全 文 ：1998年 8月
第 13卷第 4期
中国粮油学报
Journal of the Chinese Cereals and Oils Associa tion
Vol.13 ,No .4
Aug .1998
黑芝麻色素的提取条件和稳定性研究
孙　玲　张名位　池建伟　赖来展
(广东省农科院农业部黑色食品研究重点开放实验室 , 广州　510640)
摘　要　对黑芝麻色素的提取条件及其光谱特性和稳定性等进行了较系统的研究 , 结果表明:黑芝麻色素
的最佳提取条件是以一定浓度的酸性醇溶液为溶剂 , 保持提取温度 80℃, 时间 3h , 物料比为 1∶50;黑芝麻色
素呈天然黑褐色 , 对自然光 、紫外光 、温度 (25℃～ 100℃)、 酸碱度 (pH4 ～ 8)、抗氧化剂 (茶多酚)、 金属
离子 (Al3+、 Ca2+、 K+、 Zn2+、 Mn2+、 Mg 2+)均表现较稳定 , 是一种优良的天然色素资源。
关键词　黑芝麻色素　提取条件　稳定性
Extraction and S tability of Black Sesame Pigment
Sun Ling　Zhang Mingw ei　Chi Jianw ei　Lai Laizhan
(Agro-Bio technical Research Inst itute , Guangdong Academy of Ag ricultural Science , Guang zhou　510640)
Abstract　The ex t ract ion condit ion , spect rum features and stabili ty of black sesame pigment we re studied.
The optimum ex traction condi tions w ere as follow s:proportioning the black sesame to solvent as 1∶50 ex tract-
ing wi th acidified-alcohol at 80℃ and holding for three hours.T he colour of black sesame pigment w as black
-brow n.T he result also indicated that the pigment w as stable in ult raviole t lig ht o r room -light , stable at
temperature f rom 25℃ to 100℃ and stable in the solvent (pH 4 ～ 8)containing tea -phenol and some metal
ions , such as Al3+ , Ca2+ , K+ , Zn2+ , Mn2+ , Mg2+.
Key words　black sesame pigment , ex t raction condit ion , stabili ty
0　前言
黑色食品具有天然性 、功能性 、 营养结构科学合
理性的特点 , 被营养学家推崇为二十一世纪食品。黑
米 、黑豆 、 黑芝麻等粮油作物作为黑色食品的主要资
源 , 不但具有清肝明目 、 乌发 、润肠等功效 , 其种皮
含有大量的天然黑 (红)色素使之成为天然色素的优
异资源 。目前 , 对黑米 、 黑豆种皮色素的提取条件及
理化性质研究较多 , 证明了黑米 、黑豆种皮色素的主
要成分为黄酮花色苷类化合物 , 在 270nm 、 535 nm
处有明显吸收峰〔1〕。关于黑芝麻色素的提取条件和理
化性质研究的详细报道尚少 , 有研究
　　收稿日期:1998-02-19
孙玲:女 , 30岁 , 助研 , 黑色食品资源的研究及开发
认为 , 黑芝麻色素在紫外 、 可见光区内无明显吸收
峰〔2〕 , 这说明 , 黑芝麻色素与黑米 、黑大豆色素在结
构 、性质与提取条件方面可能存在差异。就黑色芝麻
色素的提取条件 、 光谱性质和稳定性作较系统的研
究 , 旨在为黑芝麻色素的广泛应用提供理论依据。
1　试验材料与方法
1.1　试验材料
黑芝麻:市售。
751型紫外分光光度计
260-IC 型红外光谱仪:日立 。
1.2 　试验方法
1.2.1 　黑芝麻色素提取条件实验
采用四因素三水平 (提取时间 、 提取温度 、提取
溶剂 、 物料比)正交设计 (表 1)确定最佳提取条
