全 文 ：35※工艺技术 食品科学 2009, Vol. 30, No. 12
黑莓果实色素纯化及干燥工艺研究
赵慧芳，李维林，王小敏，崔恩惠，屈乐文，吴文龙，闾连飞
(江苏省中国科学院植物研究所，江苏 南京 210014)
摘 要：通过对树脂种类、吸附时间、洗脱液浓度及干燥方法的研究，确定黑莓色素纯化的条件为LS-300B型大
孔树脂，上样液pH3.00，吸附平衡时间5h，解吸附乙醇浓度70%，冷冻干燥。在此条件下，黑莓色素的得率
为0.58%，花色苷回收率为79.47%，色价为45.21，总花色苷含量为12954.987mg/100g。
关键词：黑莓；色素；纯化；干燥；树脂
Purification and Drying of Pigment from Blackberry Fruits
ZHAO Hui-fang，LI Wei-lin，WANG Xiao-min，CUI En-hui，QU Le-wen，WU Wen-long，LU Lian-fei
(Institute of Botany, Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210014, China)
Abstract ：After being extracted from blackberry fruits with the mixture of 1% HCl and 80% ethanol (1:99, V/V), the crude pigment
was purified with macroporous adsorption resin, and then dried to powder by different processes. Moreover, we conducted the
scale-up production experiment of blackberry pigment under optimized conditions. When blackberry pigment in citric acid-
Na2HPO3 system at pH 3.00 was adsorbed by resin LS-300B for 5 h, and then desorbed by 70% ethanol, the best purification was
achieved. Compared to vacuum and spray drying processes, freeze drying exhibited the best effect. Results of the scale-up
production experiment showed that yield and color value of the blackberry pigment were 0.58% and 45.21, respectively; total
anthocyanin content in the blackberry pigment was 12954.987 mg/100 g, and recovery of anthocyanin was 79.47%.
Key words：blackberry；pigment；purification；dry ng；resin
中图分类号：TS202.3 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2009)12-0035-05
收稿日期：2008-07-10
基金项目：江苏省科技基础设施建设计划项目(BM2008101)
作者简介：赵慧芳(1984-)，女，研究实习员，硕士，研究方向为植物化学和果品加工。E-mail：nuzhenzi_1984@163.com
花色苷在自然界分布广泛，构成了植物王国中的蓝
色、红色、紫色和黄色等多种颜色。作为一种水溶性
天然食用色素，花色苷具有资源丰富、成本低、污染
小、安全性好、提取简便等特点，已成为现代食品生
产中良好的食用着色剂[1]。目前对花色苷类化合物的纯
化方法主要有大孔树脂吸附精制法、超滤法及高速逆流
色谱技术法，其中大孔树脂吸附精制法以效率高、质
量稳定、成本低且操作简单易行等特点而成为当前分离
纯化花色苷类物质的常用方法。国内外很多学者对大孔
树脂纯化色素的工艺进行了研究[2-4]。
黑莓(Rubus pp.)是一种浆果类果树，其果实紫红
色，富含花色苷类物质，是一种良好的天然色素资源。
有研究表明，黑莓色素具有抗氧化[5]、抗癌[6]、抗突变[7]
和清除自由基[8]的作用，在食品、药品、化妆品行业
有广阔的应用前景。本实验拟对大孔树脂在黑莓色素提
取中的应用技术进行研究，以期为该色素的工业生产提
供技术保证。
1 材料与方法
1.1材料、试剂与仪器
黑莓品种“Boysen”的单粒速冻果：2007年6月
于南京溧水县黑莓实验基地采集的鲜果，于－18℃速冻
保存。
蒸馏水、95%乙醇、柠檬酸、磷酸氢二钠，浓
盐酸、氯化钾、醋酸钠、醋酸均为分析纯；树脂LS-
300B、LS-900、D101 西安蓝深特种树脂有限公司；
聚酰胺(pH6～7；视比重＜0.25g/ml；颗粒度100～200
目) 浙江省台州市路桥四甲生化塑料厂。具体型号及
物理参数见表1。
..
