宋曉秋，葉 琳*，楊曉波

(上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院香料香精技術(shù)與工程學(xué)院，上海 200235)

紫甘藍(lán)色素提取方法研究

宋曉秋，葉 琳*，楊曉波

(上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院香料香精技術(shù)與工程學(xué)院，上海 200235)

采用傳統(tǒng)水浴提取法、超聲波輔助提取法和微波萃取法對紫甘藍(lán)天然色素的提取工藝條件進(jìn)行研究。得到各方法的較優(yōu)化提取條件：傳統(tǒng)水浴提取法最佳工藝條件為25%乙醇溶液為溶劑、pH2、55℃水浴浸提4h；超聲波輔助提取法最佳工藝條件為25%乙醇為溶劑、pH2、55℃水浴、超聲波輔助浸提45min；微波萃取法最佳工藝條件為25%乙醇為溶劑、pH2、55℃水浴、微波功率300W、微波萃取時間3min。后兩種方法的提取效果基本一致并優(yōu)于傳統(tǒng)水浴提取法，提高了生產(chǎn)效率。該色素具有良好的應(yīng)用前景。

紫甘藍(lán)；天然色素；提取方法

紫甘藍(lán)又稱紅甘藍(lán)，屬十字花科蕓薹屬，在我國已有一百多年的種植歷史。紫甘藍(lán)作為我國產(chǎn)量僅次于白包菜的有色蔬菜，我國大部分省區(qū)均有種植，分布范圍廣且價格低廉[1-3]。紫甘藍(lán)色素又稱紅甘藍(lán)色素，是花色苷類色素的一種。已有研究表明，花色苷能在動物和人體內(nèi)被吸收而進(jìn)入血液循環(huán)，具有能抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的功效[3-4]。紫甘藍(lán)中含有大量天然色素，營養(yǎng)價值遠(yuǎn)高于普通包菜。色素的研究近年來受到了國內(nèi)外許多專家的關(guān)注[5-7]，天然色素提取方法的研究正逐步得到重視[8-16]。本實驗采用溶劑提取法、超聲波輔助提取法和微波萃取法3種不同方法對紫甘藍(lán)天然色素進(jìn)行提取，優(yōu)化提取條件，并對上述3種方法做對比實驗。以期為該資源的充分開發(fā)利用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮紫甘藍(lán) 上海華聯(lián)超市；無水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醚、丙酮、石油醚均為分析純 國藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑有限公司；PL403型電子天平 美國Mettler Toledo儀器有限公司；pHS-3C型精密pH計、722S型可見光分光光度計 上海精密科學(xué)儀器有限公司；Cary 100型紫外可見光分光光度計 美國Varian儀器有限公司；KQ-100型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；WX-4000型微波萃取系統(tǒng) 上海屹堯微波化學(xué)技術(shù)有限公司。

1.2 方法

原料→洗凈→切碎→稱樣→加入溶劑→調(diào)pH值→不同方法提取→冷卻過濾→比色

1.2.1 傳統(tǒng)水浴法提取紫甘藍(lán)色素

準(zhǔn)確稱取4份5g同一部分切碎的紫甘藍(lán)葉子，分別加入100mL蒸餾水、乙醇、丙酮、石油醚4種溶劑，室溫浸提4h，過濾后觀察其色澤和實驗現(xiàn)象?？疾烊軇ζ渖靥崛⌒Ч挠绊?；采用傳統(tǒng)水浴法對紫甘藍(lán)色素的提取時間、提取溫度以及提取的pH值等因素進(jìn)行考察，從而得到各因素的最佳提取工藝條件。

1.2.2 超聲波輔助提取紫甘藍(lán)色素

根據(jù)傳統(tǒng)水浴法試驗的結(jié)果，以25%乙醇為溶劑，在pH2條件下，分別用超聲波輔助提取15、30、45、60、75、90、105、120min，冷卻后過濾并在波長525nm處測定吸光度。

