超声波辅助提取三角梅中红色素及其稳定性

杭瑜瑜，吴 环，陈多谋

(海南热带海洋学院 食品科学与工程学院,海南 三亚 572022)

0 引言

色泽是食品感官评定的一个重要指标。食用色素作为一种食品添加剂广泛应用于食品、医药、日化等行业[1]。合成色素因其本身具有不同程度的毒性，应用愈发受到限制[2]。天然色素在着色的同时具备生理活性以及药物活性[3]。天然色素主要从生物体中提取，安全性较高、色泽自然、多数兼有营养保健和着色的双重作用，研究和开发新型天然色素显得很有必要[4-6]。天然色素由于本身具有不稳定性，易氧化和受各种金属离子及光照酸碱度的影响而发生化学变化，从而产生变色褪色现象。因此,研究天然色素稳定环境具有现实意义。

三角梅(BougainvilleaspectabilisWilld.)又名叶子花、簕杜鹃、三角花、九重葛、毛宝巾等，在海南、福建、广东、广西、云南广为栽培。三角梅生存适应能力强，花期长，无毒害，色泽鲜艳，众多研究结果表明，三角梅还可以入药，具有清热解毒、调和气血、止咳等功效[7-8]，还可作为天然色素的良好来源途径。超声波提取法提取时间短，提取效率高，可作为提取天然色素的好方法[9]71。本文研究了超声波提取三角梅红色素的工艺，为天然色素的制备提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

三角梅：紫红色，采自海南三亚海南热带海洋学院校园内。

氯化钾、氯化钠、氯化钙、氯化镁、硫酸铜、硫酸锌、硫酸铁均为分析纯，购于国药集团化学试剂有限公司。

紫外可见分光光度计(UV-2550 日本岛津公司)，恒温水浴锅(HWS-26 金坛市盛蓝仪器制造有限公司)，超声波-微波协同反应工作站(XO-SM200 南京先欧仪器制造有限公司)。

1.2方法

1.2.1 三角梅红色素的提取

新鲜三角梅苞片→切碎→超声波提取→过滤→离心分离→紫外分光光度计测定吸光度。

1.2.2 最大吸收波长的确定

将除去花蕊的三角梅苞片切碎，准确称量3.00 g加入45.00 mL的蒸馏水，在超声波功率为360 W的条件下提取20 min，过滤，取清液在离心机中以3 000 r·min-1离心15 min，上清液用紫外分光光度计在190～700 nm波长下扫描，确定其最大吸收波长。

1.2.3 单因素实验

1.2.3.1 超声波功率对提取率的影响

准确称取三角梅样品3.0 g，在料液比1∶15(g∶mL)，提取时间为20 min，提取功率分别为120、240、360 、480 、600 W的条件下，测定吸光度。

1.2.3.2 超声提取时间对提取率的影响

准确称取三角梅样品3.0 g，在超声波功率为240 W，料液比1∶15(g∶mL)，提取时间分别为15、20、25、30、35 min的条件下，测定吸光度。

1.2.3.3 料液比对提取率的影响

准确称取三角梅样品3.0 g，在超声波功率为240 W，提取时间为20 min，提取料液比分别为1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30(g∶mL)的条件下，测定吸光度。

1.2.4 响应面分析法实验

依据单因素实验结果，设计响应面分析法实验，见表1。

表1 响应面分析法实验因素水平

1.2.5 提取色素的稳定性研究

1.2.5.1 光照的影响

分别研究室外光照、室内光照和避光对提取的三角梅红色素稳定性的影响。

1.2.5.2 温度的影响

分别取三角梅红色素提取液5 mL置于锥形瓶中，在30、40、50、60、70、80、90 ℃下恒温水浴1 h后，测量其在最大吸收波长处的吸光度。

1.2.5.3 pH值的影响

在pH值1.0～12.0的缓冲液中分别加入5 mL三角梅提取液，放置24 h，在最大吸收波长处测定其吸光度。

2 结果与分析

2.1 三角梅红色素的紫外可见吸收光谱

按照1.2.2的方法，在200～700 nm波长下扫描，得到紫外-可见吸收光谱图，见图1。

图1 三角梅红色素的紫外-可见吸收光谱图

从图1可以看出，提取的红色素在547 nm波长处有最大吸收值，符合花色苷的光谱学特性，可能为一种花色苷色素[10]。

2.2 单因素实验结果与分析

2.2.1 超声波功率的影响

由图2可知，随着超声功率的增大，色素样液的吸光度呈先上升后下降的趋势，超声波可以使细胞壁破裂，色素更好地溶出，但是超声功率过高，会使色素的构象发生改变[11]，吸光度降低。

