红龙草色素的提取工艺优化及其稳定性研究

2017-05-30杨佩斯董乐叶字海

安徽农业科学 2017年10期

杨佩斯董乐叶字海

摘要[目的]优化红龙草色素提取工艺，并研究其稳定性。[方法]以红龙草全草为材料，通过单因素试验和正交试验优化红龙草色素提取工艺，并对提取的红龙草色素稳定性进行研究。[结果]红龙草色素的最佳提取条件：超声时间30 min，料液比1∶55（g∶mL），α-淀粉酶∶纤维素酶为3∶1，即在溶液中按比例加入0.2%纤维素酶和0.6%α-淀粉酶。光照、pH、过氧化氢、亚硫酸钠、苯甲酸、山梨酸、金属离子Zn2+、Cu2+、Ca2+、Fe3+对色素稳定性具有一定的影响。[结论]该研究可为红龙草色素的开发利用提供参考。

关键词红龙草；色素；正交试验；稳定性

中图分类号TS202.3文献标识码A文章编号0517-6611（2017）10-0097-04

Study on the Extraction Process Optimization and Stability of Pigment from Altemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa

YANG Peisi， DONG Le*， YE Zihai

（College of Oceanology and Food Science， Quanzhou Normal University， Quanzhou， Fujian 362000）

Abstract[Objective] To optimize the extraction process of Altemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa pigment and study its stability. [Method] By singlefactor and L9（34）orthogonal experiment， extraction conditions of pigment from Altemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa were optimized， and the effects on the stability of pigment were investigated. [Result] The results showed that the optimum technological conditions of the extraction of pigment from Altemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa were distilled water for extraction agents， 30 min for extraction time， 1∶55（g∶mL） for the ratio of the solid and liquid， 1∶3 for the ratio of cellulose to alpha amylase， namely adding 0.2% cellulose and 0.6% alpha amylase into solution. Light， pH， H2O2 ， sulfurous acid， benzoic acid， sorbic acid， metal ions including Zn2+， Cu2+， Ca2+ and Fe3+ had effects on the stability of pigment.[Conclusion] The study can provide reference for development and utilization of Altemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa pigment.

Key wordsAltemanthera Ficoidea cv. Ruliginosa；Pigment；Orthogonal experiment；Stability

食用色素是指能使食品著色的添加剂，按来源分为合成色素和天然色素2类[1]。研究表明，大部分合成色素对人体有不同程度的伤害，而天然色素具有较高的安全性，有的天然色素还具有一定的营养和药理保健作用[2]。因此，在消费者日益追求食品安全性的大环境下，食用天然色素正逐步占据食用色素的主体地位。

红龙草（Altemanthera Ficoidea cv.Ruliginosa）属苋科，叶色紫红至紫黑色，头状花序密聚成粉色小球，无花瓣。茎为假二歧分枝，中部具有髓，茎秆汁液为紫红色。原种产南美，在世界上热带、亚热带各地多有栽培。红龙草叶色鲜艳，具有提取天然色素的基础。笔者以红龙草全草为材料，优化其色素的提取工艺，并分析色素的稳定性影响因素，为红龙草色素的开发利用提供参考。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1原料。

红龙草，采自福建省泉州师范学院理工楼前花圃。

1.1.2主要仪器。

HH-4型恒温水浴锅，常州国华电器有限公司；KQ-600型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；GZX-9240MBE型数显鼓风干燥箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；UVmini-1240型紫外可见分光光度计，日本岛津；TDL-500B型低速大容量离心机，上海安亭科学仪器厂；FA2104N型电子分析天平，上海菁海仪器有限公司；PHSJ-4A型实验室pH计，上海精密科学仪器有限公司。

1.1.3主要试剂。

纤维素酶、α-淀粉酶等购于厦门泰京生物科技有限公司；亚硫酸钠、过氧化氢、氯化钠、氯化钾、硫酸镁、氯化锌、硫酸铜、氯化铁、氯化钙、苯甲酸、山梨酸等试剂，均为国产分析纯。

1.2方法

1.2.1红龙草原料处理。

将新鲜采摘的红龙草清洗干净放入烘箱内，60 ℃干燥12 h至恒重，将干燥好的红龙草粉碎后过40目筛，放入袋中，于冰箱中低温存放备用。

1.2.2红龙草色素提取的工艺流程。

粉碎的红龙草1.000 g→加水到一定料液比→按一定百分比加入纤维素酶和α-淀粉酶→混匀→45 ℃条件下超声波提取30 min →离心→取色素上清液→定容→稀释→测定吸光度值。