1.2.3 微波萃取紫甘藍(lán)色素

根據(jù)傳統(tǒng)水浴法試驗的結(jié)果，以25%乙醇為溶劑，在pH2條件下，設(shè)定微波萃取程序，分別在功率為100、200、300、400、500、600W時進(jìn)行提取色素試驗；同時考察分別萃取30、60、90、120、150、180、210、240s時的情況。實驗完成后，倒出被萃取物，冷卻后過濾并在波長525nm處測定吸光度。

2 結(jié)果與分析

2.1 傳統(tǒng)水浴法提取紫甘藍(lán)色素

2.1.1 最佳提取溶劑及其體積分?jǐn)?shù)的確定

表1 不同溶劑提取效果比較Table 1 Comparison of visually observed effectiveness of four solvents in extracting pigment from purple cabbage

由表1可知，石油醚無法作為提取紫甘藍(lán)色素的溶劑，丙酮提取液顏色較淺且出現(xiàn)渾濁，可能是在提取色素成分的同時，溶出了很多其他成分，導(dǎo)致提取效果受到影響。蒸餾水和乙醇作為溶劑提取效果較好。

分別配置不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液作為提取溶劑，室溫25℃浸提4h，過濾后比色，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加，吸光度的數(shù)值出現(xiàn)了先升高而后下降的現(xiàn)象，在乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到25%時呈現(xiàn)最大值，說明25%乙醇是提取紫甘藍(lán)色素的最佳溶劑。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對紫甘藍(lán)色素提取的影響Fig.1 Effect of ethanol concentration on extraction of purple cabbage pigment

2.1.2 pH值對紫甘藍(lán)色素顏色的影響

通過利用NaOH和HCl來調(diào)節(jié)紫甘藍(lán)天然色素提取液的pH值，直接可以明顯地觀察到紫甘藍(lán)天然色素在不同pH值條件下色素的顏色變化，結(jié)果如表2所示。

表2 紫甘藍(lán)色素在不同pH值條件下呈現(xiàn)的顏色Table 2 Color of purple cabbage pigment under varying pH conditions

由表2可知，pH值對紫甘藍(lán)色素的顏色有很大影響。在酸性條件下顏色呈現(xiàn)紫紅色，在堿性條件下呈現(xiàn)黃綠色。當(dāng)色素提取液的pH值的范圍在1～3之間時，色素提取液可以穩(wěn)定存在；并且pH2時，色素提取液呈現(xiàn)出透明度較高的亮紅色，為紫甘藍(lán)色素提取的最佳pH值。需要注意的是，當(dāng)色素提取液沒有變化到黃色時，色素提取液的色調(diào)可以通過改變pH值來改變，也就是說色素提取液的色調(diào)變化為可逆變化。但是當(dāng)色素提取液一旦變化為黃綠色時，色素提取液的色調(diào)變化就不是可逆變化，說明其分子結(jié)構(gòu)可能發(fā)生了改變。

2.1.3 紫甘藍(lán)色素最大吸收波長的確定

以25%乙醇溶劑，用0.1mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH2，提取4h后，將提取液冷卻并過濾，在400～800nm下進(jìn)行全波長掃描，結(jié)果如圖2所示。

圖2 紫甘藍(lán)色素的全波長掃描圖Fig.2 Scanning spectrum of purple cabbage pigment

由圖2可知，紫甘藍(lán)色素的提取液在波長525nm處呈現(xiàn)明顯的最大吸收峰。本實驗選擇在波長525nm處測定紫甘藍(lán)色素提取液的吸光度。并以紫甘藍(lán)色素提取液的吸光度的大小間接反映紫甘藍(lán)色素的提取效果。

2.1.4 提取溫度對紫甘藍(lán)色素的影響

以25%乙醇為溶劑，在pH2條件下，調(diào)節(jié)水浴的溫度，冷卻后過濾進(jìn)行比色，結(jié)果如圖3所示。

圖3 提取溫度對紫甘藍(lán)色素的影響Fig.3 Effect of temperature on traditional extraction of purple cabbage pigment

