詮釋白杜黃色素提煉及穩定性

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摘要:本文對白杜果肉黃色素的制備工藝及其穩定性進行了初步研究。通過有機溶劑萃取法來制備白杜黃色素，其工藝條件為：料液比為1∶5的乙酸乙酯做提取劑，提取溫度為60℃，提取時間為2h。研究表明該色素在PH=3-7、溫度低于80℃和氧化劑的作用下皆較穩定，在日光照射和還原劑作用下穩定性差，幾種常見金屬離子除Fe3+、Cu2+外均對色素無明顯的不良影響，葡萄糖、蔗糖等幾種食品添加劑對色素亦無不良影響且檸檬酸能使色素增色。

關鍵詞:白杜;黃色素;提取;穩定性

食品的色澤是人們鑒別食品質量優劣、表現喜厭的先導，也是食品感觀質量評定中的一個重要指標。保持或賦予食品以良好的色澤,是食品加工過程中的一個重要環節。食品色素分為合成色素和天然色素兩大類，合成色素盡管具有色澤鮮艷、著色力強、穩定性好、成本低廉等優點，但由于其對人體的危害，已受到嚴格限制。而天然色素不僅使用安全，而且具有一定的營養或藥理作用,其藥用價值和著色特征正逐漸被人們認識和開發[1]。

白杜(EuonymusbungeanusMaxim)是衛矛科衛矛屬落葉小喬木或灌木，別名絲綿木或明開夜合。其枝葉秀麗，倒圓錐形蒴果懸掛枝上甚久，亦頗可觀，是良好的園林綠化及觀賞樹種[2]。除此之外，白杜樹皮及根皮均含有硬橡膠；種子可榨油，供工業用；種子及根藥用，治關節酸痛；木材細韌，供雕刻、制帆桿或滑車等。而至今，關于白杜的研究，基本集中在育苗技術上[2,3]，作為天然食品色素方面的研究尚未見報道。本文對白杜果肉中黃色素提取工藝及其性質進行了初步探討,以期能開發出一種新的天然食品色素,同時為白杜的開發和綜合利用提供一定的參考依據.

1材料與方法

1.1材料、儀器與試劑

材料：白杜果實去除果殼得到果肉并在室內自然干燥，備用。

主要儀器:752N紫外可見分光光度計、DL-102型電熱鼓風干燥箱、HH-S恒溫水浴鍋、PH值計、電子分析天平。

試劑：蔗糖、葡萄糖、無水乙醇、檸檬酸、乙醚、石油醚、丙酮、乙酸乙酯、30%H202、37%HCl、ZnS04、CuS04、CaCl2、MgCl2、FeCl3、Na0H、NaCl、Na2S03均為分析純。

1.2試驗方法

1.2.1白杜果肉黃色素提取工藝研究

1.2.1.1白杜黃色素提取工藝

白杜果實→去除果殼→果肉→室內自然干燥→稱量→清洗→干燥粉碎→萃取→過濾→濾液→濃縮→粗色素→精制純化→色素成品

1.2.1.2白杜黃色素提取單因素研究

包括提取溶劑、時間、溫度、料液比等因素對白杜黃色素的提取效果的影響。

1.2.1.3正交實驗

根據單因子試驗，選取正交實驗因素水平，進行三因素三水平正交試驗，因素及水平設計如表1[4,5]。

表1正交實驗因素水平表

Table1TheTableofFactorsandLevelsoforthogonalDesign

水平

LevelA料液比（g/ml）

Solid-liquidrationB時間（h）

TimeofextractionC溫度（℃）

Temperature

11：51.520

21：102.040

31：152.560

1.2.2不同環境條件下白杜果肉黃色素穩定性的研究[6,7,8]

1.2.2.1熱對黃色素穩定性的影響

取等量色素的乙醇提取液5份置于帶塞試管中，分別在20℃、40℃、60℃、80℃、100℃下恒溫1h，定時取樣，迅速冷卻測定460nm波長下吸光度A。

1.2.2.2光對黃色素穩定性的影響

取等量色素的乙醇提取液3份置于帶塞試管中，分別放在室內避光、室內散光、窗口光照下光照0、1、2、3、5、7天，分別測定460nm波長下吸光度A。

1.2.2.3PH值對黃色素穩定性的影響

取色素的乙醇提取液1份將其分成9等份置于帶塞試管中，滴加Na0H(1mol/L)和檸檬酸調節pH(pH=1-14范圍內選取適當點),放置在室內暗處1h后,觀察色素溶液的顏色變化并測定460nm波長下吸光度A。