编号 树脂型号 外观 极性 比表面积(m2/g)孔径(A)
1 LS-300B白色不透明球状颗粒 中极性 ≥500 100～180
2 LS-900白色不透明球状颗粒 中极性 ≥600 200
3 D101乳白色不透明球状颗粒 非极性 ≥500 200
表1 树脂的型号及物理参数
Table 1 Types and physical performance of resin
。
2009, Vol. 30, No. 12 食品科学 ※工艺技术36
树脂柱(1cm×40cm、7.5cm×75cm)；TU-1810紫
外可见分光光度计；SHz-88恒温振荡器；WP 700TL23-
k5 Galanz微波炉；EX-200A型电子天平；AEL-202电子
分析天平；ZD-2自动电位滴定仪；PHILIPS HR2838搅
拌机；876-1型真空干燥箱；BUCHI-190喷雾干燥仪；
LYPHLOCK 4.5冷冻干燥仪。
1.2方法
1.2.1黑莓果实色素粗提物的制备
黑莓速冻果微波解冻，用搅拌机直接打浆，果浆
以1% HCl-80%乙醇(1:99，V/V)作提取溶剂，料液比1:
2(g/ml)，温度25℃，每次提取时间90min，提取2次
(第2次提取溶剂用量减半)，提取液抽滤后合并，50℃
减压浓缩至一定体积，得色素粗提物，存于4℃冰箱中
备用。
1.2.2树脂的预处理
将LS-300B、LS-900、D101树脂置于95%乙醇中
浸泡24h，除去杂质，再用蒸馏水洗至无乙醇残留。将
聚酰胺树脂置于95%乙醇中浸泡24h，除去杂质，再用
蒸馏水洗至无乙醇残留，然后用5% HCl浸泡12h，再
用蒸馏水洗至中性，最后用2% NaOH浸泡12h，蒸馏
水洗至中性。
1.2.3树脂的筛选
取一定量黑莓色素粗提物，用蒸馏水稀释到一定浓
度，调节pH3.00，用pH3.00的柠檬酸-磷酸氢二钠缓
冲液稀释适当倍数，测定其峰值(514nm)处的吸光度[9]，
并计算色价E1[10]。称取处理好的4种树脂各20.000g，分
别置于锥形瓶中，加入100ml配制好的黑莓色素溶液，
用保鲜膜封口，置恒温振荡器上于25℃、180r/min振荡
5h[11]，充分吸附后过滤，滤液用pH3.00的柠檬酸-磷
酸氢二钠缓冲液稀释适当倍数，测定峰值处的吸光度，
计算色价E2。以上操作重复3次，取平均值，计算吸
附率[12]。
过滤后的树脂用60ml蒸馏水洗净，加入到100ml
80%乙醇溶液中，置振荡器上于25℃、180r/min振荡
5h，充分解吸附后过滤，滤液用pH3.00的柠檬酸-磷
酸氢二钠缓冲液稀释适当倍数，测定其峰值处的吸光度
并计算色价E3。以上操作重复3次，取平均值，计算
解吸附率。
A×f
E ＝————
m
E1－E2
吸附率(%)＝———×100
E1
E3
解吸附率(%)＝———×100
E1－E2
式中：E为色价；A为峰值处的吸光度；f为稀释倍
数；m为粗提取样品的质量，g；E1为吸附前液体的色价；
E2为吸附后液体的色价；E3为解吸附后液体的色价。
1.2.4树脂的吸附平衡时间测定
同上法配制黑莓色素溶液，测定其峰值处的吸光
度，并计算色价。称取处理好的LS-300B树脂60.000g，
等分为3份，分别置于锥形瓶中，加入100ml色素溶液，
用保鲜膜封口，置恒温振荡器上于25℃、180r/min振荡
6h，每隔0.5h各取2ml上清液，用pH3.00的柠檬酸-磷
酸氢二钠缓冲液稀释适当的倍数，测定其峰值处的吸光
度，计算色价和树脂的吸附率，绘制吸附曲线。
1.2.5pH值对树脂吸附率的影响
配制pH值为2.00、3.00、4.00、5.00、6.00的等
量色素溶液，分别吸取2ml，用pH3.00的柠檬酸-磷酸
氢二钠缓冲液稀释适当倍数，测定其峰值下的吸光度，
并计算色价。称取处理好的LS-300B树脂15.000g，等
分为5份，分别置于锥形瓶中，加入各pH值色素溶液
30ml，用保鲜膜封口，置恒温振荡器上于25℃、180r/min
振荡5h，充分吸附后过滤，滤液用pH3.00的柠檬酸-
磷酸氢二钠缓冲液稀释适当倍数，测定峰值处的吸光
度，计算色价和吸附率。
1.2.6树脂解吸附乙醇浓度的选择
取90.000g吸附饱和的LS-300B树脂，等分为3份，
分别加入30ml蒸馏水，装入3根树脂柱(1cm×4cm)，
