石榴叶叶绿素锌钠的制备及其稳定性研究

丁 林, 张艳桥

(1.沈阳化工大学环境与生物工程学院,辽宁沈阳 110142; 2.沈阳市环境保护局,辽宁沈阳 110014)

石榴叶叶绿素锌钠的制备及其稳定性研究

丁 林1, 张艳桥2

(1.沈阳化工大学环境与生物工程学院,辽宁沈阳 110142; 2.沈阳市环境保护局,辽宁沈阳 110014)

以石榴叶粉为原料,利用有机溶剂提取叶绿素,经皂化、锌代及成盐反应制备叶绿素锌钠.通过正交和单因素实验确定最佳工艺条件,并对叶绿素锌钠的稳定性进行研究.结果表明最佳叶绿素提取条件为:提取剂 80%(体积分数)乙醇,料液比 1∶12,提取温度 60℃,提取时间 8 h;最佳锌代反应条件为:m(石榴叶粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25,锌代反应温度 60℃,时间 2 h,收率达 2.74%.叶绿素锌钠盐水溶性好.耐热性、pH值为 3.0～12.8时的耐光性、抗氧化性、抗还原性均较好.常见的食品添加剂对叶绿素锌钠盐的稳定性影响不大.

石榴叶; 叶绿素锌钠盐; 制备; 稳定性

人们在制作食品时常使用一种食品添加剂——食用色素.目前使用的食用色素有天然食用色素和合成食用色素 2大类.合成食用色素是指用化学合成方法所制造的有机色素,食用过量会危害消费者的健康.天然食用色素一般从动植物中提取,无毒副作用,安全可靠,且有一定的营养和药理作用.叶绿素是广泛存在于植物的叶和茎中的绿色天然色素,游离的叶绿素很不稳定,且不溶于水,对光、热敏感,易氧化裂解而褪色,故作食品添加剂有局限性.若将叶绿素改造为叶绿素锌钠盐,既增强稳定性,又改善水溶性[1-3].

石榴叶为石榴科植物石榴(Punica granatum-L)的叶,具收敛止泻、解毒杀虫之功效,主治泄泻、痘风疮、癞疮、跌打损伤[4].本文以石榴叶为原料制备叶绿素锌钠盐,用正交实验探讨石榴叶叶绿素的最佳提取条件,用单因素实验探讨最佳锌代反应条件,并对产品色素进行稳定性研究,旨在为开发新的天然色素资源提供科学依据.

1 实验部分

1.1 原料、试剂和仪器

原料:石榴叶 (自备).

试剂:石油醚,氢氧化钠,无水乙醇,七水合硫酸锌,丙酮和盐酸,均为分析纯.

仪器:PHS-3C型 pH计,电热鼓风干燥箱,数显恒温水浴锅,722型分光光度计.

1.2 实验原理[5]

皂化反应:

酸化反应:

锌代反应:

成盐反应:

1.3 实验方法[5-6]

1.3.1 实验工艺流程

石榴叶粉→预处理→浸提 (乙醇)→抽滤弃渣→皂化 (NaOH)→减压回收乙醇→萃取 (石油醚)→酸化(盐酸)→锌代→溶解 (丙酮)→成盐(NaOH)→抽滤干燥→叶绿素锌钠成品.

