红豆越橘色素的提取工艺及稳定性研究

李 煜，韩春然，黄赫雁，戴传荣，林枞雨，张家成

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨 150076）

红豆越橘色素的提取工艺及稳定性研究

李 煜，*韩春然，黄赫雁，戴传荣，林枞雨，张家成

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江哈尔滨 150076）

为研究水浴浸提红豆越橘色素的工艺及其稳定性，以料液比、乙醇体积分数、浸提温度和浸提时间为因素，以红豆越橘色素提取液的吸光度为指标，采用正交试验优化最佳提取工艺，并考察了浸提温度、pH值、金属离子对色素稳定性的影响。结果表明，红豆越橘中色素提取的最佳条件为料液比1∶4，乙醇体积分数80%，浸提温度55℃，浸提时间3.5 h。随浸提温度升高，红豆越橘色素稳定性下降；在酸性条件下色素的稳定性较好；Ca2+，Zn2+，Cu2+对红豆越橘色素能起到一定的保护作用，而Na+，Fe3+，Fe2+，Mg2+会降低色素的稳定性。

红豆越橘；色素；稳定性

红豆越橘俗名“牙疙瘩”“红豆”“红果”，属于杜鹃花科越橘属植物[1]。其营养丰富，含有多种有机酸、糖类、维生素和微量元素等[2]。红豆越橘果实和茎叶含有花色苷、黄酮、萜类等多种活性成分，并且是提取天然色素的重要原料[3]。红豆越橘果实中的色素为花色苷天然色素[4]，据报道，此花色苷色素对眼睛有益，可以改善人们在夜间的视力功效，而且具有抗氧化、防辐射、抗衰老、抗炎和抗癌等生理功能及显著的药用功能[5]。因此，试验以红豆越橘为原料，探讨红豆越橘色素的最佳提取条件及其稳定性，为红豆越橘色素的储存和应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红豆越橘，大兴安岭百盛科技开发有限公司提供。

无水乙醇、硫酸钠、氯化钙、氯化镁、硫酸锌、氯化铁、硫酸铁、硫酸铜、氢氧化钠、盐酸，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

HWS24型水浴锅、TG16-WS型离心机、B75-1型循环水式多用真空泵，上海一恒有限公司产品；UV-5200型紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司产品；ALC-210.2型电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司产品。

1.3 红豆越橘色素提取单因素试验

1.3.1 料液比对红豆越橘色素提取的影响

按照料液比为1∶3，1∶4，1∶5，1∶6，1∶7加入匀浆后的红豆越橘和体积分数为85%的乙醇溶液。在50℃条件下水浴浸提3 h，抽滤并收集滤液，以转速3 000 r/min离心10 min，取上清液，参照马奇虎[6]、余凡等人的方法，于波长512 nm处测定吸光度，用吸光度表示色素的含量，研究料液比对红豆越橘色素提取的影响。

1.3.2 乙醇体积分数对红豆越橘色素提取的影响

按照料液比为1∶5称取红豆越橘果浆，并分别加入体积分数为55%，65%，75%，85%，95%的乙醇溶液。在50℃条件下水浴浸提3 h，抽滤并收集滤液，以转速3 000 r/min离心10 min。取上清液，于波长512 nm处测定吸光度，研究乙醇体积分数对红豆越橘色素提取的影响。

1.3.3 浸提温度对红豆越橘色素提取的影响

按照料液比为1∶5称取红豆越橘果浆，加入85%体积分数的乙醇溶液，分别在30，40，50，60，70，80℃条件下水浴浸提3 h，抽滤并收集滤液，以转速3 000 r/min离心10 min。取上清液，于波长512 nm处测定吸光度，研究浸提温度对红豆越橘色素提取的影响。

