羅玉芳 ，祁建民 ，甘純璣，林東霞

(1．福建華南女子職業(yè)學(xué)院，福州350007；2．福建農(nóng)林大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，福州 350002)

食用色素按其來源和性質(zhì)可分為食用天然色素和食用合成色素。食用合成色素雖然具有色彩豐富、著色力強、堅牢度大、性質(zhì)穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點，但隨著毒理學(xué)和分析技術(shù)的不斷發(fā)展，相當(dāng)一部分合成色素被證明對人體有致癌性及其他有害作用，合成色素的安全性受到質(zhì)疑，不少合成色素在各國允許使用的程度被大大限制，尤其是在食品、醫(yī)藥和化妝品行業(yè)[1]。天然色素大多為花青素類、黃酮類、類胡蘿卜素類化合物，不僅安全，而且具有一定的營養(yǎng)和保健作用，還有一些天然色素具有一定的藥理功能，對某些疾病有預(yù)防和治療作用。因此，應(yīng)用天然色素代替合成色素是食用色素的大勢所趨[1]。

紅麻(Kenaf)為錦葵科(Malvaceae)木槿屬(Hibiscu)一年生草本植物，又名洋麻或槿麻，臺灣稱鐘麻。為一年生韌皮纖維作物，是20世紀(jì)初發(fā)展起來的麻紡工業(yè)原料，傳統(tǒng)用途一般用于紡織麻袋、麻布、繩索和造紙等，其副產(chǎn)品綜合利用前景廣闊，新開發(fā)有麻塑，麻炭，食用保健油和共軛亞油酸醫(yī)療保健品等[2，3]。紅麻花與棉花性狀相似，花色澤豐富，靠近花喉處底部為紫紅色，其花瓣為黃色，花味清香，含有木槿酸，可作保健茶飲料及色素。中國及日本民間有泡麻花茶習(xí)慣，可以清熱解暑、去火潤喉等功效[3]。本文以福建農(nóng)林大學(xué)紅麻育種基地所產(chǎn)紅麻花為主要原料，對這一色素的提取工藝及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，旨在為紅麻資源的綜合開發(fā)利用提供科學(xué)試驗依據(jù)，以拓寬紅麻副產(chǎn)品綜合利用途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅麻花：2010年10月采摘于福建農(nóng)林大學(xué)白沙試驗基地，冷凍干燥后碾碎，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

丙酮、甲醇、無水乙醚、乙酸乙酯、乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、維生素C、硝酸鉀、氯化鈣、氯化鎂、氯化鈉、氯化銅等，以上試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器設(shè)備

TV-1900紫外可見分光光度計；鼓風(fēng)干燥機(jī)；電子分析天平；PHS-3C酸度計；水浴鍋；冷凍干燥機(jī)等。

1.3 方法

1.3.1 最佳提取劑與最佳吸收波長的選擇

分別稱取0.5 g的凍干紅麻花，用100 mL丙酮、甲醇、正己烷、乙酸乙酯、石油醚、無水乙醇、水常溫浸泡4 h后逐一觀察其浸泡液顏色，目測浸提效果，確定最佳浸提劑并將其提取液離心后在290 nm～700 nm波長范圍內(nèi)進(jìn)行光譜掃描，從而確定最佳吸收波長。

1.3.2 單因素對色素提取效果的影響

確定最佳提取劑后，在其他試驗條件相同的情況下，分別對浸提時間、浸提溫度、物料比進(jìn)行了單因素試驗，確定正交試驗的試驗參數(shù)范圍。

1.3.3 正交試驗確定色素最佳提取工藝

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，對浸提溫度、浸提時間、物料比進(jìn)行3個因素L9(3 4)正交試驗，得到各因素綜合的色素提取工藝參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 最佳提取劑與最佳吸收波長的選擇

不同溶劑提取紅麻花黃色素的結(jié)果如表l所示。

表1 不同溶劑的浸提效果Tab.1 Extraction results in different solvents

由表1可知，紅麻花黃色素不溶于極性較強的水中，微溶于無水乙醇，在正己烷、乙酸乙酯和石油醚中溶解良好，呈黃色，在甲醇中溶解較好，但呈現(xiàn)橘紅色。在丙酮中呈鮮艷的黃色，經(jīng)丙酮浸泡的提取液顏色最深。從色度學(xué)[4]的角度出發(fā)，色素的溶解度直接與提取效果有關(guān)，因此選擇丙酮為紅麻花黃色素的提取溶劑。

