nm下测定吸光度进行比较。

1.2.5 楮果色素提取的正交实验

在单因素实验的基础上，采用正交实验进一步研究楮果色素的最优提取工艺条件。选择浸提温度、浸提时间、料液比、乙醇体积分数为考察因素，进行L16(44)正交实验，其因素与水平见表1。

表1 正交实验的因素与水平

2 结果与讨论

2.1 楮果色素的最大吸收波长

楮果色素在80％乙醇中的紫外可见吸收光谱如图1所示。

图1 楮果色素的紫外可见吸收光谱

由图1可看出，楮果色素的可见光区最大吸收波长为485 nm。由比尔定律可知，吸光度与色素浓度成正比，因此本实验采用485 nm处的吸光度间接表示色素浓度。

2.2 楮果色素的pH值稳定性

图2 楮果色素在不同pH值缓冲溶液中的紫外可见吸收光谱

由图2可看出，楮果色素在pH值 1、3、5、7、9的缓冲溶液中均稳定存在，分子结构没有发生变化；而在pH值为11的缓冲溶液中的吸收光谱变化较大。表明楮果色素在pH值1～9的溶液中稳定性良好。

2.3 楮果色素提取的单因素实验结果

2.3.1 乙醇体积分数对浸提效果的影响(图3)

图3 乙醇体积分数对浸提效果的影响

由图3可知，乙醇体积分数达到80％时，吸光度最大、浸提效果最好；其次为70％和90％乙醇。这是因为，乙醇体积分数较低时，会在提取过程中引入部分果胶、糖类、蛋白质等杂质，增大色素纯化难度，增加成本。因此，选择80％左右乙醇作浸提液，既可减少色素浸提液中的杂质含量，又能方便色素浸提液浓缩及回收乙醇。

2.3.2 料液比对浸提效果的影响(图4)

图4 料液比对浸提效果的影响

由图4可知，料液比在1∶35时，吸光度最大、浸提效果最好。这是因为，料液比较高(溶剂用量较少)时，色素溶出量少，浸提效果差；料液比过低(溶剂用量过多)时，溶出的杂质相应增多[7]，增大了后续浓缩工作量。因此，料液比选择1∶35左右较为适宜。

2.3.3 浸提时间对浸提效果的影响(图5)

图5 浸提时间对浸提效果的影响

由图5可知，浸提时间短于2 h，色素浓度随时间的延长逐渐升高；2 h后色素浓度趋于平稳，不再升高。因此，浸提时间选择2 h左右较为适宜。

2.3.4 浸提温度对浸提效果的影响(图6)

图6 浸提温度对浸提效果的影响

由图6可知，浸提温度为40 ℃时，吸光度最大、浸提效果最好；继续升高温度，吸光度略有降低。因此，浸提温度选择40 ℃左右较为适宜。

2.4 楮果色素提取的正交实验结果(表2)

表2 正交实验结果与分析

由表2可知，各因素对楮果色素浸提效果的影响大小依次为：乙醇体积分数>浸提温度>浸提时间>料液比，其中乙醇体积分数对楮果色素浸提效果的影响最大，料液比对提取效果的影响最小。最优提取工艺条件为A3B2C3D3，即80％乙醇作浸提液、料液比1∶35(g∶mL)、浸提时间2 h、浸提温度40 ℃。

以料液比为误差，在α=0.10水平进行方差分析，结果见表3。

表3 正交实验方差分析(α=0.10)

由表3可知，因素D差异有显著性。

3 结论

在乙醇溶液中，楮果色素在可见光区的最大吸收波长为485 nm，并在pH值为1～9的溶液中具有良好的稳定性。通过单因素实验和正交实验确定楮果色素的最优提取工艺条件为：以80％乙醇作浸提液、料液比1∶35(g∶mL)、浸提温度40 ℃、浸提时间2 h。为大规模开发利用天然楮果色素资源奠定了基础。

参考文献：

[1] 李家玉，王海斌，林志华，等．合成色素的危害及其分析方法[J]．中国园艺文摘，2009，25(10)：165-167，178．

[2] 李崇瑛，王安，杨涛，等．食用天然色素的纯化与研究进展[J]．中国调味品，2007，(9)：18-22，38．

[3] GB 2760-2011，食品添加剂使用标准[S]．

[4] 卢雪华，成坚，白卫东．我国食用色素工业的现状及对策[J]．中国调味品，2010，35(5)：35-39．

[5] 钦传光，丁焰，张湘潇．楮果色素的提取和性质研究[J]．食品与机械，1998，(5)：33-34．

[6] 徐子婷，周文美．楮果色素提取条件的研究[J]．安徽农业科学，2010，38(27)：14946-14947，14960．

[7] 陈合，李世玉，舒国伟，等．黄姜色素提取条件的研究[J]．陕西科技大学学报(自然科学版)，2009，27(4)：52-54，72．