高東菊 張鳳娥 仲肇森 閆 穎

(上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院) (東北林業(yè)大學(xué))

血紅雞爪槭(Acer palmatum)為槭樹科槭樹屬雞爪槭常見栽培品種之一。直立灌木狀喬木，血紅雞爪槭葉掌狀5 ～7 裂，春、夏、秋三季葉片均為紅色，新葉血紅色，嫩枝、嫩芽都為血紅色，老枝暗紅色，枝條交互對生，翅果血紅色，葉和果都含有大量紅色素［1－3］，是一種重要的天然花青苷類色素資源，花青苷是一種水溶性的色素，廣泛存在于植物的莖、葉、花和果實等器官中，組成植物王國中絕大多數(shù)品種的紅色、藍(lán)色、紫色和黃色等色系花卉顏色?；ㄇ嘬帐腔ㄇ嗨嘏c糖通過糖苷鍵結(jié)合而形成的一類化合物［4］，不僅具有很強(qiáng)的著色能力，還具有降脂減肥、美容養(yǎng)顏、抗癌抗衰、預(yù)防心血管疾病、增強(qiáng)視力、抗高血糖等多重保健及生理和藥用功能［5］，由于雞爪槭的葉型美麗，所以又是壓花畫用材的好材料。血紅雞爪槭春、夏、秋三季葉片均為紅色，作為重要的紅色素富含者，目前色素市場急需開發(fā)利用血紅雞爪槭紅色素這一天然資源，文中就以血紅雞爪槭的紅色葉為試驗材料，利用超聲波對血紅雞爪槭紅色素進(jìn)行提取，并對該色素的穩(wěn)定性進(jìn)行初步研究，為血紅雞爪槭這一天然植物紅色素資源的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

本試驗所用的試驗材料血紅雞爪槭來自上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院花卉苗圃基地。

儀器與主要化學(xué)試劑:超聲波發(fā)生器(30 KHZ)、KE －52A 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、電子天平、TU －120紫外分光光度計、PHS －2 型酸度計、DGw －99 型臺式微型離心機(jī)(寧波新藝科器研究所);主要化學(xué)試劑有甲醇、乙醇、鹽酸、乙酸乙脂、氯仿、石油醚、氨水、二氯甲烷、氫氧化鈉、無水碳酸鈉、碳酸氫鈉、蒸餾水、氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣、氯化鋅、硫酸鐵、硫酸銅、硝酸鉛、山梨酸鉀、亞硫酸鈉、過氧化氫、蔗糖、檸檬酸、苯甲酸鈉等，均為國產(chǎn)分析純試劑。

色素的提取方法:干燥血紅雞爪槭紅色葉→石油醚脫脂粉碎→鹽酸乙醇溶液→超聲波提取→粗濾→旋轉(zhuǎn)離心→血紅雞爪槭紅色素上清液。

取干燥血紅雞爪槭紅色葉粉碎成40 目顆粒大小。每10 g 血紅雞爪槭葉干粉加300 mL 鹽酸乙醇溶液(50%乙醇—0.1 mol·L－1HCl)，采用溫度為50 ℃，功率為175 W、時間為30 min 的提取條件進(jìn)行超聲波提取［6］。處理后濾除殘渣，然后進(jìn)行精濾并將濾液倒入離心試管中，放入離心機(jī)中進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)離心分離，取其澄清液保存于干燥、密閉的棕色試劑瓶中待用［7］。

由于酸性溶劑在破壞植物細(xì)胞膜的同時可以溶解水溶性的血紅雞爪槭紅色素，試驗證明在酸性提取條件下提取血紅雞爪槭紅色素效果比較好。

血紅雞爪槭紅色素吸收光譜的測定:取10 mL的血紅雞爪槭紅色素提取液，以50% 乙醇—0. 1 mol·L－1HCl 溶液為參比溶液，用TU －120 紫外分光光度計在波長為400 ～600 nm 條件下進(jìn)行掃描，測其吸光度。

不同pH 值對血紅雞爪槭紅色素的影響:分別取血紅雞爪槭紅色素提取液25 mL，溶于50 mL 容量瓶中，分別用0.1 mol·L－1NaOH 和0.1 mol·L－1HCl 調(diào)至不同的pH 值，振蕩，室溫避光靜置1 h，并觀察溶液顏色變化測定吸光度，計算色素保存率。

