野生火棘果红色素提取工艺优化

卫亚丽,杨 江

(贵州民族学院化学与环境科学学院,贵州贵阳 550025)

火棘 (Pyracantha fortuneana)为蔷薇科火棘属常绿灌术野生果树,又名救军粮,分布广[1]。火棘果实不仅具有很高的食用价值和药用保健价值,具有生津止渴、清热解毒和收敛止泻等药理功效[2-5],而且还是一种重要的天然色素资源,用于食品、医药、化妆品等工业中,具有广阔的发展前景[6,7]。国外主要集中在火棘果提取物在化妆品中的应用研究,尚未见火棘果红色素提取的报道。国内有关火棘红色素的研究已有少量报道[8-12],但尚未见利用柠檬酸的乙醇溶液对贵阳野生火棘果色素提取研究的报道;火棘红色素是花色苷类,在中性和弱碱性溶液中不太稳定[13,14],因此,提取过程通常要采用酸性溶剂。本工作拟用柠檬酸的乙醇溶液为提取剂,通过单因素实验和正交实验,对火棘果中红色素的提取工艺进行了研究,确定其最佳提取工艺,以期为充分有效地利用我国火棘这一丰富的野生资源提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

野生火棘果 (采集于贵州民族学院后山,磨粹后晒干、冷藏);柠檬酸重庆川江化学试剂厂,批号:20060107);95%乙醇 (成都金山化学试剂有限公司,批号:080218)。紫外 -可见分光光度计,Cary300美国瓦里安中国有限公司;电子分析天平,梅特勒 -托利多仪器上海有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 单因素实验

称取一定量的火棘果干粉,分别研究提取剂、料液比、提取时间、提取次数和提取温度对火棘果红色素提取效果的影响。其中,料液比 =火棘果 (g)∶浸提剂 (mL)。

称取相同重量的火棘果,分别用水、70%的乙醇、柠檬酸乙醇溶液作提取剂提取,通过紫外 -可见分光光度计对提取剂提取的色素溶液进行扫描,确定其在可见光区的最大吸收波长,并以该波长下的吸光度值作为红色素含量的衡量标准,吸光度值最大溶液所用的提取剂为最佳提取剂。

1.2.2 正交实验确定最佳提取条件

以料液比、提取时间、提取次数和提取温度 4个因素,做 L9(34)正交实验,因素及水平见表1。

表1 正交实验的因素及水平

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 红色素在柠檬酸乙醇溶液中的吸收光谱

提取所得到的红色素溶液用紫外 -可见分光光度计在 400～800 nm范围进行光谱扫描,吸收光谱见图1。

图1 火棘果红色素溶液的吸收光谱

从图1中看出火棘果红色素最大吸收波长在530 nm处,与参考文献[14]一致。

2.1.2 提取剂对红色素提取的影响

分别用不同提取剂:水;70%乙醇;3%柠檬酸乙醇溶液;6%柠檬酸乙醇溶液;9%柠檬酸乙醇溶液;12%柠檬酸乙醇溶液;15%柠檬酸乙醇溶液提取红色素,对应的吸光度见图2。

图2 提取剂对红色素提取的影响

从图2可以得出:提取剂对火棘红色素提取有显著的影响,柠檬酸乙醇溶液作为提取剂提取所得吸光度远比水或 70%的乙醇作为提取剂所得的吸光度大,当柠檬酸乙醇溶液的浓度为 9%提取效果最好。

2.1.3 提取次数对红色素提取效果的影响

准确称取 4份火棘果干粉各 4.0 g,按 1∶10加入提取剂,在 40℃下浸提 40 min,提取次数分别为1、2、3和 4。冷却后过滤,合并所得的相应滤液,定容到相同体积后于 530 nm下测其吸光度值,结果见图3。由图3可知,随着提取次数的增加,吸光度值也增加,但到 2次时其增幅逐渐减小。次数过多浪费时间又消耗提取剂,可见提取 2次较适宜。

图3 提取次数对提取效果的影响

2.1.4 温度对红色素提取效果的影响

准确称取 4份火棘果干粉各 4.0 g,按 1∶10加入提取剂,分别在 30、40、50和 60℃下提取 2次,每次 60 min。冷却后过滤,合并所得的相应滤液,定容到相同体积后于 530 nm下测其吸光度值,结果见图4。由图4可知,随提取温度的增加,吸光度值呈上升趋势,但温度过高会导致色素分解,吸光度值反而下降,故提取温度以 40℃为宜。

