紫荆花色素-β-环糊精包合物制备及稳定性研究

朱庆英，周远芳

（广东惠州学院化工系，广东惠州516007）

紫荆花色素-β-环糊精包合物制备及稳定性研究

朱庆英，周远芳

（广东惠州学院化工系，广东惠州516007）

阐述了紫荆花红色素与β-环糊精包合物的制备及其稳定性的研究。采用饱和水溶液搅拌法制备包合物。通过红外谱图对照分析对其进行鉴定，并将包合物与色素在光照、不同pH、不同温度下比较各自的色泽损失率。结果表明：色素包合物在光照、不同pH、不同温度条件下的稳定性与包合物相比均有一定程度的提高。

紫荆花红色素；β-环糊精；包合物；稳定性

紫荆花色素来源于紫荆花瓣，是一种天然色素，与玫瑰茄红色素同属花青苷类化合物[1]，属于国际公认的安全食用色素。利用环糊精空腔的“内疏水、外亲水”环状特征结构，可与许多有机分子形成主客体包结物，并能改变被包结物质的理化性质，具有稳定、增溶、控制释放和定向分子的作用，在食品、医药、环境等方面有广泛应用[2-3]。紫荆花色素经β-环糊精包合后，提高其对光、热、酸和碱的稳定性，可广泛应用于食品、医药、日化等行业。本实验的建立为更好的开发利用紫荆花资源，探索出低成本的色素提取包合工艺，提出了参考，也为色素及其包合物的稳定性的研究做了基础的研究工作。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 原材料

紫荆花、β-环糊精。

1.1.2 试剂

丙酮、乙醇（95%）、溴化钠、盐酸、氢氧化钠等均为分析纯。

1.1.3 仪器

RE-201D旋转蒸发器：成都康宇科技有限公司；酸度计：上海精密科学仪器有限公司；SHZ-D循环水真空泵：巩义市予华仪器责任有限公司；TENSOR37傅立叶变换红外光谱仪：BRUKER公司；722可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；数显恒温磁力搅拌器：巩义市予华仪器责任有限公司。

1.2 紫荆花色素提取工艺

将经过初步处理的紫荆花瓣碾碎，精确称量适量紫荆花瓣，用滤纸包裹好，放入索氏提取器中，在圆底烧瓶中加入适量的95%乙醇，在提取时间0.8 h，提取pH为2，提取温度为85℃下用索氏提取法提取[4]，将所得提取液用旋转蒸发仪浓缩至粘稠状，置于烘箱干燥至粉末状。

1.3 紫荆花色素包合物的制备方法

采用饱和水溶液搅拌法来制备包合物：将β-环糊精加入50℃的去离子水中，搅拌至溶解，制备成环糊精饱和溶液。另取紫荆花红色素适量，用乙醇溶解，缓慢滴加至β-环糊精饱和溶液中，密封后，保持温度搅拌3 h，置冰箱内冷藏24 h，真空抽滤，用少量的去离子水和无水乙醇快速洗涤，除去附着于表面的色素。40℃下干燥4 h，研碎，即得紫荆花色素-β-环糊精包合物[5]。

1.4 紫荆花色素与β-CD包合物的鉴定

采用红外光谱图对包合物进行鉴定。红外光谱表征是根据客体分子被包裹前后其特征峰的形状、位移和强度的变化来力证包合形成，是研究β-CD包合物最为常用方法之一。分别绘制紫荆花红色素、β-CD/紫荆花色素包合物、以及β-CD 3种样品的红外谱图，观察分析包合物吸收峰的变化。

2 结果与讨论

2.1 紫荆花色素包合物制备结果

采用红外光谱图分析法，分别对紫荆花红色素（a）、β-CD/紫荆花色素包合物（b）、以及β-CD（c）3种样品的红外谱图（如图1）进行对比分析。

图1 紫荆花色素（a），β-CD/紫荆花色素包合物（b），β-CD（c）的FT-IR图Fig.1 FT-IR of red pigment from Cercis Chinensis Bge（a），Inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin（b），β-CD（c）

