全 文 ：大高良姜色素的提取工艺及稳定性研究
黄俊生1 , 2 ,曹迁永1＊ ,曹少骏2
(1.南昌大学 理学院化学系 ,南昌 330031;
2.韩山师范学院 化学系 ,广东 潮州 ,521041)
摘要:实验对大高良姜色素的提取条件及其稳定性进行了研究 ,旨在为大高良姜的综合开发利用提供依
据。研究结论表明色素最佳提取工艺为:溶剂为 1%盐酸乙醇 ,温度为 40 ℃,料液比为 1∶40 ,提取时
间为 4 h 。大高良姜色素为亮黄色 ,颜色鲜艳。该色素对 pH(2 ～ 6)、氧化剂 、还原剂 、常用食品添加剂
及金属离子都比较稳定 ,但对日光稳定性差;且 Fe3+和热(50 ℃以上)对该色素有一定的减色作用 。总
的来说该色素是一种稳定性较好 、安全可靠 、价廉易得 、开发方便的天然植物色素。
关键词:大高良姜;色素;提取工艺;稳定性
中图分类号:TS264.4　　　文献标识码:B　　　文章编号:1000-9973(2010)11-0099-06
Study on extraction technology and stability of A lp inia galanga(L.)
Willd .pigment
HUANG Jun-sheng1 , 2 ,CAO Qian-yong1＊ ,CAO Shao-jun2
(1.Department of Chemist ry , School of Science , N anchang Univer sity , N anchang 330031 , China;
2.Depar tment of Chem ist ry , Hanshan No rmal Universi ty , Chaozhou 521041 ,China)
Abstract:In the thesis , the ex t ration and stability o f pigment f rom Alpinia galanga(L.)Willd .were
studied for it s further development and utilization.The optimum ex traction technics are 1.0% hydro-
chloric acid-ethano l solution(V/V), 40 ℃, the rat io of ma terial to liquid 1∶40 and ex t ract ion time 4
hours.The pigment is glassy yellow .It is stable to pH(2 ～ 6), oxidant , reductant , food addi tive and
metal ion , but not stable to sunlight.The Fe3+ and high temperature(above 50 ℃)also have hypo-
chromic effect on the pigment.Generally speaking , the pigment has good stabi li ty , safe and accessi-
bility as a kind o f natural plant pigment.
Key words:Alpinia galanga(L.)Wil ld .;pigment;ext raction;stability
　　天然色素的研发是当今食品工业领域研究和发展
的方向 ,利用可靠安全 、无毒无害的自然资源提取天然
色素具有重要的意义 。
大高良姜 (Alpinia galanga(L.)Willd.),也称
红豆蔻 、南姜(潮汕称呼),为姜科多年生草本植物 。在
亚洲热带地区广布 ,广东 、台湾 、广西 、湖南和云南等省
区也有分布[ 1] 。其果实与根茎可供药用[ 2] ,自中世纪
以来 , 大高良姜就用作药材与辛香调料使用。如今 ,
中国依然是食用大高良姜的主要国家之一[ 3] 。如:闻
名海内外的潮州菜肴就常用大高良姜调味 ,特色菜有:
卤味拼盘 、南姜鸡 、南姜菜干 、南姜酱料等 。近年研究