1.3.2 实验工艺过程

新鲜石榴树叶择洗、阴干,置 40～50℃恒温干燥箱中烘烤 6 h,研成石榴叶粉.称取 2 g石榴叶粉于 50 mL烧杯中,加 24 mL体积分数为80%的乙醇浸提,抽滤,滤液置圆底烧瓶中.在圆底烧瓶中加质量分数 5%的NaOH溶液,调节pH值至 10～11,于 50～60℃水浴中回流皂化1 h.减压蒸馏回收乙醇,浓缩液移至分液漏斗中,加等体积石油醚振荡 2 min,静置分层,上层油相为黄色,是胡萝卜素和叶酸等;下层水相呈墨绿色,为叶绿素皂化液.将叶绿素皂化液收集于圆底烧瓶中,用盐酸调 pH值至 2～3,然后加入 2.5 g ZnSO4·7H2O,于 60～70℃水浴中回流锌代 2 h,过滤、水洗得叶绿素锌酸.加丙酮至叶绿素锌酸完全溶解后,缓慢加入质量分数为 5%的NaOH溶液,叶绿素锌钠逐渐析出,调 pH值到 11～12,结晶一定时间,过滤,真空干燥得叶绿素锌钠成品 0.054 8 g,收率约为 2.74%.将其用蒸馏水溶解定容至 100 mL,避光保存,作为叶绿素锌钠稳定性研究的工作液.

2 结果与讨论

2.1 叶绿素提取条件的优化

在提取工艺中,影响叶绿素提取效果的因素有:提取剂,料液比,提取温度和提取时间.以提取液在其最大波长处测得的吸光度值为指标进行实验,确定最佳提取工艺条件.

2.1.1 叶绿素的光谱特征

准确称取 1 g石榴叶干粉置 50 mL烧杯中,加 10 mL体积分数为 80%的乙醇,室温浸提 4 h,抽滤,取2 mL滤液,分别用体积分数为 80%的乙醇定容至 100 mL,配成体积分数为 2%叶绿素乙醇溶液,用体积分数为 80%的乙醇作空白试剂,在波长为 360～700 nm的范围内测定吸光度值,得叶绿素乙醇溶液的吸收光谱曲线,如图 1所示.由图 1可知叶绿素最大吸收波长为435 nm.

图 1 叶绿素的吸收光谱Fig.1 Absorption spectra of chilorophyllin

2.1.2 提取剂的选择

准确称取 1 g石榴叶粉 5份,分别加入10 mL不同溶剂,室温避光浸提 6 h,抽滤,取滤液 0.1 mL加相应提取剂至 10 mL,测A435nm值,结果见表 1.由表 1可知最佳提取剂为体积分数80%的乙醇.

表 1 不同溶剂对石榴叶叶绿素浸提的影响Table 1 Effects of solvents on extraction of chlorophy

2.1.3 浸提条件的选择

为确定提取石榴叶叶绿素最佳工艺条件,依据单因素实验结果,选择温度、时间、料液比设计L9(34)正交实验表,如表 2所示.

表 2 浸提条件正交实验结果Table 2 The results of orthogonal experiment of extraction condition

结果表明:用体积分数为 80%的乙醇提取石榴叶叶绿素时,各因素的影响次序为浸提时间>浸提温度 >料液比.最佳提取条件为:温度 60℃,时间 8 h,料液比 (g/mL)1/12.

2.2 锌代反应工艺条件的优选

2.2.1 叶绿素锌酸的光谱特征

取 0.2 mL叶绿素锌酸丙酮溶液,用体积分数为 80%的丙酮溶液定容至 10 mL,配成体积分数 2%的叶绿素锌酸丙酮溶液,以体积分数为80%的丙酮作空白试剂,在波长 360～700 nm范围内测定吸光度值,得叶绿素锌酸吸收光谱曲线,如图 2所示.由图 2可知叶绿素锌酸的最大吸收波长为 410 nm.

图 2 叶绿素锌酸的吸收光谱Fig.2 Absorption spectra of zinc chilorophyllin acid

2.2.2 石榴叶与 ZnSO4·7H2O最佳质量配比的确定

准确称取 1 g石榴叶粉 4份,在其他制备工艺条件相同的情况下,加入不同质量的 ZnSO4· 7H2O,60℃回流 1 h锌代,得产物叶绿素锌酸,过滤水洗,溶于 100 mL体积分数 80%的乙醇中,测A410nm值,结果见表 3.由表 3可知m(石榴叶粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25时最佳.