用100ml的蒸馏水洗脱至流出液pH值为中性，固形物含
量为0，依次分别用30ml浓度为10%、20%、30%、
40%、50%、60%、70%、80%的乙醇洗脱，流速为
1ml/min，每30ml收集一瓶。收集液分别用pH3.00的柠
檬酸-磷酸氢二钠缓冲液稀释适当倍数，测定其峰值处
的吸光度，计算色价和解吸附率，绘制解吸曲线。
1.2.7不同干燥方法对黑莓色素产品纯度的影响
取一定量黑莓色素纯化液，等分为3份，分别进
行真空、冷冻和喷雾干燥。
真空干燥：在50℃下浓缩，浓缩液置蒸发皿中于
50℃挥掉水分，成流动性较差的浸膏，50℃真空干燥得
色素粉末。
冷冻干燥：在50℃下浓缩得红色浆状物质，于－15℃
预冻至水分充分冻结，－50℃冷冻干燥得色素粉末。
喷雾干燥：直接进行喷雾干燥，出风温度100℃，
得色素粉末。
3种色素产品的比较：包括产品得率、纯度和感官
3方面，其中纯度比较方法为：精确称取干燥的黑莓色
素粉末0.1g，用蒸馏水溶解，定容到100ml作为样品液，
测定色价[10]和花色苷含量(pH示差法)[14-15]。
1.2.8黑莓色素产品加工技术的扩大实验
37※工艺技术 食品科学 2009, Vol. 30, No. 12
称取一定量LS-300B树脂，湿法装柱(7.5cm×
75cm)。取黑莓“Boysen”单粒冻果6000g，按照1.2.1
节的方法提取得到黑莓色素粗提液，上样纯化，纯化液
在50℃下减压浓缩为浸膏，－50℃冷冻干燥，得到黑莓
色素产品。精确称取干燥的黑莓色素粉末0.1000g，用
蒸馏水溶解，定容到100ml作为样品液，测定色价，并
用pH示差法测定样品中花色苷含量，计算花色苷回收
率[15]。
样品中总花色苷含量
花色苷回收率(%)＝ ——————————×100
果实中总花色苷含量
果实花色苷含量测定方法如下，取黑莓“Boysen”
单粒冻果150g，微波解冻后打浆，精确称取10.000g果
浆，用1% HCl-甲醇(1:99，V/V)作提取溶剂，料液比
1:6，温度35℃，提取2次(第2次提取溶剂用量减半)，
每次提取时间90min。提取液在4000r/min下离心10min，
合并上清液，定容至100ml，用pH示差法测定花色苷
含量。计算花色苷回收率[15]。
2 结果与分析
2.1树脂的筛选
4种树脂对黑莓色素的吸附率和解吸附率见表2。
LS-300B、LS-900和D101树脂对黑莓色素的吸附率在90%
左右，聚酰胺树脂吸附率很低，仅为33.96%；LS-300B
树脂的解吸附率高达96.48%，极显著地高于其他3种，
聚酰胺的解吸附率最低，仅为32.08%；4种树脂解吸附
后液体的色价为LS-300B＞LS-900＞D101＞聚酰胺。
注：表中上标不同小写字母表示各因素不同水平间的差异显著，p＜0.05；表
中上标不同大写字母表示各因素不同水平间的差异极显著，p＜0.01。下同。
树脂型号 树脂量(g)E1(×10-1) E2(×10-2)E3(×10-1)吸附率(%)解吸附率(%)
LS-300B2 .0002.12 2.13 1.8489.95bB 96.48aA
LS-9002 .0002.12 1.92 1.7390.94aA 89.73bB
D10120.0002.12 2.08 1.5990.18aAB 83.15cC
聚酰胺 20.0002.12 1.40 0.23133.96cC 32.08dD
表2 4种树脂对黑莓色素的吸附率和解吸附率的影响
Table 2 Absorption and desorption of different resins to pigment
from blackberry fruits
树脂的吸附率与其比表面积、表面极性、孔结
构、孔隙率等有关，尤其是比表面积在吸附过程中起
较大作用[16]。LS900、D101、LS-300B 3种树脂具有较
大的比表面积和适宜的孔径，并附加了亲水集团，使
其具有较高的色素吸附能力。LS-300B树脂的吸附率略
低于其余两种大孔树脂，但是解吸附率较高，同时解
吸附液体的色价也明显较高，说明比洗脱量较高[17]；
LS-900吸附率较高，解吸附率和解吸附液体的色价却较
LS-300B低，说明比洗脱量较LS-300B树脂低；D101树