图2 超声功率对色素提取液吸光度的影响

2.2.2 超声时间的影响

由图3可知，在一定时间内，吸光度随着超声时间的延长而增大，超过30 min后，吸光度降低，超声作用时间过长，超声波的热效应可能会影响提取色素的稳定性，造成色素损失。

图3 超声时间对色素提取液吸光度的影响

2.2.3 料液比的影响

由图4可知，在一定的提取液体积范围内，吸光度随着提取液体积的增大而增大。料液比在达到1∶15(g∶mL)以后，吸光度减小，提取液增加，增大了物料与提取溶剂的接触界面，提高了提取效率；但提取液过多时，超声波作用产生的能量被分散，提取效果有所下降[12]。

科液比(g∶mL)图4 料液比对色素提取液吸光度的影响

2.3 超声波辅助提取三角梅红色素的工艺条件优化

采用软件Design Expert v8.0.7对超声波功率、超声时间、料液比设计响应面分析法试验，依据表1中的因素与水平值，其试验结果见表2。

表2 响应面分析法试验结果

利用Design Expert v8.0.7软件，对超声波功率、超声时间、料液比进行多元拟合分析，得到二次多项回归方程：

Y=1.19+0.16A-0.072B-0.11C+0.011AB-0.13AC+0.054BC-0.028A2-0.17B2-0.36C2。

由表3数据分析可知，该回归模型极显著,失拟项不显著，表明该模型与实验数据拟合度较高，可用该模型分析和预测超声波辅助提取三角梅红色素的工艺结果。

表3 响应面分析法试验结果的方差分析

表3(续)

表3数据反映了各单因素以及两两交互作用对三角梅红色素提取效果的影响，通过分析可以看出，各单因素对三角梅红色素提取效果的影响程度大小依次为：超声波功率>料液比>超声时间。

根据响应面分析法试验结果及其回归方程模型分析可知，超声波辅助提取三角梅红色素的最优工艺为：超声功率331 W，超声时间25 min，料液比1∶12(g∶mL)，预测提取红色素的吸光值为1.389。在此条件下进行3次重复验证实验，所提取红色素吸光值的平均值为1.402。该实验值与模型方程的预测值相差仅0.93%，表明经响应面分析法优化的提取工艺组合条件较为准确。

2.4 提取色素的稳定性研究

2.4.1 光照的影响

由表4可以看出，强光没有使三角梅的色素吸光值变小，甚至有增大的趋势。但从颜色上可以看出，三角梅色素明显发生变化，所以在保藏过程中防止暴晒即可。

表4 光照对三角梅红色素的影响

2.4.2 温度对三角梅红色素稳定性的影响

由图5可知，三角梅红色素吸光度在20 ℃～70 ℃变化不明显，在80 ℃有明显变化，说明三角梅红色素不耐80 ℃以上的温度。

图5 温度对三角梅红色素的影响

2.4.3 pH值的影响

从表5可以看出，三角梅提取液的颜色会随着溶液pH值的改变而改变，在pH值小于8.0时变化不明显，呈鲜红色；pH值为9.0时颜色开始变深，pH值大于11.0以后，变成了深棕色，这可能是由于花色苷在不同的pH值溶液中发生了化学结构的变化而使得其颜色产生改变[6]。因此，从稳定性方面看，三角梅花色素适宜在偏酸性及中性环境中应用。

表5 pH值对三角梅红色素的影响

3 结论

超声波辅助提取三角梅红色素的最优工艺条件为：超声功率331 W，超声时间25 min，料液比1∶12(g∶mL)，所提取的红色素的吸光值为1.402。稳定性研究结果表明，pH值在偏酸性及中性环境时较稳定，对光敏感度不高，避免暴晒，80 ℃以下耐热性良好。