诠释白杜黄色素提炼及稳定性

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摘要:本文对白杜果肉黄色素的制备工艺及其稳定性进行了初步研究。通过有机溶剂萃取法来制备白杜黄色素，其工艺条件为：料液比为1∶5的乙酸乙酯做提取剂，提取温度为60℃，提取时间为2h。研究表明该色素在PH=3-7、温度低于80℃和氧化剂的作用下皆较稳定，在日光照射和还原剂作用下稳定性差，几种常见金属离子除Fe3+、Cu2+外均对色素无明显的不良影响，葡萄糖、蔗糖等几种食品添加剂对色素亦无不良影响且柠檬酸能使色素增色。

关键词:白杜;黄色素;提取;稳定性

食品的色泽是人们鉴别食品质量优劣、表现喜厌的先导，也是食品感观质量评定中的一个重要指标。保持或赋予食品以良好的色泽,是食品加工过程中的一个重要环节。食品色素分为合成色素和天然色素两大类，合成色素尽管具有色泽鲜艳、着色力强、稳定性好、成本低廉等优点，但由于其对人体的危害，已受到严格限制。而天然色素不仅使用安全，而且具有一定的营养或药理作用,其药用价值和着色特征正逐渐被人们认识和开发[1]。

白杜(EuonymusbungeanusMaxim)是卫矛科卫矛属落叶小乔木或灌木，别名丝绵木或明开夜合。其枝叶秀丽，倒圆锥形蒴果悬挂枝上甚久，亦颇可观，是良好的园林绿化及观赏树种[2]。除此之外，白杜树皮及根皮均含有硬橡胶；种子可榨油，供工业用；种子及根药用，治关节酸痛；木材细韧，供雕刻、制帆杆或滑车等。而至今，关于白杜的研究，基本集中在育苗技术上[2,3]，作为天然食品色素方面的研究尚未见报道。本文对白杜果肉中黄色素提取工艺及其性质进行了初步探讨,以期能开发出一种新的天然食品色素,同时为白杜的开发和综合利用提供一定的参考依据.

1材料与方法

1.1材料、仪器与试剂

材料：白杜果实去除果壳得到果肉并在室内自然干燥，备用。

主要仪器:752N紫外可见分光光度计、DL-102型电热鼓风干燥箱、HH-S恒温水浴锅、PH值计、电子分析天平。

试剂：蔗糖、葡萄糖、无水乙醇、柠檬酸、乙醚、石油醚、丙酮、乙酸乙酯、30%H202、37%HCl、ZnS04、CuS04、CaCl2、MgCl2、FeCl3、Na0H、NaCl、Na2S03均为分析纯。

1.2试验方法

1.2.1白杜果肉黄色素提取工艺研究

1.2.1.1白杜黄色素提取工艺

白杜果实→去除果壳→果肉→室内自然干燥→称量→清洗→干燥粉碎→萃取→过滤→滤液→浓缩→粗色素→精制纯化→色素成品

1.2.1.2白杜黄色素提取单因素研究

包括提取溶剂、时间、温度、料液比等因素对白杜黄色素的提取效果的影响。

1.2.1.3正交实验

根据单因子试验，选取正交实验因素水平，进行三因素三水平正交试验，因素及水平设计如表1[4,5]。

表1正交实验因素水平表

Table1TheTableofFactorsandLevelsoforthogonalDesign

水平

LevelA料液比（g/ml）

Solid-liquidrationB时间（h）

TimeofextractionC温度（℃）

Temperature

11：51.520

21：102.040

31：152.560

1.2.2不同环境条件下白杜果肉黄色素稳定性的研究[6,7,8]

