凤仙花色素提取工艺的优化

齐玥，新楠，张琪，刘正霞，兰跃峰，黄亮

（天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384）

凤仙花色素提取工艺的优化

齐玥，新楠通信作者，张琪，刘正霞，兰跃峰，黄亮

（天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384）

通过单因素试验对凤仙花色素提取的条件进行了研究，确定了无水乙醇作为浸提剂（pH值1）、浸提时间1.5 h、浸提温度50 ℃、料液比1∶70、浸提1次的效果较佳。进一步用正交试验优化了提取工艺，结果表明：以无水乙醇为浸提剂, 调节 pH值为 1，添加凤仙花粉末与浸提剂的比例为1∶60, 恒温保持40 ℃浸提1.5 h，最大提取率为2.84。

凤仙花；天然色素；提取工艺；优化

凤仙花（Impatiens balsamina L.）俗称指甲花，属凤仙花科一年生草本花卉，产于中国和印度，在中国南北各省均有栽培[1]。凤仙花全草可入药，具有极高的开发和利用价值[2]，种子亦名急性子，含皂苷、脂肪油、甾醇、多糖、氨基酸等，有通经、催产、祛痰、消积块的功效；茎亦名透骨草，具活血化瘀、利尿解毒、通经透骨之功效；鲜草捣烂外敷，可治疮疖肿疼、毒虫咬伤、跌打损伤。花瓣捣碎后加大蒜汁等黏稠物，可染指甲，多次染指甲后还可根治灰指甲。

人工合成的色素，具有色泽鲜艳、着色力强、色调多样等优点，但一般具有毒性，对人体健康不利。而凤仙花具有很强地抑制真菌的作用，同时颜色艳丽，用它来染指甲能预防灰指甲，是一种纯天然、对指甲无伤害的染色方法，值得广泛推广应用。苏慧娜等[1-2]采用新鲜的凤仙花为原料，对其色素浸提条件进行研究, 确定了凤仙花色素浸提的最佳条件组合。但新鲜的凤仙花不易保存，本研究以保藏期较长的凤仙花干粉为试材，选取最佳工艺提取出花中色素，可为天然色素的开发研究提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料

将凤仙花瓣晒干、研磨成干凤仙花粉末后，备用。

1.2 仪器

UV-2000紫外可见光分光光度计, 旋转蒸发仪。

1.3 提取工艺

凤仙花粉末→浸提剂浸提→过滤→滤液测定吸光度→色素粗品。

1.4 检测方法

分别测定不同浸提条件下色素溶液于515 nm处的吸光度值，每个处理设3组重复，取平均值。比较提取效果，确定最佳工艺条件。

1.5 浸提率计算

以浸提前后的色素浓度比值比较浸提效果，即浸提率[3]。浸提率＝浸提后色素溶液的OD515/浸提前色素溶液的OD515。

1.6 正交试验因素水平设计

为进一步确定多因素条件下的最佳浸提条件,采用3因素3水平, 即L9（34）正交表进行正交试验设计, 以确定凤仙花色素提取的最佳条件组合，见表1。

表1 L9（34）正交试验因素水平表

2 结果与分析

2.1 浸提剂的选择

准确称取5份样品, 每份1 g, 分别加入水、无水乙醇、丙酮、石油醚、冰醋酸各60 mL, 浸提1 h, 观察浸提液的颜色并测定其OD值，比较各个浸提液的浸提率，结果见表2。

表2 浸提剂颜色和OD值比较

由表2可知，乙醇与冰醋酸作为浸提剂时，浸提液的颜色都为深红色，最大吸收波长均在515 nm，颜色越深，说明浸提效果越好，故从无水乙醇和冰醋酸两种浸提剂中选择最佳萃取剂。而考虑到冰醋酸有较大刺鼻味道，且乙醇价格更低廉，使用更方便，适于生产应用。因此确定无水乙醇为后续的凤仙花色素萃取剂，选取波长为515 nm的OD值作为色素浓度的评价指标。

2.2 浸提时间的确定

准确称取5份样品，每份1 g，分别加入60 mL无水乙醇于 40 ℃浸提 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h, 测定所得色素溶液的OD值，并计算浸提率，结果见图1。

图1 浸提时间对浸提率的影响

由图1可以看出，浸提1.5 h后浸提率达到最大，随着后续浸提时间的延长，浸提率呈下降趋势，可能是长时间的处理致使乙醇溶剂有部分挥发，故控制时间在1.5 h有利于获得较好的浸提效果。

2.3 浸提温度的确定

准确称取5份样品，每份1 g，分别加入60 mL无水乙醇于30、40、50、60、70 ℃浸提1.5 h, 测定所得色素溶液的OD值，并计算提取率，结果见图2。

图2 温度对乙醇提取凤仙花浸提率的影响

由图2可以看出，随着温度的升高，浸提率也在升高；当温度达到 50 ℃ 时，浸提率出现一个峰值，随后开始下降。适当的提高温度可以有助于色素的溶解，而温度过高会影响浸提液及凤仙花色素的生物活性，选择50 ℃为较佳浸提温度。

