全 文 ：第 12 卷 第 1 期 北华大学学报(自然科学版) Vol． 12 No． 1
2011 年 2 月 JOURNAL OF BEIHUA UNIVERSITY(Natural Science) Feb． 2011
文章编号:1009-4822(2011)01-0068-07
天女木兰色素提取工艺及稳定性
杜凤国1，2，孙广仁1，2，姜洪源3，吕伟伟4
(1．吉林省林业与生态环境重点实验室，吉林 吉林 132013;2．北华大学林学院，吉林 吉林 132013;
3．吉林省汪清林业局，吉林 汪清 133200;4．吉林市林业科学研究院，吉林 吉林 132013)
摘要:以采自吉林省通化石湖林场的天女木兰叶片为研究材料，对天女木兰色素提取工艺及色素稳定性进行了
研究．结果显示:采用纯乙醇作为提取剂提取干叶中的色素效果最好;运用正交试验，确定了天女木兰色素提取
的最佳工艺条件:温度 40 ℃、时间 4 h、m(固)∶ V(液)为 1∶ 30(g /L) ;在色素稳定性试验中发现天女木兰色素受
光、温度和 pH的影响都很大，而在常用山梨酸钾防腐剂中可长时间保持良好的稳定性;天女木兰色素在不同浓
度的糖溶液中也具有较好的稳定性．
关键词:天女木兰;色素;提取工艺;稳定性
中图分类号:Q946． 91;S789． 4 文献标志码:A
收稿日期:2010-09-27
基金项目:吉林省自然科学基金项目(20050554)．
作者简介:杜凤国(1960 －) ，男，教授，博士，主要从事濒危植物保育生物学、植物分子系统学、植物资源开发利用研究;
孙广仁(1964 －) ，男，教授，博士，主要从事食品检验与分析研究．
Stability and Extracting Technology of Magnolia sieboldii pigment
DU Feng-guo1，2，SUN Guang-ren1，2，JIANG Hong-yuan3，L Wei-wei4
(1． Jilin Province Key Lab of Forestry and Ecological Environment，Jilin 132013，China;
2． Forestry College of Beihua University，Jilin 132013，China;
3． Wangqing Forestry Bureau of Jilin Province，Wangqing 133200，China;
4． Forestry Academy of Jilin City，Jilin 132013，China)
Abstract:The leaves of Magnolia sieboldii collecting from Shihu Forest Farm of Tonghua city in Jilin Province as
research material，the stability and extracting technology of Magnolia sieboldii pigment is researched． The results
showed that the best effect on pigment by using pure alcohol as extractant was obtained，the best extracting
conditions were confirmed by using orthogonal experiment as follows:the temperature is 40 ℃，time is four hours，
and the solid ∶ liquid is 1 ∶ 30(g /L)． Based on the stability experiment of M． sieboldii pigment，the pigment is
influenced by light and temperature and pH，the stability in staple preservative substance such as potassium
sorbate is better，the same to that in different concentrations of sugar solution．