件 。
称取一定量黑芝麻洗净 , 粉碎 , 在索氏提取器中
用乙醚脱脂 3h , 置于 200 ml容器内 , 加入预定的溶
剂 , 在恒温水浴锅内水浴提取 。提取液经滤纸过滤 ,
用 751型紫外分光光度计测吸光度 A1值 。
取第一次提取过滤后的残渣在相同条件下进行二
次提取 , 二次提取液经过滤后测吸光度 A2 值。提取
率按如下公式计算:提取率%=A1 ×100/ (A 1 +
A2), 将提取率进行极差分析 , 确定提取色素的最佳
条件。
表 1　正交试验的因素和水平
水平 温度 (℃) 时间 (h) 溶　　剂 物料比
1 40 1 S1 (酸性水溶液) 1∶20
2 60 2 S2 (酸性醇溶液) 1∶50
3 80 3 S3 (酸性醇溶液) 1∶100
1.2.2 　溶解性试验
将黑芝麻色素分别溶于水 、 乙醇 、 甘油 、 乙醚 、
石油醚 、氯仿等溶剂中 , 观察其溶解性并分别测吸光
值 。
1.2.3 　光谱特性的测定
用 751型分光光度计测黑芝麻色素水溶液的紫外
-可见光谱 , 用 KBr 压膜法日立 260—IC 型红外光
谱仪扫描红外光谱。
1.2.4　稳定性试验
在不同的温度 、 pH 值 、 光照条件下分别测定比
较黑芝麻色素吸光值的变化;在黑芝麻色素溶液中添
加不同浓度的金属离子和氧化还原剂 , 在不同时
间下分别测定黑芝麻色素的吸光值。
2　结果与分析
2.1　黑芝麻的前处理对色素提取的影响
经脱脂与未脱脂处理的黑芝麻乙醇提取液的吸光
值 (图 1)表明 , 在 350nm ～ 600nm 的范围内 , 未经
脱脂处理的黑芝麻其色素吸光值明显高于经脱脂处理
的 , 增加范围在 34.6%～ 86.9%之间 , 说明 , 脂
肪在一定程度干扰了色素提取 , 并直接影响黑芝麻色
素的纯度和提取率。
图 1　脱脂与未脱脂黑芝麻乙醇提取液的吸光值
2.2　黑芝麻色素最佳提取条件的确定
黑芝麻色素提取的四因素三水平条件正交试验结
果与极差分析见表 2和表 3 , 由表 3可知 , 极差 R值
最大和最小的分别为温度因素和溶剂因素 。表明:提
取温度对黑芝麻色素提取率的影响最大而提取溶剂的
影响相对最小。因此 , 在确定条件时应重点考虑温度
的选择 。
表 2　黑芝麻色素最佳提取条件的正交试验结果
编号 温度(℃)
时间
(h) 溶剂 物料比 A 1 (λ520) A 2 (λ520)
提取率
(%)
1 40 1 S1 1∶20 0.107 0.038 73.8
2 40 2 S2 1∶50 0.271 0.054 83.4
3 40 3 S3 1∶100 0.067 0.013 83.7
4 60 1 S3 1∶50 0.125 0.014 89.9
5 60 2 S1 1∶100 0.122 0.015 89.1
6 60 3 S2 1∶20 0.922 0.132 87.5
7 80 1 S2 1∶100 0.298 0.058 83.7
8 80 2 S3 1∶20 0.559 0.036 93.9
9 80 3 S1 1∶50 0.669 0.017 97.5
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表 3　正交试验极差分析
极差 提取率 (%)温度 时间 溶剂 物料比
K 1 80.3 82.5 86.8 85.1
K 2 88.8 88.8 84.9 90.3
K 3 91.7 89.6 89.2 85.5
R 11.4 7.1 4.3 5.2
　　表 3还表明 , 在温度 、时间 、溶剂 、物料比四个
因素中 , 提取率最高的分别为 K3 、 K 3、 K3 、 K2 , 即
当提取温度为 80℃, 提取时间 3h , 溶剂为 S3 , 物料
比为 1∶50水平时 , 黑芝麻色素提取率最高。
2.3　黑芝麻色素的溶解性
黑芝麻色素不溶于乙醇 、 石油醚 、 氯仿等非极性
溶剂;能溶于水 、乙醚 、甘油等极性溶剂 , 在这些溶
剂中呈黑褐色。图 2 显示 , 3种溶剂中 , 黑芝麻色素
在乙醇和甘油中的溶解性较在水中好 。
图 2　黑芝麻色素在不同溶剂中的吸光值
2.4　黑芝麻色素的稳定性
2.4.1　温度的影响
表 4显示了黑芝麻色素经 25℃、 80℃、 100℃各
处理 30min 后的吸光值。可知 , 经不同温度处理后 ,
黑芝麻色素在 400nm ～ 600nm 内的吸光值变幅小 , 经
肉眼观察 , 其颜色呈淡褐色不变。说明 , 在室温至
