百色马缨丹花色素的提取工艺及稳定性

韦贤+李容+钱力+王金妮+黄祖良

摘要：通过对马缨丹花色素的提取工艺进行研究，确定超声波辅助提取百色马缨丹花色素的最佳工艺条件：液料比1 g ∶ 60 mL，超声波功率120 W，乙醇体积分数为50%，提取时间40 min。色素的稳定性研究结果表明：色素在酸性、低温条件下稳定，且耐光性好;K+、Na+、Ca2+的存在不会影响色素稳定性，Zn2+、Cu2+、Mg2+、Fe3+等金属离子、氧化剂和还原剂的存在以及高温、碱性条件会影响色素稳定性。

关键词：马缨丹;色素，提取;稳定性

中图分类号： TS202.3;R284.2 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）04-0270-03

收稿日期：2014-06-05

基金项目：广西壮族自治区教育科研一般项目（编号：2013YB191）。

作者简介：韦 贤（1981—），男，广西河池人，讲师，从事药学教育及中草药有效成分及活性研究。E-mail：wei700@126.com。

通信作者：黄祖良，教授，从事高校药学教育及中草药有效成分及药物活性研究。E-mail：ymhzl0413@163.com。

马缨丹（Lantana camara L.）别称五色梅、臭牡丹、五彩花等，原产于美洲热带和亚热带地区，其花期长，全年均能开花，花色丰富、美丽多彩，每朵花从花蕾期到花谢期可变换多种颜色，1645年由荷兰引入台湾作为观赏花卉，后逃逸为野生[1]。目前，野外逸生的马缨丹在我国南方低海拔沿海一带的山区比较常见，在我国云南省、广西壮族自治区、台湾、福建省等地大量繁殖，尤其是在我国云南省、广西壮族自治区。马缨丹已被列为Ⅱ级危害程度的外来入侵植物，并被视为世界上十大有害毒草之一[2-3]。然而目前对其逸生种类的了解较少，至今尚未有相关报道[4]。马缨丹花中含有丰富的天然色素，该色素水溶性好、色值高，具有研究开发价值。目前，从马缨丹花中提取色素及对其色素稳定性方面的研究尚未见报道。因此，本研究对马缨丹花色素的提取工艺和稳定性进行研究，旨在为该花卉资源的可持续利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马缨丹花朵采自广西壮族自治区百色市右江区永乐乡附近公路沿线，将花朵阴干，粉碎后置干燥避光处备用;乙醇、丙酮、乙酸乙酯、氢氧化钠、盐酸、过氧化氢、硫酸锌、硫酸铜、亚硫酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、氯化铁均为国产分析纯。

主要仪器为：FA1 104型电子分析天平，上海天平仪器厂;FZ102型植物粉碎机，上海锐丰仪器仪表有限公司;3-18K 型离心机，Sigma公司;pHS-3C型pH计，上海雷磁仪器厂;KQ5OODB型数控超声波清洗器，江苏省昆山市超声仪器有限公司;RE-52AA型旋转蒸发仪，上海安亭实验仪器有限公司; FD-1A-50型真空冷冻干燥机，上海比朗仪器有限公司;HHS-21-4型电热式恒温水浴锅，江苏金坛宏凯仪器厂;SHB-m型循环水式多用真空泵，河南省郑州市长城科工贸有限公司;TU-1800型紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程 自然风干的马缨丹花朵→粉碎→加入溶剂拌匀→超声波提取→减压抽滤→离心（取少量测吸光度）→减压浓缩→低温真空干燥→固体（马缨丹花色素）。

1.2.2 确定最大吸收波长 取5份1.0 g马缨丹花，各加入100 mL不同浓度的乙醇作提取溶剂，室温浸提2 h，减压抽滤，得色素原液，以提取溶剂为空白对照，在400～700 nm范围内扫描吸收光谱。

1.2.3 单因素试验 称取5份1.0 g已经风干、粉碎的马缨丹花，在不同浓度的乙醇溶液、乙醇溶液体积、超声波功率、提取时间的条件下进行单因素试验，提取完成后抽滤所得溶液，取5 mL滤液定容至50 mL，测吸光度。（1）乙醇体积分数分别为0、25%、50%、75%、95%，体积为100 mL，在功率90 W条件下超声波提取30 min;（2）20、40、60、80、100 mL质量浓度为75%的乙醇，在超声功率90 W的条件下提取30 min;（3）乙醇体积分数为75%，体积60 mL，超声功率分别为60、90、120、150、180 W，提取30 min;（4）乙醇体积分数为75%，体积60 mL，在超声功率为90 W，提取时间分别为10、20、30、40、50 min。色素的提取效果用最大吸收波长处的吸光度来表示[5]，通过试验考察乙醇浓度、固液比、超声功率、超声时间对马缨丹色素提取效果的影响。

