黄刺玫花色素的提取工艺优化及其稳定性

昝立峰+王更先+叶嘉+陈建中+秦柳

摘要： 以冀南太行山区的野生黄刺玫花为原料，在单因素试验的基础上，以乙醇浓度、提取时间、提取温度、液料比4个单因素为自变量，以色素吸光度为响应值，应用Design-Expert 8.06响应面对黄刺玫花色素的提取工艺进行优化。结果表明，提取时间、液料比对色素提取的影响显著，而提取温度、乙醇浓度对色素提取未达到显著水平。响应分析结果发现，提取时间和提取温度的交互作用相对显著，等高线扁平。通过响应面分析得出最佳提取工艺为乙醇浓度6173%、提取时间2.17 h、提取温度54.62 ℃、液料比32.74 mL ∶ 1 g，理论色素提取液D505 nm为0.667。稳定性研究结果表明，黄刺玫花色素的光稳定性强、热稳定性差，适宜温度低于60 ℃使用；金属离子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+）對黄刺玫花色素稳定性影响不大，Al3+对黄刺玫花色素的稳定性影响明显，且会引起色素变色；氧化剂H2O2对黄刺玫花色素稳定性影响不明显，而还原剂NaHSO3对黄刺玫花色素的稳定性影响较大；食品添加剂葡萄糖、蔗糖、柠檬酸对黄刺玫花色素的稳定性没有影响，可以与色素混合使用。

关键词： 黄刺玫花；响应面；色素；提取工艺；稳定性

中图分类号： R284.2 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）22-0221-04

黄刺玫（Rosa xanthina Lindl.）别称黄刺梅，是蔷薇科（Rosaceae）蔷薇属（Rosa）的落叶灌木，普遍生长在山西、陕西、河北、内蒙古、吉林等地的山丘。黄刺玫花色金黄，花期较长、色泽鲜艳、芳香浓郁，含有槲皮素、苦味质、脂肪油、没食子酸、矢车菊双甙、黄色素、β-胡萝卜素等有效成分[1]。黄刺玫花可以用来制作糖果、糕点、蜜饯，也可以被制作成黄刺玫花酒、花露、花酱，干花还可以泡茶喝。黄刺玫花茶性温和、降火气，经常饮用可柔肝醒胃、活血散瘀、理气解郁、排毒养颜、促进人体新陈代谢[2]。

王育水等发现，黄刺玫花的药学价值应用广阔，特别是对心血管病、人体炎症、糖尿病及肿瘤等有非常好的效果[3]。黄刺玫花的水提物抗氧化作用非常好，可提高SOD的活性，起到延缓衰老的作用；黄刺玫花的乙醇浸提物具有中枢抑制活性。虽然黄刺玫花的医药价值很高，但是国内外对黄刺玫花综合使用的相关研究很少，大多集中在其所含的挥发油上，而关于黄刺玫花色素的详细文献并不多。探究黄刺玫花色素最佳的工艺条件及其稳定性有利于提高黄刺玫的综合利用。

1 材料与方法

1.1 材料

2015年4月在河北省邯郸市西部太行山区采集黄刺玫花，采集后放置于冰箱冷冻，使用前粉碎过40目筛，并且用正己烷脱脂处理，脱脂后自然干燥备用。

1.2 方法

1.2.1 单因素提取

准确称取等量的黄刺玫花脱脂粉5份，每份1 g，乙醇浓度为60%，液料比为20 mL ∶ 1 g，40 ℃水浴浸提，考察浸取时间（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h）对色素提取的影响；同样考察乙醇浓度（50%、60%、70%、80%、90%）、提取温度（30、40、50、60、70℃）和液料比（10 mL ∶ 1 g、20 mL ∶ 1 g、30 mL ∶ 1 g、40 mL ∶ 1 g、50 mL ∶ 1 g）对色素提取的影响。以上试验均在温度40 ℃、100 W功率下，超声辅助提取 20 min。将色素粗提液4 000 r/min离心，取上清液，于 505 nm 测其吸光度[4]，重复3次。