表 3 榴叶粉与 ZnSO4·7H2O不同配比时的吸光度Table 3 Absorbance of different ratio on guava-powder and ZnSO4·7H2O

2.2.3 最佳锌代温度的确定

m(石榴叶粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25,其他方法同 2.2.2,考察不同锌代温度时的吸光度,结果见表 4.由表 4可知最佳锌代温度为 60℃.

表 4 不同锌代温度的吸光度Table 4 Absorbance of different zinc temperature

2.2.4 最佳锌代时间的选择

m(石榴叶粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25,锌代温度 60℃,其他方法同 2.2.2,考察不同锌代时间的吸光度,结果见表 5.由表 5可知最佳锌代时间为 2 h.

表 5 不同锌代时间的吸光度Table 5 Absorbance of different Zinc time

由表 3～表 5可得锌代反应的最佳工艺条件为:m(石榴叶粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25;反应温度 60℃;反应时间 2 h.

2.3 叶绿素锌钠的稳定性研究

2.3.1 叶绿素锌钠光谱特征

取叶绿素锌钠工作液 2 mL,用蒸馏水定容至 100 mL,配成体积分数 2%的叶绿素锌钠稀溶液,以蒸馏水为参比,在 360～700 nm波长内测定吸光度,结果如图 3所示.由图 3可知叶绿素锌钠最大吸收波长为 410 nm.

图 3 石榴叶叶绿素锌钠吸收光谱Fig.3 Absorption spectra of sodium zinc chlorophyllin

2.3.2 自然光下 pH值对叶绿素锌钠稳定性的影响

取叶绿素锌钠工作液 1 mL,用蒸馏水定容至 100 mL,再用盐酸和质量分数 5%的 NaOH调节溶液的 pH值后,置于自然光下,放置不同时间后,测A410nm值,结果如表 6所示.由表 6可知:在 pH值为 3.0～12.8时,吸光度在 48 h内虽有下降,但下降幅度较小 (最大下降幅度 10.6 %),3 d后下降幅度增大.从肉眼看,48 h内溶液颜色变化很小,肉眼难以分辨,48 h后颜色开始变淡.说明叶绿素锌钠在 48 h内的耐光性较好.当 pH值小于 3.0时,溶液呈现浑浊,而大于12.8时吸光度下降较快,说明叶绿素锌钠对浓酸和强碱的敏感度较高,较不稳定.

表 6 自然光下不同 pH值对叶绿素锌钠的影响效果Table 6 Effect of pH with naturallight on sodium zinc chlorophyllin

2.3.3 耐热性

取叶绿素锌钠工作液 1 mL,用蒸馏水定容至 100 mL,再用盐酸和质量分数 5%的 NaOH调节 pH值为 7,在不同温度下加热 1 h后,冷却至室温,测其A410nm值并观察颜色变化,结果见表 7.由表 7可以看出:当温度升高,其吸光度降低极小,即使 100℃时颜色变化仍不明显,表明叶绿素锌钠具有耐热性.

表 7 温度对叶绿素锌钠的影响效果Table 7 Effect of temperature on sodium zinc chlorophyllin

2.3.4 耐氧化性及耐还原性

以 H2O2为氧化剂,以 Na2SO3为还原剂,配制含 H2O2(或Na2SO3)不同质量浓度的叶绿素锌钠稀溶液,室温暗处静置 8 h,测A410nm值并观察颜色变化,结果见表 8、表 9.由表 8、表 9可以看出,石榴叶叶绿素锌钠有较好的抗氧化还原性.

表 8 H2O2对叶绿素锌钠的影响效果Table 8 Effect of H2O2on sodium zinc chlorophyllin

表 9 Na2SO3对叶绿素锌钠的影响效果Table 9 Effect ofNa2SO3on sodium zinc chlorophyllin

2.3.5 常用食品添加剂对叶绿素锌钠稳定性的影响

配制含不同质量浓度的食盐、葡萄糖、柠檬酸、维生素 C等常见食品添加剂的叶绿素锌钠稀溶液,于室温暗处静置 2 h,测A410nm值并观察颜色变化,结果见表 10～表 14.从表 10～表 14可知食盐、葡萄糖、柠檬酸、维生素 C、蔗糖等常见食品添加剂对叶绿素锌钠的稳定性几乎无影响.