100℃之间 , 黑芝麻色素的稳定性较好。
表 4　黑芝麻色素在不同温度下的吸光值
波长 (nm) 25℃ 85℃ 100℃
400 0.310 0.321 0.310
500 0.110 0.115 0.113
600 0.037 0.040 0.046
2.4.2　酸碱度的影响
　　用柠檬酸和碳酸氢钠将黑芝麻色素溶液的酸碱度
从 pH2调至pH12 , 肉眼观察 , 黑芝麻色素在 pH2 ～
图 3　黑芝麻色素乙醇提取液在不同 pH 条件下的吸光值
pH8其颜色呈紫褐色 , 在 pH8 ～ 12 范围内颜色加深
呈黑褐色 。在可见光区 360nm 、 510nm 、 560nm 处测
吸光值 (图 3), 结果表明 , 在 pH2 ～ 10 之间 , 随着
pH 值上升 , 黑芝麻色素的吸光值下降 , 在 pH4 ～ 10
内下降缓慢 , 当pH 值升至 12时 , 色素在 3种波长的
吸光值都呈上升趋势 。从试验结果可知 , 当 pH 变化
时 , 黑芝麻色素颜色的色调不发生明显改变 , 只是其
颜色的深度在食品常用的pH 范围 (pH4 ～ 8)内有轻
微的变化 。说明 , 黑芝麻色素对介质酸碱性的变化比
较稳定。
2.4.3　金属离子的影响
在黑芝麻色素乙醇提取液中添加 3 种浓度
(50ppm 、 100ppm 、 200ppm)的 金属 离子 Fe3+、
Fe2+、 Sn2+ , 24h 后 , 黑芝麻色素溶液均产生细颗粒
状沉淀 , 溶液在 520nm 处吸光值明显衰减 , 衰减幅
度随着金属离子浓度增加而加大 , 添加 Fe3+、 Fe2+、
S n2+ 120d 后 , 吸光值衰减分别为 42.2% ～ 51.
3%、 34.2%～ 68.4%、 48.9%～ 64.5%。添加
Cu2+(50ppm)120d , 黑芝麻色素溶液也产生沉淀 ,
溶液吸光值下降 13.1%～ 22.5%。可以推测 , 黑芝
麻色素含有使 Fe3+、 Fe2+ 、 Sn2+产生沉淀的物质或
基团 , 当介质含有这些离子时 , 黑芝麻色素溶液不稳
定 , 且随着这几种金属离子浓度的增加稳定性减弱。
因此 , 当使用黑芝麻色素作为饮料等食品的添加剂
时 , 应控制食品中这几种金属离子的含量 , 使用浓度
最好不超过 50ppm 。
黑芝麻色素溶液在添加 3 种浓度的 Zn2+、 Mn2+、
K+、Al3+、 Mg2+Ca2+后 , 吸光值增加 , 且随着添加时
间的延长 , 色素的吸光值逐步增加 (图 4 、图 5), 图 4
还显示出 , 黑芝麻色素的吸光值随着介质中Al3+、 Zn2+
55第 13卷第 4期　　　　　　孙　玲等　黑芝麻色素的提取条件和稳定性研究
浓度的加大而增加。在这些处理中 , 以添加 Al3+处理的
正效果最为显著 , 在添加 Al3+后 120d , 黑芝麻色素吸光
值可增加 38.5%～ 54.9%(表 5)。由试验结果可推
测 , Zn2+、Mn2+、K+、Al3+、 Mg2+、 Ca2+与黑芝麻色
素中的某个基团结合后 , 可使色素的某结构更加稳定 ,
并且具有相当大的增色作用 , 平均增色效果依次为Al3+
>Zn2+>Mn2+>Mg2+>K+>Ca2+ , 其中 Al3+、 Zn3+
的浓度增加可加强增色效果。
图 4　添加不同浓度Al 3+、 Zn2+后黑芝麻色素在不同时间的吸光值
(左图:添加 Zn2+ , 右图:添加Al3+, a:添加后 1d ,
b:添加后 7d , c:添加后 15d , d:添加后 120d)
表 5　添加金属离子 120d 后黑芝麻色素在 520nm
处吸光值增加的百分数 (%)
浓度 (ppm) Zn2+ M n2+ K + Al3+ Mg2+ Ca2+
50 13.3 37.8 14.4 38.5 27.3 7.4
100 21.8 15.5 12.2 48.4 15.3 7.0
200 35.1 14.1 16.2 54.9 15.1 7.0
2.4.4　氧化还原剂的影响
黑芝麻色素提取液在添加 0.05%、 0.1%、 0.2%3
种浓度的氧化还原剂7d内的光吸收情况显示于图6。
　　可以看出 , 在 4种氧化还原剂中 , 亚硫酸氢钠对
色素的吸光值影响最大 , 随着添加时间的延长 , 色素
光吸收值迅速下降 , 且亚硫酸氢钠浓度越高 , 吸收值
下降越快 。影响其次的是维生素 C , 添加维生素 C 1d
后色素吸光值开始衰减 , 随着时间的延长 , 以添加 0.
