超声辅助稠李色素提取工艺及稳定性研究

刘淑晗，陈浩男，李雪芳，李大伟，全桂静

(沈阳化工大学制药与生物工程学院，辽宁沈阳 110142)

超声辅助稠李色素提取工艺及稳定性研究

刘淑晗，陈浩男，李雪芳，李大伟，全桂静*

(沈阳化工大学制药与生物工程学院，辽宁沈阳 110142)

摘要[目的]研究稠李色素的提取工艺及稳定性，为稠李色素在工业上的广泛应用提供参考。[方法]以超声波技术为辅助，采用浸提法提取稠李色素，通过单因素试验及正交试验研究最佳提取工艺。[结果]试验表明，稠李色素最佳提取条件为乙醇浓度50%，浸提温度80 ℃，固液比1∶15 g/mL，浸提时间80 min；光照、氧化剂、还原剂、金属离子对稠李色素的稳定性基本无影响，pH、高温对稠李色素的稳定性有影响。[结论]稠李色素提取工艺简单，稳定性较好，作为天然食用色素有广阔的发展前景。

关键词超声波；稠李色素；提取；稳定性

近年来，随着人们对健康生活品质要求的提高，食用色素的开发和利用越来越受到人们的重视。食用色素分为天然食用色素和人工合成食用色素。人工合成食用色素着色力强，但长期食用对健康有害；天然食用色素安全性高，兼具营养功能[1]。所以，近些年来由天然产物中提取天然色素的研究成为热点课题。花色苷类色素因其独特的功能性，而被应用于清除体内自由基、抗肿瘤、抗癌等方面[2-3]。稠李(PadusracemosaGilib)为蔷薇科稠李属植物，果实呈卵球形，成熟时呈紫红色或紫黑色，果皮光亮，涩，稍有甜味[4-5]，稠李中含有大量的花色苷类色素。王振宇等对紫叶稠李小果、紫叶稠李大果和稠李果色素的理化性质进行了研究，为稠李色素的开发利用提供了一定的参考[6]。目前，稠李因其较强的适应能力，多用于景观观赏和城市绿化，果实大都自然凋落，很少被利用[7-8]。因此对稠李色素提取工艺及稳定性的研究具有广阔的发展前景。

稠李色素的提取，目前广泛使用的是乙醇提取法[6]。近年来，超声技术广泛应用于天然产物中苷类、生物活性物质等有效成分的提取，而利用微波、超声等现代技术对稠李色素成分的提取研究较少。笔者通过利用超声技术，采用正交试验设计考察乙醇浸提稠李色素的最佳工艺条件，并研究稠李色素的稳定性。

1材料与方法

1.1材料原料：稠李果实，采自沈阳化工大学绿化区。主要试剂：无水乙醇(分析纯)。主要仪器：UV1102紫外-可见分光光度计，上海天美科学仪器有限公司；超声波清洗机，宁波新芝生物科技股份有限公司；HH-4数显恒温水浴锅 ，常州国华电器有限公司；A11BS25研磨机，IKA。

1.2方法

1.2.1提取工艺流程。稠李果实→去核→研磨→超声提取→过滤→减压浓缩→真空干燥→成品[9]。取冷冻保存的稠李果实，自然解冻，去核，置于研钵中研磨5 min，取2.0 g稠李果实置于锥形瓶中，加入30 mL 60%乙醇水溶液，60 ℃超声波辅助浸提40 min，60 ℃水浴浸提20 min，抽滤得提取液，经减压浓缩，真空干燥得成品。

1.2.2浸提条件的研究。研究浸提剂的浓度、固液比、浸提时间、浸提温度、超声波辅助时间及果实粉碎程度6个因素对稠李色素提取率的影响，用分光光度计在波长538 nm处测定吸光度值，作为色素提取率的指标。

在单因素试验的基础上，以乙醇浓度、浸提温度、浸提时间、固液比4个条件为考察因素，采用L9(34)正交表进行正交试验(表1)，以确定最佳提取条件。

表1　L9(34)正交因素水平设计

1.2.3稳定性研究。研究pH、光照、温度、氧化剂、还原剂、金属离子6个因素对稠李色素稳定性的影响，测定A538值作为色素稳定性的指标。

2结果与分析

2.1浸提条件的研究

2.1.1浸提剂浓度对提取效果的影响。由图1可知，随着乙醇浓度的增加，吸光度值先升高后降低，乙醇浓度在50%～60%时吸光度值较高，说明乙醇浓度在此范围内对稠李色素的提取效果较好。