图1中紫荆花色素的IR图（曲线a），可发现在3 400 cm-1～3 200 cm-1出现宽而强的吸收峰，说明样品中有—OH伸缩振动吸收峰；在2 927cm-1出现—CH2较窄的反对称伸缩峰；在1 718 cm-1处的峰为C=O伸缩振动；在1 626 cm-1出现的峰，可判定为C=C伸缩；或在1 024 cm-1出现峰，可推断为C-O-C的伸缩振动；在1 600 cm-1～1 500 cm-1有峰出现，说明存在芳环C=C伸缩，即体系存在共轭体系。根据图并参照有关文献，紫荆花的主要成分已有文献报道，系属花色甙类化合物。

从图1可以看出，β-CD/紫荆花色素包合物（曲线b）与β-CD（曲线c）的FTIR谱图相类似，说明包合物的环糊精的骨架结构没有发生变化，但是β-CD的-OH伸缩振动峰3 403 cm-1向低波数位移到了3 385 cm-1，这也可以说明β-CD环境发生了变化引起-OH伸缩振动峰的位移。紫荆花色素的IR图（曲线a）中的-CH2在2 927 cm-1处的较窄的反对称伸缩峰的吸收强度在包合物的IR图（曲线b）上被环糊精本身的吸收峰掩盖；因为β-CD本身的特征吸收频率覆盖了400 cm-1～3 800 cm-1区域，当客体小分子在包合物中的分量小于25%（质量分数）时，其特征峰容易被β-CD的吸收峰掩盖[6]。由于紫荆花色素中苯环的疏水性最强，因此优先进入β-CD的疏水性空腔，使得其特征峰被β-CD的吸收峰掩盖。此外紫荆花红色素的IR谱图（曲线a）中1 626 cm-1处和1 718 cm-1处的C=C键和C=O键的伸缩振动峰的峰形、峰位和强度的变化也能提供关于客体分子是否进入空腔以及相互作用力性质的证据。

2.2 紫荆花色素与色素包合物的稳定性实验结果

2.2.1 紫荆花色素与包合物最大吸收波长的确定结果

配制浓度为0.05 mg/mL的紫荆花色素溶液，在400 nm～700 nm波长范围内对所配溶液进行测试，结果见图2。

图2 紫荆花红色素的吸收波长Fig.2 Absorption wavelength of red pigment from Cercis Chinensis Bge

由图2得出，紫荆花红色素最佳吸收波长是520nm。

配制浓度为1 mg/mL的β-CD/紫荆花色素包结物溶液，在200 nm～700 nm波长范围内对所配溶液进行测试，结果见图3。

图3 β-CD/紫荆花色素包结物的吸收波长Fig.3 Absorption wavelength of the inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin

由图3得出，β-CD/紫荆花色素包结物的最佳吸收波长是360 nm。

2.2.2 紫荆花色素与包合物对光照的稳定性比较

配制浓度为0.05 mg/mL的紫荆花色素溶液，和1 mg/mL的β-CD/紫荆花色素包结物溶液，在室内光照条件下，每隔一周测试两组溶液的吸光值变化，计算其损失率，结果见表1，并绘制曲线，结果见图4。

表1 光照对色素及包合物稳定性的影响Table 1 Effect of light on inclusion compound of red pigment fromCercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

图4 光照时间对色素及包合物稳定性的影响Fig.4 Effect of light on inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

由图4可知，光照一定时间色素与包合物的均有损失，色素在光照条件下不太稳定，易褪色，因此在贮存、运输过程中应避免直射光。从相同的时间段比较损失率来看，色素溶液在室内自然光条件照射4周即有较明显的褪色现象，而包合物溶液的颜色、保存率均高于未包合的色素。