1.2.3最大吸收波长的选择。

准确称量1.000 g红龙草粉末于锥形瓶中，按一定的料液比加蒸馏水，分别加入终浓度为0.2%的纤维素酶和0.3% α-淀粉酶，在45 ℃条件下超声辅助提取30 min，室温下再提取2 h。离心后取上清液，在400～600 nm波段内扫描，测定其吸收光谱，选择可见光区最大吸光峰所对应的波长作为试验中红龙草色素提取液的测定用波长[3]。

1.2.4红龙草色素提取的单因素试验。

1.2.4.1超声时间的选择。

准确称量5份1.000 g的红龙草粉末于锥形瓶中，按一定的料液比加蒸馏水，分别加入终浓度为0.2%的纤维素酶和0.3%的α-淀粉酶，置于45 ℃条件下分别超声辅助提取5、10、20、30、40 min，在4 000 r/min条件下离心后取上清液，用容量瓶定容至100 mL。以蒸餾水为参比，在测定波长处测定色素溶液的吸光度值[4-5]。

1.2.4.2料液比的选择。

准确称量5份1.000 g的红龙草粉末于锥形瓶中，加入蒸馏水，使其料液比分别为1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70（g∶mL），分别加入终浓度为0.2%的纤维素酶和0.3% α-淀粉酶，置于45 ℃条件下超声辅助提取30 min，在4 000 r/min条件下离心后取上清液，用容量瓶定容至100 mL。以蒸馏水为参比，在测定波长处测定色素溶液的吸光度值 [6]。

1.2.4.3酶比例的选择。

准确称量5份1.000 g的红龙草粉末于锥形瓶中，按一定的料液比加蒸馏水，加入终浓度为0.2%的纤维素酶。以纤维素酶为标准，使溶液中α-淀粉酶与纤维素酶的比例分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1。置于45 ℃条件下超声辅助提取30 min，在4 000 r/min条件下离心后取上清液，用容量瓶定容至100 mL。以蒸馏水为参比，在测定波长处测定色素溶液的吸光度值[7]。

1.2.5L9（34）正交试验。

根据超声时间、料液比和复合酶比例的单因素试验，以蒸馏水为提取溶剂，设计4因素3水平正交试验，并将因素D空项作为方差分析的误差处理的一部分，对试验结果进行直观分析和方差分析，确定红龙草色素的最佳提取工艺[5，8]，正交试验因素水平设计见表1。

1.2.6验证试验。在正交试验确定的最佳条件下进行红龙草色素的提取，3次重复，结果取平均值。

1.2.7红龙草色素稳定性的研究。

1.2.7.1光照对色素稳定性的影响[9-10]。

分别取3份20 mL同浓度的红龙草色素溶液于100 mL容量瓶中，用蒸馏水定容至100 mL，分别置于避光、太阳光、紫外光条件下密封静置2 h后，测定最大吸收波长处的吸光度值，分析光照对红龙草色素稳定性的影响。

1.2.7.2pH对色素稳定性的影响[11]。

准确称量10份10 mL同浓度的红龙草色素溶液于锥形瓶中，稀释。用pH计调节色素溶液的pH，使色素溶液的pH分别为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11，置于室温条件下密封静置2 h。观察、记录不同pH条件下的红龙草色素溶液颜色变化。

1.2.7.3氧化剂、还原剂对色素稳定性的影响[12]。

准确称量10份10 mL同浓度的红龙草色素溶液于锥形瓶中，稀释。分别按一定的比例加入氧化剂和还原剂溶液，置于室温条件下密封静置2h。观察并记录色素溶液在不同浓度氧化剂和还原剂中颜色的变化，并测定吸光度值。

1.2.7.4食品添加剂对色素稳定性的影响[13]。

分别配制含有一定浓度梯度的苯甲酸、山梨酸的色素浸提液，密封后置于室温条件下静置2 h。观察、记录添加不同浓度食品添加剂的色素溶液的颜色变化，并测定吸光度值。

1.2.7.5金属离子对色素稳定性的影响[14]。

精密量取10份10 mL同浓度的红龙草色素溶液于锥形瓶中，稀释。分别加入浓度为0.02 mol/L的Na+、Mg2+、Zn2+、K+、Cu2+、Ca2+、Fe3+金属离子，在避光条件下静置提取2 h，与原溶液相比较，观察并记录色素溶液颜色的变化。

2结果与分析

2.1最大吸收波长的选择

由图1可知，红龙草色素水溶液在波长550 nm处有特征吸收峰，因此确定红龙草色素的测定波长为550 nm。

2.2单因素试验结果

2.2.1超声时间对色素提取效果的影响。

由图2可知，在一定范围内，随着超声时间的增加，色素提取液的吸光度增大。当超声时间在10～20 min和30～40 min时，色素提取液的吸光度相对稳定，但在30～40 min时色素的吸光度较大，同时考虑酶作用时所需条件，因此，确定红龙草色素提取的超声时间为30 min。

