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黑果腺肋花楸花青素的提取工艺及其稳定性



全 文 :书第37卷 第3期
2015年9月        
延 边 大 学 农 学 学 报
Agricultural Science Journal of Yanbian University     
Vol.37No.3
 Sep.2015
收稿日期:2015-01-00 基金项目:吉林省科技厅重点项目(2014010128JC);延边大学大学生创新创业训练计划项目
(Ydbksky2015250)
作者简介:刘芳芳(1993—),女,宁夏中卫人,在读学士,研究方向为天然色素的开发利用。张先为通信作者,
     E-mail:zhangdory@dliyun.com
文章编号:1004-7999(2015)03-0196-06    DOI:10.13478/j.cnki.jasyu.2015.03.003
黑果腺肋花楸花青素的提取工艺及其稳定性
刘芳芳, 鲁亚星, 于 帅, 吴荣哲, 张 先*
(延边大学农学院,吉林 延吉133002)
摘要:为了黑果腺肋花楸花青素的开发利用,以黑果腺肋花楸果实为原料,通过正交试验确定花青素最佳提
取条件,并进行稳定性研究。结果表明:黑果腺肋花楸花青素最佳提取条件为乙醇浓度50%、料液比1∶25
(g/mL)、提取温度50℃、提取时间30min。pH值为2时,黑果腺肋花楸花青素溶液吸光值最大,且红色显现
明显,pH值≥4时,颜色开始失去红色;黑果腺肋花楸花青素溶液吸光值随光照时间的增加和处理温度的升
高逐渐减小;氧化剂 H2O2和还原剂NaHSO3对黑果腺肋花楸花青素均具有破坏作用;金属离子中 K+、Na+
对黑果腺肋花楸花青素均无影响,Mg2+有一定的护色作用,Cu2+、A13+使花青素溶液产生沉淀。
关键词:黑果腺肋花楸;花青素;提取工艺;稳定性
中图分类号:S792.25   文献标识码:A   
Studies on extraction process and stability of anthocyanin
fromAronia melanocarpaEliot
LIU Fangfang, LU Yaxing, YU Shuai, WU Rongzhe, ZHANG Xian*
(Agricultural College of Yanbian University,Yanji Jilin 133002,China)
Abstract:For exploitation and utilization of anthocyanin from Aronia melanocarpaEliot,the optimum
condition of extracting anthocyanin from fruits of Aronia melanocarpaEliot was determined through or-
thogonal test,and the stability of anthocyanins was studied.The results showed that the extraction condi-
tion was that the ethanol concentration was 50%,the solid-liquid ratio was 1∶25(g/mL),the extraction
temperature was 50℃,and extraction time was 30min.The absorption value of anthocyanin liquid at pH
2.0was the highest with obvious red color,but the anthocyanin liquid discolored when pH value was high-
er than 4.0.And,the absorption value gradualy decreased with increase of ilumination time and tempera-
ture.The anthocyanin of the fruit could be destructed by oxidant H202and deoxidizer NaHSO3while pro-
tected by Mg2+.K+and Na+had no effect on it,but Cu2+and A13+ made the anthocyanin liquid produce
precipitation.
Key words:Aronia melanocarpaEliot;anthocyanin;extraction process;stability
  黑果腺肋花楸(Aronia melanocarpaEliot)属 于浆果类,果实味道微涩、酸甜、球形,且果皮紫黑,
 第3期 刘芳芳,等:黑果腺肋花楸花青素的提取工艺及其稳定性研究
果肉暗红[1]。同其他富含花青素的浆果比,黑果腺
