栀子黄色素提取精制工艺的优化

周厚宁 刘超 贺圣文 张金宝 程安玮 孙金月

摘要：桅子是一种具有重要药理作用的常用传统中药，并被卫计委列为首批既是食品又是药品中药名录。桅子中黄色素含量较高，水溶性好，无毒性，国内外已将其广泛应用为食品添加剂和工业染料，但目前桅子黄生产工艺复杂，产品得率和色价均比较低。为综合开发高品质的栀子黄色素，本研究采用单因素及正交试验确定了栀子黄色素的最佳浸提条件：提取时间3 h，提取温度50℃，料液比1∶ 8；通过考察5种不同类型大孔树脂对桅子黄色素的静态吸附性能，最终确定HP2MGL为最佳精制材料，采用梯度洗脱法定量洗脱，最终产品色价由最初的68.79增至340.00，得率为2.2%，达到了精制的目的。该研究为工业化提取和精制桅子黄色素提供了理论基础。

关键词：栀子黄色素；大孔吸附树脂；精制

中图分类号：S567.23+9 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2018）09-0134-05

Abstract Gardenia is a commonly used traditional Chinese medicine with important pharmacological functions， and it is listed as food and medicine by the National Health Commission of China. The yellow pigment in gardenia fruit has a high content， good water solubility and non-toxic， and has been widely used as a food additive and an industrial dye in the world. But at present，the production process of gardenia pigment is complex， and its yield and color value are both very low. In order to develop high-quality gardenia yellow pigment， the extraction conditions were optimized by combination of single-factor test and orthogonal test as extraction time of 3 hours， extraction temperature at 70℃ and material to liquid ratio of 1∶ 8. HP2MGL was finally selected as the material for refining gardenia yellow pigment after the evaluation on the static adsorption property to yellow pigment of 5 types of macroporous resin. The gradient elution method was adopted to elute gardenia yellow pigment and the color value of refined gardenia yellow pigment increased from 68.79 to 340.00 with a high quality. The study provided a theoretical basis for industrial extraction and refining of yellow pigment from gardenia.

Keywords Gardenia yellow pigment； Macroporous adsorption resin； Refining

梔子（Gardenia jasminoides）属茜草科，又名黄栀子、山栀、白蟾等。栀子果是传统中药，属卫生部颁布的第一批药食两用资源，在中医临床常用于治疗黄疸型肝炎、扭挫伤、高血压、糖尿病等。栀子黄色素是一种从栀子果中提取分离的品质优良的天然色素，主要成分为藏花素，它是一种罕见的水溶性类胡萝卜素，在人体内可以转化为维生素A，是一种集着色、营养和保健等功能为一体的天然色素[1]。栀子黄色素具有耐还原性和耐微生物性，在pH值4～11范围内颜色变化极小，稳定性好，着色能力强。栀子黄色素水溶液于440 nm处有最大吸收峰，极易溶于水，难溶于无水乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂[2]。研究表明，栀子黄色素不仅是着色剂，而且安全性好，在药理活性方面具有清热去火、利胆护肝、降低胆固醇等功效[3]。

栀子黄色素主要产自我国和日本，目前日本生产的黄色素色价较高，我国栀子黄色素的产品质量不及日本，达不到出口标准[4]。从栀子果实中提取的栀子黄色素含有栀子苷和绿原酸等杂质，栀子苷会使栀子黄着色的食品变绿，绿原酸会使栀子黄着色的食品变暗[5]，因此对粗提的栀子黄色素进行精制很有必要。目前栀子黄色素精制的方法包括超临界CO2流体法、凝胶层析法、聚酰胺层析法、酸碱沉淀法、无机膜提取法等[6-8]。吸附解吸法精制色素是一种适于工业化生产的方法[9]。本试验在借鉴相关文献的基础上，研究确定栀子色素的最佳浸提条件，并以5种大孔树脂为选择对象，考察其对栀子黄色素的吸附特性，筛选适合吸附和分离黄色素的大孔树脂，探索分离精制的工艺条件，以期为工业生产提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用产自福建省福鼎市的栀子果。