1.2.4 正交试验 根据单因素试验结果，设置因素水平范围，进行L9（34）正交试验，确定马缨丹色素提取的最佳工艺条件（表1）。

表1 马缨丹花色素提取工艺的因素水平

水平

因素

A：乙醇体积

分数（%） B：料液比

（g ∶ mL） C：超声波

功率（W） D：提取时间

（min）

1 50 1 ∶ 40 90 20

2 75 1 ∶ 60 120 30

3 95 1 ∶ 80 150 40

1.2.5 稳定性研究 在不同的条件下测定其吸光度的变化，考察pH值、温度、光照、金属离子、氧化剂和还原剂等对色素稳定性的影响[6]。

2 结果与分析

2.1 马缨丹色素的最大吸收波长

马缨丹色素的最大吸收波长受pH值影响较大，考察pH值对最大吸收波长的影响，试验结果如图1所示。由图1可知，pH值<4.5时，色素的最大吸收波长在（530±1） nm内，且吸光度较大;当pH值为6时，色素的最大吸收波长明显红移，吸光度减小，这表明色素结构随pH值减小而改变。由于本试验在测吸光度时均在pH值<6的条件下进行，所以选定 530 nm 作为测定波长。endprint

2.2 超声波辅助提取色素的单因素试验

2.2.1 乙醇体积分数对色素提取效果的影响 吸光度随乙醇体积分数先增大而后缓慢减小，浓度为50%～75%时达较大，详见图2。

2.2.2 料液比对色素提取效果的影响 从图3可知，当料液比为1 g ∶ （20～60） mL时，随着提取溶剂的增加，色素的吸光度增大;但料液比为小于1 g ∶ 80 mL时吸光度增加缓慢。这表明色素在料液比1 g ∶ 60 mL的条件下已基本溶出。提取溶剂太少，马缨丹花粉末与提取溶剂不能充分接触，使色素不能全部溶出;提取溶液太多又会浪费溶剂，给后期浓缩也带来一定困难。因此，选择料液比1 g ∶ 60 mL为最佳条件。

2.2.3 超声波功率对色素提取效果的影响 从图4可知，吸光度先随超声功率的增加而增大，超过90 W后又降低。超声功率增大，加大了破壁程度，有利于色素溶出，但超声功率达到一定值后吸光度开始下降，这可能是因为超声波具有较强的机械切力作用，作用强度过大可能会改变色素的结构阎。综合考虑选择90 W作为最佳提取功率。

2.2.4 提取时间对色素提取效果的影响 由图5可知，吸光度随提取时间的增加而增大，到30 min达最大值，而后又呈下降趋势。超声作用时间长引起热效应，使提取物局部温度过高，可能会使色素不稳定，大部分色素中含有酚羟基，易被氧化而脱色。因此，较合适的超声提取时间为30 min。

2.3 正交试验结果

以乙醇为提取溶剂，采用超声波辅助提取马缨丹花色素，影响色素提取的主要因素是乙醇体积分数、料液比、超声波功率、提取时间。根据单因素试验结果，进行L9（34）正交试验，确定马缨丹色素提取的最佳工艺条件。从表2可知，各因素对色素提取的影响因素顺序为C>B>D>A，即超声波功率>料液比>提取时间>乙醇体积分数;最优组合是A1B2C2D3，即超声波提取马缨丹花色素的最佳工艺为：超声波功率120 W，料液比1 g ∶ 60 mL，乙醇体积分数50%，提取时间40 min。在最优水平的条件下进行3次验证性试验，测得色素的D520 nm分别为1.425、1.433、1.420，平均值为1426，高于正交表中编号2的试验结果;RSD为1.05%，说明最佳工艺条件具有良好的重现性。

2.4 色素稳定性研究

2.4.1 pH值对色素稳定性的影响 用HCl、NaOH溶液调节色素溶液的pH值，测定吸光度，试验结果见表3。

表2 马缨丹花色素提取工艺的正交试验结果

试验编号 A B C D D530 nm

1 1 1 1 1 0.878

2 1 2 2 2 1.412

3 1 3 3 3 0.986

4 2 1 2 3 1.205

5 2 2 3 1 1.079

6 2 3 1 2 0.985

7 3 1 3 2 0.780

8 3 2 1 3 1.177

9 3 3 2 1 1.112

k1 1.092 0.954 1.013 1.023

k2 1.090 1.223 1.243 1.059

k3 1.023 1.028 0.948 1.123

R 0.069 0.269 0.295 0.100

表3 pH值对色素稳定性的影响

pH值 D530 nm

1 0.825

3 0.830

5 0.835

7 0.826

9 0.772

11 0.758

13 0.750

从表3可看出，马缨丹花色素在酸性条件下较稳定，吸光度变化不大。在碱性条件下，吸光度变化较大，主要原因是在碱性条件下天然色素的结构或组成会发生变化，从而使其颜色发生变化。因此，在提取、保存和应用中最好在酸性条件下进行。