1.2.2.4金屬離子對黃色素穩定性的影響

用去離子水分別配制含不同濃度金屬離子（Na+、Zn2+、Ca2+、Cu2+、Mg2+、Fe3+）的色素乙醇提取液，搖勻在室內暗處放置1h后,觀察色素溶液的顏色變化并測定460nm波長下吸光度A。

1.2.2.5食品添加劑對黃色素穩定性的影響

分別配制含不同濃度葡萄糖、蔗糖、檸檬酸的色素乙醇提取液，搖勻在室內暗處放置1h后,觀察色素溶液的顏色變化并測定460nm波長下吸光度A。

1.2.2.6氧化劑、還原劑對黃色素穩定性的影響

分別配制含不同濃度H202和Na2S03的色素乙醇提取液,搖勻在室溫下密封于暗室分別靜置1h后測定460nm波長下吸光度A。

2結果與分析

2.1白杜果肉黃色素提取工藝研究

2.1.1提取溶劑對提取效果的影響

室溫下,料:液=1:20(g/ml),分別用乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙醚、石油醚、75%乙醇、3.7%HCL和水等溶劑提取色素,在可見光區測定最大吸收波長下的吸光度A，結果見表2。由表2可見,在同等條件下乙酸乙酯、乙醚提取色素效果都較高且乙酸乙酯提取效果最好。故本試驗選擇乙酸乙酯為最佳提取劑。從上面結果還可以得出結論:該色素在460nm處有一個最大吸收峰，這是植物中類胡蘿卜素的特征吸收峰之一[9,10]。

表2不同提取劑對白杜黃色素的提取情況

Table2Comparisonofdifferentsolventsforextractionofyellowpigment

提取劑Solvents石油醚Benzinum乙醚

Ethylether乙酸乙酯

Ethylacetate丙酮Acetone乙醇Alcohol3.7%鹽酸

3.7%Hydrochloricacid75%乙醇75%Alcohol水

Water

最大吸收波長（nm）Maximumabsorptionwavelength455457460460456496459498

吸光度（A）Absorbance0.1460.2240.2360.1850.1140.0350.0720.012

2.1.2溫度對提取效果的影響

表3溫度對提取效果的影響

Table3Theeffectoftemperatureonextraction

溫度

Temperature20℃40℃60℃80℃

A460nm值

Absorbance0.1560.1870.1630.111

以乙酸乙酯為溶劑，料:液=1:20(g/ml)，提取時間60min，不同溫度條件下的提取效果見表3。由表3可見，在20-60℃范圍內，隨著溫度的升高，吸光度A值增大。但乙酸乙酯的沸點為77℃，所以隨著溫度升高，溶劑沸騰使溶劑揮發增加，導致提取率下降，這也可能與該色素在高溫下分解有關。因此提取溫度以不超過60℃為宜。

2.1.3時間對提取效果的影響

表4時間對提取效果的影響

Table4Theeffectoftimeonextraction

時間

Time0.5h1.0h1.5h2.0h2.5h3.0h

A460nm值Absorbance0.1700.2120.2320.2530.2950.311

以乙酸乙酯為溶劑，料:液=1:20(g/ml)，40℃，不同時間條件下的提取效果見表4。由表4可見：從理論上看,提取時間越長,萃取也越徹底。但是,以0.5h的吸光度作為參照,1.0h的吸光度增加24.7%,1.5h增加36.4%,2.0h增加48.8%,2.5h增加73.5%，3.0h增加82.9%。由此可見,在2.5h以后,增長幅度明顯下降,所以提取時間最好選擇2.5h。當然,實驗室中也可以采用2.0h-2.5h之間的時間段。

2.1.4不同料液比對提取效果的影響

表5不同料液比對提取效果的影響

Table5Theeffectofdifferentradioofmaterialtoextractantonextraction

料液比（g/ml）Solid-liquidration1∶51∶101∶151∶201∶25

A460nm值Absorbance0.7490.2530.1780.1170.095

以乙酸乙酯為溶劑，40℃，提取時間60min，采用不同料液比提取對白杜黃色素的提取效果見表5。由表5可見，料液比對黃色素的提取率影響較大，其中料液比為1:5(g/ml)時提取的效果最好。

