玫瑰花色素的提取工艺及其稳定性研究
2019-08-27陈雅妮李琼任顺成郑舒文
陈雅妮，李琼，任顺成，郑舒文
（1.茅台学院，贵州 仁怀 564500；2.河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001）
随着人类生产的发展和生活的改善，人们对食品的要求不但讲究营养和口味，还讲究食品的颜色和外观，以增加食物的美感和食欲[1]。食用色素作为一种改善食品色泽的食品添加剂，其有合成和天然之分，近年来众多研究发现合成色素对人体有极为严重的慢性毒性和致畸致癌性，越来越多的国家（如丹麦、挪威等）禁止使用合成色素[2]，而食用天然色素不仅安全无毒并且大部分都具有一定的药理价值，且着色自然并带有特殊的香味、添加量不受限制，因此受到人们的广泛重视[3]。
玫瑰花又名刺玫花、徘徊花、刺客、穿心玫瑰，原产于中国，栽培历史悠久，属于蔷薇科蔷薇属多年生常绿或落叶灌木[4-5]。它集食用、药用、观赏于一身，药食两用的历史已有两千多年[6]。研究发现，玫瑰花含有300 多种化学成份，其玫瑰花色素的主要呈色物质为花色苷分子[7-8]，属于黄酮类化合物，这类化合物易溶于水，水溶液色泽鲜艳着色能力强，且具有一定的保健功能，如抗炎、抗癌、抗氧化、改善记忆力、预防糖尿病等[9-11]，具有广泛的开发应用前景。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.1.1 材料
新鲜玫瑰花：市售，除去花萼及花蕊，将玫瑰花瓣储存于干燥避光处，备用；95%工业酒精；柠檬酸、亚硫酸氢钠、氢氧化钾、36%浓盐酸（均为分析纯）：北京化工厂公司；抗坏血酸、石油醚、蔗糖、硝酸铝、氯化钠、硫酸亚铁铵、硫酸铜、氯化钾、硫酸镁、高锰酸钾（均为分析纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司。
1.1.2 主要仪器
752 紫外可见分光光度计：上海菁华科技仪器有限公司；YP1002N 电子天平：上海上平仪器有限公司；FW80 高速万能粉碎机：北京市永光明医疗仪器有限公司；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限公司；HH-2 数显恒温水浴锅：国华电器有限公司；PHS-3EpH 仪：上海雷磁有限公司。
1.2 方法
将干燥玫瑰花瓣放入高速万能粉碎机中粉碎成粉末，并收集于干燥洁净的密封袋中，储存备用。
1.2.1 提取溶剂的选择
称取1.0 g 玫瑰花粉末7 份分别置于具塞锥形瓶中，分别加入20 mL 浓度为20%、40%、60%、80%、95%的乙醇溶液、蒸馏水、石油醚，于恒温水浴锅中60 ℃下浸提1 h 后，减压过滤，反复提取2 次合并滤液。在530 nm 的波长下测定提取液的吸光度[12]。
1.2.2 玫瑰花色素提取工艺的单因素试验
1.2.2.1 提取温度对玫瑰花色素提取的影响
称取1.0 g 玫瑰花粉末6 份分别置于具塞锥形瓶中，分别加入20 mL 浓度为40%的乙醇溶液，混匀。将锥形瓶置于 40、50、60、70、80、90 ℃的恒温水浴锅中浸提1 h，减压过滤，反复提取2 次合并滤液。在530 nm的波长下测定提取液的吸光度。
1.2.2.2 料液比对玫瑰花色素提取的影响
称取1.0 g 玫瑰花粉末5 份分别置于具塞锥形瓶中，按料液比 1 ∶30、1 ∶40、1 ∶50、1 ∶60、1 ∶70（g/mL）加入浓度为40%的乙醇溶液，于70 ℃的恒温水浴中浸提1 h，减压过滤，反复提取2 次合并滤液。在530 nm的波长下测定提取液的吸光度。
1.2.2.3 提取时间对玫瑰花色素提取的影响