脂对黑莓色素有较高的吸附率，但解吸附率较低；聚酰
胺树脂的吸附率和解吸附率均极显著低于3种大孔树
脂。综合分析认为，LS-300B树脂为黑莓色素纯化中较
好树脂。
2.2树脂对黑莓色素的吸附平衡时间确定
pH 树脂量(g)色素溶液(ml)E1(×10-1) E2(×10-2) 吸附率(%)
2.003.000 30 1.16 1.61 86.12bB
3.003.000 30 1.16 1.19 89.74aA
4.003.000 30 1.16 1.55 86.64bB
5.003.000 30 1.16 2.73 76.47cC
6.003.000 30 1.16 3.34 71.21dD
表3 不同pH值下LS-300B树脂对黑莓色素的吸附率
Table 3 Adsorption of resin LS-300B to blackberry pigment in
citric acid-Na2HPO3 system at different pH values
由图1可以看出，加入黑莓色素溶液后，LS-300B
树脂的吸附率在2h内呈直线上升，之后上升速度减缓，
5h之后吸附率趋于平稳，说明LS-300B树脂对黑莓色素
的吸附速度开始时比较快，随着时间的延长吸附速度减
慢，5h之后逐渐达到平衡。花色苷类成分是一类较不
稳定的物质，考虑到黑莓色素长时间暴露在空气中，光
照、温度、氧化剂等都会对其产生影响，色素纯化过
程中树脂的吸附时间应控制在5h以内。
2.3pH值对树脂吸附率的影响
溶液的pH值会改变花色苷的存在形式和溶解度，
从而会影响树脂的吸附和解吸附。由表3可以看出，上
样液的pH值在2.00～4.00时，LS-300B树脂对黑莓色素
的吸附率均在86%以上，其中pH3.00时吸附率最高达
到89.74%，pH值超过4.00时吸附率明显降低，pH6.00
时色素的吸附率仅为71.21%。这可能是由于黑莓色素中
的花色苷成分含有较多的酚羟基，pH值过高时其在水
中的溶解度较大，从而减弱了树脂对它的吸附[15]。所
以在用LS-300B树脂纯化黑莓色素时，上样液的pH值
应控制在3.00左右。
2.4解吸附乙醇浓度的选择
图1 LS-300B树脂动态吸附曲线
Fig.1 Dynamic adsorption curve of resin LS-300B
100
80
60
40
20
0
吸
附
率
(
%
)
时间(h)
0 1 2 3 4 5 6
2009, Vol. 30, No. 12 食品科学 ※工艺技术38
由图2可以看出，乙醇浓度越高，色素的解吸附
率越高。这是由于乙醇是一种极性溶剂，它的加入会
改变溶液的介电常数以及吸附剂与色素之间的分子引
力，增大色素的溶解度，从而增大树脂的解吸附率。
当乙醇浓度达到50%时，LS-300B树脂已基本完全解吸
附，之后随着乙醇浓度的进一步增大，解吸附率虽有
所提高，但不明显。
由于花色苷成分的不稳定性，解吸后的液体进一步
浓缩需在低温条件下进行，水分过多不利于低温浓缩，
因此解吸附用的乙醇浓度不能太低。综合考虑解吸附率
与浓缩条件，选择70%乙醇作为洗脱剂。
2.5不同干燥方法对黑莓色素产品纯度的影响
经真空干燥、冷冻干燥和喷雾干燥得到的色素产品
分别为6.426、6.438和4.246g(表4)，前两者差异小，由
于喷雾干燥机是中试设备，非实验用，造成喷雾过程
中损失较大，所得色素产品重量显著少于前两者。
干燥方法 温度(℃)持续时间 色价
总花色苷含量 粉末
(mg/100g)重量(g)
真空干燥 50 5h 38.45cB 10544.368cB .426aA
冷冻干燥 －50 10h 44.53aA 12848.576aA 6.438aA
喷雾干燥 100 1.0～1.5s40.20bB 11364.978bB 4.246bB
表4 不同干燥方法对黑莓果实色素色价和花色苷含量的影响
Table 4 Effects of different drying processed on color value and
anthocyanin content of pigment from blackberry fruits
由于花色苷的热不稳定性，无论是长时间较低温度
加热(真空干燥)，还是短时间高温加热(喷雾干燥)，对