肋花楸虽然有简单的花青素光谱,但是花青素含量
相当高,因此,作为天然色素资源,具有很大的开发
价值[2]。目前,我国对黑果腺肋花楸果实及其色素
的开发研究并不多,王鹏等[3-4]人进行了黑果腺肋花
楸果酒酿造工艺的研究,在提取方面李梦莎[5]做了
响应面法优化超声提取黑果腺肋花楸花色苷工艺的
研究,关于色素稳定性方面的研究鲜有报道。
本实验以黑果腺肋花楸果实为原料进行了色素
提取工艺和稳定性的研究,旨在为黑果腺肋花楸果
实及其色素的开发利用提供基础依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
1)材料 黑果腺肋花楸于2014年9月采自吉
林省图们市,冷冻贮藏备用。
2)试剂 乙醇溶液;亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠
等均为分析纯。
1.2 方法
1.2.1 光谱特性
取一定量的黑果腺肋花楸果汁,用分光光度计
在400~600nm波长范围内测定其吸收光谱,找出
黑果腺肋花楸色素在可见光区的最大波长,结果为
534nm。
1.2.2 花青素含量测定
参照马养民等[6]的方法称取一定量样品均质机
(FJ-200,上海标本模型厂)均质后水浴浸提,过滤
后用紫外可见分光光度计(UV-7504,上海欣贸仪器
有限公司)在534nm下测定吸光值,并按以下公式
计算黑果腺肋花楸花青素含量[7]:
花青素含量/(mg/g)=(A×M×DF×V)/(m×ε)
式中,A:吸光值;M:矢车菊-3-O-葡萄糖苷的
分子量,449.2;DF:稀释倍数;V:提取液的总体积/
mL;m:样品重量/g;ε:矢车菊-3-O-葡萄糖苷的消
光系数,26 900。
1.2.3 花青素稳定性测定
1)pH值对黑果腺肋花楸花青素稳定性的影响
将在最佳提取条件下提取的黑果腺肋花楸花青
素溶液装于试管中,用10% HCl和2mol/L NaOH
溶液调节pH值,避光静置2h后在534nm波长下
测定吸光值[8],观察不同pH值下溶液颜色的变化。
2)光照对黑果腺肋花楸花青素稳定性的影响
将花青素溶液稀释后密封于平底烧瓶中,在室
温条件下置于室内向阳窗台进行自然光照射[9],每
天固定时间取出在534nm下测定吸光值。
3)热处理对黑果腺肋花楸花青素稳定性的影响
将花青素提取液装于试管中,分别放入不同温
度的水浴锅中避光加热2h后测定吸光值。
4)氧化剂和还原剂对黑果腺肋花楸花青素稳
定性的影响
取花青素稀释液20mL,加入不同体积的浓度
为0.5%的 H2O2、NaHSO3、Na2S2O3溶液定容至
25mL,使其浓度分别达到 0、0.02%、0.04%、
0.06%、0.08%和0.10%,室温静置2h后测定吸光
值。
5)金属离子对黑果腺肋花楸花青素稳定性的
影响
分别将NaCl、KCl、MgCl2、CuSO4和Al(NO3)3
配成0.5%的溶液后滴入到花青素溶液中至一定浓
度,用10%的 HCl和2mol/L的 NaOH 溶液调到
与对照组相同的pH 值[10-11],以便排除pH 值对吸
光值的影响,静置2h后测定吸光值。
1.3 试验设计
1.3.1 单因素实验
利用浸提的方法对提取溶液乙醇浓度、料液比
进行单因素实验。
1.3.2 双因素实验
对提取温度和时间进行双因素实验。
1.3.3 正交实验
在单因素和双因素的基础上,以乙醇浓度、料液
比、提取温度为考察因素,分别选取3个水平,以花
青素提取量为考察指标进行L9(33)正交实验。
1.4 数据分析
利用SPSS 17.0软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 黑果腺肋花楸花青素提取条件的确定
2.1.1 乙醇浓度对黑果腺肋花楸花青素提取量的
影响
由图1可知,乙醇作为提取溶剂的效果比水好,
并且当乙醇浓度低于60%时,黑果腺肋花楸花青素
提取量随乙醇浓度的增大而增大,在乙醇浓度大于
60%后提取量下降,这可能是因为乙醇浓度过高会
破坏花青素的组织结构[6],导致提取量降低。从比
较适宜的浓度范围40%~80%中选取50%,60%,
70%的乙醇浓度重新进行实验,结果显示在60%时
791
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取得最大提取量,为48.9mg/g。所以,确定60%的
乙醇最适提取浓度。
2.1.2 料液比对黑果腺肋花楸花青素提取量的影响
由图2可知,当料液比低于1∶20时,花青素提
取量随料液比的增加而增加,当料液比大于1∶20
时,花青素提取量随料液比的增加而降低,这可能是
因为黑果腺肋花楸果实中花青素已基本溶出,继续
增加料液比会增加后续操作的工作量,并且造成有
机溶剂的浪费[12],因此,可以确定比较适宜的料液
比范围为1∶15~1∶25。
图1 乙醇浓度对黑果腺肋花楸花青素提取量的影响
Fig.1 Effect of ethanol concentration on the extraction of
  anthocyanin fromAronia melanocarpaEliot