发现其根茎中含有多种芳香油 、类黄酮 、矿物质 、醣类
等物质[ 4] ,对肌肤具有振奋 、活化与抗自由基 、抗氧
化[ 5]等多重特性 ,因此大高良姜也具有美容效果的巨
大商业价值[ 6] 。国内外同行对大高良姜的研究主要集
中在作为调味品辛香挥发油上[ 7-10] 。
成年大高良姜姜肉呈黄色 ,色泽艳丽 。据文献检
索 ,其色素提取及稳定性研究尚未报道 。基于天然色
收稿日期:2010-06-25　　　　　　　　＊通讯作者
作者简介:黄俊生(1982-),男 ,广东陆丰人 , 在职硕士研究生 ,实验师 , 主要从事中学化学教育研究与食品分析;
曹迁永(1973 -), 男 ,江西九江人 , 博士 ,副教授 , 主要从事金属有机化学 ,光化学的研究。
—99—
2010 年第 11 期
总第 35卷
　　　　　　　　　　　　　　　中 国 调 味 品
CHINA CONDIMENT 食品添加剂　　
素在食品及日用化工中的重要性 ,在此我们对大高良
姜黄色素的提取条件及其稳定性[ 11 , 12] 进行了研究 。
1　工艺研究
1.1　材料与试剂
大高良姜 ,购于潮州市桥东市场;所有试剂均为分
析纯或食品添加剂。
1.2　仪器与设备
LGJ-10冷冻干燥机　军事医学科学院实验仪器
厂研制;TU-1900型双光束紫外-可见分光光度计　北
京普析通用仪器有限公司;722SP 型可见分光光度计
　上海棱光技术有限公司等。
1.3　方法
1.3.1　材料预处理
大高良姜洗净 ,剥皮除杂 ,冷冻干燥 ,粉碎备用(样
品)。
1.3.2　色素的提取工艺
1.3.2.1　色素提取工艺流程
大高良姜洗净※剥皮除杂※冷冻干燥※粉碎※浸
提※旋转蒸发※冷冻干燥※色素膏 。
1.3.2.2　最佳提取剂的选取
准确称取 0.2 g 的样品 8 份 ,分别置于 10 mL 的
蒸馏水 、70 %乙醇 、无水乙醇(分析纯)、石油醚 、丙
酮 、乙酸乙酯 、三氯甲烷和 1.0%盐酸乙醇(V/V)中 ,
室温 下浸 提 3 h , 过滤 , 定 容 , 分 别测 定 其在
250 ～ 600 nm的吸收光谱。
1.3.2.3　最佳提取剂浓度的选择
称取 0.2 g 样品 6份 ,分别置于 10 mL 的 0.2%,
0.5%,0.8%,1.0%,1.2%, 1.5%盐酸乙醇(V/V)溶
液中 ,浸泡 3 h后 ,过滤 ,定容 ,分别测波长 415 nm 处
的吸光度 。
1.3.2.4　最佳提取时间的选择
称取 0.2 g 样品7份 ,各加入 1.0%盐酸乙醇溶液
10 mL ,在室温下分别浸提 1 , 2 ,3 , 4 , 5 , 6 , 12 h 后 ,过
滤 ,定容 ,测定 415 nm 波长处的吸光度。
1.3.2.5　最佳提取温度的选择
称取 0.2 g 样品 7份 ,各加入 1.0%盐酸乙醇溶液
10 mL ,分别在室温 、30 ～ 80 ℃时浸提 4 h后 ,过滤 ,定
容 ,测定 415 nm 波长处的吸光度。
1.3.2.6　最佳料液比的选择
称取 0.5 g 样品 8份 ,分别加入 1.0%盐酸乙醇
溶液 5 , 10 ,15 , 20 , 25 ,30 , 35 , 40 mL , 40℃下浸提 4 h
后 ,过滤 ,定容 ,测 415 nm 波长处的吸光度 。
1.3.2.7　大高良姜黄色素吸收光谱
采用 最佳 提 取工 艺提 取 色素 , 在 波长 为
350 ～ 600 nm范围内测定其吸收光谱图。
1.3.3　大高良姜黄色素的稳定性
采用最佳提取工艺提取色素 ,在40 ℃旋转蒸发浓
缩—冷冻干燥得色膏(黄色油状物),用少量 95%乙醇
封存色膏 ,将此封存液作为色素原液 ,量取 1 mL 的原
液并用 1%的盐酸乙醇稀释至 1000 mL 作为稀释液。
1.3.3.1　光照对色素稳定性的影响
可见光对色素稳定性的影响:取同体积的稀释液 ,
置于太阳光下 0 , 3 ,5 , 10 , 20 , 30 , 40 , 50 min ,考察日光
对色素溶液的颜色及吸收光谱的影响 ,同时考察在最
大吸收波长 415 nm 处 ,室内光和白炽光对色素吸光
度的影响 。
紫外光对色素稳定性的影响:取同体积的稀释液 ,