光照對血紅雞爪槭色素的影響:取血紅雞爪槭紅色素提取液，分別配制含有5、10、20 mmol·L－1HCl 的色素溶液，分別對配制的色素溶液進(jìn)行2 h日光直射、2 h 紫外光照射(254 nm)、120 h 室內(nèi)自然光照射處理。固定時間取樣，測定色素溶液的吸光度值，計算其紅色素保存率。

金屬離子對血紅雞爪槭紅色素的影響:各取25 mL 色素溶液至50 mL 容量瓶中，分別配成含K+、Na+、Ca2+質(zhì)量濃度為0. 4 g·L－1，Cu2+、Mg2+、Zn2+、Fe3+、Al3+和Sn2+質(zhì)量濃度為0.04 g·L－1的色素溶液，避光放置24 h 后測定吸光度。

蔗糖、檸檬酸和Vc 對血紅雞爪槭紅色素的影響:配制蔗糖、檸檬酸、Vc 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%、5%、0.1%色素溶液，室溫避光條件下靜置5 h，測定其吸光度［8］。

氧化劑和還原劑對血紅雞爪槭紅色素的影響:配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%、0.2%、0.3% H2O2和Na2SO3的色素溶液，室溫條件下靜置30 min，在一定波長下測定其吸光度，并計算紅色素保存率，對試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

防腐劑對血紅雞爪槭紅色素的影響:以山梨酸鉀、苯甲酸鈉作為防腐劑，分別取25 mL 色素溶液于50 mL 容量瓶中，配成山梨酸鉀、苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.1%的色素溶液，室溫避光條件下靜置5 h，在一定波長下測定其吸光度，計算紅色素保存率。

檸檬酸對血紅雞爪槭紅色素的影響:配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、3%、5%檸檬酸水溶液100 mL 于3個燒杯中。將這3 個燒杯中分別加入9 片葉形大小相近的葉子，20 min 后取出來，采用微波壓花法壓制干燥。根據(jù)《配色手冊》記錄葉片顏色［9］。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅色素提取液的紫外—可見光光譜

血紅雞爪槭紅色素提取液的紫外—可見光光譜如圖1所示，血紅雞爪槭紅色素在可見光區(qū)的最大吸收波長為520 nm。故在穩(wěn)定性試驗中采用520 nm 處波長吸光值作為參考值。圖1表明紅色素溶液的吸光度，具有與花青苷相似的UV 特征吸收光譜。

圖1 血紅雞爪槭紅色素溶液的可見吸收光譜圖

2.2 色素穩(wěn)定性試驗結(jié)果

2.2.1 pH 值對色素穩(wěn)定性的影響

血紅雞爪槭紅色素在不同pH 值下呈現(xiàn)不同顏色反應(yīng)，在pH=1.0 中為鮮紅色，pH =3.0 為玫紅色，pH=5.0 和pH =6.0 為灰綠色，pH =7.0 為藍(lán)色，pH=9.0 為黃綠色。這表明pH 值大小不但能夠影響血紅雞爪槭紅色素的顏色，而且對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。血紅雞爪槭紅色素在不同pH 值情況下的顏色及所測定各樣品的吸光度見表1，為方便不同樣品之間的比較，按“吸光度增幅”概念鑒別酸堿對血紅雞爪槭紅色素穩(wěn)定性的影響。并用《配色手冊》記錄不同條件下紅色素所呈現(xiàn)的顏色差異。

表1 pH 值對血紅雞爪槭紅色素吸光度及顏色的影響(λ=520 nm)

與CK 色素原液吸光度值進(jìn)行對比，正值表示色素吸光度增加的幅度，負(fù)值表示色素吸光度下降的幅度，結(jié)果見表1。由表1可以看出，酸性條件下，紅色素顏色穩(wěn)定酸性愈強(qiáng)，隨著吸光度增加幅度的變大，色素溶液的紅色逐漸變深，表現(xiàn)出越強(qiáng)的增色效應(yīng);在堿性條件下，色素溶液的顏色發(fā)生明顯變化，表明該紅色素在堿性條件下不穩(wěn)定，適于在酸性條件下使用。由于血紅雞爪槭紅色素在不同pH 值下呈現(xiàn)不同顏色反應(yīng)，在堿性溶液中紅色素降解迅速，在酸性條件下色素又極其穩(wěn)定，這說明血紅雞爪槭紅色素具有花色素苷的性質(zhì)［10］，pH 值對色素影響的機(jī)制尚需進(jìn)一步探討。

