付 堯，許 言，萬(wàn)宗喆，方佳楠，寶力格，蕭蕭，楊麗鵬，王 玲

(東北林業(yè)大學(xué) 園林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

鳶尾屬(Iris L.)是單子葉植物鳶尾科中最大的屬，也是最進(jìn)化的屬。在中國(guó)，鳶尾屬植物主要分布于西南、西北及東北地區(qū)［1］。鳶尾屬植物花型優(yōu)美，花色鮮艷，觀賞價(jià)值極高，除在園林中可用于布置花壇、花境、地被及切花等，還可做干燥花壓制，應(yīng)用前景廣闊。而作為干燥花保色技術(shù)的重要工藝，花色素穩(wěn)定性的研究非常必要。

目前對(duì)花色素穩(wěn)定性的研究較多，但主要集中在紅色素［2－4］和黃色素［5－6］方面。并在溫度、光照、pH值、氧化還原劑等影響因子下進(jìn)行花色素穩(wěn)定性研究。但對(duì)藍(lán)色花花色素穩(wěn)定性影響因素的研究較少，其中肖亞中等［7］認(rèn)為梔子(Gardenia jasminoides)花藍(lán)色素具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性;而程超等［8］研究了麥冬(Ophiopogon japonicus)果實(shí)的藍(lán)色素穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)與梔子藍(lán)色素相比，其對(duì)pH的穩(wěn)定性較差。在紫玉蘭(Magnolia liliflora)色素穩(wěn)定性研究中認(rèn)為色素在強(qiáng)堿和光照條件下不穩(wěn)定［9］;朱振寶等［10］認(rèn)為高溫和光照會(huì)降低紫甘藍(lán)(Brassica oleracea)色素的穩(wěn)定性;陸卿卿等［11］研究發(fā)現(xiàn)藍(lán)莓(Vaccinium uliginosum)汁中的花色苷在60℃以下的熱穩(wěn)定性較好，加熱4 h后，其花色苷殘留率達(dá)80%以上。但目前關(guān)于鳶尾屬植物花色素提取及穩(wěn)定性的研究未見(jiàn)報(bào)道。本文以北陵鳶尾為代表，確定藍(lán)紫色鳶尾類植物花色素的適宜提取工藝，并對(duì)該色素的穩(wěn)定性進(jìn)行初步研究，可為鳶尾類藍(lán)紫色花色素的開(kāi)發(fā)利用和干燥花保色研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2009年6月中旬北陵鳶尾盛花期時(shí)進(jìn)行，新鮮花瓣采自東北林業(yè)大學(xué)帽兒山實(shí)驗(yàn)林場(chǎng)?；ò暧谜麴s水浸泡片刻、吸水紙吸干后放入4℃冰箱內(nèi)冷藏備用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 北陵鳶尾花色素提取方法的研究 (1)提取劑的選擇。以不同溶劑為提取劑進(jìn)行試驗(yàn)。各提取液分別以相應(yīng)提取劑作參比，用紫外可見(jiàn)光譜儀比較在200～800 nm波長(zhǎng)范圍其最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度值。(2)平行試驗(yàn)。取10 mL色素原液若干份，分別在不同溫度、光線條件、pH值、金屬離子、氧化還原劑等條件下做單因子平行試驗(yàn)。并在540 nm處測(cè)量各樣品的吸光度。(3)正交試驗(yàn)。采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)提取時(shí)間、濃度、提取溫度及物料比4因子在3個(gè)不同水平進(jìn)行優(yōu)選，見(jiàn)表1。按平行試驗(yàn)的方法在540 nm處測(cè)量各樣品的吸光度。

表1 北陵鳶尾色素提取的L9(34)正交試驗(yàn)Tab.1 Result of orthogonal test L9(34)of Iris typhifolia

1.2.2 北陵鳶尾色素穩(wěn)定性的影響因素 (1)光對(duì)北陵鳶尾色素的影響。取20 mL色素原液室溫(20℃左右)放置，在室內(nèi)暗處、室內(nèi)自然光、日光直射3種光線條件下，每隔2 d取樣，測(cè)定吸光度A，計(jì)算色素殘存率R，分析光穩(wěn)定性。(2)溫度對(duì)北陵鳶尾色素的影響。取10 mL色素常溶液，分別放入40、50、60、70、80、90℃恒水浴中加熱，每隔1 h取樣，測(cè)其吸光度，計(jì)算色素殘存率R，分析熱穩(wěn)定性。(3)pH對(duì)北陵鳶尾色素的影響。取色素原液20 mL，調(diào)節(jié)pH 0、1、2、3、4、5。測(cè)定其吸光度并觀察顏色變化。(4)金屬離子對(duì)北陵色素的影響。取色素原液5 mL于試管中，分別加入0.1 mol/L Mn2+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、Na+、Cu2+各3 mL后靜置，定期觀察顏色并測(cè)其吸光度。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，用SPSS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 北陵鳶尾花色素的提取方法