1.2 主要仪器及试剂

所用仪器包括DK-S26 数显电热恒温水浴锅、RE-20 型旋转蒸发仪、UV-1750 紫外分光光度仪、BS-124S 电子天平、DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱、LXBJ-IIB离心机、6202小型高速粉碎机、恒温摇床、吸附柱（80 cm × 5 cm）、冷冻干燥机等。

所用试剂包括95%乙醇、吸附树脂（DM-101、X-5、AB-8、HP-20、HP2MGL），其它试剂均为分析纯。

1.3 栀子黄色素浸提工艺优化

1.3.1 原料预处理 将栀子果粉碎，过40目筛（0.5 mm）后于55℃烘干1 h，保存备用。

1.3.2 乙醇浸提法的单因素试验 通过预试验确定栀子黄色素提取的最佳乙醇浓度、浸提时间与浸提温度，并分析3个单因素对乙醇溶液浸提效果的影响。每个单因素进行3次平行试验，并分析3次试验的平均值。

（1）提取试剂浓度：分别于6个锥形瓶中准确加入栀子果粉末10.0 g，再分别加入0、10%、30%、50%、70%、100%的乙醇溶液各100 mL；将锥形瓶于50℃水浴锅中加热2 h，每30 min搅拌一次；将浸提液置于离心管中，4 500 r/min离心10 min；准确量取1 mL上清液于250 mL容量瓶中，用去离子水定容，440 nm测吸光度。

（2）浸提温度：分别于5个锥形瓶中准确加入栀子果粉末10.0 g，再分别加入60%乙醇溶液100 mL；将锥形瓶分别于室温及40、50、60、70℃的水浴锅中加热2 h，每隔30 min搅拌一次；将浸提液置于离心管中，4 500 r/min离心10 min；准确量取1 mL上清液于250 mL容量瓶中，用去离子水定容，440 nm测吸光度。

（3）浸提时间：分别于5个锥形瓶中准确加入栀子果粉末10.0 g，再分别加入60%乙醇溶液100 mL；将锥形瓶于50℃水浴锅中分别加热1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h，每隔30 min搅拌一次；将浸提液置于离心管中，4 500 r/min离心10 min；准确量取1 mL上清液于250 mL容量瓶中，去离子水定容，440 nm测吸光度。

1.3.3 乙醇浸提法提取栀子黄色素正交试验 根据以上单因素试验结果，将浸提温度（A）、浸提时间（B）、料液比（C）作为试验因素，对10 g栀子果粉末进行栀子黄色素提取（见表1）。选取三因素三水平的正交表（表2），以稀释后的提取液在440 nm处的吸光度作为参照标准，确定最佳浸提条件。

1.4 大孔吸附树脂分离纯化栀子黄色素

1.4.1 树脂预处理 用无水乙醇分别浸泡5种大孔吸附树脂约24 h；待树脂充分溶胀后，用无水乙醇淋洗大孔吸附树脂，冲去树脂所含有害离子，直到洗出液加少量水无白色浑浊出现为止；再用去离子水冲干净残留乙醇，过滤，室温晾干备用。

1.4.2 静态吸附率的测定 称取预处理好的5种大孔吸附树脂各1.0 g，放入250 mL锥形瓶中；加入经适当稀释后的栀子色素提取液100 mL，恒温振荡24 h后达到吸附平衡；测定吸附前后溶液在440 nm处的吸光值（A0、A1），并计算静态吸附率（q）。

q=（A0-A1）/A0 。

1.4.3 栀子黄色素色价的测定 精确称量试样0.1 g，在100 mL容量瓶中用去离子水稀释；分别吸取1、5、10 mL稀释液于100 mL容量瓶中再次稀释；用紫外分光光度计于440 nm波长下测量稀释液的吸光值，并用蒸馏水作参照。

E1%1cm=Am×100 。

式中，A：吸光度；m：100 mL被测溶液中所含样品的质量（g）；E1%1cm：色价。试验测得粗提液的色价为68.79。

2 结果与分析

2.1 栀子黄色素乙醇浸提法试验结果

2.1.1 乙醇浓度对浸提的影响 图1表明，当乙醇浓度增加时，栀子黄色素提取液的吸光值变化趋势是先增后减；当乙醇浓度为50%时，提取效果最佳；当乙醇浓度达到70%或以上时，其吸光值迅速下降。栀子果含有的藏红花素和藏红花酸易溶解在水里，而栀子苷更容易溶解在乙醇中，较高浓度的乙醇会提取出大量的栀子苷，降低黄色素的吸收率，导致栀子黄色素提取液的吸光值下降。