2.4.2 温度对色素稳定性的影响 取5份色素溶液，分别置于20、40、60、80、100 ℃的温度下加热4 h，测定吸光度，试验结果见图6。结果表明，在温度低于40 ℃时，吸光度随加时间的延长基本没有变化，在高于60 ℃后随时间的延长吸光度呈下降趋势，温度越高影响越大。这是因为色素在高温条件下容易发生氧化反应，且温度越高反应越快。因此，在制备和保存马缨丹花色素时应尽量在低温条件下进行。

2.4.3 光照条件对色素稳定性的影响 将相同浓度的色素溶液分别置于室外自然光、室内自然光、避光的环境下放置一定时间，测定吸光度，结果见表4。结果表明，在这几种光照条件下，吸光度几乎没有变化，有较好的光稳定性。

表4 光照条件对色素稳定性的影响

时间（h）

D530 nm

室外自然光 室内自然光 室内避光

0.5 0.830 0.845 0.852

1.0 0.812 0.842 0.850

2.0 0.805 0.840 0.845

4.0 0.802 0.836 0.845

2.4.4 金属离子对色素稳定性的影响 配制含有K+、Na+、Ca2+、Zn2+、Cu2+、Mg2+、Fe3+浓度均为100 mg/L的色素溶液及空白色素溶液，避光放置2 h，测定溶液吸光度，结果见表5。

表5 金属离子浓度对色素稳定性的影响

金属离子 D530 nm

空白 0.856

K+ 0.850

Na+ 0.848

Ca2+ 0.835endprint

Zn2+ 0.739

Cu2+ 0.628

Mg2+ 0.550

Fe3+ 0.380

从表5可知，加入K+、Na+、Ca2+使色素吸光度略有减少，对马缨丹花色素有一定的增色、护色作用。加入Zn2+、Cu2+、Mg2+、Fe3+使色素吸光度减小，甚至观察到加入Fe3+后色素液变为棕色，表明这些离子对色素的稳定性影响较大，其原因可能是这些离子会与色素反应，使色素褪色或生成其他颜色的物质。

2.4.5 氧化剂、还原剂对色素稳定性的影响 含有不同浓度亚硫酸钠、双氧水的色素溶液及空白色素溶液测定溶液吸光度并观察溶液的颜色，结果（表6）显示，加入氧化剂和还原剂后，色素的吸光度在较短的时间内下降很大，颜色也消褪，且氧化剂和还原剂浓度越大影响越明显。因此，氧化剂和还原剂对色素的稳定性影响很大，在使用过程应避免加入氧化剂和还原剂。

表6 氧化还原剂对色素稳定性的影响

时间

（min）

D530 nm

空白 0.5%

H2O2 1.0%

H2O2 0.5%

Na2SO3 1.0%

Na2SO3

15 0.856 0.425 0.186 0.508 0.478

30 0.850 0.389 0.143 0.328 0.435

3 结论与讨论

马缨丹全年能开花，花期较长、花量大、色值高，资源极其丰富，如果进一步在色素的化学成分、生理活性、毒理学等方面进行全面的研究，是一种很有开发前景的色素品种。充分开发利用马缨丹资源是合理治理这种外来入侵物种的最有效方法之一。

采用超声波辅助提取马缨丹花色素，最佳的工艺条件为：液料比1 g ∶ 60 mL，超声波功率120 W，乙醇体积分数为50%， 提取时间40 min。通过马缨丹花色素的稳定性试验结

果可知，色素在酸性、低温、光照条件下稳定，在含有K+、Na+、Ca2+条件下稳定;但Zn2+、Cu2+、Mg2+、Fe3+等离子、高温和氧化剂或还原剂的存在会影响色素稳定性。

但本试验的工艺条件主要适用于实验室，色素的不稳定是许多天然色素普遍存在的问题，如何提高天然色索的稳定性是以后研究的方向，规模化的生产工艺条件需要在在色素的化学成分、生理活性、毒理学等方面进一步研究。

参考文献：

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