1.2.2.1热对黄色素稳定性的影响

取等量色素的乙醇提取液5份置于带塞试管中，分别在20℃、40℃、60℃、80℃、100℃下恒温1h，定时取样，迅速冷却测定460nm波长下吸光度A。

1.2.2.2光对黄色素稳定性的影响

取等量色素的乙醇提取液3份置于带塞试管中，分别放在室内避光、室内散光、窗口光照下光照0、1、2、3、5、7天，分别测定460nm波长下吸光度A。

1.2.2.3PH值对黄色素稳定性的影响

取色素的乙醇提取液1份将其分成9等份置于带塞试管中，滴加Na0H(1mol/L)和柠檬酸调节pH(pH=1-14范围内选取适当点),放置在室内暗处1h后,观察色素溶液的颜色变化并测定460nm波长下吸光度A。

1.2.2.4金属离子对黄色素稳定性的影响

用去离子水分别配制含不同浓度金属离子（Na+、Zn2+、Ca2+、Cu2+、Mg2+、Fe3+）的色素乙醇提取液，摇匀在室内暗处放置1h后,观察色素溶液的颜色变化并测定460nm波长下吸光度A。

1.2.2.5食品添加剂对黄色素稳定性的影响

分别配制含不同浓度葡萄糖、蔗糖、柠檬酸的色素乙醇提取液，摇匀在室内暗处放置1h后,观察色素溶液的颜色变化并测定460nm波长下吸光度A。

1.2.2.6氧化剂、还原剂对黄色素稳定性的影响

分别配制含不同浓度H202和Na2S03的色素乙醇提取液,摇匀在室温下密封于暗室分别静置1h后测定460nm波长下吸光度A。

2结果与分析

2.1白杜果肉黄色素提取工艺研究

2.1.1提取溶剂对提取效果的影响

室温下,料:液=1:20(g/ml),分别用乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙醚、石油醚、75%乙醇、3.7%HCL和水等溶剂提取色素,在可见光区测定最大吸收波长下的吸光度A，结果见表2。由表2可见,在同等条件下乙酸乙酯、乙醚提取色素效果都较高且乙酸乙酯提取效果最好。故本试验选择乙酸乙酯为最佳提取剂。从上面结果还可以得出结论:该色素在460nm处有一个最大吸收峰，这是植物中类胡萝卜素的特征吸收峰之一[9,10]。

表2不同提取剂对白杜黄色素的提取情况

Table2Comparisonofdifferentsolventsforextractionofyellowpigment

提取剂Solvents石油醚Benzinum乙醚

Ethylether乙酸乙酯

Ethylacetate丙酮Acetone乙醇Alcohol3.7%盐酸

3.7%Hydrochloricacid75%乙醇75%Alcohol水

Water

最大吸收波长（nm）Maximumabsorptionwavelength455457460460456496459498

吸光度（A）Absorbance0.1460.2240.2360.1850.1140.0350.0720.012

2.1.2温度对提取效果的影响

表3温度对提取效果的影响

Table3Theeffectoftemperatureonextraction

温度

Temperature20℃40℃60℃80℃

A460nm值

Absorbance0.1560.1870.1630.111

以乙酸乙酯为溶剂，料:液=1:20(g/ml)，提取时间60min，不同温度条件下的提取效果见表3。由表3可见，在20-60℃范围内，随着温度的升高，吸光度A值增大。但乙酸乙酯的沸点为77℃，所以随着温度升高，溶剂沸腾使溶剂挥发增加，导致提取率下降，这也可能与该色素在高温下分解有关。因此提取温度以不超过60℃为宜。

2.1.3时间对提取效果的影响

表4时间对提取效果的影响

Table4Theeffectoftimeonextraction

时间

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

A460nm值Absorbance0.1700.2120.2320.2530.2950.311

以乙酸乙酯为溶剂，料:液=1:20(g/ml)，40℃，不同时间条件下的提取效果见表4。由表4可见：从理论上看,提取时间越长,萃取也越彻底。但是,以0.5h的吸光度作为参照,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%。由此可见,在2.5h以后,增长幅度明显下降,所以提取时间最好选择2.5h。当然,实验室中也可以采用2.0h-2.5h之间的时间段。