1.3.4 浸提时间对红豆越橘色素提取的影响

按照料液比为1∶5称取红豆越橘果浆，加入85%体积分数的乙醇溶液，搅拌均匀。在50℃条件下，分别水浴浸提1，2，3，4，5 h，抽滤并收集滤液，以转速3 000 r/min离心10 min。取上清液，于波长512 nm处测定吸光度，研究浸提时间对红豆越橘色素提取的影响。

1.4 正交试验

在单因素试验基础上，以料液比（A）、乙醇体积分数（B）、浸提时间（C）和浸提温度（D）为因素，利用L9（34）正交试验表进行正交试验，确定红豆越橘色素提取的最佳工艺。

红豆越橘色素提取因素与水平设计见表1。

表1 红豆越橘色素提取因素与水平设计

1.5 红豆越橘色素稳定性研究

1.5.1 不同浸提温度对红豆越橘色素稳定性的影响

将红豆越橘色素提取液分别置于30，40，50，60，70，80℃的恒温水浴中保温2 h，冷却后于波长512 nm处测量其吸光度，计算色素保留率。

式中：A0，A——处理前后，红豆越橘色素提取液的吸光度。

1.5.2 不同pH值对红豆越橘色素稳定性的影响

配制pH值分别为2，3，4，5，6，7，8，9，10的溶液，然后吸取各溶液8 mL于试管中，各加入2 mL红豆越橘色素原液，摇匀后静置一段时间，于波长512 nm处测量吸光度。

1.5.3 常见金属离子对红豆越橘色素稳定性的影响

配制质量浓度为10 mg/mL的硫酸钠、硫酸铜、硫酸锌、氯化钙、硫酸铁、氯化铁、氯化镁溶液。分别取8 mL上述各溶液置于试管中，再各加入2 mL红豆越橘色素原液，摇匀避光后静置存放，分别测定0，24 h的吸光度，计算色素保留率。

2 结果与分析

2.1 红豆越橘色素提取单因素试验

2.1.1 料液比对红豆越橘色素提取的影响

料液比对红豆越橘色素提取的影响见图1。

图1 料液比对红豆越橘色素提取的影响

由图1可知，随着料液比的增加，红豆越橘色素提取率逐渐提高，当料液比为1∶5时，色素提取率达到最大值；而后增加料液比，色素提取率略有降低。综合考虑料液比最佳范围为1∶4～1∶6。

2.1.2 乙醇体积分数对红豆越橘色素提取的影响

乙醇体积分数对红豆越橘色素提取的影响见图2。

图2 乙醇体积分数对红豆越橘色素提取的影响

由图2可知，在乙醇体积分数小于85%时，随着乙醇体积分数的增大，红豆越橘色素的提取率有显著的提高；当乙醇体积分数为85%时，红豆越橘色素提取率最大；但乙醇体积分数超过85%时提取率略下降。乙醇体积分数过大，不仅耗费乙醇，还会造成脂溶性物质溶出过多；乙醇体积分数过低时，糖、果胶等混入色素提取物中，也会影响提取纯度。综合考虑乙醇体积分数的最佳范围为80%～90%。

2.1.3 浸提温度对红豆越橘色素提取的影响

浸提温度对红豆越橘色素提取的影响见图3。

图3 浸提温度对红豆越橘色素提取的影响

由图3可知，在30～50℃时，红豆越橘色素提取率随着浸提温度的升高而增大；在50℃时，红豆越橘色素提取率达到最大值；超过50℃后提取率随浸提温度升高而降低。可能是因为浸提温度升高，其他非色素物质（如多糖、蛋白质等）的溶解量增加，使红豆越橘色素提取液中的杂质增多，而且高温提取也会增加能源消耗。综合考虑浸提温度最佳范围为45～55℃。

2.1.4 浸提时间对红豆越橘色素提取的影响

浸提时间对红豆越橘提取色素的影响见图4。

图4 浸提时间对红豆越橘提取色素的影响

由图4可知，红豆越橘色素提取率随浸提时间延长而增大，在3 h时红豆越橘色素提取率达到最大值，3 h后提取率开始缓慢下降。这说明随着浸提时间的延长，红豆越橘色素会逐渐降解，稳定性降低，造成色素损失。综合考虑最佳浸提时间范围为2.5～