吸取5mL丙酮浸泡的紅麻花提取液用10mL丙酮稀釋，用TV-1900紫外可見分光光度計，在波長290 nm～700 nm范圍內(nèi)掃描測其最大吸收波長，結(jié)果如圖1所示。

圖1 色素丙酮提取液在紫外－可見光光譜圖Fig.1 UV-VIS spectrum diagram of the pigment extracted in acetone

由圖1可知，光譜在370 nm處有強烈的吸收峰，故選擇370 nm作為紅麻花黃色素測定的吸收波長。

2.2 單因素提取試驗

2.2.1 最佳提取溫度的選擇

對大多數(shù)物質(zhì)而言，溫度升高可以提高物質(zhì)的溶解度，但由于丙酮的沸點在56℃左右，所以選擇30℃，40℃，50℃，60℃，70℃這五個溫度水平，用料液比為1：30，分別在不同溫度條件下恒溫提取2 h。吸取0.5 ml提取液用10 ml丙酮稀釋后在波長370nm處測其吸光度值，結(jié)果如表2。

由表2可知，隨溫度升高色素的溶解度增加，當(dāng)溫度達(dá)到60℃紅麻花色素的溶出量較大，而后則呈下降趨勢，這可能是由于溫度過高導(dǎo)致其他組分溶解度增加而抑制了色素的溶解。所以選擇60℃作為紅麻花黃色素的提取溫度。

2.2.2 最佳提取時間的選擇

稱取0.5g黃麻花，料液比1：50在60℃恒溫條件下進(jìn)行不同時間的提取。取提取液0.5ml用10mL丙酮稀釋后在370nm處測其吸光度值，結(jié)果如表3。

由表3可知，浸提時間在6 h內(nèi)，吸光度與提取時間呈正相關(guān)，當(dāng)提取時間超過6 h后，吸光度呈下降趨勢，這可能是因為隨著時間的延長，色素發(fā)生部分變性，致使成分損失，導(dǎo)致吸光度下降。所以選擇6 h為紅麻花色素的提取時間。

2.2.3 料液比的選擇

稱取0.5g的黃麻花，分別以料液比為1:20、1:30、1:40、1:50、1:60六個料液比水平在60℃恒溫水浴下提取6 h，取提取液0.5ml用10ml丙酮稀釋后分別在370nm處測其吸光度值。結(jié)果見表4。

由表4可知，浸提劑與花的比例對色素浸提效果影響比較大，隨料液比升高，浸提液的濃度逐漸下降，但色素的總浸出量 (A×V)卻在料液比為1:40達(dá)到最大值，故選擇浸提的料液比為每克干花粉加40 ml丙酮。

表2 不同溫度對紅麻花色素提取的影響Tab.2 Extraction results at different temperatures

表3 不同時間對紅麻花色素提取的影響Tab.3 Extraction results at different time

表4 料液比對紅麻花色素提取的影響Tab.4 Extraction results of the different ratios of material to solution

2.3 正交試驗

為優(yōu)化紅麻花色素最佳提取條件組合，根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選取提取溫度、浸提時間、料液比3個因素，以370 nm波長處吸光度作為考察指標(biāo)，進(jìn)行L9(3 4)正交試驗，因素水平如表5所示，正交結(jié)果如表6所示。

由表6的極差(R)分析可知，對紅麻花黃色素提取效果起主導(dǎo)作用的是浸提時間，其次是料液比，再次是提取溫度，最佳組合為：A1B2C2。即浸提溫度55℃、浸提時間6 h、料液比為1：40，與試驗單因素結(jié)果相比基本吻合。

2.4 紅麻花黃色素穩(wěn)定性的研究

取一定量經(jīng)凍干處理的紅麻花，按正交試驗所得到的最佳工藝進(jìn)行提取，將所得到的黃色素提取液作為穩(wěn)定性試驗用的母液。

2.4.1 色素的熱穩(wěn)定性

吸取0.5ml色素母液用10ml丙酮溶液稀釋，分別在 10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃條件下恒溫水浴1h，在波長370nm處測其吸光度值，結(jié)果見圖2。

由圖2可知紅麻花黃色素在90℃以下其熱穩(wěn)定性良好。

2.4.2 色素的光穩(wěn)定性

分別配制七管用丙酮稀釋后的紅麻花色素母液，置于室外太陽光下照射，每隔1 h取樣，在波長370nm處測其吸光度值，結(jié)果如圖3。

表5 正交試驗因素水平Tab.5 Factors and Levels of the orthogonal experiment

表6 正交實驗結(jié)果及分析Tab.6 Results of the orthogonal experiment

圖2 溫度對色素穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of temperatures on the stability of the pigment