称取1.0 g 玫瑰花粉末5 份分别置于具塞锥形瓶中，加入50 mL 浓度为40%的乙醇溶液，于70 ℃的恒温水浴中分别浸提 1、2、3、4、5 h，减压过滤，反复提取2 次合并滤液。在530 nm 的波长下测定提取液的吸光度。
1.2.3 玫瑰花色素提取工艺的正交试验
根据单因素试验结果，设计三因素三水平正交试验，并对其结果进行分析，确定玫瑰花色素的最优提取工艺，因素及水平见表1。
表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment
1.2.4 玫瑰花色素稳定性研究
1.2.4.1 pH 值对玫瑰花色素稳定性的影响
取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，用一定浓度的盐酸、氨水和氢氧化钾溶液调节提取液的pH 值分别为 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，在 60 ℃的水浴锅中放置1 h，取出冷却至（20±2）℃后，观察记录颜色并测定其吸光度值。
1.2.4.2 金属离子对玫瑰花色素稳定性的影响
取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，以蒸馏水作对照，分别加入6 滴浓度为1%和0.5%的硫酸亚铁铵、硫酸铜、氯化钾、硫酸镁、硝酸铝溶液，摇匀，在60 ℃的水浴锅中放置1 h。取出冷却至（20±2）℃后，观察记录颜色并测定其吸光度值。
1.2.4.3 常见食品添加剂对玫瑰花色素稳定性的影响
取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，以蒸馏水作对照，分别加入6 滴浓度为1%、2%、3%的氯化钠、蔗糖和柠檬酸溶液，摇匀，在60 ℃的水浴锅中放置1 h。取出冷却至（20±2）℃后，观察记录颜色并测定其吸光度值。
1.2.4.4 氧化剂和还原剂对玫瑰花色素稳定性的影响
取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，以蒸馏水作对照，分别加入6 滴浓度为0.1%、0.5%、1%的高锰酸钾和稀盐酸溶液，摇匀，在60 ℃的水浴锅中放置1 h。取出冷却至（20±2）℃后，观察记录颜色并测定其吸光度值。
1.2.4.5 抗坏血酸（VC）对玫瑰花色素稳定性的影响
取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，分别加入6滴浓度为0.1%、0.5%、1%、2%的抗坏血酸溶液，摇匀，在60 ℃的水浴锅中放置1 h。取出冷却至（20±2）℃后，观察记录颜色并测定其吸光度值。
1.2.4.6 亚硫酸氢钠（NaHSO3）对玫瑰花色素稳定性的影响
取等量的玫瑰花色素提取液各5 mL，以蒸馏水作对照，分别加入6 滴浓度为0.1%、0.5%、1%、2%的亚硫酸氢钠（NaHSO3）溶液，摇匀，在60 ℃的水浴锅中放置1 h。取出冷却至（20±2）℃后，观察记录颜色并测定其吸光度值。
2 结果与分析
2.1 提取溶剂的选择
不同提取溶剂对玫瑰花色素提取效果的影响见表2。
表2 不同提取溶剂提取玫瑰花色素效果Table 2 Effects of different extracts on the extraction of rose pigment
由表2可知，浓度为40%或60%的乙醇作为提取溶剂时，提取液的吸光度值较大，且二者差异不大；蒸馏水为提取剂时，提取液的吸光度值次之；石油醚为提取剂时，提取液的吸光度较小，提取效果较差。综合考虑，采用浓度为40%乙醇作为玫瑰花色素的提取剂。
2.2 单因素试验
2.2.1 提取温度对玫瑰花色素提取的影响
不同提取温度对玫瑰花色素提取的影响见图1。
