西红花色素的提取及稳定性研究

茹先古丽·买买提依明，白琳，艾合买提江·艾海提

(新疆大学 生命科学与技术学院，乌鲁木齐 830046)

西红花(CrocussativusL.)是鸢尾科(Iridaceae)番红花属(CrocusL.)，又名番红花、藏红花。其提取物具有亮丽的黄色和特殊的香味，常用于高档食品添加剂和食用色素，也可以作为丝绸、棉和羊毛制品的高级染料[1-2]。现代医学研究发现，西红花具有治疗心血管疾病、预防动脉粥样硬化、抗肿瘤活性、抗抑郁、抗炎等诸多疗效[3-7]。

目前对西红花的研究主要集中在其柱头部分，其中含有挥发油、类胡萝卜素及其苷类化合物[8-9]。西红花色素是非常重要的添加剂，可以给制品悦目的色泽，给人们以美的享受，对增加人们的购买欲望有着重要的作用。发现人工合成色素多数对人体都有不同程度的伤害，有的甚至有致癌或诱发染色体变异的作用。随着人们对色素安全性认识的不断提高，天然食用色素生产的发展十分迅速[10-11]。天然食用色素不仅安全，而且许多还具有一定的营养价值和生理功能[12-13]。当前对天然色素的需求量急剧增加，寻求富含色素的生物资源一直是研究的热点[14-15]。在我国，西红花作为一种观赏花卉被广泛种植[16]，利用溶剂提取西红花中天然色素，既增添了天然色素的种类，又可提高西红花的经济附加值，为其深加工探索新途径。

1 实验材料与仪器

1.1 实验材料

以购自伊朗的优质干西红花为原料。

1.2 实验仪器

722型可见分光光度计、数字酸度计、R201型旋转蒸发仪、W201 B型电热恒温水浴锅、SHZ-D型循环水式真空泵、LAC164分析天平(精确至0.0001 g)。

1.3 实验试剂

无水乙醇、乙醚、酸性乙醇(pH 3.95)、甲醇、吡啶、丙酮、H2O2、抗坏血酸、碳酸氢钠、苯甲酸钠、酒石酸、柠檬酸、Na+、K+、Cu2+、Zn2+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Fe2+、Al3+、葡萄糖、蔗糖、淀粉、邻苯二甲酸氢钠、混合磷酸盐、四硼酸钠。

2 实验方法

2.1 西红花色素最佳提取条件的研究

2.1.1 西红花色素提取工艺

原料(西红花)→粉碎→精称→浸提(不同浓度的乙醇、乙醚、柠檬酸缓冲溶液、蒸馏水、丙酮、乙酸乙酯、吡啶溶液)→离心→浓缩(旋转蒸发器、45 ℃、0.08 MPa)→自然干燥→成品。

2.1.2 操作要点

2.1.2.1 精称

每次在电子分析天平上精确称取西红花。

2.1.2.2 浸提

将西红花中可溶性成分提取出来的过程，浸提时间与温度有关[17]，一般情况下，温度越高，浸提时间越长，更易于提取出可溶性成分。但是温度过高会导致浸提液发生氧化反应，故生产中宜用55～65 ℃的温水进行浸提，浸提时间24 h即可。

2.1.2.3 滤液

把溶液放在过一段时间后不溶解的颗粒沉淀下来而产生透明的滤液。

2.1.2.4 离心

用离心机来离心(时间30 min，转速3000 r/min，室温)，然后用冷冻离心机来离心(时间30 min，转速3000 r/min，温度2～4 ℃)。

2.1.2.5 浓缩

用旋转蒸发仪来干燥溶液(干燥时间为3 h)。

2.1.3 最佳浸提溶剂的确定

分别选用水、甲醇、酸性乙醇、乙醇(50%、75%、85%、95%)、乙醚、柠檬酸缓冲溶液、丙酮、乙酸乙酯、吡啶溶液作为西红花色素的提取溶剂,通过实验确定其最佳的提取溶剂。

2.2 西红花色素稳定性研究

2.2.1 西红花色素的光谱特性研究

取一定量的0.001%西红花色素溶液在波长为360～540 nm范围内进行波谱扫描，记录吸光度的变化，色素吸收峰对应的最大吸收波长即为最佳波长。

2.2.2 食品添加剂对西红花色素稳定性的影响

取8 mL色素稀释液，分别加入碳酸氢钠、酒石酸、柠檬酸、过氧化氢各2 mL(1 mol/L)，并测定吸光度。

2.2.3 金属离子对西红花色素稳定性的影响

她好像受到我笑的鼓励，放松了一些。但她的声音仍旧有些犹豫：“我想……也许……我们可以一起走走，一块吃点东西……”我终于镇定下来，找到了自己的声带。“当然……可以。我非常荣幸，那边的街上有许多不错的餐馆。”

分别配制浓度为 0.1%的Na+、Fe3+、K+、Cu2+、Zn2+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Al3+离子溶液，各取 2 mL，分别加入8 mL西红花溶液中，在25 ℃下避光放置4 h，定时测定并观察产生的现象。

2.2.4 碳水化合物对西红花色素稳定性的影响

分别配制浓度为10%的葡萄糖、蔗糖、淀粉溶液，取2 mL加入8 mL的西红花色素溶液中，室温暗处放置4 h测定其吸光度。

2.2.5 pH值对西红花色素稳定性的影响[18]

pH值对色素稳定性的影响(用酸度计来测定)分别用标准缓冲剂(邻苯二甲酸氢钠、混合磷酸盐、四硼酸钠)溶解于250 mL蒸馏水溶液,将色素溶液调成不同pH值，在440 nm波长下测定其吸光度。