分别在紫外光 254 , 365 nm 处照射 0 , 5 , 10 , 20 , 40 ,
60 min ,观察各溶液的颜色变化 ,并测其在最大吸收波
长 415 nm处的吸光度 。
1.3.3.2　温度对色素稳定性影响
取同体积的稀释液 ,分别于室温 ,30 ,50 ,70 , 80 ℃
的恒温水浴锅中恒温 1 h ,观察各溶液的颜色变化 ,等
溶液恢复到室温后测其吸收光谱图 ,并测定 415 nm
处的吸光度。
1.3.3.3　pH 值对色素稳定性的影响
取同体积的稀释液 , 用 0.1 mol/L NaOH 和
0.1 mo l/L HC l调其 pH 分别为2 ,4 ,6 ,8 ,10 ,12 ,静置
0.5 h ,观察其颜色变化 ,并测定各溶液的吸收光图谱
和波长 415 nm 处的吸光度 。
1.3.3.4　氧化还原剂对色素稳定性的影响
氧化剂对色素的影响:取同体积的稀释液 ,分别加
入 5 mL 不同浓度 0 , 0.01%,0.02%, 0.03%, 0.04%
和0.05%的过氧化氢 ,常温下静置 1.5 h ,观察各溶液
的颜色变化 ,并测定各溶液的吸收光谱图。
还原剂对色素的影响:取同体积的稀释液 ,分别加
入5 mL 不同浓度0 ,0.01%, 0.02%,0.03%,0.04%,
0.05%的亚硫酸钠 ,常温下静置 1.5 h ,观察各溶液的
颜色变化 ,并测定各溶液的吸收光谱图 。
1.3.3.5　金属离子对色素稳定性的影响
取同体积的稀释液 ,分别加 5 mL 2×10-5 , 10×
10
-5 ,50×10-5 mol/ L 的各种金属离子 ,常温下静置
22 h ,观察各溶液颜色的变化 ,测定其波长 415 nm 处
—100—
食品添加剂　　2010 年第 11 期总第 35卷
　　　　　　　　　　　　　　　中 国 调 味 品
CHINA CONDIMENT
的吸光度 。
1.3.3.6　食品添加剂对色素稳定性的影响
葡萄糖与蔗糖对色素的影响:取同体积的稀释液 ,
分别加入 5 mL 浓度分别为 0%, 1%, 5%, 10%, 20%
的葡萄糖 、蔗糖溶液中 ,常温静置 24 h ,观察各溶液的
颜色变化 ,并测定各溶液在波长 415 nm 处的吸光度 。
其他食品添加剂对色素的影响:取同体积的稀释
液 ,分别加入 5 mL 浓度分别为 0%, 0.01%,0.05%,
0.1%的山梨酸钾 、苯甲酸钠 、抗坏血酸和柠檬酸 ,常温
静置 22 h ,观察各溶液的颜色变化 ,并测定各溶液波
长 415 nm 处的吸光度 。
2　结果与分析
2.1　色素提取最佳工艺参数的确定
2.1.1　不同溶剂对大高良姜色素提取的影响
图 1　大高良姜色素在不同溶剂中的吸收光谱
Fig.1 Absorption spectra o f pigment in different so lv ents
表 1　大高良姜在不同溶剂中的提取效果
Table1 Chang s of solution color in differ ent so lvents
溶剂 蒸馏水 乙酸乙酯
无水
乙醇 石油醚 氯仿 丙酮
70%
乙醇
1%盐酸
乙醇
溶解性 微溶 微溶 易溶 难溶 难溶 难溶 易溶 易溶
颜色 黄色 黄色 亮黄色淡黄色淡黄色淡黄色亮黄色 亮黄色
　　从图 1 及表 1可知色素易溶于 1%的盐酸乙醇 、
70%乙醇 、无水乙醇 ,该色素的最佳提取剂是盐酸乙
醇 ,其在可见光区的最大吸收波长为 415 nm ,大高良
姜色素为亮黄色 ,色泽鲜艳。
2.1.2　提取剂浓度对大高良姜黄色素的影响
由 2可见随着浓度的提高其吸光度有所上升但酸
度太高会影响色素的溶解性 ,故选择 1%盐酸乙醇作
为最佳提取剂。
图 2　不同浓度提取剂的吸光度(415 nm)
Fig.2 Abso rption of pigment at 415 nm with
diffe rent v olume ratio s o f hydrochlo ric acid to e thanol solution
2.1.3　提取时间对大高良姜黄色素的影响
图 3　不同浸提时间的吸光度
Fig.3 Abso rbencies of pigment a t 415 nm in