图4 温度对素提取效果的影响

2.1.5 浸提时间对红色素提取效果的影响

准确称取 5份火棘果干粉各 4.0 g,按 1∶10加入提取剂,在 40℃下提取 3次,每次提取的时间分别为 20、40、60、80和 100 min。冷却后过滤 ,合并所得的相应滤液,定容到相同体积后于 530 nm下测其吸光度值,结果见图5。由图5可知,浸提时间在20 min～60 min的时候,吸光度变化呈上升趋势十分明显,60 min的时候,吸光度值最大。浸提时间在60 min～80 min的时候吸光度变化十分平缓。时间过短不利于充分提取,时间过长又不够经济,且易导致色素分解,吸光度值反而会随之下降。因此,提取时间选用 60 min为宜。

图5 浸提时间对提取效果的影响

2.1.6 料液比对提取效果的影响

准确称取 4份火棘果干粉各 4.0 g,分别加入料液比为 1∶5、1∶8、1∶10和 1∶12的提取剂 ,在 40℃下分别提取 2次,每次 60 min。冷却后过滤,合并所得的相应滤液,定容到相同体积后于 530 nm下测其吸光度值,结果见图6。由图6可以看出,料液比的大小对火棘果红色素提取效果有显著的影响。随着料液比的增加,吸光度值开始增加较快,到 1∶8后增加缓慢,1∶10时吸光度最大,故料液比选用 1∶10为宜。

图6 料液比对提取的影响

2.2 正交实验结果

以上单因素实验结果说明,在一定的实验条件下,料液比、提取时间、提取次数和提取温度都可能影响火棘果红色素的提取效果,但是,单因素实验只能确定单个因素对结果的影响和初步了解较好的提取条件范围,这些因素对色素提取效果的具体影响程度还有待进一步探讨。因此,选择料液比、提取时间、提取次数和提取温度 4个因素,并固定 3个水平进行 L9(34)正交实验,结果如表2所示。

表2 正交实验及实验数据

用极差分析方法可知:B的极差最大,然后依次为 C、A、D。极差越大,说明该因素水平变动时总指标变化越大,也就是该因素对综合指标的影响越大。因此得出影响红色素产率的最强因素为 B,其次为C、A、D,即提取时间 >柠檬酸浓度 >料液比 >温度,参见表2。由表2可知,红色素最佳提取条件的L9(34)的正交实验的优选结果是 A2B2C2D2,即料液比为 1∶10,浸提时间为 60 min,溶剂浓度为 9%,温度为 40℃。

3 结 论

由单因素实验结果可以看出,火棘红色素的柠檬酸乙醇提取液在可见光区的最大吸收波长为530 nm。从原料的成本及色素稳定性出发,最佳提取条件为料液比为 1∶10,浸提时间为 60 min,溶剂浓度为 9%,温度为 40℃。对火棘果中红色素进行提取,所得色素色泽鲜艳,提取工艺简单,提取剂易于回收,操作简便,成本低,产品无毒害,无污染,安全性高。

[1] 贵州省中药研究所.贵州中药资源[M].北京:中国医药科技出版社,1992.702.

[2] 蒋利华,熊远福,李霞,等.野生火棘果有效成分研究进展[J].中国野生植物资源,2007,26(2):8-10.

[3] 柴 立,郑亚玉,谢宝忠,等.赤阳子营养成分及保健作用研究[J].贵阳中医学院学报,1988,10(1):39-41.

[4] 牟君富,王树平.红子果实营养成分含量变化及其利用研究[J].西南农业学报,1992,5(3):42-47.

[5] 梅兴国,万国晖,周忠强.火棘果化学成分研究[J].中药材,2002,25(5):329-330.

[6] 李安林,茹宗玲,张换平.火棘果红色素的超声提取与抗自由基性能研究[J].食品研究与开发,2008,29(9):11-13.

[7] 李 伟,张应团.火棘多酚类物质的体外抗氧化作用[J].食品工业科技,2008,29(9):121-123.

[8] 熊远福,李 霞,文祝友.野生火棘果中红色素的提取研究[J].中国食品添加剂,2007,7(1):58-61.

[9] 余红英.天然火棘色素提取方法的研究[J].湖北民族学院学报:自然科学版,1998,16(6):37-39.

[10] 向纪明,王 琳.火棘红色素的提取及稳定性研究[J].化学世界,1998,39(2):77-79.

[11] 孙兰萍,许 晖.天然火棘色素的提取及稳定性的研究[J].冷饮与速冻食品工业,2005,11(3):5-8.

[12] 蒋新龙,蒋益花.微波法提取火棘红色素的工艺研究[J].食品科技,2006,31(7):182-188.

[13] 邓如福,王三根.火棘色素理化特性初探[J].中国野生植物,1990(2):43-46.

[14] 程 超,莫开菊,汪兴平.天然水溶性火棘色素在不同环境条件下的稳定性研究[J].食品科学,2005,26(3):72-74.