图1　浸提剂浓度对稠李色素提取的影响 Fig.1　Effects of agent concentration on pigment extraction from P.racemosa

2.1.2固液比对提取效果的影响。由图2可知，固液比在1∶15～1∶30 g/mL，对稠李色素提取效果最好。

图2　固液比对稠李色素提取的影响 Fig.2　Effects of solid-liquid ratio on pigment extraction from P.racemosa

2.1.3浸提时间对提取效果的影响。由图3可知，随着浸提时间的增加吸光度值逐渐增加，浸提时间在60～100 min，对稠李色素提取效果最好。

图3　浸提时间对稠李色素提取的影响Fig.3　Effects of extraction time on pigment extraction from P.racemosa

2.1.4浸提温度对提取效果的影响。由图4可知，随着温度的增加，吸光度值逐渐增加。浸提温度在60～80 ℃时提取率较高，温度大于80 ℃后提取率下降。

图4　浸提温度对稠李色素提取的影响Fig.4　Effects of extraction temperature on pigment extraction from P.racemosa

2.1.5超声波辅助时间对提取效果的影响。由图5可知，随超声波辅助时间的增加，其吸光度值先降低后上升，辅助时间越长，吸光度值越高。

图5　超声波辅助时间对稠李色素提取的影响Fig.5　Effects of ultrasonic-assisted time on pigment extraction from P.racemosa

2.1.6果实破碎程度对提取的影响。试验得出，果实的粉碎程度为未处理、研磨、粉碎的程度下，A538值依次为0.542、0.778、0.697。由此可见，研磨和粉碎状态的稠李比正常状态的稠李吸光度高，研磨状态的稠李吸光度最高，可知最佳果实破碎程度为研磨。

2.1.7最佳工艺条件的确定。由以上单因素试验结果可知，浸提剂浓度、固液比、浸提温度和浸提时间对稠李色素的提取影响较大，影响程度不同，使用超声波辅助可有效提高稠李色素提取率，果实粉碎程度有较小影响。因此，不同浸提条件对提取率有不同的影响，可以此为基础选取正交试验因素。采用L9(34)正交表进行正交试验设计，以确定最佳提取条件。由表2的方差可知，对稠李果实中稠李色素提取影响大小的因素依次为浸提温度(B)、乙醇浓度(A)、固液比(C)、浸提时间(D)。由此可知，超声提取稠李色素的最佳提取条件为B3A1C1D2，即乙醇浓度为50%，浸提温度为80 ℃，固液比为1∶15 g/mL，浸提时间为80 min。

分别按照B3A1C1D2和B3A2C1D2条件进行3次平行试验，A538的平均值分别为0.953和0.812。由此可见，B3A1C1D2条件下稠李色素的提取率高于表3中任一试验结果，故该条件为最佳工艺。

表2　L9(34)正交试验结果

2.2稳定性研究

2.2.1pH对稠李色素稳定性的影响。由表3可知，稠李色素在酸性条件下相对稳定，但随着pH的降低，颜色渐深；在碱性条件，颜色发生改变。因此，建议在酸性条件下使用。

表3　pH对稠李色素稳定性的影响

2.2.2光照对稠李色素稳定性的影响。由图6可知，光照和紫外线对稠李色素吸光度值影响较小，说明光照和紫外线对稠李色素稳定性影响较小。

图6　光照对稠李色素稳定性的影响Fig.6　Effects of illumination on stability of P.racemosa pigment

2.2.3温度对稠李色素稳定性的影响。由图7可知，中低温条件下，稠李色素溶液的吸光度值变化较小；高温条件下，稠李色素溶液的吸光度值增加。因此低温对稠李色素稳定性影响较小，高温对稠李色素稳定性影响较大。