different ex traction time
　　从图 3可得出 ,随着浸提时间的延长 ,大高良姜黄
色素的吸光度呈上升趋势 ,但在 3 h 后 ,吸光度的变化
不大 ,最终选择 4 h为最佳提取时间 。
2.1.4　提取温度对大高良姜黄色素的影响
图 4　不同浸提温度的吸光度
Fig.4 Abso rbencies of pigment a t 415 nm in
different temperatures
　　从图 4及实验结果来看 ,随着提取温度的上升 ,提
取得到的色素溶液的吸光值逐渐提高 ,实验中色素的
颜色也随着温度的上升发生了明显的变化 ,在50 ℃过
后色素的颜色由亮黄色变为橙红色 ,冷却后 ,不可恢
复;此时吸光度的上升已趋于缓和 ,为避免温度上升造
—101—
2010 年第 11 期
总第 35卷
　　　　　　　　　　　　　　　中 国 调 味 品
CHINA CONDIMENT 食品添加剂　　
成色素结构的变化 ,故选择 40 ℃为最佳提取温度 。
2.1.5　料液比对提取大高良姜黄色素的影响
图 5　不同料液比的吸光度
Fig.5 Abso rbencies of pigment a t 415 nm
at diffe rent ratio s of solid to solvent
　　从图 5可看出随着料液比浓度的下降 ,吸光度呈
上升趋势 ,当到达料液比为 1∶40时吸光度的上升趋
势不大 ,故选择料液比为 1∶40。
2.1.6　大高良姜色素的吸收光谱
按 1.3.2.7的方法 ,得图 6优化吸收谱线 。
图 6　吸收光谱与不同日照时间关系
Fig.6 Absorption spectra a t diffe rent sunlight time
由图 6可见 ,该色素的最大吸收峰在 415 nm 处 ,
故确定 415 nm为该色素的特征吸收峰。
2.2　大高良姜色素的稳定性
2.2.1　色素对光的稳定性
2.2.1.1　可见光对色素的影响
从图 6 可看出 , 随着时间的延长 , 吸光度逐渐
下降 ,光照时间为 5 min后最大吸收峰已明显位移 ,
50 min后 , 415 nm 吸收峰消失;且色素的颜色由亮
黄色变为淡黄色 。说明日光照对色素的稳定性影
响非常大 。因此该色素的不耐日光 ,应避免阳光直
射 。
色素在不同光源照射下在波长 415 nm 处的吸光
度 ,结果见表 2。
表 2　不同光种照射下吸光度的比较(415 nm)
Table 2 Comparison among abso rbencies at different time
of different sunlight sources(415 nm)
　　时间(h)
光种类　　
0 1 2 3 4 5
室内光 0.160 0.155 0.153 0.150 0.148 0.145
白炽光 0.160 0.153 0.145 0.137 0.132 0.132
　　从表 2可看出 ,随着光照射时间的延长 ,色素的吸
光度有下降的趋势 ,但幅度并不大 ,表明室内光和白炽
光对色素的影响较小 。
2.2.1.2　紫外光对色素溶液稳定性的影响
图 7　紫外灯对色素稳定性的影响
Fig.7 Effects o f UV light on stability of pigment
图 7表明 ,随着紫外灯照射时间的延长 ,两种不同
波长的紫外灯照射对色素的吸光度影响呈下降趋势。
其中波长为 254 nm的紫外灯照射的吸光度下降的幅
度较小 ,而波长为 365 nm 的紫外灯照射的吸光度下
降的幅度较大。但总体上紫外灯对色素影响较小 。
2.2.2　耐热性
图 8　不同温度对色素稳定性的影响
Fig.8 absorption spectra at different tempera ture
由图 8与实验结合分析得到 ,温度上升对色素吸
收光谱有一定的影响 ,但幅度不大;随着温度的上升 ,
—102—
食品添加剂　　2010 年第 11 期总第 35卷
　　　　　　　　　　　　　　　中 国 调 味 品
CHINA CONDIMENT
色素的颜色由亮黄色变为橙红色且颜色逐渐加深 ,并