1.2.2 响应面设计

通过单因素试验确定每个因素的最优条件，采用Box-Benhnke设计4因素3水平试验（表1），利用Design-Expert.8.06软件对试验数据进行分析。

1.2.3 黄刺玫花色素稳定性研究

1.2.3.1 光照对色素稳定性影响 取等体积的黄刺玫花色素提取液2份，分别放在黑暗、室外太阳光下，并在0、2、4、6、8、10 h时取样，于505 nm处测定色素溶液吸光度，并观察色素颜色的变化，记录D505 nm。

1.2.3.2 温度对色素稳定性影响 取等体积的黄刺玫花色素提取液5份，分别放在不同温度（30、40、60、80、100 ℃）的恒温水浴锅中加热1 h，冷却后在505 nm处测定色素溶液吸光度，并观察色素的颜色变化，记录D505nm。

1.2.3.3 金属离子对色素稳定性影响 将KCl、CaCl2、NaCl、MgCl2、AlCl3试剂配制成不同浓度（0、0.001、0.005、0.010、0.050、0.100 mg/mL）的溶液，准确量取25份黄刺玫花色素粗提液，每份10 mL分别加入上面等体积的离子溶液。1 h后在505 nm处测定色素吸光度，并观察色素颜色变化，记录D505 nm。

1.2.3.4 氧化还原剂对色素稳定性影响 以H2O2为氧化剂，以NaHSO3为还原剂，配制不同浓度（0、0.01、0.02、0.10、0.20 mg/mL）的H2O2和NaHSO3，分别加入等体积的色素粗提液中，混匀后放置1 h，于505 nm处测定色素吸光度，并观察色素的颜色变化，记录D505 nm。

1.2.3.5 食品添加剂对色素稳定性影响 准确吸取等体积的黄刺玫花色素提取液9份，在初始浓度下黄刺玫色素D505 nm为0.564，分别加入定量的1%、2%、3%葡萄糖溶液，1%、2%、3%蔗糖溶液，1%、2%、3%柠檬酸溶液。1 h后观察色素的颜色变化，并在505 nm处测定色素吸光度D505 nm。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

由图1-a可知，在0.5～2.0 h内随着提取时间的延长，色素吸光度逐渐升高，然后在2.0～2.5 h内随着提取时间的延长，色素吸光度降低。可能是因为黄刺玫花色素对热不稳定，随着提取时间的延长，发生氧化。由图1-b可看出，当乙醇浓度为50%～60%时，黄刺玫花色素提取效果随着乙醇浓度的增加而提高，而乙醇浓度在60%～90%时，吸光度急速下降，使用60%乙醇溶液时，吸光度达到最高，因此将响应面设计的乙醇浓度设在50%～70%区间范围。由图1-c可知，在30～50 ℃范围内，提取温度与色素吸光度呈正相关，50～70 ℃为负相关。可能是温度过高导致色素分解，不利于色素的提取。由图1-d可知，液料比对色素的提取具有很大的影响，随着使用溶剂体积的增多，色素提取效果也越来越好，用量为30 mL时，吸光度最大。而液料比从30 mL ∶ 1 g变化到50 mL ∶ 1 g的过程中吸光度下降并趋于稳定。endprint

2.2 黄刺玫花色素提取条件优化

2.2.1 响应面中心组合试验设计与结果

通过试验方案得到4因素3水平，共29次试验点（表2），其中析因部分试验24次，区域中心点重复试验5次。试验以随机次序排列，利用Design-Expert 8.06软件对数据进行多元回归拟合，得出以吸光度y为目标函数的二次多项回归方程：

y=0.64+0.034A+0.049B+0.038C+0.048D-2 000AB+0.028AC-3 500AD+0.033BC-0.018BD+0.029CD-0.13A2-0.085B2-0.068C2-0.100D2。

由表3可知，模型的顯著水平P=0.010 5<0.05，说明试验所采用的二次多项模型的显著性良好。一次项B、D及二次项A2、B2、C2、D2的P值均小于0.05，可知这些一次、二次项对色素提取有明显影响；但交互项显著性较差，表明色素提取与单因素并非是简单的线性相关。由表3还可看出，影响黄刺玫花色素提取因素的高低顺序为提取时间>液料比>提取温度>乙醇浓度。R2=0.885 3，模型失拟项P=0.498 8>0.05，差异不显著，这表明数据拟合效果较好，因此可以用模型进行试验和预测。因此选择合适的模型，得到黄刺玫花色素的最优提取工艺。