2.1.2 提取温度对浸提的影响 图2表明，当提取液的温度升高时，提取液的吸光值也逐渐升高；当提取液温度达到50℃后，其吸光值的变化幅度减小，说明温度太高或太低都不利于栀子黄色素的提取。当温度过低时，提取率很低；当温度过高时，提取的色素不稳定，部分开始降解。

2.1.3 提取时间对浸提的影响 图3表明，栀子黄色素提取液的吸光值随提取时间的增加呈先增后减趋势；提取时间为2 h时，提取效果最佳。原因是随着提取时间的增加，栀子黄色素受到外界因素的影响，一些色素开始降解，导致栀子黄色素提取液的吸光值降低。

2.1.4 乙醇浸提法提取栀子黄色素的正交试验结果 表3表明，栀子黄色素的最佳提取条件为：乙醇浓度50%，提取时间3 h，提取温度70℃，料液比1∶ 8。同样的乙醇浓度、浸提时间及料液比条件下，对比50、70、90℃提取液的吸光值发现，50℃时的提取液吸光值与70℃时无显著差异。综合考虑生产实际，并按照节能的原则，选择50℃作为栀子黄色素提取的温度最合理。

2.2 树脂静态吸附率的测定

表4表明，吸附前栀子黄色素的吸光值为0.8026，吸附后各树脂的吸光值差别较大，其中大孔吸附树脂HP2MGL吸附后的吸光度为0.0233，前后差别最大，表明其吸附能力最强，吸附效果最好，吸附率达97.10%。

2.3 动态条件下栀子黄色素的解吸

由于HP2GML树脂在吸附栀子黄色素的同时也会吸附栀子苷等杂质，本试验采用湿法装柱，用不同浓度的乙醇溶液（纯水、10%、20%、40%）作为洗脱剂进行梯度洗脱，紫外分光光度计检测流出液，直到杂质（栀子苷）可以基本洗去。根据紫外分光光度計的检测结果，20%乙醇能够较好地洗脱掉栀子苷而不损失栀子黄色素。

杂质洗脱完后直接用90%乙醇作为洗脱剂洗脱栀子黄色素，收集流出液，每300 mL检测一下流出液在440 nm处的吸光值，直到流出液中的栀子黄色素相当少后停止洗脱。

2.4 栀子黄色素纯化前后比较

将步骤2.3树脂柱90%乙醇洗脱部分浓缩，冷冻干燥后可直接制得黄色粉末作为色素使用；对栀子黄色素粗提液进行纯化，测定纯化前后提取物色价，结果发现，所得黄色素色价由原来的68.79提高到340.00。

栀子果实中含有丰富的栀子黄色素，由于栀子果实成分中还有栀子苷、绿原酸，易于和食品中的蛋白质等成分作用，实际使用时会发生绿变现象，稳定性差，保质期很短。经纯化后的栀子黄色素能有效避免绿变现象，且性质稳定，保质期长。

3 讨论与结论

本研究在单因素试验基础上，采用正交试验设计考察了乙醇浓度、浸提温度、浸提时间、料液比对栀子黄色素提取率的影响，优化后的最佳提取条件为：料液比1∶ 8、乙醇浓度50%、提取温度50℃、提取时间3 h。初步提取后，选用HP2MGL型大孔树脂进行精制，采用20%乙醇溶液洗脱栀子苷，再用90%乙醇洗脱栀子黄色素并进行干燥处理。精制后的色素色价由原来的68.79提高到340.00。

大孔树脂吸附精制栀子黄色素具有吸附速度快、吸附容量大、选择性好、简单高效等优点，适合制备高色价的栀子黄色素。但第一步的提取工艺对第二步的纯化工艺及产品品质具有关键影响。有研究发现，微波辅助提取的方法优于热回流法[10，11]，在工业化的生产过程中可结合实际情况，合理选择更切实际的工艺条件。

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