2.1.4不同料液比对提取效果的影响

表5不同料液比对提取效果的影响

Table5Theeffectofdifferentradioofmaterialtoextractantonextraction

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

A460nm值Absorbance0.7490.2530.1780.1170.095

以乙酸乙酯为溶剂，40℃，提取时间60min，采用不同料液比提取对白杜黄色素的提取效果见表5。由表5可见，料液比对黄色素的提取率影响较大，其中料液比为1:5(g/ml)时提取的效果最好。

2.1.5白杜果肉黄色素提取的正交试验

表6提取条件正交试验结果

Table6ResultsoforthogonaltestL9(33)ofextractioncondition

试验号

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:测得的吸光度A均为三次重复平均值，T1、T2、T3分别表示A、B、C在每个水平的总和，X1、X2、X3分别表示A、B、C在每个水平的平均值,R为极差。

表7提取条件正交试验方差分析

Table7Scedasticanalysisoforthogonaltest

变异来源

SourceofvarianceSSdfMSFP

料液比（A）Solid-liquidration1.40720.704135.4690.007

时间（B）

Time0.51620.25849.6960.020

温度（C）Temperature0.49820.24947.9120.020

误差

Error0.01020.005

总变异

Totalvariation2.4328

由表6和7可见：料液比（A）对试验结果有极显著影响，时间（B）、温度（C）对试验结果有显著影响，且影响提取率的因素次序为A＞B＞C。以白杜果肉为原料的提取最优条件是A1B2C3，即料液比1∶5﹑提取时间为2.0h﹑提取温度为60℃。通过采用最优的提取条件来提取色素，优于正交试验表中的第2号实验测定数据1.620。说明正交试验所确定的最优提取条件是可行的。

2.2不同环境条件下白杜果肉黄色素稳定性的研究

2.2.1黄色素对热的稳定性

表8温度对黄色素稳定性的影响

Table8Theeffectoftemperatureonyellowpigmentstability

对照

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

从表8可见，白杜黄色素在加热温度为20℃-80℃时吸光度变化较小，说明其损失不大；当温度升高超过80℃至100℃时，吸光度下降的幅度较为明显，说明其损失较大。所以白杜黄色素在80℃以下具有较好的稳定性。温度越低，稳定性越好。所以在应用时应注意避免长时间处于80℃以上的高温。总的来讲，白杜色素的耐热性较好，可适用于经高温处理的产品。

2.2.2黄色素对光的稳定性

表9光线对黄色素稳定性的影响

Table9Theeffectofsunlightonyellowpigmentstability

对照

Control1d2d3d5d7d

室内避光

Dark0.1690.1740.1760.1710.1620.158

室内散光

Naturelight0.1750.1710.1660.1620.1510.141

室内光照

Sunlight0.1720.1500.1370.1160.0320.018

由表9可见，该色素在室内避光条件下损失很少，在室内散射光条件下损失较小，7d后还能保留80.57％，但在日光下不稳定，吸光度下降较大，7d后的保存率仅为10.47%。表明光线对白杜黄色素的稳定性有极大的影响。

2.2.3PH值对黄色素稳定性的影响

表10PH值对黄色素稳定性的影响

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以及目测结果可见：在酸性条件下，PH值越小，色素提取液橙黄色越深；在碱性条件下，PH值越大，色素提取液橙黄色越深。因此，不同PH值的介质对白杜黄色素的稳定性影响很大，在PH=3-7内色素较稳定，所以其适用于酸性食品中。

2.2.4金属离子对黄色素的影响

由表11以及目测结果可见：不同浓度的Na+、Zn2+、Ca2+、Mg2+的存在对白杜黄色素色泽有的有增色作用，有的有降解作用，但无明显的不良影响；但不同浓度的Cu2+和Fe3+对色素有显著的不良影响，Cu2+使色素提取液颜色由橙黄色变为浅绿色，且随着浓度增加颜色依次加深；Fe3+使色素提取液变为棕黄色至棕色，且随浓度增加颜色亦加深。因此，应用时应注意。