Key words:Magnolia sieboldii;pigment;extracting technology;stability
天女木兰(Magnolia sieboldii K． Koch)为木兰科(Magnoliaceae)木兰属(Magnolia)落叶小乔木，为第四
纪冰川时幸存的孑遗植物，堪称植物王国中的“准太后”与“活化石”［1］．在《中国植物红皮书》中被列为国
家重点保护的珍稀濒危植物［2］，为木兰科在我国分布最北界的一个物种，系统分类地位极为重要;它的叶
片硕大而浓绿，花色洁白，大而美丽，馨香浓郁，果实成熟时为深红色，呈棒槌形，种子鲜红色，由珠柄细丝
连接而悬挂于果皮外，极为美观，是观叶、观花、观果、芳香兼备的著名木本观赏花卉．天女木兰材质光滑、
细腻、防腐，是雕刻、制作高级器具的上等材料;花、果、叶、根均含有芳香油，可以提取高级香料，同时具有
很高的药用价值．天女木兰是一种集观赏、香料和药用于一身的重要野生经济植物，具有极大的开发利用
价值．目前，一些学者对天女木兰的生物学特性［3-5］、繁育与栽培技术［6-9］、生殖生物学［10-11］、物种多样
性［12］、精油化学成分［13］等方面进行了研究，但对于天女木兰色素的提取工艺及稳定性研究尚未见报道．
基于此，本次针对天女木兰的色素提取工艺及稳定性进行研究，以期为天女木兰的进一步开发利用提供理
论依据和技术支撑．
1 试验方法
试验样品为采自吉林省通化石湖林场的天女木兰新鲜叶片，再经自然风干后备用．
1． 1 天女木兰色素提取工艺
1． 1． 1 仪器与设备
仪器设备有 HA121-50-01 食品功能因子提取装置、RE52CS-1 旋转蒸发器、722S 可见光分光光度计、
LG10-2． 4A高速离心机、UV-2450 紫外分光光度计、AL104 电子天平、HH-2 数显恒温水浴锅、SHB-B95 循
环水式多用真空泵．
1． 1． 2 天女木兰色素提取工艺
1)工艺流程．按照段聂晶的提取工艺［14］进行，即干叶剪碎→浸提→过滤→滤液→真空浓缩→真空干
燥→天然色素干品→滤渣．
2)标准贮备液的配制．准确称取天女木兰标样 104 mg，用少量 95%乙醇溶解，然后转移到 100 mL 容
量瓶中，用 95%乙醇定容，体积质量为 1． 04 g /L．
3)标准曲线绘制．根据标准色阶表 1，绘制天女木兰叶片中所提取色素的标准曲线，见图 1．
表 1 标准色阶
Tab． 1 The standard color steps
ρ /(g·L －1) 0 0． 04 0． 08 0． 13 0． 17 0． 21 0． 25 0． 33 0． 42 0． 54
吸光度 A 0 0． 10 0． 17 0． 25 0． 35 0． 42 0． 51 0． 66 0． 82 1． 13
图 1 色素标准曲线
Fig． 1 Standard curve of pigment
4)色素提取最佳条件的确立． 测定天女木兰色素
最大吸收光谱及特征颜色反应，对可能影响提取效果
的因素(浸提剂及浓度、温度、时间、浸提次数、固液比
等)进行单因素试验，用正交试验确定色素提取的最优
工艺条件［15］．
色素光谱特性的测定:取上述浸提液 1 mL，用
25 mL乙醇稀释． 在 20 ℃下用紫外可见分光光度计于
200 ～ 800 nm范围内扫描测定．
浸提剂的选择:根据孔垂华［16］所使用的方法，称取
2 g天女木兰干叶 9 份，分别加入乙醇、石油醚、正己烷、
正丁醇、二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮、蒸馏水和乙醚等不同的浸提剂各 100 mL，在相同条件下浸提色素 2 h，
用可见光分光光度计测定吸光度．
乙醇浓度对色素提取效果的影响:称取 2 g 天女木兰干叶 6 份，分别加入 20%、40%、60%、70%、
80%、100% 6 种不同体积分数的乙醇溶液 100 mL，在相同条件下浸提色素 2 h，使用可见光分光光度计测
定吸光度．
温度对浸提效果的影响:称取 1 g 天女木兰干叶 6 份，分别加入 40 mL 的乙醇，在 20、30、40、50(回
96第 1 期 杜凤国，等:天女木兰色素提取工艺及稳定性
流)、60(回流)、70 ℃(回流)的水浴中浸提 2 h，取 2 mL提取液，加入 20 mL乙醇，再分别测定吸光度．
