红麻花黄色素的提取及稳定性研究

罗玉芳 ，祁建民 ，甘纯玑，林东霞

(1．福建华南女子职业学院，福州350007；2．福建农林大学生命科学学院，福州 350002)

食用色素按其来源和性质可分为食用天然色素和食用合成色素。食用合成色素虽然具有色彩丰富、着色力强、坚牢度大、性质稳定、成本低廉等优点，但随着毒理学和分析技术的不断发展，相当一部分合成色素被证明对人体有致癌性及其他有害作用，合成色素的安全性受到质疑，不少合成色素在各国允许使用的程度被大大限制，尤其是在食品、医药和化妆品行业[1]。天然色素大多为花青素类、黄酮类、类胡萝卜素类化合物，不仅安全，而且具有一定的营养和保健作用，还有一些天然色素具有一定的药理功能，对某些疾病有预防和治疗作用。因此，应用天然色素代替合成色素是食用色素的大势所趋[1]。

红麻(Kenaf)为锦葵科(Malvaceae)木槿属(Hibiscu)一年生草本植物，又名洋麻或槿麻，台湾称钟麻。为一年生韧皮纤维作物，是20世纪初发展起来的麻纺工业原料，传统用途一般用于纺织麻袋、麻布、绳索和造纸等，其副产品综合利用前景广阔，新开发有麻塑，麻炭，食用保健油和共轭亚油酸医疗保健品等[2，3]。红麻花与棉花性状相似，花色泽丰富，靠近花喉处底部为紫红色，其花瓣为黄色，花味清香，含有木槿酸，可作保健茶饮料及色素。中国及日本民间有泡麻花茶习惯，可以清热解暑、去火润喉等功效[3]。本文以福建农林大学红麻育种基地所产红麻花为主要原料，对这一色素的提取工艺及稳定性进行分析，旨在为红麻资源的综合开发利用提供科学试验依据，以拓宽红麻副产品综合利用途径。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

红麻花：2010年10月采摘于福建农林大学白沙试验基地，冷冻干燥后碾碎，密封保存备用。

丙酮、甲醇、无水乙醚、乙酸乙酯、乙醇、氢氧化钠、盐酸、维生素C、硝酸钾、氯化钙、氯化镁、氯化钠、氯化铜等，以上试剂均为国产分析纯。

1.2 主要仪器设备

TV-1900紫外可见分光光度计；鼓风干燥机；电子分析天平；PHS-3C酸度计；水浴锅；冷冻干燥机等。

1.3 方法

1.3.1 最佳提取剂与最佳吸收波长的选择

分别称取0.5 g的冻干红麻花，用100 mL丙酮、甲醇、正己烷、乙酸乙酯、石油醚、无水乙醇、水常温浸泡4 h后逐一观察其浸泡液颜色，目测浸提效果，确定最佳浸提剂并将其提取液离心后在290 nm～700 nm波长范围内进行光谱扫描，从而确定最佳吸收波长。

1.3.2 单因素对色素提取效果的影响

确定最佳提取剂后，在其他试验条件相同的情况下，分别对浸提时间、浸提温度、物料比进行了单因素试验，确定正交试验的试验参数范围。

1.3.3 正交试验确定色素最佳提取工艺

在单因素试验的基础上，对浸提温度、浸提时间、物料比进行3个因素L9(3 4)正交试验，得到各因素综合的色素提取工艺参数。

2 结果与分析

2.1 最佳提取剂与最佳吸收波长的选择

不同溶剂提取红麻花黄色素的结果如表l所示。

表1 不同溶剂的浸提效果Tab.1 Extraction results in different solvents

由表1可知，红麻花黄色素不溶于极性较强的水中，微溶于无水乙醇，在正己烷、乙酸乙酯和石油醚中溶解良好，呈黄色，在甲醇中溶解较好，但呈现橘红色。在丙酮中呈鲜艳的黄色，经丙酮浸泡的提取液颜色最深。从色度学[4]的角度出发，色素的溶解度直接与提取效果有关，因此选择丙酮为红麻花黄色素的提取溶剂。