不可恢复 。因此色素受温度的影响大 ,耐热性较差 。
2.2.3　耐酸碱性
图 9　pH 值对色素稳定性的影响
F ig.9 Effects of pH value on stability o f pigment
表 3　不同 pH 值条件下色素提取液吸光度的比较
Table 3 Compa rison among abso rption of
pigment at different pH s
pH 2 4 6 8 10 12
A 415 nm 0.127 0.123 0.124 0.134 0.162 0.211
颜色
变化 淡黄色 淡黄色 亮黄色
橙黄色有少
量絮状沉淀
橙黄色有
絮状沉淀
橙红色有
絮状沉淀
　　从图 9和表 3 ,可知当 pH 值为 2 ～ 6时色素的颜
色无改变 ,且吸光度变化幅度不大 ,当 pH 值大于或等
于 8时色素的颜色明显发生变化且出现絮状沉淀 ,最
大吸收发生位移 ,说明该色素 pH(2 ～ 6)时比较稳定 。
2.2.4　色素的耐氧化还原性
2.2.4.1　耐氧化性
图 10　不同浓度过氧化氢对色素的稳定性影响
F ig.10 Abso rption spectra with different
concentra tions of hydro gen pe rox ide
从图谱 10及实验现象分析可得 ,随着过氧化氢浓
度的增加 ,最大吸收峰处的吸光度稍微减小 ,各提取液
的颜色基本上保持不变 ,表明该色素的耐氧化性较好。
2.2.4.2　耐还原性
图 11　不同浓度亚硫酸钠(Na2 SO3)对色素稳定性的影响
F ig.11 Abso rption spectra with different
concentr ations of sodium sulfite
从图 11 及实验现象分析可得 , 随着亚硫酸钠
浓度的逐渐升高 ,最大吸收峰处的吸光度变化不
大 ,同时色素液的颜色也变化不大 ,表明该色素的
耐还原性较好 。
2.2.5　金属离子对色素稳定性的影响
　　不同浓度的金属离子对色素溶液在波长 415 nm
处的吸光度影响见表 4。
表 4　不同浓度金属离子对色素稳定性的影响
Table 4 Effects of diffe rent concentrations
of different metal ions on stability of pigment
浓度
(×10-5
mo l/L)
Zn
2+
K
+
Ca
2+
M g
2+
N a
+
F e
3+
Cu
2+ 对照
2 0.119 0.126 0.123 0.127 0.125 0.126 0.124
10 0.118 0.125 0.124 0.125 0.123 0.138 0.123 0.128
50 0.117 0.124 0.125 0.129 0.121 0.203 0.118
　　表 4 结果表明 , K + , Ca2+ , Mg2+ , Na+ , Cu2+溶
液的颜色都比较接近原液的颜色 ,为亮黄色 , Zn2+
溶液的吸光度随离子浓度的增加而下降 ,颜色为淡
黄色;但该色素对 Fe3+不稳定 ,随着离子浓度的上
升 ,其溶液的吸光度逐渐升高且溶液的颜色加深 ,
为土黄色 ,因此 , 该色素在储运中应避免与铁器皿
接触 。
—103—
2010 年第 11 期
总第 35卷
　　　　　　　　　　　　　　　中 国 调 味 品
CHINA CONDIMENT 食品添加剂　　
2.2.6　食品添加剂对色素的影响
2.2.6.1　葡萄糖与蔗糖对色素稳定性的影响
图 12　不同浓度的葡萄糖与蔗糖对色素吸光度的影响比较
Fig.12 Compa rison among abso rbencies of pigment a t
different concentra tions of g lucose and sucro se
从图 12可看出 ,色素的吸光度总体上维持在 A=
0.125左右 ,两糖对该色素有一定的影响 ,但并不明
显。因此该色素耐糖性好 。
2.2.6.2　柠檬酸 、苯甲酸钠 、VC 和山梨酸钾对大高
良姜黄色素的影响
图 13　食品添加剂对色素稳定性的影响