时间对浸提效果的影响:称取 1 g天女木兰干叶 6 份，分别加入 40 mL 的乙醇，在室温下浸提 1、2、3、
4、5、6 h，取 2 mL提取液，分别加入 10 mL乙醇，再分别测定其吸光度．
固液比对浸提效果的影响:称取 1 g天女木兰干叶 7 份，分别加入 10、20、30、40、50、60、70 mL的乙醇，
在室温下浸提 2 h，各取浸提液 5 mL定容到 50 mL的容量瓶中，再分别测定其吸光度．
浸提次数对浸提效果的影响:称取 1 g天女木兰干叶，加入 50 mL 的乙醇，室温下浸提 1 h，用真空泵抽
滤后测其吸光度．过滤后挥发掉溶剂，在相同条件下对滤渣重复相同的试验，进行浸提．
正交试验:在以上单因素试验的基础上，对影响色素浸提较大的 3 个因素———浸提温度、浸提时间和
固液比进行 L93
3 正交试验，通过正交试验确定天女木兰色素提取的最佳工艺条件．
表 2 色素浸提正交因素水平
Tab． 2 Orthonormal factors horizontal of marigold pigments
水平
因 素
A:θ /℃ B:t /h C:m(固)∶ V(液)/(g·L －1)
1 40 2 1∶ 30
2 50 3 1∶ 40
3 60 4 1∶ 50
1． 2 不同条件下天女木兰色素的稳定性
根据天女木兰色素的最大吸收波长，在此波长条件下测定其色素在不同条件下的吸光度，以吸光度大
小衡量天女木兰色素浓度的变化，由此获得在不同条件下色素的稳定性．
1． 2． 1 光对色素稳定性的影响
移取 5 mL配制的天女木兰色素溶液 3 份，各加入 20 mL乙醇后，分别置于室内避光、室内散射光和日
光下 4 h，定时取样测定吸光度．
1． 2． 2 温度对色素稳定性的影响
移取 5 mL配制的天女木兰色素溶液 4 份，各加入 20 mL 乙醇后，分别置于 40、50、60、70 ℃的水浴中
保温 4 h，定时取样，用自来水冷却后测定吸光度．
1． 2． 3 pH对色素稳定性的影响
移取 5 mL配制的天女木兰色素溶液 4 份，分别加入 20 mL 乙醇后，用0． 1 mol /L的 NaOH 和 0． 1 mol /L
的 HCl配成缓冲液，pH分别为 3． 0、5． 0、7． 0、9． 0、11． 0，准确移取配制的天女木兰色素溶液 5 mL，分别加
入 20 mL乙醇后，室温暗处放置 4 h，定时取样测定吸光度．
1． 2． 4 常见金属离子对色素稳定性的影响
分别配制浓度为 1%的 Fe3 +、Fe2 +、Zn2 +、Cu2 +、Na +、K +、Mg2 +、Al3 +离子溶液，取 5 mL配制的天女木
兰色素溶液，分别加入 3 mL上述的金属离子溶液，再加入 10 mL 95%乙醇溶液，室温暗处放置 4 h，定时测
定吸光度．
1． 2． 5 防腐剂对色素稳定性的影响
选常用的防腐剂山梨酸钾，根据国家食品添加剂使用卫生标准，其在食品中限量为 0． 2 g /kg，配制质
量分数为 1． 0 g /kg，吸取 5 mL配制的天女木兰色素溶液移入 20 mL 95%乙醇溶液中，室温暗处分别放置
1、2、3、4、5 h，定时测定吸光度．
1． 2． 6 糖对色素稳定性的影响
分别配制 2． 5%、5． 0%、10． 0%、20． 0%的葡萄糖，取 2 mL天女木兰色素溶液，加入 20 mL 95%乙醇溶
液中，室温暗处放置 4 h，定时测定吸光度．
2 结果与分析
2． 1 天女木兰色素提取工艺
2． 1． 1 天女木兰色素光谱特性
天女木兰色素的光谱特性如图 2．
07 北华大学学报(自然科学版) 第 12 卷
图 2 天女木兰色素光谱特性
Fig． 2 The spectrum character of
pigment of Magnolia sieboldii
由图 2 可知:天女木兰色素在 433 nm 处有一个最
大吸收峰．本试验以该波长下测定的吸光度作为色素
提取率的技术指标，另一部分利用比色法可以直接判
断色素提取的效果．
2． 1． 2 浸提剂的选择
具体选用哪种浸提剂进行提取见表 3．从表 3 可以
看出:乙醇的提取效果最好． 因此，选乙醇作为天女木
兰色素提取溶剂．
从表 4 可知:100%乙醇浸提天女木兰色素的效果
最好，对干叶的渗透性较其他溶剂更强，故选择 100%