3.5 h。

2.2 正交试验结果

经过对料液比、乙醇体积分数、浸提温度和浸提时间单因素试验反复探索后，为了优化提取条件，采用正交试验法进行了试验研究。选用四因素三水平正交试验表，进一步确定红豆越橘色素的最佳提取条件。

正交试验设计及结果见表2。

由表2可知，A因素列：K1＞K2＞K3；B因素列：K1＞K3＞K2；C因素列：K3＞K2＞K1；D因素列：K3＞K1＞K2。由R值比较可知，4个因素影响红豆越橘色素提取的主次顺序为料液比（A）＞浸提温度（C）＞浸提时间（D）＞乙醇体积分数（B）。所以，最优方案为A1C3D3B1，即料液比1∶4，浸提温度55℃，浸提时间3.5 h，乙醇体积分数80%，可以更好地提取出红豆越橘色素。由于A1C3D3B1不在以上9个正交试验中，进而验证试验，在最优条件下进行3次平行试验，从而得到红豆越橘中色素的吸光度为0.881。

表2 正交试验设计及结果

2.3 红豆越橘色素稳定性研究

2.3.1 浸提温度对红豆越橘色素稳定性的影响

浸提温度对红豆越橘色素稳定性的影响见表3。

表3 浸提温度对红豆越橘色素稳定性的影响

由表3可知，红豆越橘色素在50℃以下色素保留率较高，稳定性较好；但在50℃以上色素保留率骤降，稳定性显著降低。由此可得，随着浸提温度的升高，红豆越橘色素稳定性逐渐降低，因此在保存和使用过程中应尽量避免长时间加热，此处与孔书敬等人的研究结果一致。

2.3.2 pH值对红豆越橘色素稳定性的影响

pH值对红豆越橘色素稳定性的影响见图5。

图5 pH值对红豆越橘色素稳定性的影响

由图5可知，随着pH值的增加，红豆越橘色素吸光度呈上升趋势，在酸性条件下色素的稳定性较好。在酸性条件下，红豆越橘色素溶液呈现出鲜艳的红色，随着pH值的增大其颜色逐渐加深；在中性条件下，色素溶液为紫色；在碱性条件下，随着碱性增强，红豆越橘色素由紫色逐渐变为深绿色。

2.3.3 常见金属离子对红豆越橘色素稳定性的影响金属离子对红豆越橘色素稳定性影响见表4。

表4 金属离子对红豆越橘色素稳定性影响

由表4可知，红豆越橘色素在Ca2+，Zn2+，Cu2+溶液中吸光度变化较小，稳定性较好；而在Na+，Fe3+，Fe2+，Mg2+的溶液中吸光度变化较大，并且出现少量褐色沉淀，稳定性较差。所以在红豆越橘色素保存过程中，要避免与Na+，Fe3+，Fe2+，Mg2+这些金属离子混用。

3 结论

在单因素试验的基础上，通过正交试验优化得出，在红豆越橘色素提取过程中料液比为最主要影响因素，其次为浸提温度、浸提时间，乙醇体积分数影响最小；最适宜的提取工艺参数为料液比1∶4，浸提温度55℃，浸提时间3.5 h，乙醇体积分数80%。

随着浸提温度的升高，红豆越橘色素的稳定性逐渐降低，因此在保存和使用过程中应尽量处于50℃以下，避免长时间加热而使色素被破坏。红豆越橘色素的颜色会随着溶液pH值的改变而发生变化，在酸性溶液中色素较为稳定，呈现出鲜艳的红色；在中性条件下，色素溶液为紫色；在碱性溶液中为深绿色。红豆越橘色素在Ca2+，Zn2+，Cu2+溶液中稳定性较好；在Fe3+，Fe2+，Mg2+的溶液中出现少量沉淀，色素的稳定性较差，所以在存储和应用过程中要尽量避免这些不利因素。随着人们越来越关注食品安全问题，天然色素取代合成色素逐渐成为当今的热门话题，红豆越橘色素是一种有待开发且具有前景的天然色素[7-8]，其具体的应用还需要进一步探讨。

[1]姜帅，张权，李旻辉，等.红豆越橘的研究进展 [J].包头医学院学报，2015，31（9）：130-133.