图1 提取温度对玫瑰花色素提取的影响Fig.1 Effects of extraction temperature on the extraction of rose pigment
由图1可知，提取温度由40 ℃升高到70 ℃，玫瑰花提取液的吸光度值随温度的升高而逐渐增大；当提取温度超过70 ℃时，玫瑰花提取液的吸光度值随温度的升高而减小。这表明随着提取温度的升高，分子热运动加快，玫瑰花色素可以更好的溶解于提取液中，而温度超过70 ℃，可能会破坏色素的结构，色素发生氧化分解[13]。因此，70 ℃为最佳提取温度。
2.2.2 料液比对玫瑰花色素提取的影响
不同料液比对玫瑰花色素提取的影响见图2。
图2 料液比对玫瑰花色素提取的影响Fig.2 Effects of solid to liquid ratio on the extraction of rose pigment
由图2可知，随着料液比由 1 ∶30（g/mL）变化到1 ∶70（g/mL），提取液的吸光度值呈现先上升后降低的趋势，当料液比为 1 ∶50（g/mL）时，溶液的吸光度达到最大值。因此，选择1 ∶50（g/mL）作为提取玫瑰花色素时的最佳料液比。
2.2.3 提取时间对玫瑰花色素提取的影响
不同提取时间对玫瑰花色素提取的影响见图3。
图3 提取时间对玫瑰花色素提取的影响Fig.3 Effects of extraction time on the extraction of rose pigment
由图3可知，随着提取时间的延长，提取液的吸光度值呈现先增大后减小的趋势，当提取时间为3 h 时，提取液的吸光度达到最大值。当提取时间超过3 h，提取溶液的吸光度值逐渐降低，可能是由于提取时间过长导致色素氧化。因此，选择玫瑰花色素的提取时间为3 h。
2.3 正交试验结果分析
玫瑰花色素提取工艺的正交试验结果见表3。
表3 正交试验结果与分析Table 3 Results of orthogonal experiment
由表3可知，各因素对玫瑰花色素提取效果的影响程度顺序为：料液比（C）＞时间（B）＞温度（A）。最佳提取工艺组合是A2B3C1，即提取温度70 ℃，提取时间4 h，料液比为 1 ∶40（g/mL）。
2.4 影响玫瑰花色素稳定性因素研究
2.4.1 pH 值对玫瑰花色素稳定性的影响
pH 值对玫瑰花色素稳定性的影响见表4。
表4 pH 值对玫瑰花色素稳定性的影响Table 4 Effects of pH value on the stability of rose pigment
由表4可知：随着pH 值的增大，提取液的吸光度值和颜色均发生明显变化，可见溶液的酸碱性对玫瑰花红色素的稳定性影响较大。在不同的酸碱条件下，玫瑰花色苷可能存在4 种结构形式：醌式结构（蓝色），2-苯基苯并吡喃阳离子（红色），醇型假碱（无色）和查尔酮结构（无色）[14]。pH 值较低时，溶液的红色有所加强，可能是由于2-苯基苯并吡喃阳离子含量较多。pH值在4～5 时，溶液的颜色逐渐变浅，吸光度值较低，可能是有较多无色的醇型假碱和查尔酮结构存在；pH 值进一步增加，溶液的吸光度值逐渐增大，颜色也逐渐变深，在碱性条件下玫瑰花色苷大多以蓝色的醌式结构存在。由此可知，玫瑰花色素在酸性条件下的稳定性较好，这一结果与文献中报道[15]的pH 值对玫瑰花色苷稳定性影响相符合。
2.4.2 金属离子对玫瑰花色素稳定性的影响
金属离子对玫瑰花色素稳定性的影响见表5。
表5 金属离子对玫瑰花色素稳定性的影响Table 5 Effects of metal ions on the stability of rose pigment