乙醇作为色素的浸提剂．
2． 1． 3 温度对浸提效果的影响
不同温度条件下的色素吸光度见表 5．由表 5 可以
看出:温度在 40 ～ 70 ℃浸提效果较好．乙醇的沸点是 78 ℃，考虑在较高温度下无水乙醇的挥发较严重，而
天女木兰色素对热较为敏感，温度过高影响提取效果，故选用 40、50、60 ℃做正交试验．
表 3 不同溶剂下天女木兰色素的浸提效果
Tab． 3 Extraction effect of Magnolia sieboldii pigment with different solvents
溶剂 乙醇 石油醚 正己烷 正丁醇 乙酸乙酯 丙酮 蒸馏水 乙醚
吸光度 A 0． 442 0． 003 0． 005 0． 377 0． 307 0． 361 0． 019 0． 426
ρ /(g·L －1) 0． 220 0． 002 0． 003 0． 190 0． 150 0． 180 0． 010 0． 210
表 4 不同体积分数乙醇下天女木兰色素的提取效果
Tab． 4 Extraction effect of Magnolia sieboldii pigment with different mass fractions of alcohol
φ(乙醇)/% 20 40 60 70 80 100
吸光度 A 0． 047 0． 148 0． 310 0． 346 0． 773 1． 328
ρ /(g·L －1) 0． 024 0． 074 0． 155 0． 173 0． 387 0． 526
表 5 不同温度条件下的色素吸光度
Tab． 5 Pigment absorbance under the different temperatures
θ /℃ 20 30 40 50(回流) 60(回流) 70(回流)
吸光度 A 0． 059 0． 091 0． 336 0． 481 0． 560 0． 622
ρ /(g·L －1) 0． 030 0． 047 0． 170 0． 240 0． 280 0． 310
2． 1． 4 时间对浸提效果的影响
不同浸提时间下的色素浸提效果见表 6．
表 6 不同浸提时间下的色素吸光度
Tab． 6 Pigment absorbance under different extract times
t /h 1． 0 1． 5 2． 0 2． 5 3． 0 4． 0 5． 0 6． 0
吸光度 A 0． 048 0． 069 0． 090 0． 134 0． 176 0． 229 0． 241 0． 258
ρ /(g·L －1) 0． 025 0． 035 0． 046 0． 065 0． 085 0． 115 0． 120 0． 130
由表 6 可以看出:浸提 2 ～ 4 h，色素浸提增加率变大，浸提 5 ～ 6 h 时，色素浸提率的增加幅度变小，因
此可以得出:浸提时间应控制在 3 ～ 4 h为宜，超过 5 h，色素浸提增加率很小，而试验周期增大，从时间成
本角度来讲是不合适的．
2． 1． 5 固液比对浸提效果的影响
由于干叶体积较大，如果加入的浸提剂过少，会有部分干叶不被浸提剂浸润，导致色素溶出不完全，而
17第 1 期 杜凤国，等:天女木兰色素提取工艺及稳定性
加入的浸提剂过多，成本又会增加，因此，固液比对浸提效果也有一定的影响，结果见表 7．
表 7 不同固液比的浸提效果
Tab． 7 Extraction effect of different ratios of solid to liquid
m(干叶)∶ V(乙醇)/(g ∶ mL) 1∶ 10 1∶ 20 1∶ 30 1∶ 40 1∶ 50 1∶ 60 1∶ 70
吸光度 A 0． 119 0． 111 0． 128 0． 138 0． 137 0． 115 0． 099
ρ /(g·L －1) 0． 060 0． 055 0． 064 0． 069 0． 068 0． 057 0． 051
从表 7 可以看出:固液比为(1∶ 30)～(1∶ 50)的提取效果好，当固液比大于 1∶ 60 时提取的效果明显
变差．
2． 1． 6 浸提次数对浸提效果的影响
不同浸提次数下的浸提效果也不同，结果见表 8．
表 8 不同提取次数的色素吸光度
Tab． 8 Pigment absorbance of different extraction times