Fig.13 Effects of diffe rent fo od additives with differ ent
concentra tions on stability of pigment
图 13表明 ,柠檬酸和苯甲酸钠对色素稳定性的影
响不大 ,吸光度都在 0.122以上且颜色为淡黄色;而
VC 与山梨酸钾对色素稳定性的影响较前面两种食品
添加剂大 ,但影响仍然有限。
3　结论
实验结果表明 ,最佳提取工艺条件为溶剂 1%盐
酸乙醇 ,温度40 ℃,时间为4 h ,料液比为1∶40 。其中
温度是影响大高良姜黄色素提取的显著因素 。该色素
对 pH(2 ～ 6)、氧化剂 、还原剂 、常用食品添加剂及金
属离子都比较稳定 , 但不耐日光 , 应避免直射;且
Fe
3+ 、热(50 ℃以上)对该色素有一定的减色作用。总
的来说该亮黄色素是一种稳定性良好 、安全可靠 、价廉
易得 、开发方便的天然植物色素。
参考文献:
[ 1] 吴德邻.中国植物志[ M] .北京:科学出版社, 1981 , 16(2):72.
[ 2] 赵志礼 , 王峥涛 , 董辉 , 等.山姜属药用植物及生药学研究
进展[ J] .中草药 , 2001 , 32(2):171-173.
[ 3] 吴修仁.潮汕植物志[ M] .汕头:广东省汕头市生物学会 ,
1993:119.
[ 4] 林新花 ,蔡明招 , 杜佳.大高良姜营养成分的分析研究[ J] .
食品科技 , 2003(5):102-103.
[ 5] 陈冬丽 , 黄俊生.南姜清除亚硝酸盐及阻断亚硝胺合成
的研究[ J] .中国调味品 , 2010 , 35(5):59-61
[ 6] 郭英华 , 张振贤 , 关秋竹.姜的研究进展[ J] .长江蔬菜 ,
2005(9):39-42.
[ 7] Kikue Kubo ta , Kae Nakamura(Murayama), and Akio Ko-
bayashi.Ace to xy-1 , 8-cineoles as A roma Constituents o f
A lpinia g alangalWilld .J.Agric.Food Chem , 1 9 9 8(4 6):
5244-5247.
[ 8] T RAM NGOC LY , RYO YAMAUCHI , MAKOTO SHIM-
OYAMADA , ANDKOJIKATO.IsolationandStructuralEluc-
idation of Some G lyco side s f rom the Rhizomes of Smalle r
Galanga(Alpiniao fficinarum H ance).J.Agric.Food Chem .
2002(50):4919-492.
[ 9] Mori , H .;Kubo ta , K .;Kobayashi , A.Potenta romacompo-
nents o f rhizomes f rom A lpinia g alanga(L .)Willd .Nippon
Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi 1995(42):989-995.
[ 10] Kubo ta , K , Nakamura K , Kobayashi , A.Acetoxy-1 , 8-
cineo les as aroma constituents o f A lpinia g alanga Willd.J.
Agric.Food Chem.1998(46):5244-5247.
[ 11]杨永利 , 郭守军 , 方辉华 , 等.西梅果皮色素的提取工艺
及其稳定性研究[ J] .食品科学 , 2008 , 29(10):303-309.
[ 12]郭 守军 ,杨永利 ,陈齐营 ,等.潮州柑果皮色素的提取及稳
定性研究[ J] .食品科学 , 2007 , 28(11):165-170.
—104—
食品添加剂　　2010 年第 11 期总第 35卷
　　　　　　　　　　　　　　　中 国 调 味 品
CHINA CONDIMENT