吸取5mL丙酮浸泡的红麻花提取液用10mL丙酮稀释，用TV-1900紫外可见分光光度计，在波长290 nm～700 nm范围内扫描测其最大吸收波长，结果如图1所示。

图1 色素丙酮提取液在紫外－可见光光谱图Fig.1 UV-VIS spectrum diagram of the pigment extracted in acetone

由图1可知，光谱在370 nm处有强烈的吸收峰，故选择370 nm作为红麻花黄色素测定的吸收波长。

2.2 单因素提取试验

2.2.1 最佳提取温度的选择

对大多数物质而言，温度升高可以提高物质的溶解度，但由于丙酮的沸点在56℃左右，所以选择30℃，40℃，50℃，60℃，70℃这五个温度水平，用料液比为1：30，分别在不同温度条件下恒温提取2 h。吸取0.5 ml提取液用10 ml丙酮稀释后在波长370nm处测其吸光度值，结果如表2。

由表2可知，随温度升高色素的溶解度增加，当温度达到60℃红麻花色素的溶出量较大，而后则呈下降趋势，这可能是由于温度过高导致其他组分溶解度增加而抑制了色素的溶解。所以选择60℃作为红麻花黄色素的提取温度。

2.2.2 最佳提取时间的选择

称取0.5g黄麻花，料液比1：50在60℃恒温条件下进行不同时间的提取。取提取液0.5ml用10mL丙酮稀释后在370nm处测其吸光度值，结果如表3。

由表3可知，浸提时间在6 h内，吸光度与提取时间呈正相关，当提取时间超过6 h后，吸光度呈下降趋势，这可能是因为随着时间的延长，色素发生部分变性，致使成分损失，导致吸光度下降。所以选择6 h为红麻花色素的提取时间。

2.2.3 料液比的选择

称取0.5g的黄麻花，分别以料液比为1:20、1:30、1:40、1:50、1:60六个料液比水平在60℃恒温水浴下提取6 h，取提取液0.5ml用10ml丙酮稀释后分别在370nm处测其吸光度值。结果见表4。

由表4可知，浸提剂与花的比例对色素浸提效果影响比较大，随料液比升高，浸提液的浓度逐渐下降，但色素的总浸出量 (A×V)却在料液比为1:40达到最大值，故选择浸提的料液比为每克干花粉加40 ml丙酮。

表2 不同温度对红麻花色素提取的影响Tab.2 Extraction results at different temperatures

表3 不同时间对红麻花色素提取的影响Tab.3 Extraction results at different time

表4 料液比对红麻花色素提取的影响Tab.4 Extraction results of the different ratios of material to solution

2.3 正交试验

为优化红麻花色素最佳提取条件组合，根据单因素实验结果，选取提取温度、浸提时间、料液比3个因素，以370 nm波长处吸光度作为考察指标，进行L9(3 4)正交试验，因素水平如表5所示，正交结果如表6所示。

由表6的极差(R)分析可知，对红麻花黄色素提取效果起主导作用的是浸提时间，其次是料液比，再次是提取温度，最佳组合为：A1B2C2。即浸提温度55℃、浸提时间6 h、料液比为1：40，与试验单因素结果相比基本吻合。

2.4 红麻花黄色素稳定性的研究

取一定量经冻干处理的红麻花，按正交试验所得到的最佳工艺进行提取，将所得到的黄色素提取液作为稳定性试验用的母液。

2.4.1 色素的热稳定性

吸取0.5ml色素母液用10ml丙酮溶液稀释，分别在 10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃条件下恒温水浴1h，在波长370nm处测其吸光度值，结果见图2。