2.2.2 光對色素穩(wěn)定性的影響

從表2中初始吸光度可以看出，光對血紅雞爪槭紅色素的影響，在酸性條件下呈現(xiàn)出增色效應(yīng)，酸性越強(qiáng)，色素的增色效果越顯著;室內(nèi)自然光照下，不論色素溶液是否含酸，色素吸光度都呈現(xiàn)下降趨勢，只是不含酸的溶液色素?fù)p失得更快，酸的濃度越大色素?fù)p失得越慢，由此得出酸能夠使色素對散射光照射的穩(wěn)定性增強(qiáng)。由于含酸色素溶液樣品的含酸量不同，經(jīng)陽光直射或紫外光照射處理后，血紅雞爪槭紅色素吸光度產(chǎn)生不同的變化。經(jīng)陽光直射2 h 處理后，含酸量高的溶液色素?fù)p失反而小，甚至保持在初始的水平;含酸量低的溶液色素的損失量反而大。

短時間的陽光直射及紫外光照射處理對色素的影響較為復(fù)雜。陽光直射或紫外光照射處理都能夠使對照樣品的色素?fù)p失，吸光度降低。經(jīng)254 nm 紫外光照射2 h 后，含酸樣品溶液的顏色加深，吸光度增加，此變化進(jìn)一步印證了花色苷的理化性質(zhì)［11－14］，試驗證明血紅雞爪槭紅色素具有花色苷的性質(zhì)，其相關(guān)機(jī)理值得進(jìn)一步理論研究探討。

表2 光對血紅雞爪槭紅色素的影響(λ=520 nm)

2.2.3 金屬離子對色素的影響

從表3中可以看出，Al3+、Sn2+、Ca2+和K+能夠使溶液顏色加深，顯著地提高花色素的穩(wěn)定性，這可能是由于花色苷的相鄰羥基與多價金屬離子形成了穩(wěn)定的螯合物，對花色苷起到一定的保護(hù)作用;Mg2+和Zn2+對花色素的穩(wěn)定性影響不明顯;Na+則對花色素產(chǎn)生不良影響，削弱花色苷的穩(wěn)定性。添加銅離子后，色素溶液顏色變深，吸光度變大，但這種增色反應(yīng)的作用只是暫時的。短暫的即時增色僅是由于添加物銅離子本身具有的顏色所致;靜置一定時間后，色素溶液吸光度值就呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢，由此說明，銅離子對血紅雞爪槭紅色素的穩(wěn)定性具有破壞作用。試驗中，在添加FeCl3時，由于添加物本身為紅棕色，溶液顏色變成紫黑色，并且產(chǎn)生褐色沉淀，這是由于添加物本身顏色所致的吸光度值的增幅大于其對色素破壞所引起的吸光度值的降幅，由此可見鐵離子對該色素穩(wěn)定性有顯著的破壞作用。

表3 金屬離子對血紅雞爪槭紅色素的影響(λ=520 nm)

不同的金屬離子對花色素產(chǎn)生不同的影響。因此在今后花材保色應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)情況加以運用，選擇出最適宜的金屬離子添加到保色劑中，結(jié)果見表3。

2.2.4 食品添加劑蔗糖、檸檬酸和Vc 對色素穩(wěn)定性的影響

根據(jù)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的蔗糖、檸檬酸和Vc 對色素穩(wěn)定性的影響試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)表明，蔗糖和檸檬酸對血紅雞爪槭色素的穩(wěn)定性基本沒有影響，可作為相應(yīng)的添加劑使用。Vc 在剛加入色素溶液中時溶液顏色并沒有明顯變化，對血紅雞爪槭色素的穩(wěn)定性并無顯著影響，但隨著溶液放置時間的增長，含Vc 的色素溶液褪色速度顯著高于色素對照溶液，在避光條件下靜置24 h 后，紅色溶液明顯變淺;放置48 h 后，溶液變?yōu)闊o色，而此時對照溶液的色素保存率為97.7%。這可能是由于溶液中Vc 氧化時產(chǎn)生的氧化劑過氧化氫誘導(dǎo)了花色苷的降解，故色素溶液中Vc 的存在會降低花色苷的穩(wěn)定性，結(jié)果見表4。

表4 食品添加劑對血紅雞爪槭紅色素的影響(λ=520 nm)