2.2.2料液比对色素提取效果的影响。

由图3可知，在一定范围内，随着料液比中溶剂用量的增加，色素溶液吸光度越高，当料液比为1∶50（g∶mL）时，吸光度达到最大值。此后当料液比中溶剂用量继续增加时，吸光度则随着降低，色素的提取率逐渐降低。因此，确定红龙草色素提取的料液比为1∶50（g∶mL）。

2.2.3复合酶比例对色素提取效果的影响。

可知，在一定范围内，随着α-淀粉酶与纤维素酶比例的增大，吸光度越高，当α-淀粉酶与纤维素酶比例为3∶1时，吸光度达到0.579。此后当α-淀粉酶与纤维素酶比例继续增大时，吸光度则没有明显变化，色素的吸光度趋于稳定。因此，确定红龙草色素提取的α-淀粉酶与纤维素酶比例为3∶1。

2.3正交试验结果分析

根据单因素试验的结果，以超声时间、料液比、酶比例为3个因素进行红龙草色素提取的正交试验，结果见表2。

可知，料液比对红龙草色素提取影响最大，其次是超声时间，酶比例影响最小。方差分析显示，料液比、超声时间、酶比例对色素提取率的影响具显著性（FA=17.854，FB=54.07，FC=9.98）。红龙草色素提取的最佳条件是A2B3C2，即在提取时超声时间为30 min，料液比为1∶55（g∶mL），α-淀粉酶与纤维素酶比例为3∶1。

2.4正交试验结果的验证试验

验证试验表明，采用优化的工艺条件提取时，色素提取溶液的吸光度值为0.635，大于所有正交试验中所得结果，表明采用此工艺条件提取红龙草色素是可行的。

2.5红龙草色素的稳定性

2.5.1光照对色素稳定性的影响。

试验得出，在自然光、紫外光、避光条件下，红龙草色素的吸光度值分别为0.496、0.617、0.619。

因此可知，在光照条件下，红龙草色素的吸光度值相对于避光条件下有较大幅度的降低，表明红龙草色素在光照条件下的稳定性较差，而紫外光的照射对色素的稳定性影响不大。

2.5.2 pH对色素稳定性的影响。

可知，色素在pH 5～8时稳定，pH在2～4时，色素颜色由橘黄色变为殷红色，pH在9～11时，色素颜色由殷红色变为棕褐色。因此，色素在弱酸或弱碱条件下比较稳定，而在强酸强碱性条件下色素的稳定性降低。因此，红龙草色素适合在弱酸或弱碱条件下使用，应避免在强酸强碱性条件下保存、使用。

2.5.3氧化剂、还原剂对色素稳定性的影响。

由于氧化剂、还原剂对色素的颜色影响不大，因此用测定溶液的吸光度值来反映其对色素溶液的影响。

可知，随着氧化剂浓度的增加，溶液中色素比较稳定，吸光度值略有下降但变化不大。随着还原剂浓度的增加，色素溶液的吸光度值在一定范围内波动，没有明显的变化。由此可见，在低浓度的还原剂和氧化剂中，紅龙草色素相对比较稳定。

2.5.4金属离子对色素稳定性的影响。

由图8可知，添加Na+ 、K+、Mg2+时，溶液颜色与最大吸收峰没有变化，Zn2+时颜色变浅，但影响不明显，说明Zn2+对色素有减色作用；Cu2+使色素浸提液出现棕绿色浑浊；Ca2+使色素浸提液的颜色变深，说明Ca2+对色素有增色作用。Fe3+使色素溶液颜色变为褐色浑浊。因此在红龙草色素加工、保存、使用及运输过程中应避免与Cu2+、Ca2+、Fe3+接触。

2.5.5常用食品添加剂对色素稳定性的影响。

3结论

以红龙草为原料，以水为溶剂提取色素，通过正交试验及分析得出了红龙草色素的最佳提取条件为超声时间

红龙草色素的稳定性试验表明，红龙草色素光稳定性较差，在弱酸至弱碱（pH 5～8）条件下稳定，低浓度的氧化剂溶液对色素有较好的护色效果，低浓度的还原剂溶液中色素的耐还原性较好，添加食品添加剂苯甲酸时无影响，添加食品添加剂山梨酸时有助于对色素的保护，金属离子Na+、Mg2+、K+对色素几乎没有影响，Zn2+对色素有减色的作用，Cu2+、Ca2+、Fe3+对色素有较大影响。因此在红龙草色素加工、保存、使用及运输过程中应避免与Cu2+、Ca2+、Fe3+接触。

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