表11不同浓度的金属离子对黄色素的影响

Table11Theeffectofmetalironsonyellowpigmentstability

对照

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不同食品添加剂对黄色素稳定性的影响

表12不同食品添加剂对黄色素稳定性的影响

Table12Theeffectoffoodaddictivesonyellowpigmentstability

对照

Control5%10%20%30%

葡萄糖

Glucose0.5840.5740.5760.5380.512

蔗糖

Sucrose0.5580.5440.5340.5050.418

柠檬酸

Citricacid0.8120.9801.0301.0981.196

由表12可见：色素提取液在不同浓度葡萄糖、蔗糖溶液的作用下A值稍有降低，但降低的程度不大，而色素提取液在柠檬酸的作用下A值明显增大。因此可知，葡萄糖、蔗糖对色素的稳定性影响不大，而柠檬酸对其具有一定的影响且随其浓度增加色素液颜色逐渐加深。

2.2.6黄色素的抗氧化性和抗还原性

表13氧化剂对黄色素稳定性的影响

Table13Theeffectofoxidantonyellowpigmentstability

H2O2（%）对照

Control0.0050.010.050.10

A460nm值

Absorbance1.5871.5711.5461.5291.533

表14还原剂对黄色素稳定性的影响

Table14Theeffectofreductantonyellowpigmentstability

Na2SO3（%）对照

Control0.0050.010.050.10

A460nm值Absorbance1.6241.5151.3151.2971.097

由表13和14可见：色素提取液在H2O2的作用下A值没有太大的变化，基本上趋于平衡；而色素提取液在Na2SO3的作用下A值有所下降，Na2SO3溶液浓度越高，吸光度A下降越大，说明色素损失越大。因此可知白杜果肉黄色素在氧化剂的作用下较稳定，在还原剂的作用下不很稳定。

3讨论与结论

类胡萝卜素是一类具有多不饱和双键的烃类或它们的含氧衍生物。有机溶剂提取类胡萝卜素是最常用的提取方法。在有机溶剂提取方法中，原料的特性、被提取类胡萝卜素的性质以及不同的试剂组合对提取的效果均有不同的影响[6]。

试验通过采用不同极性溶剂及对提取时间、提取温度、料液比等提取条件的正交设计试验，提取白杜果肉黄色素，得出结论：白杜黄色素的最佳提取剂为乙酸乙酯,最佳提取时间为2h,最佳提取温度为60℃，最佳料液比为1：5。但乙酸乙酯微溶于水，色素提取液不能与溶液相溶，这给研究色素的稳定性带来了困难，而通过试验可知乙醇提取白杜黄色素的效果中等且易溶于水，所以使用乙醇制备色素提取液来研究色素的稳定性很好地解决了色素提取液与溶液难溶的问题。

许多因素对白杜黄色素的稳定性有影响，通过大量实验表明：白杜果肉黄色素的耐热性较好；在偏酸性条件下较稳定；直射阳光对色素具有较强的破坏作用，但室内散射自然光和避光存放对色素稳定性无明显影响，所以在使用和保存时应避光处理；氧化剂对其影响较小，但在还原剂作用下不稳定；此外葡萄糖﹑蔗糖对色素无明显不良影响且柠檬酸能使色素增色；Na+﹑Zn2+﹑Ca2+﹑Mg2+的存在对其无明显的不良影响，但Cu2+﹑Fe3+对其有明显的不良影响，这可能是Fe3+使色素发生了氧化作用[11]，因此，不宜用铜和铁制品加工及盛装溶液。

白杜色素作为一种天然黄色素的来源，其提取工艺简单且稳定性良好。本文对白杜果肉黄色素的制备及其稳定性的研究对于该色素的开发利用具有一定的指导意义，但本文未涉及黄色素的物质鉴定﹑分离﹑纯化以及如何提高其稳定性等，这些问题有待进一步研究。

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