[2]杨华，刘亚娜，郭德军.红豆越橘功能性成分的研究进展 [J].安徽农业科学，2014（35）：12 637-12 639.

[3]祖桂芳，赵晓红，崔胜楠.红豆越橘活性成分研究及开发利用 [J].生命科学，2009（1）：151-155.

[4]Viljanen K，Kylli P，Kivikari R，et al.Inhibition of protein and lipid oxidation in liposomes by berry phenolics[J].J Agric Food Chem，2004，52（24）：7 419-7 424.

[5]吕春茂，王新现，包静，等.越橘果实花色苷的体外抗氧化性 [J].食品科学，2010，31（23）：27-31.

[6]马奇虎.枣皮红色素的提取、纯化及稳定性研究 [D].银川：宁夏大学，2014.

[7]张水军，张学兵，熊勇.天然食用色素的研究进展 [J].中国食品添加剂，2014（8）：172-177.

[8]夏洁如，向晨茜，王洪伟.食用天然色素功能应用及发展趋势 [J].中国酿造，2008（22）：1-4.

表7 L9（34）正交试验结果与分析

蔓越莓戚风蛋糕配方的改良试验，证明配方中显示的原料比例是决定着蛋糕能否制作成功的关键所在。比如，改良后制作出来的蛋糕味道会比较浓郁，吃多了也不会觉得腻。添加了新食材以后，给味蕾增添了新的刺激，有了更好的口感。但试验还有很多不足的地方，如烘焙温度和烘焙时间、材料混合的先后顺序和搅拌手法等因素的影响。总之，还有很多需要继续改进的地方，今后要多在这些方面作研究，继而制作出口感更美味的戚风蛋糕。

参考文献：

[1]董丽杰.现代家庭食品安全实用指南 [M].北京：中国言实出版社，2012：48-50.

[2]中西糕点名食编委会.中西糕点大全 [M].长春：吉林科学技术出版社，2009：7-14，40.

[3]杨芳，马林云，郑淑珍，等.塔塔粉在戚风蛋糕制作中的应用 [J].中国食品添加剂，2010（6）：209-212.

Study on the Extraction of Pigment from Lingonberry and its Stabilities

LI Yu，*HAN Chunran，HUANG Heyan，DAI Chuanrong，LIN Congyu,ZHANG Jiacheng （School of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China）

Inorder to inves tigate water-bath extraction of pigment from Lingonberry and its stabilities.Using solid-liquid ratio，solvent concentration，extraction temperature and extraction time as factors，absorbance value of the pigment extract as indicator to optimize the extraction conditions of pigment from Lingonberry by orthogonal experiment，the effects of extraction temperature，pH and metalions on the stability of pigment are also investigated systematically.The results show that the optimal extraction conditions are as follows，solid-liquid ratio 1∶4，alcohol 80%，extraction temperature 55℃，extraction time 3.5 h.The stability of Lingonberry pigment decrease with the increase of temperature，the pigment is stable under acidic conditions，and Cu2+，Zn2+and Ca2+can increase the stability of Lingonberry pigment，but Na+，Fe3+，Fe2+and Mg2+can lead to a decrease in Lingonberry pigment stability.

Lingonberry；pigment；stability

TS255.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.11.042

1671-9646（2016）11b-0047-04

2016-09-05

李 煜（1990—），女，在读硕士，研究方向为农产品加工利用。

*通讯作者：韩春然（1970—），女，博士，教授，研究方向为果蔬贮藏与加工。