2.4 最佳料液比

准确称取4份样品，每份1 g，分别加入50、60、70、80 mL无水乙醇溶液于50 ℃下浸提1.5 h，测定所得色素溶液的OD值，然后计算出浸提率，结果如图3。

图3 不同料液比对浸提率的影响

由图3可以看出，浸提率随浸提剂乙醇添加量的增加，在料液比为1:70时达到最高值，浸提效果最好，进一步提高乙醇添加量会起到稀释的作用。

2.5 浸提次数的选择

准确称取3份样品，每份1 g，加入70 mL的乙醇溶液于50 ℃下浸提1.5 h，浸提1次后测定所得色素溶液的OD值，然后计算出第1次的浸提率；过滤得到的滤渣进行同样的浸提处理，测定所得色素溶液的OD值，然后计算出第2次的浸提率；依此获得第3次的浸提率，结果见图4。根据曲线可看出，浸提1次时浸提率最佳，且从简化提取工艺角度考虑，选用浸提1次作为后续的工艺条件。

图4 浸提次数对浸提率的影响

2.6 pH的确定

用浓盐酸调节无水乙醇pH值为1、3、5、6，分别以这些溶液作为提取剂，按料液比1:70于50 ℃下浸提1.5 h，计算出浸提率，结果见图5。由图5可以看出，浸提率随着pH值的增加而不断下降，可见凤仙花色素中酸溶性成分居多，pH 为1时浸提率最高。

图5 pH值对浸提率的影响

2.7 浸提率影响因素的正交设计优化

提取条件中确定pH值为1的乙醇溶液作为提取剂、浸提1次为前提，选取温度、时间和料液比进行正交试验优化设计，结果见表3。

通过极差分析可知，影响乙醇提取凤仙花色素浸提率的因素大小依次为：料液比＞提取时间＞提取温度。各影响因素最佳组合方式为 A1B2C1，即温度40 ℃，时间1.5 h，料液比1:60为凤仙花色素提取的最佳方案。按照最佳提取方案进行凤仙花色素提取，3次提取率分别为2.85、2.78、2.89，该结果均值 2.84优于试验设计中的最优组合A3B2C1，说明该提取方案可重复性强，可以作为凤仙花色素的提取工艺。

表3 浸提率影响因素的正交试验结果

3 讨论与结论

大多数天然色素具有安全性高、着色较自然等优点[4]，在食品、化工行业中开发和利用天然色素资源，对提高食品质量和国民的健康水平具有重要的意义。凤仙花中含有的有效成分醌类化合物，如山奈酚、四氢萘等具有多方面的生理活性，如抗菌、抗病毒、利尿和止血等作用[5-6]。本研究通过单因素试验与正交试验对凤仙花色素的浸提方案进行了优化，得出用料液比为1:60、pH 为1的乙醇作为浸提剂，在40 ℃下浸提1.5 h浸提一次的效果最好，为后续凤仙花色素的相关研究提供了初步理论参考。

[1] 苏慧娜，曹治兴，李中军，等. 凤仙花色素最佳提取工艺研究[J]. 科研与开发，2004（4）：1-3.

[2] 苏卜利，曾荣，黄长干，等. 凤仙花的化学成分和生物活性研究进展[J]. 食品工业科技，2012（2）：418-422.

[3] Oku H，Ishiguro K. Cyclooxygenase－2 inhibitory 1，4－naphthoquinones from Impatiens balsainina L. [J]. Biological Pharmaceutical Bulletin，2002，25（5）：658-660.

[4] 刘金福. 食品天然色素研究与应用[J]. 天津农学院学报，2001，8（2）：18-21.

[5] 刘云颖. 甘蔗皮红色素提取工艺研究[J]. 内蒙古石油化工，2015（7）：24-25.

[6] Chen X M，Qian S H，Feng F. Two new tetrahydronap hthalenes from the stem of Impatiens balsamina L. [J].Chinese Chemical Letters，2010，21（4）：440－442.

责任编辑：杨霞

Extractive Technology of Natural Pigment from Impatiens balsamina L.

QI Yue, XIN NanCorrespondingAuthor, ZHANG Qi, LIU Zheng-xia, LAN Yue-feng, HUANG Liang
（College of Agronomy and Resource Environmen, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China）

The extraction conditions of natural pigment from Impatiens balsamina L. were investigated by single factor experiment. The results were: ethanol（pH 1）of extraction solvent, 1.5 h of extraction time, 50 ℃ of extraction temperature, and 1︰70 of solid-liquid ratio by extracting for one time, respectively. Furthermore，the extraction conditions were optimized by orthogonal experiment, and the results were demonstrated as: ethano（lpH1）of extraction solvent, 60 ℃ of extraction temperature ,1.5 h of extraction time, respectively. And the extraction rate of pigment was reached to 2.84.

Impatiens balsamina L.; natural pigment; extract method; optimization

S681.1

：A

2016-05-20

2015年天津市大学生创新创业计划训练项目“天然指甲着色剂的开发与应用”（20151006109）

玥齐 （1993-），女，天津市人，本科在读，主要研究方向为植物生理与营养。联系电话：（022）23781298。

新楠（1977-），女，内蒙古赤峰人，实验师，硕士，主要研究方向为植物生理与营养。联系电话：（022）23781298。

1008-5394（2017）02-0019-03