n(提取) 1 2 3 4 5
吸光度 A 0． 354 0． 169 0． 143 0． 071 0． 067
ρ /(g·L －1) 0． 175 0． 085 0． 070 0． 036 0． 034
从表 8 可知:浸提第 1 次时，色素溶出率较高，而从第 2 次浸提以后色素溶出量逐渐降低，因此，浸提
次数为 1 次较合适．
2． 1． 7 正交试验结果
浸提条件正交试验结果见表 9．
表 9 浸提条件正交试验
Tab． 9 Orthogonal experiment of extracting condition
试验号 A B C 吸光度 A ρ /(g·L －1)
1 1 1 1 0． 578 0． 270
2 1 2 2 0． 501 0． 250
3 1 3 3 0． 386 0． 190
4 2 1 2 0． 230 0． 115
5 2 2 3 0． 365 0． 180
6 2 3 1 0． 698 0． 350
7 3 1 3 0． 229 0． 115
8 3 2 2 0． 340 0． 170
9 3 3 1 0． 800 0． 400
K1 0． 710 0． 500 1． 020
K2 0． 645 0． 600 0． 535
K3 0． 685 0． 940 0． 485
k1 0． 237 0． 167 0． 340
k2 0． 215 0． 200 0． 178
k3 0． 228 0． 313 0． 162
r 0． 022 0． 146 0． 178
由表 9 可知:3 个试验因素对提取效果的影响，以固液比(r = 0． 178)最大，其次是时间因素(r =
0． 146) ，第 3 是温度因素(r = 0． 022)．温度以 A1 的提取效果最好，时间以 B3 的提取效果最好，固液比以
C1 的提取效果最好，因此，天女木兰色素提取的最佳工艺是 A1B3C1，即温度为 40 ℃、时间 4 h、固液比
为 1 30．
27 北华大学学报(自然科学版) 第 12 卷
2． 2 色素的稳定性
2． 2． 1 光对色素稳定性的影响
从图 3 可知:天女木兰色素在室内避光条件下损失很少，其吸光度很少下降，在室内散射光条件下损
失较小，4 h后还能保留 90%，但在日光下不稳定，吸光度下降幅度较大，且颜色变化很明显，因此，在使用
和保存时应避光．
2． 2． 2 温度对色素稳定性的影响
从图 4 可看出:天女木兰色素在加热温度为 40 ℃以下损失不大，当温度升至 40 ℃以上时，其吸光度
下降的幅度较为明显，说明温度越高天女木兰色素损失越严重，因此，天女木兰色素要避免高于 40 ℃ ．
图 3 天女木兰色素在不同光照条件下的吸光度
Fig． 3 Absorbance of Magnolia sieboldii
pigment under different illuminations
图 4 天女木兰色素在不同温度条件下的吸光度
Fig． 4 Absorbance of Magnolia sieboldii
pigment under different tempratures
2． 2． 3 pH对色素稳定性的影响
从图 5 可知:天女木兰色素在不同 pH下其吸光度也不同，色素在碱性条件下比在酸性条件下相对稳
定．在酸性条件下变化较大，当 pH在 3 ～ 5 时，吸光度在 0 h时没有变化，而从 1． 5 h到 2 h下降较为明显，
但颜色无显著变化;2 h之后吸光度变化较为平缓．试验中还可以观察到:酸性溶液与天女木兰色素溶液混
合时，吸光度在 0 ～ 1． 5 h迅速下降，且色泽变浅，1． 5 h之后吸光度变化较为平缓．
2． 2． 4 常见金属离子对色素稳定性的影响
从图 6 可知:Zn2 +对天女木兰色素的影响最小，Na +次之，Fe2 +和 Fe3 +的影响最大．从试验中观察到:
加入 Fe2 +和 Fe3 +溶液后，色素色泽变浅且有浑浊沉淀．
图 5 天女木兰色素在不同 pH下的吸光度
Fig． 5 Absorbance of Magnolia sieboldii
pigment under different pH
图 6 天女木兰色素在不同金属离子溶液中的吸光度
Fig． 6 Absorbance of Magnolia sieboldii pigment