2.2.5 氧化劑和還原劑對色素穩(wěn)定性的影響

氧化劑對血紅雞爪槭紅色素的影響，從表5中可以看出，氧化劑對血紅雞爪槭紅色素影響很大，低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧化劑就可以使色素溶液的保存率降低48%，試驗結(jié)果說明氧化劑H2O2能夠使血紅雞爪槭紅色素迅速氧化，削弱其穩(wěn)定性，溶液顏色幾乎變?yōu)闊o色。由試驗結(jié)果得出，在該色素的使用過程中，要避免與類似氧化劑接觸。

還原劑對血紅雞爪槭紅色素的影響十分顯著，隨著還原劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，該色素的吸光度呈明顯的下降趨勢，說明還原劑會嚴(yán)重破壞血紅雞爪槭紅色素的穩(wěn)定性。因此，在該色素的應(yīng)用中也要避免與還原劑類物質(zhì)的接觸。

表5 氧化劑和還原劑對血紅雞爪槭紅色素的影響(λ=520 nm)

2.2.6 防腐劑對色素的影響

試驗結(jié)果表明，加入含有山梨酸鉀、苯甲酸鈉后的色素溶液顏色變淺，吸光度值降低，說明防腐劑會削弱血紅雞爪槭紅色素的穩(wěn)定性，結(jié)果見表6。

表6 防腐劑對血紅雞爪槭紅色素的影響(λ=520 nm)

2.3 檸檬酸對血紅雞爪槭紅色葉的影響

通過對表7的分析可以看出，血紅雞爪槭葉中的紅色素具有花青苷的性質(zhì)［9］，通過本試驗研究確定血紅雞爪槭葉中含有花青苷，其結(jié)構(gòu)式有待進(jìn)一步研究。血紅雞爪槭紅色葉保色結(jié)果見表7。

表7 檸檬酸處理與對照血紅雞爪槭葉片壓干后的顏色變化

3 結(jié)論與討論

血紅雞爪槭紅色素是一種水溶性、醇溶性色素，醇酸水溶液中的λmax=520 nm。色素易提取。結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)［14］、［15］，根據(jù)試驗結(jié)果，初步分析得出血紅雞爪槭紅色素可能為花青苷類色素，有待于進(jìn)一步研究該色素的工業(yè)化提取、純化技術(shù)以及該色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

該色素在酸性條件下理化性質(zhì)穩(wěn)定，色澤艷麗，適用于酸性條件下，酸性越強(qiáng)，紅色越深。該色素的耐熱性、耐光性較好，其中光對色素影響較為復(fù)雜，有待進(jìn)一步研究。

在食品加工的常用添加劑中，一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)蔗糖、檸檬酸對該色素有顯著的增色作用;而山梨酸鉀、苯甲酸鈉對該色素有顯著褪色作用。該色素尤其對Vc、Na2SO3、H2O2等非常敏感，這些溶劑易引起血紅雞爪槭紅色素?fù)p失，對該色素具有破壞作用。在常見的金屬離子中，除Fe3+、Cu2+引起色素發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致顏色異常外，Al3+、Sn2+、Ca2+和K+能夠顯著地提高花色素的穩(wěn)定性，Al3+對色素的增色效果最為顯著，Mg2+和Zn2+對花色素的穩(wěn)定性影響不明顯，Na+降低花色素的穩(wěn)定性，故可以選用鋁制品保存血紅雞爪槭紅色素。

在壓花藝術(shù)品制作中，血紅雞爪槭紅色葉片用5%的檸檬酸浸泡20 min，壓制干燥后的紅色葉顏色如同新鮮紅葉的顏色，達(dá)到了壓花保色的目的。同時延長了紅色葉的保存時間，豐富了壓花畫的色彩，提高了壓花畫的觀賞效果。

血紅雞爪槭紅色葉在壓花畫制作和保存過程中，外界的光、膠黏劑和葉材本身固有組分可能會破壞花色苷的結(jié)構(gòu)，影響用其制作的壓花畫產(chǎn)品的色澤。

目前，東北林業(yè)大學(xué)的劉香環(huán)試圖通過對花青苷結(jié)構(gòu)改性的方法來提高紅色葉穩(wěn)定性［15］，例如，?；?、糖基化和甲氧基化，均可以在一定程度上彌補(bǔ)其在天然性能上的不足。該色素既可以應(yīng)用于食品色素加工、化妝品生產(chǎn)，還可以應(yīng)用到制藥產(chǎn)業(yè)。關(guān)于花青苷的改性，更適合在壓花藝術(shù)品制作中的應(yīng)用，這將成為今后的研究重點。

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