2.2.6 光照对西红花色素稳定性的影响

取浓度相同的色素稀释液分别在强太阳光下照射0，1，2，3，4，5，24，48 h，然后测定其吸光度。

2.2.7 温度对西红花色素稳定性的影响[19]

2.3 结果与分析

2.3.1 浸提剂的选择

表1 不同浸提剂提取西红花色素的效果比较Table 1 Comparison of extraction effect of pigments from Crocus sativus L. with different extractants

由表1可知，随着乙醇浓度的降低，不论是提取时间为5 h还是24 h，提取出来的西红花色素的颜色透明，最终为橙红色。根据相似相溶原理，西红花色素易溶于极性溶液中[20]，但甲醇、吡啶、丙酮、乙醚都有毒，不能被作为浸提剂使用。故选择乙酸乙酯和乙醇(50%)作为色素的浸提剂。

2.3.2 不同浓度乙醇对提取量的影响

图1 乙醇浓度对色素提取量的影响Fig.1 Effect of different ethanol concentration on the extraction amount of pigments

由图1可知，通过几次的反复试验结果表明该色素的回收量较高，85%乙醇的提取率最高。

2.3.3 西红花色素稳定性研究

2.3.3.1 西红花色素光谱特性的研究

图2 西红花色素在不同波长下的吸光度Fig.2 The absorbance of pigments from Crocus sativus L. under different wavelengths

由图2可知，西红花色素在360～540 nm的波长范围内有一个吸收峰，最大吸收峰在440 nm时的吸光度值为0.165。对于透明或者半透明溶液，由公式A(υ)=abc，式中：A(υ)为波数在υ处的吸光度，a为波数在υ处的吸光系数，b为样品厚度，c为样品浓度。可得样品溶液的吸光度越大，则此样品溶液的浓度越高。

2.3.3.2 食品添加剂对西红花色素稳定性的影响

图3 不同食品添加剂下的西红花色素吸光度Fig.3 The absorbance of pigments from Crocus sativus L. under different food additives

由图3可知，西红花色素溶液中存在氧化剂(过氧化氢)时，随时间的延长，其吸光度迅速下降。西红花色素在国家规定的常用食品添加剂最大使用量范围内长时间保持良好的稳定性，说明西红花色素使用在食品加工中不受抗坏血酸、碳酸氢钠、苯甲酸钠、酒石酸、柠檬酸的影响。

2.3.3.3 金属离子对西红花色素稳定性的影响

由图4可知， Fe3+对西红花色素的影响最大，0～1 h之内变化最明显，吸光度突然下降，所以该色素在食品加工过程中应避免接触金属容器。其他金属离子对西红花色素的影响不是很大，但是随着时间的延长还是有一定的影响。

图4 西红花色素在不同金属离子溶液中吸光度的变化Fig.4 The change in absorbance of pigments from Crocus sativus L. in different metal ion solutions

2.3.3.4 碳水化合物对西红花色素稳定性的影响

图5 碳水化合物对西红花色素稳定性的影响Fig.5 The effect of carbohydrates on the stability of pigments from Crocus sativus L.

由图5可知，西红花色素在葡萄糖和蔗糖溶液中具有较好的稳定性。但淀粉溶液对西红花色素的影响较大，具有增色作用。

2.3.3.5 pH值对西红花色素稳定性的影响

图6 pH值对西红花色素稳定性的影响Fig.6 The effect of pH values on the stability of pigments from Crocus sativus L.

由图6可知，pH在4～9.18范围内(酸性、中性、碱性条件下)色素的颜色基本上不变，pH值增大,该色素有增色作用。

2.3.3.6 光照对西红花色素稳定性的影响

由图7可知，西红花色素对阳光不稳定，有降解作用。西红花色素在室内避光条件下损失很少，在日光下不稳定，吸光度下降较大。特别是在24～48 h之内吸光度的变化很显著,失去原有橙黄色，呈现淡黄色。

图7 光照对西红花色素稳定性的影响Fig.7 The effect of light on the stability of pigments from Crocus sativus L.

2.3.3.7 温度对西红花色素稳定性的影响

图8 温度对西红花色素稳定性的影响Fig.8 The effect of temperature on the stability of pigments from Crocus sativus L.

由图8可知，西红花色素在温度为20～80 ℃时吸光度呈轻微下降趋势，说明西红花色素在轻微的损失，但幅度不大；当温度达到80～100 ℃时，吸光度呈现快速下降趋势，说明此温度范围内色素快速流失。因而在使用色素作为食品调味品时应将温度控制在80 ℃以下。

3 结论

西红花色素的最大吸收峰在440 nm处，西红花色素溶液中存在氧化剂(过氧化氢)时不稳定，该色素在食品生产加工中应用不受抗坏血酸、碳酸氢钠、苯甲酸钠、酒石酸、柠檬酸的影响。Fe3+对西红花色素的影响最大，其他金属离子对西红花色素的影响不大。西红花色素在葡萄糖和蔗糖溶液中具有较好的稳定性，淀粉溶液对西红花色素的影响较大，具有增色作用。西红花色素在酸性及中性环境下较为稳定，但在碱性环境下不稳定。光照会影响西红花色素的稳定性，西红花色素在加热温度为20～80 ℃时吸光度呈现轻微的下降趋势，当温度达到80～100 ℃时吸光度呈现快速下降的趋势，损失较大。