由图2可知红麻花黄色素在90℃以下其热稳定性良好。

2.4.2 色素的光稳定性

分别配制七管用丙酮稀释后的红麻花色素母液，置于室外太阳光下照射，每隔1 h取样，在波长370nm处测其吸光度值，结果如图3。

表5 正交试验因素水平Tab.5 Factors and Levels of the orthogonal experiment

表6 正交实验结果及分析Tab.6 Results of the orthogonal experiment

图2 温度对色素稳定性的影响Fig.2 Effect of temperatures on the stability of the pigment

图3 自然光对色素稳定性的影响Fig.3 Effect of light on the stability of the pigmen

由图3可知，避光的情况下，其吸光度达到最大，随着光照时间的延长，色素的吸光度值不断下降，在第4小时后色素的吸光度值急剧下降。所以可以判断为：红麻花色素对光敏感，储存和使用时应避光。

2.4.3 pH对色素稳定性的影响

用盐酸、氢氧化钠配制pH值在1-14的缓冲液，用pH计精确测量其pH值，精确吸取1ml色素母液，分别用不同pH值的缓冲液定溶至50ml，摇匀静止后，在波长370nm处测其吸光值，其结果见图4。

由图4可知红麻花黄色素在强酸条件下稳定性最好，随着酸度的减弱稳定性变差，碱性条件下稳定性更弱。因此在色素的开发和利用过程中，必须注意色素液的pH值。

2.4.4 氧化剂对色素稳定性的影响

配置0.2%、1.0%、5%和10%的H2O2溶液，分别取5ml加入45ml的色素母液中，在室内暗处放置，每隔1 h取样测定其在波长370nm处的吸光度值，结果见表7。

由表7可知，随着放置时间的延长，在不同浓度的氧化剂溶液中色素的吸光度值均呈增大趋势;随着氧化剂浓度的增加色素的吸光度值先是下降而后又增大，说明氧化剂对红麻花色素的稳定性有一定的影响，因此在保存和使用过程中应注意使用。

图4 不同PH值对色素稳定性的影响Fig.4 Effect of pHs on the stability of the pigment

表7 氧化剂对色素稳定性的影响Tab.7 Effect of oxidant on the stability of the pigment

表8 还原剂对色素稳定性的影响Tab.8 Effect of Vc on the stability of the pigment

2.4.5 还原剂对色素稳定性的影响

配置0.1%、0.5%、0.1%和2.5%浓度的Vc溶液，分别取5ml加入45ml的红麻花色素溶液中，在室内放置，每隔1h取样测定其在波长370nm处的吸光度值，结果见表8。

由表8可知，Vc的加入对色素稳定性有一定影响，随着时间延长，吸光度值呈上升趋势；而浓度对色素的吸光度值影响不大。

2.4.6 金属离子对色素稳定性的影响

各取 5ml浓度为 0.05mol/l、0.20mol/l的 Cu2+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Na+和 K+离子溶液，加入 45ml色素母液中，室内暗处放置，每隔2 h测定其在波长370nm处的吸光度值，结果见表9。

表9 金属离子对色素稳定性的影响Tab.9 Effect of different metallic ions on the stability of the pigment

由表 9 可知，Ca2+、Mg2+对红麻花色素影响不大，Cu2+、Al3+、Na+、K+对色素有一定降解作用，而Fe3+对色素有不良影响。

3 结论

（1）本试验得出红麻花色素最佳提取条件为：以丙酮为提取剂，料液比为1：40（质量体积比），在55℃下恒温浸提6 h。

（2）红麻花黄色素热稳定性良好；在强酸性环境中稳定性较好；光照、还原剂、金属离子对稳定性均有一定影响，氧化剂对色素稳定性影响较大，在对红麻花黄色素开发利用时应尽量避免这些因素的影响。

[1]解成骏，刘邻渭．阳荷红色素的提取工艺及稳定性研究[J]．食品研究与开发，2010，31（12）：284－288.

[2]李 宁，白 洋．黄、红麻纤维的特点、生产种植现状及应用范围[J]．广西纺织科技．2007，36（2）：48－51.

[3]祁建民，刘国忠.黄麻红麻品种与高效配套技术[M].国家星火计划培训丛书，北京：台海出版社，2007,137.

[4]汤顺青．色度学[M]．北京：北京理工大学出版社，1990．175.