由圖3可知，隨著水浴溫度的變化，紫甘藍(lán)色素提取液的吸光度先逐漸升高而后下降，并在55℃時呈現(xiàn)最大值，提取液清澈透明。當(dāng)提取溫度過高時，提取液渾濁，可能是由于高溫破壞了紫甘藍(lán)葉子的結(jié)構(gòu)，造成色素提取效果不理想。

2.1.5 提取時間對紫甘藍(lán)色素的影響

以25%乙醇為溶劑，在pH2條件下，改變浸提時間進(jìn)行試驗，冷卻后過濾進(jìn)行比色，結(jié)果如圖4所示。

圖4 提取時間對紫甘藍(lán)色素的影響Fig.4 Effect of time on traditional extraction of purple cabbage pigment

由圖4可知，隨著浸提時間的延長，紫甘藍(lán)色素提取液的吸光度逐漸升高，并在提取4h后趨于穩(wěn)定，提取液清澈透明。再延長提取時間至6h，其提取液的吸光度變化不明顯，為了節(jié)省實驗時間，確定4h為較優(yōu)化的提取時間。傳統(tǒng)水浴提取法最佳工藝條件為25%乙醇為溶劑、pH2、55℃水浴浸提4h。

2.2 超聲波輔助提取紫甘藍(lán)色素

根據(jù)水浴實驗的結(jié)果，以25%乙醇為溶劑，在pH2的條件下，選取同一部位的紫甘藍(lán)葉子，用超聲波輔助提取其色素，超聲頻率為40kHz，超聲功率為100W。超聲輔助提取法是利用超聲波的空化作用、機(jī)械作用等以增大物質(zhì)分子運(yùn)動頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而提高目標(biāo)成分浸出率的方法。它具有省時、節(jié)能、提取效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一種快速、高效的提取新方法，且提取中無加熱過程，可避免加熱因素引起的物質(zhì)成分結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。通過改變超聲波輔助的浸提時間進(jìn)行試驗，冷卻后過濾進(jìn)行比色，結(jié)果如圖5所示。

圖5 超聲波輔助提取時間對紫甘藍(lán)色素的影響Fig.5 Effect of time on ultrasonic-assisted extraction of purple cabbage pigment

由圖5可知，隨著超聲波輔助提取時間的延長，紫甘藍(lán)色素提取液的吸光度逐漸升高，并在提取45min后趨于穩(wěn)定，提取液清澈透明。再延長提取時間至2h，其提取液的吸光度幾乎不變化，為了節(jié)省實驗時間，確定45min為較優(yōu)化的超聲波輔助提取時間，比單純用水浴提取大大縮短了時間。

超聲波輔助提取法最佳工藝條件為25%乙醇為溶劑、pH2、55℃水浴、超聲波輔助浸提45min。

2.3 微波萃取紫甘藍(lán)色素

2.3.1 微波萃取功率對紫甘藍(lán)色素提取的影響

取相同的紫甘藍(lán)6份，調(diào)pH2，加入25%乙醇為溶劑后分別放入消解罐中，不同微波功率對紫甘藍(lán)色素提取的影響如圖6所示。

圖6 微波功率對紫甘藍(lán)色素提取的影響Fig.6 Effect of power on microwave-assisted extraction of purple cabbage pigment

由圖6可知，隨著微波功率的變化，紫甘藍(lán)色素提取液的吸光度先逐漸升高而后下降，并在功率為300W時呈現(xiàn)最大值，提取液清澈透明。當(dāng)微波功率增大到500W和600W時，提取液渾濁，可能是由于功率過高，破壞了紫甘藍(lán)葉的結(jié)構(gòu)，造成色素提取不太成功。

2.3.2 微波萃取時間對紫甘藍(lán)色素提取的影響

取相同的紫甘藍(lán)8份，調(diào)pH2，加入25%乙醇為溶劑后分別放入消解罐中，功率設(shè)置300W，不同微波時間對紫甘藍(lán)色素提取的影響結(jié)果如圖7所示。