2.1.5白杜果肉黃色素提取的正交試驗

表6提取條件正交試驗結果

Table6ResultsoforthogonaltestL9(33)ofextractioncondition

試驗號

TestNo.因素

FactorA460nm值

Absorbance

ABC

11110.601

21221.620

31331.353

42120.412

52231.202

62310.336

73130.226

83210.169

93320.280

T13.5741.2391.106

T21.9502.9912.312

T30.6751.9692.781

X11.1910.4130.369

X20.6500.9970.771

X30.2250.6560.927

R0.9660.5840.558

注:測得的吸光度A均為三次重復平均值，T1、T2、T3分別表示A、B、C在每個水平的總和，X1、X2、X3分別表示A、B、C在每個水平的平均值,R為極差。

表7提取條件正交試驗方差分析

Table7Scedasticanalysisoforthogonaltest

變異來源

SourceofvarianceSSdfMSFP

料液比（A）Solid-liquidration1.40720.704135.4690.007

時間（B）

Time0.51620.25849.6960.020

溫度（C）Temperature0.49820.24947.9120.020

誤差

Error0.01020.005

總變異

Totalvariation2.4328

由表6和7可見：料液比（A）對試驗結果有極顯著影響，時間（B）、溫度（C）對試驗結果有顯著影響，且影響提取率的因素次序為A＞B＞C。以白杜果肉為原料的提取最優條件是A1B2C3，即料液比1∶5﹑提取時間為2.0h﹑提取溫度為60℃。通過采用最優的提取條件來提取色素，優于正交試驗表中的第2號實驗測定數據1.620。說明正交試驗所確定的最優提取條件是可行的。

2.2不同環境條件下白杜果肉黃色素穩定性的研究

2.2.1黃色素對熱的穩定性

表8溫度對黃色素穩定性的影響

Table8Theeffectoftemperatureonyellowpigmentstability

對照

Control0.25h0.5h0.75h1.0h

20℃0.4490.4550.4590.4540.451

40℃0.4450.4480.4430.4390.429

60℃0.4410.4380.4350.4210.408

80℃0.4390.4310.4140.3920.393

100℃0.3990.3870.3220.2370.113

從表8可見，白杜黃色素在加熱溫度為20℃-80℃時吸光度變化較小，說明其損失不大；當溫度升高超過80℃至100℃時，吸光度下降的幅度較為明顯，說明其損失較大。所以白杜黃色素在80℃以下具有較好的穩定性。溫度越低，穩定性越好。所以在應用時應注意避免長時間處于80℃以上的高溫。總的來講，白杜色素的耐熱性較好，可適用于經高溫處理的產品。

2.2.2黃色素對光的穩定性

表9光線對黃色素穩定性的影響

Table9Theeffectofsunlightonyellowpigmentstability

對照

Control1d2d3d5d7d

室內避光

Dark0.1690.1740.1760.1710.1620.158

室內散光

Naturelight0.1750.1710.1660.1620.1510.141

室內光照

Sunlight0.1720.1500.1370.1160.0320.018

由表9可見，該色素在室內避光條件下損失很少，在室內散射光條件下損失較小，7d后還能保留80.57％，但在日光下不穩定，吸光度下降較大，7d后的保存率僅為10.47%。表明光線對白杜黃色素的穩定性有極大的影響。

2.2.3PH值對黃色素穩定性的影響

表10PH值對黃色素穩定性的影響

Table10TheeffectofpHonyellowpigmentstability

PH1.652.403.124.985.766.537.058.669.32

A460nm值Absorbance1.1660.9550.8100.8000.7850.7800.7840.9080.940

由表10以及目測結果可見：在酸性條件下，PH值越小，色素提取液橙黃色越深；在堿性條件下，PH值越大，色素提取液橙黃色越深。因此，不同PH值的介質對白杜黃色素的穩定性影響很大，在PH=3-7內色素較穩定，所以其適用于酸性食品中。

2.2.4金屬離子對黃色素的影響

由表11以及目測結果可見：不同濃度的Na+、Zn2+、Ca2+、Mg2+的存在對白杜黃色素色澤有的有增色作用，有的有降解作用，但無明顯的不良影響；但不同濃度的Cu2+和Fe3+對色素有顯著的不良影響，Cu2+使色素提取液顏色由橙黃色變為淺綠色，且隨著濃度增加顏色依次加深；Fe3+使色素提取液變為棕黃色至棕色，且隨濃度增加顏色亦加深。因此，應用時應注意。