圖3 自然光對色素穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of light on the stability of the pigmen

由圖3可知，避光的情況下，其吸光度達(dá)到最大，隨著光照時間的延長，色素的吸光度值不斷下降，在第4小時后色素的吸光度值急劇下降。所以可以判斷為：紅麻花色素對光敏感，儲存和使用時應(yīng)避光。

2.4.3 pH對色素穩(wěn)定性的影響

用鹽酸、氫氧化鈉配制pH值在1-14的緩沖液，用pH計精確測量其pH值，精確吸取1ml色素母液，分別用不同pH值的緩沖液定溶至50ml，搖勻靜止后，在波長370nm處測其吸光值，其結(jié)果見圖4。

由圖4可知紅麻花黃色素在強酸條件下穩(wěn)定性最好，隨著酸度的減弱穩(wěn)定性變差，堿性條件下穩(wěn)定性更弱。因此在色素的開發(fā)和利用過程中，必須注意色素液的pH值。

2.4.4 氧化劑對色素穩(wěn)定性的影響

配置0.2%、1.0%、5%和10%的H2O2溶液，分別取5ml加入45ml的色素母液中，在室內(nèi)暗處放置，每隔1 h取樣測定其在波長370nm處的吸光度值，結(jié)果見表7。

由表7可知，隨著放置時間的延長，在不同濃度的氧化劑溶液中色素的吸光度值均呈增大趨勢;隨著氧化劑濃度的增加色素的吸光度值先是下降而后又增大，說明氧化劑對紅麻花色素的穩(wěn)定性有一定的影響，因此在保存和使用過程中應(yīng)注意使用。

圖4 不同PH值對色素穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of pHs on the stability of the pigment

表7 氧化劑對色素穩(wěn)定性的影響Tab.7 Effect of oxidant on the stability of the pigment

表8 還原劑對色素穩(wěn)定性的影響Tab.8 Effect of Vc on the stability of the pigment

2.4.5 還原劑對色素穩(wěn)定性的影響

配置0.1%、0.5%、0.1%和2.5%濃度的Vc溶液，分別取5ml加入45ml的紅麻花色素溶液中，在室內(nèi)放置，每隔1h取樣測定其在波長370nm處的吸光度值，結(jié)果見表8。

由表8可知，Vc的加入對色素穩(wěn)定性有一定影響，隨著時間延長，吸光度值呈上升趨勢；而濃度對色素的吸光度值影響不大。

2.4.6 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

各取 5ml濃度為 0.05mol/l、0.20mol/l的 Cu2+、Mg2+、Al3+、Fe3+、Na+和 K+離子溶液，加入 45ml色素母液中，室內(nèi)暗處放置，每隔2 h測定其在波長370nm處的吸光度值，結(jié)果見表9。

表9 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響Tab.9 Effect of different metallic ions on the stability of the pigment

由表 9 可知，Ca2+、Mg2+對紅麻花色素影響不大，Cu2+、Al3+、Na+、K+對色素有一定降解作用，而Fe3+對色素有不良影響。

3 結(jié)論

（1）本試驗得出紅麻花色素最佳提取條件為：以丙酮為提取劑，料液比為1：40（質(zhì)量體積比），在55℃下恒溫浸提6 h。

（2）紅麻花黃色素?zé)岱€(wěn)定性良好；在強酸性環(huán)境中穩(wěn)定性較好；光照、還原劑、金屬離子對穩(wěn)定性均有一定影響，氧化劑對色素穩(wěn)定性影響較大，在對紅麻花黃色素開發(fā)利用時應(yīng)盡量避免這些因素的影響。

[1]解成駿，劉鄰渭．陽荷紅色素的提取工藝及穩(wěn)定性研究[J]．食品研究與開發(fā)，2010，31（12）：284－288.

[2]李 寧，白 洋．黃、紅麻纖維的特點、生產(chǎn)種植現(xiàn)狀及應(yīng)用范圍[J]．廣西紡織科技．2007，36（2）：48－51.

[3]祁建民，劉國忠.黃麻紅麻品種與高效配套技術(shù)[M].國家星火計劃培訓(xùn)叢書，北京：臺海出版社，2007,137.

[4]湯順青．色度學(xué)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，1990．175.