圖7 微波萃取時間對紫甘藍(lán)色素提取的影響Fig.7 Effect of time on microwave-assisted extraction of purple cabbage pigment

由圖7可知，在微波功率不變的情況下，隨著微波時間的延長，紫甘藍(lán)色素提取液的吸光度先逐漸升高而后下降，并在微波時間為180s即3min時呈現(xiàn)最大值，提取液清澈透明。當(dāng)微波時間超過3min以后，提取液渾濁，但由于時間過長，會對紫甘藍(lán)葉子產(chǎn)生破壞。

微波萃取法最佳工藝條件為25%乙醇為溶劑、pH2、55℃水浴、微波功率300W、微波萃取時間3min。

2.4 紫甘藍(lán)色素提取3種方法的比較實驗

選取同一部位的紫甘藍(lán)葉子，分別用傳統(tǒng)水浴提取法、超聲波輔助提取法和微波萃取法3種方法所得的最佳工藝條件提取紫甘藍(lán)色素，將3者所得的提取液同時稀釋4倍后進(jìn)行比色，研究不同方法之間對提取結(jié)紫甘藍(lán)色素的影響，結(jié)果如圖8所示。

圖8 紫甘藍(lán)色素提取方法的比較Fig.8 Comparison of different extraction methods for purple cabbage pigment

由圖8可知，選取同一部位的紫甘藍(lán)葉子，用3種方法進(jìn)行提取色素，超聲波輔助提取法和微波萃取法的結(jié)果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的水浴浸提法，且提取時間也縮短較多。

3 結(jié) 論

本實驗先利用傳統(tǒng)水浴提取法對紫甘藍(lán)天然色素進(jìn)行提取，并確定較優(yōu)化的工藝條件，即用25%乙醇水溶液作為浸提溶劑，在pH2酸性條件下55℃水浴中持續(xù)浸提4h完成。在此基礎(chǔ)上，利用超聲波輔助萃取法、微波萃取法這兩種方法來進(jìn)行提取，得到超聲波輔助萃取45min和在功率300W的條件下，微波萃取3min可以達(dá)到更好效果。所以，采取這2種方法，可以有效地提高生產(chǎn)效率，縮短提取時間。

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Comparative Study of Three Methods for Extraction of Purple Cabbage Pigment

SONG Xiao-qiu，YE Lin*，YANG Xiao-bo
(School of Perfume and Aroma Technology, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 200235, China)

The effectiveness of the four solvents distilled water, ethanol, acetone and petroleum ether in extracting pigment from purple cabbage was compared, and ethanol was found to be the best solvent for purple cabbage pigment according to the color of the resulting extracts and residues. Further, 25% ethanol was the best solvent for the extraction of the pigment by comparison of absorbance of extracts from it and higher or lower concentrations of ethanol. In the following investigations, the extraction of purple cabbage pigment was conducted by the traditional water bath extraction alone or in combination with either ultrasonic or microwave using 25% ethanol as the extraction solvent, and the extraction conditions were investigated. The optimum conditions for the single water bath extraction were 4 h extraction time, 55 ℃ water bath temperature and pH 2. With the assistance of ultrasonic, the optimum extraction duration was 45 min and the optimum pH and temperature were kept unchanged. In the microwave-assisted extraction, the optimum power was 300 W, the optimum length of extraction time was 3 min, and the optimum water bath temperature and pH were still 55 ℃ and 2, respectively. Obviously, the traditional water bath extraction in combination with either ultrasonic or microwave was superior to it alone in terms of required extraction time.

purple cabbage；naturally occurring pigment；extraction method

TS264.4

A

1002-6630(2011)08-0074-04

2010-06-13

上海市教育委員會優(yōu)青基金項目(YYY08052)

宋曉秋(1966—)，女，教授，博士，研究方向為香料香精和食品添加劑。E-mail：songxiaoqiu@sit.edu.cn*通信作者：葉琳(1982—)，女，工程師，碩士，研究方向為天然產(chǎn)物提取。E-mail：yleara@163.com