图2 料液比对黑果腺肋花楸花青素提取量的影响
Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on the extraction of
  anthocyanin fromAronia melanocarpaEliot
2.1.3 提取温度和时间对黑果腺肋花楸花青素提
取量的影响
在不同提取温度和时间下黑果腺肋花楸花青素
的提取量如表1所示,统计分析结果表明,提取温度
和时间之间存在交互作用,并且提取温度对黑果腺肋
花楸花青素提取量的影响显著,而提取时间影响不显
著。这可能是因为对于有些花青素类物质,有机溶剂
不能渗透进细胞壁和细胞膜中,因此,即使时间再长
也不能将花青素从细胞壁中溶解出来。所以把提取
温度作为主要因素来考虑,提取时间确定为30min。
表1 提取温度和时间对黑果腺肋花楸花青素提取量的影响
Table 1 Effects of temperature and time
on the extraction of anthocyanin
fromAronia melanocarpa Elliot (mg/g)
温度/℃
时间/min
30  60  90
30  51.7  52.8  54.6
40  58.5  58.8  60.9
50  56.7  56.5  55.8
2.1.4 最佳提取条件的确定
由表2的R值可以看出,提取温度、乙醇浓度
和料液比对黑果腺肋花楸花青素提取量的影响顺序
为A>B>C,即最主要的因素是提取温度,其次是
乙醇浓度,料液比影响最小。由K值可以确定各因
素和水平间最佳组合为 A3B1C3。即提取温度
50℃、乙醇浓度50%、料液比1∶25,此条件下花青
素提取量可达60.8mg/g。
表2 L9(33)正交试验因素水平
Table 2 Factors and levels of L9(33)orthogonal test
编号
提取温度
℃(A)
乙醇浓度
%(B)
料液比
(C)
花青素提
取量/(mg/g)
1  1 (30) 1 (50)1 (1∶15) 51.7
2  1 (30) 2 (60)2 (1∶20) 51.1
3  1 (30) 3 (70)3 (1∶25) 52.0
4  2 (40) 1 (50)2 (1∶20) 56.4
5  2 (40) 2 (60)3 (1∶25) 53.6
6  2 (40) 3 (70)1 (1∶15) 53.2
7  3 (50) 1 (50)3 (1∶25) 60.8
8  3 (50) 2 (60)1 (1∶15) 54.4
9  3 (50) 3 (70)2 (1∶20) 56.7
k1 57.3  56.3  53.1
k2 54.5  53.0  54.7
k3 58.4  54.0  55.5
R  3.9  3.3  2.4
891
 第3期 刘芳芳,等:黑果腺肋花楸花青素的提取工艺及其稳定性研究
2.2 黑果腺肋花楸花青素稳定性
2.2.1 pH值对黑果腺肋花楸花青素稳定性的影响
由图3可知,黑果腺肋花楸花青素受pH值的影
响很大,这可能是因为不同pH值使花色苷化学结构发
生变化。当pH值≤3时,颜色为紫红色且显色明显,
在pH值为2时,吸光值最大,当pH值≥4时,红色开
始显现不明显。这与关海宁等[13]人的研究结果相符。
图3 pH值对黑果腺肋花楸花青素吸光值的影响
Fig.3 Effect of pH on the absorption value of the
  anthocyanin fromAronia melanocarpaEliot
2.2.2 光照对黑果腺肋花楸花青素稳定性的影响
由图4可知,色素溶液光照射后吸光值由第1
天的0.288降到第8天的0.185,呈缓慢下降趋势,
经统计分析光照射后的前3d吸光值没有显著性变
化,4~6d,6~8d吸光值也没有显著性变化,说明
自然光照射约3d后黑果腺肋花楸花青素被破坏程
度较显著。
图4 光照对黑果腺肋花楸花青素吸光值的影响
Fig.4 Effect of light on the absorption value of the
  anthocyanin fromAronia melanocarpaEliot
 (不同英文字母表示在P<0.05时有显著性差异,下同)
郭松年[14]关于石榴汁的研究结果表明,花青素
在日光下比较敏感,10d后损失70%多,而室内散
射光与避光条件下放置10d损失率不到50%,所
以,花色素应尽量避光保存。
2.2.3 温度对黑果腺肋花楸花青素稳定性的影响
由图5可知,当温度从20℃升高到100℃时,
花青素溶液吸光值由0.360降低至0.258。经统计
分析,不同温度处理组的吸光值存在显著性差异,说
明温度对黑果腺肋花楸花青素的影响较大,这可能
是因为黑果腺肋花楸果实中的天然色素在低温或干
燥状态时较稳定,而加热或高温可加快变色反应,尤
其在加热至沸点时易氧化褪色[15]。因此,为避免褪
色现象发生,加工时热处理温度应尽量保持在低温
范围内。
图5 温度对黑果腺肋花楸花青素吸光值的影响