表 10 食盐对叶绿素锌钠的影响效果Table 10 Effect of salt on sodium zinc chlorophyllin

表 11 葡萄糖对叶绿素锌钠的影响效果Table 11 Effect of glucose on sodium zinc chlorophyllin

表 12 柠檬酸对叶绿素锌钠的影响效果Table 12 Effect of citric acid on sodium zinc chlorophyllin

表 13 维生素 C对叶绿素锌钠的影响效果Table 13 Effect of vitaminC on sodium zinc chlorophyllin

表 14 蔗糖对叶绿素锌钠的影响效果Table 14 Effect of sucrose on sodium zinc chlorophyllin

3 结 论

石榴叶叶绿素提取最佳条件:体积分数为80%的乙醇做提取剂,料液比为 1∶12,温度为60℃,时间为 8 h.锌代最佳条件:m(石榴叶粉)∶m(ZnSO4·7H2O)=1∶1.25;反应温度为 60℃;时间为2 h.石榴叶叶绿素锌钠盐水溶性好,耐热性、pH值为 3.0～12.8时的耐光性、抗氧化性、抗还原性都较好,常见的食品添加剂 (食盐、葡萄糖、柠檬酸、维生素 C、蔗糖)对叶绿素锌钠的稳定性影响不大.

[1] 杨熙鸿,纪平雄,黄自然.叶绿素及其衍生物的应用[J].广东蚕业,1998,32(2):53-58.

[2] 罗庆锋.叶绿素的研究进展及叶绿素铜钠的开发利用[[J].林产化工通讯,1995,29(1):32-34.

[3] 王正平,单旭峰.叶绿素铜钠盐的制备及稳定性研究[J].化学工程师,2004,18(9):50-51.

[4] 林佳,李琰,徐丽珍.石榴叶的化学成分研究[J].中南药学,2005,3(2):70-72.

[5] 杨晓萍,郭大勇,张庆华.新型茶绿色素叶绿素锌钠盐的研究[J].茶叶科学,2003,23(1):27-30.

[6] 卢景顺,吴贻群,邓素英,等.水葫芦叶制取叶绿素铜钠的工艺研究[J].现代食品科技,2006,22(4): 173-174.

Studies on Preparation and Stability of Sodium Zinc Chlorophyllin from Pomegranate Leaves

D ING L in1, ZHANG Yan-qiao2
(1.Shenyang U niversity of Chem ical Technology,Shenyang 110142,China; 2.Shenyang Environm ent Protection B ureau,Shenyang 110014,China)

Chlorophyllin was extracted from pom egranate leaves pow der by organic solvent,and sodiumzinc chlorophyllin was prepared from the chlorophyll extracted through the processes of saponification, zincking and basification,and the opt im al reaction condition was determined by orthogonal and single factor experim ents.M oreover,the stability of sodium zinc chlorophyllin was further studied.The results show ed that the opt im al extracting conditions w ere obtained as follow s:the solventwas80%ethanol,the proportion of pom egranate leaves pow der to solvent was1∶12,the temperature was60℃,and the extracting time was8h.The optim al zincking reaction conditions w ere obtained as follow s:the w eight ratio of pom egranate leaves pow der to ZnSO4·7H2O was1∶1.25,the reaction temperature was 60℃,the reaction tim e was 2h,and the yield of the pigm ent was 2.74%.The study also indicated that sodium-zinc chlorophyllin had stable character on w ater-solubilization,heating,oxidizing,reducing,and raying(pH:3.0～12.8),and it w ould not be influenced by some common food additives.

pom egranate leaves; sodium zinc chlorophyllin; preparation; stability

TS202.3

A

1004-4639(2010)04-0330-05

2010-03-01

丁琳(1963-),女,辽宁沈阳人,副教授,主要从事农产品综合利用方面的研究.