under different metal ions solutions
2． 2． 5 山梨酸钾防腐剂对色素稳定性的影响
从图 7 可知:天女木兰色素在国家规定的常用防腐剂中可长时间保持良好的稳定性，因此，可预见该
色素在食品生产加工中受防腐剂的影响很小，可以用山梨酸钾防腐剂进行保存．
2． 2． 6 糖对色素稳定性的影响
由图 8 可知:天女木兰色素在不同浓度的糖溶液中都具有较好的稳定性，可以预见该色素在食品生产
加工中受糖的影响很小．
37第 1 期 杜凤国，等:天女木兰色素提取工艺及稳定性
图 7 天女木兰色素在防腐剂溶液中的吸光度
Fig． 7 Absorbance of Magnolia sieboldii
pigment in preservative agent solutions
图 8 不同浓度葡萄糖溶液中天女木兰色素的吸光度
Fig． 8 Absorbance of Magnolia sieboldii pigment under
different concentrations of glucose solution
3 结 论
1)对天女木兰色素的提取工艺和稳定性的研究表明:利用纯乙醇作为提取剂提取干叶中的色素效果
最好．
2)通过正交试验得出了天女木兰色素提取的最佳工艺条件:温度 40 ℃、时间 4 h和固液比 1 30．
3)色素稳定性试验表明:天女木兰色素受光、温度和 pH 的影响都很大，而在常用山梨酸钾防腐剂中
可长时间保持良好的稳定性，天女木兰色素在不同浓度的糖溶液中都具有较好的稳定性，可以预见该色素
在食品生产加工中受糖的影响很小．
参考文献:
［1］杜凤国，王欢，刘春强，等．天女木兰研究现状及保育对策［J］．西北师范大学学报:自然科学版，2006，42(6) :68-71．
［2］宋朝枢，徐荣章，张清华．中国珍稀濒危保护植物［M］．北京:中国林业出版社，1989．
［3］杜凤国，王欢，杨德冒，等．天女木兰种子形态及生物学特性［J］．北华大学学报:自然科学版，2006，7(3) :269-272．
［4］杜凤国，刁绍起，王欢，等．天女木兰的物候及生长过程［J］．东北林业大学学报，2006，34(6) :39-40．
［5］王立龙，王广林，刘登义．濒危植物小花木兰种子初步研究［J］．安徽师范大学学报:自然科学版，2005，28(1) :72-75．
［6］杜凤国，刁绍起，王欢，等．天女木兰的组织培养［J］．东北林业大学学报，2006，34(2) :42-43．
［7］陆秀君，徐石，李天来，等．天女木兰幼胚离体培养及组织快繁［J］．东北林业大学学报，2008，36(3) :5-7．
［8］马吉龙，李艳君．天女花种子繁殖及其在园林中的应用栽培［J］．河北林果研究，1999，14(3) :238-241．
［9］王欢，杜凤国，杨德冒，等．天女木兰的硬枝扦插繁殖初步研究［J］．北华大学学报:自然科学版，2005，6(4) :352-354．
［10］于小丽，褚磊，甄泉，等．小花木兰居群繁殖生物学的初步研究［J］．安徽师范大学学报:自然科学版，2007，30(4):485-489．
［11］张风娟，徐兴友，陈凤敏，等．天女木兰小孢子发生及雄配子体发育的观察［J］．经济林研究，2008，26(4) :71-75．
［12］杜凤国，王欢，刘春强，等．天女木兰群落物种多样性的研究［J］．东北师大学报:自然科学版，2006，38(2) :91-95．
［13］ Mokchae Konghak． Extraction from Magnolia sieboldii［J］． Journal of the Korean Wood Science and Technology，2004，32(2):33-39．
［14］段聂晶，王安邦．天然食用色素栀花黄，山兰红在食品中应用实验报告［J］．软饮料工业，1995(1) :17-19．
［15］彭子模，李进，孟冬丽．植物源天然色素的开发与应用研究现状与展望［J］．新疆师范大学学报:自然科学版，2000，
19(4) :43-50．
［16］孔垂华，徐效华．有机物的分离和结构鉴定［M］．北京:化学工业出版社，2003:15-16;30-35．
【责任编辑:郭 伟】
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