2.2.2 各因素交互作用响应曲面

响应面图能直观表现出各因素对响应值的作用，等高线的形状可以表现出相互作用的程度，椭圆形表示两因素相互作用明显，而圆形则相反[5]。图2分别为6组试验参数以黄刺玫花色素吸光度为响应值的趋势。其中提取时间（B）与提取温度（C）的相互作用相对明

显，表现的等高线扁平，其他项的相互作用相对较弱，与模型方差结果一致。

2.2.3 黄刺玫花色素提取最佳条件的确定

由Design-Expert 8.06软件分析确定黄刺玫花色素的最优提取条件为：乙醇浓度61.73%、提取时间2.17 h、提取温度54.62 ℃、液料比32.74 mL ∶ 1 g，理论色素粗取液D505 nm为0.667。但为了方便试验，将条件改为：乙醇浓度62%、提取时间2 h、提取温度55 ℃、液料比33 mL ∶ 1 g。在最优条件下色素粗取液的D505 nm为0.645，与理论值相差0.022，差值很小，响应值的试验值与回归方程预测值接近，表明优化后结果是准确的，可以应用到实际试验中。

2.3 黄刺玫花色素稳定性分析结果

由图3-a可知，在日光下，黄刺玫花色素的D505 nm变化不明显，色素颜色没有变化。由图3-b可知，温度对色素稳定性有明显的影响，当温度为30～60 ℃时，色素D505 nm变化较小且颜色没有变化。当温度高于60 ℃时，色素溶液的D505 nm迅速下降，色素色调变成暗黄色。由图3-c可知，常见的几种金属离子K+、Na+、Mg2+、Ca2+浓度对色素稳定性无明显影响，色素颜色没有变化，而添加Al3+后，色素溶液变浑浊且颜色变为黄褐色，表明Al3+对黄刺玫花色素的稳定性有不利的影响。由图3-d可知，黄刺玫花色素对还原剂NaHSO3稳定性较差，随着还原剂NaHSO3浓度的增加，D505 nm下降，颜色呈现暗黄色，而对氧化剂H2O2相对稳定。由图3-e可知，不同浓度的食品添剂葡萄糖、蔗糖、柠檬酸对色素的稳定性没有明显影响，且色素色调没有发生变化。

3 结论

黄刺玫花色金黄、花期较长、色泽鲜艳、芳香浓郁，含有槲皮素、苦味质、脂肪油、没食子酸、矢车菊双甙、黄色素、β-胡萝卜素等有效成分。本研究以野生黄刺玫花原料，通过响应曲面分析对黄刺玫花色素的最佳提取条件并对其稳定性进行分析。结果表明，黄刺玫花色素最佳提取工艺为乙醇浓度 61.73%、提取时间2.17 h、提取温度54.62 ℃、液料比 32.74 mL ∶ 1 g，且影响条件的高低顺序为提取时间>液料比>提取温度>乙醇浓度。同时由黄刺玫花色素的稳定性分析结果可知，色素对光照稳定，对热敏感，加工过程中应选择温度低于60 ℃操作；金属离子K+、Na+、Mg2+、Ca2+等较稳定，但是对Al3+不稳定；色素对氧化剂H2O2性能较好；色素对常见的食品添加剂葡萄糖、蔗糖、柠檬酸几乎没有变化。本试验结果为综合开发利用黄刺玫花奠定基础。

参考文献：

[1] 苏俊霞，毕润成，刘文军，等. 黄刺玫群落特征及种群分布格局的研究[J]. 山西师范大学学报（自然科学版），2002，16（1）：66-71.

[2]李 萍. 野生黄刺玫的开发利用[J]. 农产品加工，2010（6）：30-31.

[3]王育水，权玉萍，辛泽华，等. 南太行山区黄刺玫资源调查及开发利用[J]. 焦作师范高等专科学校学报，2014，30（2）：77-79.

[4]王常青，陈 娟，宋仙芝. 黄刺玫色素及其稳定性研究[J]. 食品工业科技，1996（6）：9-12.

[5]张 儒，张变玲，谢 涛，等. 响应面法优化人参不定根中总皂苷的提取工艺[J]. 天然产物研究与开发，2015，27（4）：726-731.endprint