Fig.5 Effect of temperature on the absorption value of the
  anthocyanin fromAronia melanocarpaEliot
2.2.4 氧化剂和还原剂对黑果腺肋花楸花青素稳
定性的影响
从表3可知,随着 H2O2浓度的增加黑果腺肋
花楸花青素溶液的吸光值显著减小,说明氧化剂
H2O2对黑果腺肋花楸花青素有一定的破坏作用,这
可能是由于 H2O2可直接亲核进攻花青素的C位,
使吡喃环阳离子破裂,生成了查耳酮,进而进一步降
解成各种无色的脂类及香豆素的衍生物,这些分解
产物或互相间发生聚合或进一步降解[16]。所以,要
避免花青素与氧化剂接触。还原剂 NaHSO3对黑
果腺肋花楸花青素的褪色作用非常明显,当色素溶
液中NaHSO3浓度达到0.02%时,吸光值由0.376
991
延 边 大 学 农 学 学 报 第37卷 
减小到0.143,说明黑果腺肋花楸花青素遇到NaH-
SO3时很不稳定。还原剂NaS2SO3对黑果腺肋花楸
花青素影响不显著。
表3 氧化剂和还原剂对黑果腺肋花楸花青素吸光值的影响
Table 3 Effects of oxidant and deoxidizer on absorption value of anthocyanin fromAronia melanocarpaEliot
浓度/%
因素
H2O2 NaHSO3 NaS2SO3
对照 0.374±0.008a 0.376±0.003a 0.324±0.009
0.02  0.346±0.013b  0.143±0.008b  0.321±0.011
0.04  0.323±0.018c  0.131±0.006c  0.320±0.011
0.06  0.292±0.012d  0.121±0.003d  0.321±0.023
0.08  0.285±0.004de  0.114±0.002d  0.318±0.016
0.10  0.266±0.011e  0.104±0.004e  0.308±0.014
  注:不同英文字母表示在P<0.05时同列之间有显著性差异。
2.2.5 金属离子对黑果腺肋花楸花青素稳定性的
影响
由表4可知,K+、Na+的存在以及浓度变化对
色素溶液的吸光值几乎没有影响。但是黑果腺肋花
楸花青素溶液中加入 Mg2+后,随着 Mg2+浓度的增
加吸光值逐渐增大,而且添加 Mg2+的色素溶液吸
光值显著大于对照组溶液吸光值,说明 Mg2+对黑
果腺肋花楸花青素起到一定的护色的作用[1 7]。而
色素溶液中加入Cu2+或 A13+时,开始变紫并随着
离子浓度的增大紫色更加明显,但是加入Cu2+的色
素溶液静止后有轻微的絮状物产生,加入A13+的色
素溶液直接产生紫黑色沉淀,离子浓度越大沉淀现
象越明显,由此导致溶液吸光值的增大。这可能是
这2种离子与色素中的某些成分发生了络合反应,
生成了新的难溶解的物质[1 8]。
表4 金属离子对黑果腺肋花楸花青素吸光值的影响
Table 4 Effects of metal ions onabsorption value of anthocyanin fromAronia melanocarpaEliot
浓度/%
因素
Na+ K+ Mg2+ Cu2+ Al 3+
对照 0.293±0.025  0.292±0.027  0.288±0.009c  0.294±0.009d  0.276±0.006e
0.02  0.293±0.025  0.288±0.022  0.296±0.008b  0.306±0.011d  0.466±0.013d
0.04  0.292±0.018  0.290±0.023  0.295±0.015b  0.327±0.006c  0.805±0.041c
0.06  0.293±0.025  0.292±0.028  0.306±0.009ab  0.346±0.007b  0.978±0.011b
0.08  0.295±0.018  0.291±0.023  0.314±0.008a 0.363±0.005a 1.003±0.004ab
0.10  0.294±0.021  0.290±0.028  0.320±0.009a 0.375±0.004a 1.016±0.012a
3 结论
通过本试验可确定用乙醇溶液提取黑果腺肋花
楸花青素的最佳提取条件为:乙醇浓度50%,料液
比1∶15,提取温度30℃,提取时间30min。pH值
对黑果腺肋花楸花青素的稳定性影响显著,在pH
值≤3时,颜色为红色比较稳定,当pH值≥4时,颜
色开始失去红色。黑果腺肋花楸花青素经自然光照
射约3d后被破坏程度显著,热处理温度越高花青
素的破坏程度越大,氧化剂 H2O2、还原剂NaHSO3
当黑果腺肋花楸花青素破坏作用均显著。K+、Na+
当黑果腺肋花楸花青素均无影响,Mg2+ 起护色作
用,当黑果腺肋花楸花青素遇到Cu2+、Al 3+时产生
沉淀。
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