1%维生素 C 处理的吸收值衰减最迅速。图 6还表明 ,
图 5　黑芝麻色素乙醇溶液在添加金属离子
(50ppm)后不同时间的吸光值
图 7　不同光照条件下黑芝麻色素的吸光值
图 6　添加不同浓度的氧化还原剂后黑芝麻色素溶液在不同时间的吸光值
56 中国粮油学报　　　　　　　　　　　　1998年第 4期
茶多酚和双氧水对黑芝麻色素稳定性影响在 7d 内不
显著 , 但静置 4个月后 , 添加双氧水的色素溶液吸光
值出现较大幅度衰减 , 按浓度从低到高排列 , 衰减百
分比依次为 26.6%、 41.0%、 49.0%, 而添加茶
多酚的色素溶液吸光值衰减只为 15.6 ～ 19.5%(表
6)。实验结果表明 , 使用黑芝麻色素时 , 抗氧化剂使
用浓度应小于 0.05%。在茶多酚作为抗氧化剂的条
件下 ,黑芝麻色素表现为相对稳定。
表 6　添加氧化还原剂 120d后黑芝麻色素吸光值衰减百分数(%)
浓度 亚硫酸氢钠 茶多酚 维生素 C 双氧水
0.05% 28.7 15.6 23.4 26.6
0.1% 29.5 16.6 17.6 41.0
0.2% 32.7 19.5 21.3 49.0
2.4.5　光照影响
图 7显示黑芝麻色素在 4 种光照条件下 ,不同时
期的吸光值 ,结果表明 ,随着照射时间的延长 ,室内自
然光 、紫外线 、日光灯 、直射太阳光可使黑芝麻色素的
吸光值产生不同程度下降 ,其中照射室内自然光下降
平缓 , 96 h后 ,色素吸光值仅下降 0.57%。影响其次
的为紫外光和日光灯 ,96h 后 ,色素吸光值下降分别为
3.42%、4.84%,对黑芝麻色素影响相对大的是太阳
光 ,直射太阳光 96h 后 ,色素吸光值下降 9.97%。进
一步实验表明 ,黑芝麻色素在室内自然光照射下放置
4个月 ,吸光值下降 7.12%,由此可推测 ,在室内黑芝
麻色素的半衰期可达 28个月。实验结果说明 ,光照对
黑芝麻色素的稳定性影响不大 ,作为色素添加剂 ,在自
然光下表现稳定 。
2.5　黑芝麻色素的光谱特性
从黑芝麻色素的紫外—可见光谱(图 8)可以看
出 ,黑芝麻色素的水溶液在紫外光 270nm 处有特征吸
收峰 ,在可见光区 510nm ～ 530nm 处有吸收平台。进
一步从红外光谱(图 9)可知 ,黑芝麻色素在 V1000cm-1
～ V 1100cm-1 、 V 1600cm-1 ～ V1700cm-1 、 V 2800cm ～
V3000cm-1 、V 3400cm-1处分别有吸收峰 ,表明有碳氧双
键 、四位取代苯环 、芳香族联苯环和羟基存在。由此可
以初步推断 ,黑芝麻色素的主要成分可能为花青素类
化合物 。
3　结论与讨论
3.1　黑芝麻属于含油量较高的作物 ,其油脂含量平均
高达 50.78%〔5〕 ,试验表明 ,大量油脂的存在会影响黑
芝麻色素的色价 ,因此在黑芝麻色素提取前 ,应将材料
充分粉碎进行脱脂处理。通过比较了不同酸碱条件下
黑芝麻色素的吸光值 ,确定了在酸性条件下的提取工
艺 ,因此 ,在选择的几种提取溶剂中 ,均添加一定浓度
的酸溶液 ,将溶剂的酸碱度调至 pH2 ～ 4。得出黑芝
麻色素的最佳提取条件为:将黑芝麻粉碎后进行 3d脱
脂处理 、浸提溶剂为 S3(酸性醇溶液)、浸提温度 80℃、