2.1.1 色素最大波長(zhǎng)的確定 在紫外可見(jiàn)光譜下掃描(200～800 nm)，確定北陵鳶尾花色素的最大吸收波長(zhǎng)?；ㄇ嗨卦诳梢?jiàn)光區(qū)域最大吸收波長(zhǎng)在500～550 nm內(nèi)［14］，圖1可知，北陵鳶尾最大吸收波長(zhǎng)為540 nm，符合花青素類物質(zhì)的特征吸收峰，故可初步斷定是花青素類物質(zhì)。

2.1.2 色素提取劑的選擇 不同提取劑對(duì)鳶尾類花色素的吸光度不同(表2)。由表可知，北陵鳶尾花色素微溶于極性較弱的有機(jī)溶劑。其中在0.1 mol/L鹽酸－50%乙醇中浸提后色素液吸光度最大，顏色最深。該色素在酸性條件下提取率較好，而且在其他條件相同時(shí)，鹽酸的濃度選擇0.1 mol/L最好(圖2)。再用0.1 mol/L鹽酸+不同濃度的乙醇作為提取劑進(jìn)行選擇(圖3)，所得結(jié)果表明0.1 mol/L鹽酸－50%乙醇的吸光度最高。因此提取劑初步選擇為40%、50%、60%的乙醇。

圖1 北陵鳶尾色素吸收光譜特性Fig.1 Absorbance spectrum of Iris typhifolia

表2 鳶尾色素提取劑的選擇(λmax=540 nm)Tab.2 Selection of different solvents on the Iris pigment

圖2 鹽酸濃度的選擇(λmax=540 nm)Fig.2 Selction of different concentrations hydrochlotic acid(λmax=540 nm)

圖3 不同乙醇濃度對(duì)色素提取的影響(λmax=540 nm)Fig.3 Effect on the different concentrations of ethanol on the violet Iris(λmax=540 nm)

表3 北陵鳶尾色素提取的L9(34)正交試驗(yàn)結(jié)果(λmax=540 nm)Tab.3 Result of orthogamol experiment of extraction of Iris typhifolia

2.1.3 色素提取的最佳工藝 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)色素提取量影響因素較大的條件進(jìn)行選擇，最終確定提取最佳組合(表3)。以浸提時(shí)間(A)、浸提濃度(B)、料液比(C)和浸提溫度(D)4個(gè)因素進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)。由表中可看出，最佳提取方案組合為A2B3C1D2，即提取時(shí)間50 min，提取劑濃度0.1 mol/L HCl－60%乙醇，提取物料比1∶5，提取溫度70℃。通過(guò)方差分析可以看出，各因素主次影響順序是D＞C＞A＞B，即溫度是影響色素提取量的主要因素，其次是物料比，影響最小的是乙醇溶液的濃度。顯著性分析顯示，不同溫度色素提取量差異顯著，其他因素對(duì)色素提取量的差異不顯著。

2.2 北陵鳶尾花色素穩(wěn)定性的影響因素

2.2.1 光對(duì)北陵鳶尾色素的影響 北陵鳶尾花色素在不同光照強(qiáng)度下的殘存率隨時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)(表4)。其中在室內(nèi)黑暗條件下，色素液顏色變化微小;在室內(nèi)自然光及直射光條件下，北陵色素液吸光度降低較慢。因此，北陵花色素最好避光保存。

表4 不同光照強(qiáng)度下北陵鳶尾花色素殘存率(λmax=540 nm)Tab.4 The survival rate of Iris typhifolia under different light conditions(λmax=540 nm)

2.2.2 溫度對(duì)北陵鳶尾色素的影響 由表5可知，北陵鳶尾色素殘存率隨著溫度升高，加溫時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。當(dāng)溫度達(dá)到70℃以上時(shí)，色素殘存率存在不同程度的波動(dòng)。其中，溫度為90℃，加熱2和7 h時(shí)，色素殘存率有較大程度的升高，因此在北陵色素保色時(shí)，可適當(dāng)考慮高溫處理，達(dá)到較好保色效果。

表5 不同溫度對(duì)北陵鳶尾花色素穩(wěn)定性的影響(λmax=540 nm)Tab.5 The stability of Iris typhifolia under different temperature conditions