由表5可知：玫瑰花色素提取液中加入不同种类的金属离子，溶液的吸光度值均增大，但不同的金属离子对玫瑰花色素稳定性的影响程度不同，其中K+和Mg2＋对玫瑰花色素稳定性的影响较小，溶液颜色变化不明显，且K+和Mg2＋浓度对玫瑰花色素稳定性的影响也不明显。Fe2＋、Cu2＋和 Al3+对玫瑰花色素稳定性影响较大，溶液颜色明显加深，且吸光度值明显增大，吸光度值随离子浓度的增加而变大，加Fe2+的提取液呈深紫黑色，加Cu2+的提取液呈褐色，加Al3+的提取液呈深橘色。由此可知，为了更好的保存玫瑰花色素应尽量避免与 Fe2＋和 Cu2＋共同存放。
2.4.3 常见食品添加剂对玫瑰花色素稳定性的影响
常见食品添加剂对玫瑰花色素稳定性的影响见表6。
表6 常见食品添加剂对玫瑰花色素稳定性的影响Table 6 Effects of common food additives on the stability of rose pigment
由表6可知：低浓度、少量常见食品添加剂（如氯化钠、蔗糖、柠檬酸）加入到玫瑰花色素提取液中，提取液颜色与空白组相比变化不明显，吸光度与空白组相比变化也不大。由此表明氯化钠、蔗糖和柠檬酸可以作为食品添加剂，低浓度、少量地加入到玫瑰花色素制品中。
2.4.4 氧化剂和还原剂对玫瑰花色素稳定性的影响
氧化剂和还原剂对玫瑰花色素稳定性的影响见表7。
表7 氧化剂和还原剂对玫瑰花色素稳定性的影响Table 7 Effects of oxidizing reductant on the stability of rose pigment
由表7可知：随着高锰酸钾和盐酸浓度的增加，玫瑰色素提取液吸光度值逐渐增大，且颜色发生明显变化。高锰酸钾和盐酸浓度为0.1%时，提取液吸光度值略有增大，但颜色变化不明显。当浓度增加0.5%时，加入高锰酸钾的提取液颜色变为浅褐红色，加入盐酸的提取液颜色变为浅亮粉红；当浓度增加1%时，加入高锰酸钾的提取液颜色变为黑褐色，加入盐酸的提取液颜色变为深亮粉红，且提取液吸光度值都明显增大。由此可见，强氧化剂和还原剂对玫瑰花色素稳定性的影响强烈，不适于添加到玫瑰花色素中。
2.4.5 抗坏血酸（VC）对玫瑰花色素稳定性的影响
抗坏血酸（VC）对玫瑰花色素稳定性的影响见表8。
表8 抗坏血酸（VC）对玫瑰花色素稳定性的影响Table 8 Effects of ascorbic acid（VC）on the stability of rose pigments
由表8可知：随着抗坏血酸浓度的增加，提取液的吸光度值逐渐增大，溶液颜色变化不明显。由于抗坏血酸具有还原性，在食品中被广泛用作抗氧化剂，且在酸性溶液中较稳定，因此，抗坏血酸可作为增色剂和稳定剂添加到玫瑰花色素中。
2.4.6 亚硫酸氢钠（NaHSO3）对玫瑰花色素稳定性的影响
亚硫酸氢钠对玫瑰花色素稳定性的影响见表9。
表9 亚硫酸氢钠对玫瑰花色素稳定性的影响Table 9 Effects of sodium bisulfite on the stability of rose pigment
由表9可知：随着亚硫酸氢钠浓度的增加，提取液的吸光度略有增加，但与空白组对比吸光度值减小，颜色无明显差异，说明加入亚硫酸氢钠对玫瑰花色素稳定性的影响不大。
3 结论
本试验采用溶剂浸提法提取玫瑰花色素，综合考虑提取溶剂选择40%的乙醇溶液，通过单因素和正交试验分析优化玫瑰花色素提取工艺，确定最佳的提取工艺为提取温度 70 ℃，提取时间 4 h，料液比 1 ∶40（g/mL）。对玫瑰花色素稳定性的研究表明，pH 值、金属离子、氧化剂和还原剂对玫瑰花色素稳定性的影响较大，提取液的吸光度值和颜色发生明显变化；少量低浓度的常见食品添加剂（如氯化钠、蔗糖、柠檬酸）、抗坏血酸和亚硫酸氢钠对玫瑰花色素稳定性的影响不明显。玫瑰花色素在酸性条件下较稳定，玫瑰花色素制品中可以少量低浓度的添加氯化钠、蔗糖、柠檬酸、抗坏血酸和亚硫酸氢钠，作为添加剂起到稳定增色的作用，玫瑰花色素在贮存过程中应尽量避免接触Fe2＋、Cu2＋及强氧化剂（高锰酸钾）和还原剂（盐酸）。