表11不同濃度的金屬離子對黃色素的影響

Table11Theeffectofmetalironsonyellowpigmentstability

對照

Control0.005%0.01%0.05%0.1%

Na+1.3561.3701.4021.4371.462

Zn2+1.4821.4611.4121.3341.317

Ca2+1.5471.5221.4781.3761.325

Mg2+1.5581.5141.4461.4021.377

2.2.5不同食品添加劑對黃色素穩定性的影響

表12不同食品添加劑對黃色素穩定性的影響

Table12Theeffectoffoodaddictivesonyellowpigmentstability

對照

Control5%10%20%30%

葡萄糖

Glucose0.5840.5740.5760.5380.512

蔗糖

Sucrose0.5580.5440.5340.5050.418

檸檬酸

Citricacid0.8120.9801.0301.0981.196

由表12可見：色素提取液在不同濃度葡萄糖、蔗糖溶液的作用下A值稍有降低，但降低的程度不大，而色素提取液在檸檬酸的作用下A值明顯增大。因此可知，葡萄糖、蔗糖對色素的穩定性影響不大，而檸檬酸對其具有一定的影響且隨其濃度增加色素液顏色逐漸加深。

2.2.6黃色素的抗氧化性和抗還原性

表13氧化劑對黃色素穩定性的影響

Table13Theeffectofoxidantonyellowpigmentstability

H2O2（%）對照

Control0.0050.010.050.10

A460nm值

Absorbance1.5871.5711.5461.5291.533

表14還原劑對黃色素穩定性的影響

Table14Theeffectofreductantonyellowpigmentstability

Na2SO3（%）對照

Control0.0050.010.050.10

A460nm值Absorbance1.6241.5151.3151.2971.097

由表13和14可見：色素提取液在H2O2的作用下A值沒有太大的變化，基本上趨于平衡；而色素提取液在Na2SO3的作用下A值有所下降，Na2SO3溶液濃度越高，吸光度A下降越大，說明色素損失越大。因此可知白杜果肉黃色素在氧化劑的作用下較穩定，在還原劑的作用下不很穩定。

3討論與結論

類胡蘿卜素是一類具有多不飽和雙鍵的烴類或它們的含氧衍生物。有機溶劑提取類胡蘿卜素是最常用的提取方法。在有機溶劑提取方法中，原料的特性、被提取類胡蘿卜素的性質以及不同的試劑組合對提取的效果均有不同的影響[6]。

試驗通過采用不同極性溶劑及對提取時間、提取溫度、料液比等提取條件的正交設計試驗，提取白杜果肉黃色素，得出結論：白杜黃色素的最佳提取劑為乙酸乙酯,最佳提取時間為2h,最佳提取溫度為60℃，最佳料液比為1：5。但乙酸乙酯微溶于水，色素提取液不能與溶液相溶，這給研究色素的穩定性帶來了困難，而通過試驗可知乙醇提取白杜黃色素的效果中等且易溶于水，所以使用乙醇制備色素提取液來研究色素的穩定性很好地解決了色素提取液與溶液難溶的問題。

許多因素對白杜黃色素的穩定性有影響，通過大量實驗表明：白杜果肉黃色素的耐熱性較好；在偏酸性條件下較穩定；直射陽光對色素具有較強的破壞作用，但室內散射自然光和避光存放對色素穩定性無明顯影響，所以在使用和保存時應避光處理；氧化劑對其影響較小，但在還原劑作用下不穩定；此外葡萄糖﹑蔗糖對色素無明顯不良影響且檸檬酸能使色素增色；Na+﹑Zn2+﹑Ca2+﹑Mg2+的存在對其無明顯的不良影響，但Cu2+﹑Fe3+對其有明顯的不良影響，這可能是Fe3+使色素發生了氧化作用[11]，因此，不宜用銅和鐵制品加工及盛裝溶液。

白杜色素作為一種天然黃色素的來源，其提取工藝簡單且穩定性良好。本文對白杜果肉黃色素的制備及其穩定性的研究對于該色素的開發利用具有一定的指導意義，但本文未涉及黃色素的物質鑒定﹑分離﹑純化以及如何提高其穩定性等，這些問題有待進一步研究。

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