2.2.3 pH對(duì)北陵鳶尾色素的影響 色素液的吸光度隨pH的降低而升高，色素顏色加深;隨著pH增大，色素液由pH 3時(shí)的淺紫色逐漸過(guò)度到pH 4～5時(shí)的綠色(表6)。因此，在保存及使用北陵色素時(shí)應(yīng)在強(qiáng)酸條件下。

表6 pH對(duì)北陵鳶尾色素穩(wěn)定性的影響(λmax=540 nm)Tab.6 Effect of pH on the Iris typhifolia pigment

2.2.4 金屬離子對(duì)北陵鳶尾色素的影響 由表7可知，Mg2+、Ca2+和Na+最初均會(huì)使色素液的吸光度升高，但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，2種離子對(duì)北陵鳶尾花色素穩(wěn)定性影響不明顯。而加入Cu2+和Mn2+的色素液吸光度會(huì)迅速降低，尤其在第8天時(shí)，加入Cu2+的色素液吸光度變?yōu)榱悖砻鰿u2+可能會(huì)破壞色素的結(jié)構(gòu)。Fe2+的加入會(huì)使色素液的吸光度有較大幅度上升，但又在短時(shí)間內(nèi)降為0。從所有金屬離子對(duì)色素液的影響看，Mg2+對(duì)北陵花色素具有一定的保護(hù)作用。

表7 金屬離子對(duì)北陵花色素穩(wěn)定性的影響(λmax=540 nm)Tab.7 Effect of metal ions on the Iris typhifolia pigment

3 結(jié)論

本試驗(yàn)中60%乙醇作提取劑時(shí)，色素含量最高，吸光度最大，同時(shí)提取劑更加經(jīng)濟(jì)。當(dāng)乙醇濃度超過(guò)60%時(shí)，色素吸光度降低，提取率下降，這可能是由于高濃度的乙醇會(huì)使一些醇溶性的雜質(zhì)、脂類物質(zhì)溶出，從而導(dǎo)致色素的提取率下降。北陵鳶尾花色素的最佳提取溫度為70℃，若在更高的溫度和更長(zhǎng)的時(shí)間浸提下，將會(huì)引起色素的嚴(yán)重降解?；ㄉ盏念伾S著pH的改變會(huì)發(fā)生明顯的變化，水溶液介質(zhì)中，花色苷可能出現(xiàn)4種不同結(jié)構(gòu)，進(jìn)而呈現(xiàn)顏色變化。本研究中，花色苷會(huì)隨著pH的升高，降解速度會(huì)變快。因此，在酸性條件下浸提北陵鳶尾花色素更為有利，此結(jié)果也與花色苷性質(zhì)相吻合。

4 討論

鳶尾藍(lán)花色素是酰化花色素，即花色素苷(錦葵苷、矮牽牛、花翠苷)與有機(jī)酸(p－香豆酸)通過(guò)酰化形成的［12-13］，屬類黃酮化合物花青素?；ㄇ嗨匾兹苡谒⒁掖寂c稀酸等極性溶劑，不溶于乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑［14］，花色苷在中性及弱堿性溶液中不太穩(wěn)定，因此，提取過(guò)程常采用酸性溶劑。最常用的提取劑是甲醇，但由于甲醇的毒性，故本研究選擇了乙醇、丙酮、蒸餾水和無(wú)水乙醚作浸提劑［15-16］。

光是花色苷生物合成的重要因子，同時(shí)光又會(huì)加速花色苷的降解。試驗(yàn)中，在黑暗條件下，北陵鳶尾花色素的吸光度下降速率較慢，色素顏色變化微小，故北陵鳶尾花色素在避光條件下保存效果較好。該色素的分解率會(huì)隨著溫度的升高而加快，故應(yīng)避免在高溫條件下使用。此外，金屬離子可能會(huì)與花色苷中的某一部分結(jié)合生成配合物［17］，從而使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而保持花不退色。本試驗(yàn)結(jié)果表明，Ca2+和Na+對(duì)北陵鳶尾花色素穩(wěn)定性影響不大，而Cu2+和Fe2+對(duì)色素影響較大，長(zhǎng)時(shí)間下甚至導(dǎo)致色素液變?yōu)闊o(wú)色。所以在提取及應(yīng)用該色素的過(guò)程中，應(yīng)該避免使用鐵器皿和銅器皿。

本研究對(duì)北陵鳶尾花色素的提取以及穩(wěn)定性進(jìn)行了初步探討，可為其干燥花保色條件的確定提供實(shí)踐基礎(chǔ)。

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