花色苷的影响都很大。由表4可以看出，3种干燥方法
中，冷冻干燥所得黑莓色素产品的色价、总花色苷含
量极显著高于真空干燥和喷雾干燥所得的黑莓色素产
品，色价高达44.53，总花色苷含量为12848.576mg/
100g，分别高于真空干燥17.93%和13.65%，因此认为
冷冻干燥是黑莓果实色素的最佳干燥方法。真空干燥过
程加热时间较长，由于花色苷的不稳定性，损失较为
严重，色素产品的色价和总花色苷含量均低于其他两种
方法。喷雾干燥由于省去了纯化液的浓缩过程，而且
干燥过程中花色苷受热时间很短，因此所得色素产品的
色价和总花色苷含量显著高于真空干燥。
真空干燥和冷冻干燥所得黑莓色素产品为紫黑色块
状、片状或针状物，颗粒不均匀，喷雾干燥所得黑莓
色素产品为紫红色微粒，颗粒蓬松且大小形状均匀一
致，流动性好。
2.6黑莓色素产品加工技术扩大实验
步骤 重量(g)总花色苷含量(mg/100g)花色苷回收率(%)
果实 6000 95.118 －
粗提液 42000 12.111 89.13
纯化液 6000 78.257 82.27
产品(粉末) 35.01 12954.987 79.47
表5 扩大实验中各步骤的花色苷回收率
Table 5 Recovery of anthocyanin at each production step in
scale-up experiment
黑莓“Boysen”果实中总花色苷含量为95.118mg/
100g，扩大实验提取、纯化、干燥过程中，由于花
色苷的不稳定性及操作过程的损失，总花色苷的含量均
有一定的减小。提取液中花色苷的回收率，即提取率
为89.13%(表5)，这主要是由于提取溶剂及料液比的影
响(1% HCl-甲醇提取效果好于1% HCl-80%乙醇，但甲
醇在实际生产中不宜使用)，果实花色苷含量测定所用
的溶剂为1% HCl-甲醇，料液比为1:6，扩大实验所用
溶剂为1% HCl-80%乙醇，料液比为1:4；纯化液花色
苷回收率为82.27%，相比较粗提液下降了6.86%，这主
要是由于粗提液浓缩和纯化中花色苷的损失；黑莓色素
产品中的花色苷回收率为79.47%，相比较纯化液下降了
2.80%，下降幅度较小，这主要是由于纯化液浓缩及干
燥过程中花色苷的损失。
实验结果显示，用LS-300B型大孔树脂纯化后得到
紫黑色黑莓色素产品35.01g，得率为0.58%。经测定，
扩大实验所得黑莓色素粉末的色价为45.21，总花色苷含
量为12954.987mg/100g，应用本工艺提取和纯化黑莓色
素的花色苷回收率为79.47%。
3 结论与讨论
本研究确定黑莓果实色素纯化的条件为：LS-300B
型大孔树脂，上样液pH3.00，吸附平衡时间5h，解吸
附乙醇浓度70%，冷冻干燥。在此条件下，黑莓色素
的得率为 0.58%，色价为45.21，总花色苷含量为
12954.987mg/100g，花色苷回收率为79.47%。
由于花色苷成分不稳定，所以提取纯化过程中容易
受到多种因素的影响。黑莓原汁中含有大量的糖类、有
机酸和矿质元素等成分，pH值较低，对花色苷有保护
作用，所以原汁色泽稳定。但是在黑莓果实色素纯化
图2 LS-300B树脂在不同乙醇浓度下的解吸附曲线
Fig.2 Desorption curve of resin LS-300B under different concen-
trations of ethanol
100
80
60
40
20
0
解
吸
附
率
(
%
)
乙醇浓度(%)
10 2030 40506070 80
39※工艺技术 食品科学 2009, Vol. 30, No. 12
过程中，这些保护性物质大部分被去除，pH值也有所
升高，所以花色苷成分的稳定性会降低。为了减小花
色苷成分在纯化过程中的损失，提取剂和洗脱剂乙醇的
浓度不宜太低，用量不宜过大，以免增加浓缩的难度。
浓缩和干燥过程中温度和时间成反比，温度偏低则需要
较长时间，温度偏高则时间较短，综合温度和时间因
素，本实验选择温度控制在45～50℃。同时实验过程
中色素在树脂上的吸附时间不宜过长，控制在5h以内，
吸附完成后应尽快完成解吸附及后续步骤，尽量缩短整
个流程的延续时间。
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