2.2.3 色素与包合物对不同pH的稳定性比较

分取同等体积的浓度为0.05 mg/mL的紫荆花色素溶液，和1 mg/mL的β-CD/紫荆花色素包结物溶液，用盐酸和氢氧化钠溶液调节pH，放置0.5 h后，测试两组溶液的吸光值变化，计算其损失率，结果见表2，并绘制曲线，结果见图5。

由图5可知，在中性条件下，色素与包合物的稳定性均最好，酸性和碱性都会导致色素褪色。色素溶液在酸性条件下，吸收值变动不大，损失较平缓；而在碱性条件下损失率上升较快。但包合物无论在酸性还是碱性条件下，损失率远低于色素液，说明在不同pH条件下，包合物的稳定性较色素溶液有所增强。

2.2.4 色素与包合物对不同温度的稳定性比较

分别取同等体积的浓度为0.05 mg/mL的紫荆花色素溶液，和1 mg/mL的β-CD/紫荆花色素包结物溶液，在不同温度下加热0.5 h后冷却至常温，测试两组溶液的吸光值变化，计算其损失率，结果见表3，并绘制曲线，结果见图6。

由图6可知，温度对色素和包合物均有影响。温度越高，色素损失越多，但在相同温度下比较色素和包合物的损失率，色素的损失率远高于包合物的损失率，说明在不同温度条件下，包合物的稳定性较色素有所增强。

表2 不同pH对色素及包合物稳定性的影响Table 2 Effect of pH value on inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

图5 不同pH对色素及包合物稳定性的影响Fig.5 Effect of pH value on inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

表3 不同温度对色素及包合物稳定性的影响Table 3 Effect of temperature on inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

图6 不同温度对色素及包合物稳定性的影响Fig.6 Effect of temperature on inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-Cyclodextrin and the pigment

3 结论

1）包合物的制备采用饱和水溶液法，并用红外谱图分析法对其进行鉴定，证实了包合物的存在。

2）紫荆花红色素经包合后，对光照、酸碱度及热稳定性均有较大的增强，使得紫荆花色素的应用性更好。

3）使用安全无毒天然的食用色素是大势所趋，通过对紫荆花色素的性质分析，紫荆花含有丰富的天然红色素，是一种优质的天然红色素资源。

[1] 蔺定运.食用色素的识别与应用[M].北京:中国食品出版社,1987: 7-19

[2]Connors K A.The Stability of Cyclodextrin Complexes in Solution[J]. Chem Rev,1997(97):1325-1357

[3]Engeldinger E,Armspach D,Matt D.Capped cyclodextrins[J]. Chem Rev,2003(103):4147-4173

[4]朱庆英,何翠香.醇溶法提取紫荆花色素及其稳定性研究[J].食品工业科技,2009(2):268-270

[5] 林荣峰,王丽,刘向阳.辣椒红色素与β-环糊精包合物的制备及理化性质研究[J].食品研究与开发,2006(3):191-193

[6] 童林荟.环糊精化学——基础与应用[M].北京:科学出版社,2001: 214-216

Study on the Preparation of Red Pigment from Cercis Chinensis Bge-β-Cyclodextrin Inclusion Compound and its Stability

ZHU Qing-ying，ZHOU Yuan-fang
（Department of Chemistry，Huizhou College，Huizhou 516007，Guangdong，China）

This topic has elaborated the preparation of inclusion compound of red pigment from Cercis Chinensis Bge with β-cyclodextrin and its stability.The inclusion compound was prepared by saturated aqueous solution through stirring.The red pigment and the inclusion compound were identified by infrared spectra.The stability of inclusion compound and red pigment was measured under different light，pH，temperature.The result indicated that the stability of red pigment from Cercis Chinensis Bge was improved after inclusion.

red pigment from Cercis Chinensis Bge；β-cyclodextrin；inclusion compound；stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.19.024

2013-07-30

朱庆英（1975—），女（汉），讲师，硕士，研究方向：精细化工。