浸提时间 3d 、物料比为 1∶50。近一步的试验表明 ,在
该条件下 ,黑芝麻色素的提取率可大于 98.1%。
图 8　黑芝麻色素的紫外 、可见光谱
图 9　黑芝麻色素的红外光谱
3.2　有研究认为 ,黑芝麻色素水提液在紫外可见光区
内(190nm ～ 700nm)无明显吸收峰〔2〕 ,而本研究表明
黑芝麻色素水溶液在紫外区 270nm 有个小吸收峰 ,在
可见光区吸收不十分明显 ,只在 510 ～ 530nm 间有个
吸收平台 , 这与黑米色素在紫外(270nm),可见光区
(535nm)分别有强吸收峰的光谱特性有异同 。这说
明 ,黑芝麻色素的成分结构与黑米色素的不完全相同 ,
因而两者的理化性质存在异同之处 ,例如 ,黑米色素的
色调随 pH 由酸至碱呈红色-紫色-棕黄色变化〔6〕 ,
在不同的 pH 条件下 ,黑芝麻色素色调变化却不明显;
黑芝麻色素在含有 Fe3+ 、Fe2+、Sn2+的介质中不稳
定 ,黑米色素溶液在添加 Fe3+、Sn2+后也有沉淀产生 ,
吸光值下降〔4〕。
3.3　食用天然色素与合成色素相比 ,有天然 、无毒 、安
全等优点 ,因此人们对天然色素的使用表现出极大的
57第 13卷第 4期　　　　　　孙　玲等　黑芝麻色素的提取条件和稳定性研究
热情 ,目前 ,食用天然色素的使用以年增长 10%的速
度发展 ,但许多天然色素存在稳定性差 、价格偏高等缺
点 ,使其在食品上的应用受到很大限制 。目前使用的
天然色素多以红 、黄 、绿 、紫等色调为主 ,黑色天然色素
较少见。黑芝麻色素的颜色呈天然黑褐色 ,是较稀有
的食用天然色素资源 。在稳定性方面 ,得出的结论是 ,
黑芝麻色素在自然光 、紫外光 、温度(25℃～ 100℃)、抗
氧化剂茶多酚 、酸性介质 pH(4 ～ 8)等条件的稳定性
很好;除Sn3+、Fe2+、Fe3+可使黑芝麻色素溶液不稳定
产生黑色颗粒状沉淀外 , 金属离子 Al3+、Ca2+ 、K+、
Zn2+、Mn2+、Mg2+对黑芝麻色素溶液有增色作用。
目前茶多酚作为抗氧化剂在食品生产中使用越来越广
泛 ,黑芝麻色素在茶多酚存在时可保持较好的稳定性
将使黑芝麻色素作为食品天然色素添加剂有更加广阔
使用前景。
黑芝麻是一种营养价值高 ,具有保健作用的食品 ,
黑色素直接从黑芝麻中提取 ,在提取过程中未使用任
何有害药剂 ,符合 FAO/WHO 的规定 。提取黑色素
后的黑芝麻可作为黑芝麻深加工食品如芝麻酱 、芝麻
糊等的原料 ,对黑芝麻利用充分 ,可大大降低色素提取
的成本 。因此 ,黑芝麻色素的提取对提高社会效益 、经
济效益有很大的现实意义 。
参　考　文　献
1　张名位等.黑米素及黑米色素的研究与应用.华人
老人保健食品国际学术研讨会论文集 ,广州:华南
理工大学出版社 , 1995
2　尹佩玉等.黑芝麻色素理化性质研究.食品科学 ,
1994(2)
3　董庆年.红外光谱法.石油化学工业出版社 ,1977
4　谢笔钧等.黑米微量营养元素 Fe 、Zn 、Cu 和黑米色
素的研究.食品科学 ,1993(6)
5　肖唐华等.中国黑芝麻资源的分布及主要性状分
析.中国油料 , 1992(2)
6　夏春镗等.黑米色素的提取与应用.第三届全国农
副产品综合利用化学学术会议论文 ,1989
58 中国粮油学报　　　　　　　　　　　　1998年第 4期