图7　温度对稠李色素稳定性的影响Fig.7　Effects of temperature on stability of P.racemosa pigment

2.2.4氧化剂对稠李色素稳定性的影响。由图8可知，不同浓度过氧化氢对吸光度值影响较小，即基本无影响。因此，氧化剂对稠李色素稳定性的影响较小。

图8　氧化剂对稠李色素稳定性的影响Fig.8　Effects of oxidant on stability of P.racemosa pigment

2.2.5还原剂对稠李色素的稳定性的影响。由图9可知，不同浓度的亚硫酸钠对吸光度值影响较小，即基本无影响。因此，氧化剂对稠李色素稳定性的影响较小。

图9　还原剂对稠李色素稳定性的影响Fig.9　Effects of reducing agent on stability of P.racemosa pigment

2.2.6金属离子对稠李色素稳定性的影响。由表4可知，加入Cu2+、Fe2+和Al3+的条件下吸光度值明显增加，加入Al3+使颜色发生改变，其他金属离子无明显变化。24 h后，加入Zn2+、Al3+和Cu2+的色素溶液吸光度值相对1 h时有所下降，加入Fe2+的色素溶液吸光度值上升。因此，Al3+改变稠李色素的色调，影响稠李色素稳定性，Cu2+和Fe2+对稠李色素有增色作用，而Zn2+对稠李色素有减色作用，对稠李色素稳定性有较小的影响。

表4　金属离子对稠李色素稳定性的影响

注：*颜色发生变化，由红色变为紫色。

Note:* indicates that the color changed from red to purple.

3结论与讨论

该试验以稠李果实为原料，在超声波辅助下，利用浸提法提取稠李色素，在538 nm波长下检测吸光度值，以研究提取条件。经正交试验获得最佳提取条件，即乙醇浓度为50%，浸提温度为80 ℃，固液比为1∶15 g/mL，浸提时间为80 min，超声波辅助时间为40 min，果实粉碎程度为研磨，色素提取液的A538最高可达0.953。此工艺操作简便，可用于工业批量生产高色价稠李色素。

对稠李色素稳定性进行一系列研究，结果表明，pH对稠李色素稳定性产生影响，酸性条件下相对稳定，颜色加深，碱性条件时颜色发生改变；高温条件使稠李色素的吸光度值增加，影响稳定性，中低温条件对稠李色素基本无影响；金属离子中多数对稠李色素的稳定性无影响，其中Al3+改变颜色，Cu2+和Fe2+使颜色加深，Zn2+使颜色变浅；在光照、氧化剂、还原剂条件下稠李色素均表现为稳定。

根据稳定性研究结果，建议在实际操作中稠李色素可应用于偏酸性食品着色或用偏酸性或中性材料包装，储运和保存时避免高温、无需避光，避免接触Al3+以维持稠李色素的稳定性。稠李色素为花色苷类色素，天然安全，具有一定的营养价值和医疗作用。因原料易得，生产工艺简单，稳定性较好，稠李色素可作为一种重要的天然色素资源。

参考文献

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Study on Ultrasonic-assisted Extraction Technology and Stability of Pigment fromPadusracemosa

LIU Shu-han, CHEN Hao-nan, LI Xue-fang, QUAN Gui-jing*et al

(College of Pharmaceutical and Biological Engineering, Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang, Liaoning 110142)

Abstract[Objective] The aim was to study the process and stability of extracting pigment from P. racemosa, provide basis for its extensive use in industry. [Method] Assisted with ultrasonic, pigment was extracted from P. racemosa, the optimal extraction technique was studied through single factor test and orthogonal test. [Result] The results showed that the optimal conditions were: 50% ethanol, extraction temperature 80 ℃, solid-liquid ratio 1∶15 g/mL, extraction time 80 min; light, oxidizing agents, reducing agents and metal ions had no effect on the stability of pigment from P. racemosa, pH and high temperature had influence to the stability of pigment. [Conclusion] The process of pigment extraction from P. racemosa is simple and stable, bright future will come when the pigment can be used as a natural edible pigment.

Key wordsUltrasonic; Pigment from P. racemosa; Extraction; Stability

作者简介刘淑晗(1994- )，女，山东曲阜人，本科生，专业：食品科学与工程。*通讯作者，讲师，硕士，从事食品科学与工程研究。

收稿日期2016-03-25

中图分类号S 789

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)11-089-04