全 文 ：食品添加剂 食品工业科技
Vol.30 , No.01 ,2009
2009年第 01期 275　
提高蜀葵天然色素稳定性方法的研究
孙　健1 ,彭子模2 ,彭宏祥1 ,李　进 2 ,付　瑶 3
(1.广西农业科学院园艺研究所 ,广西南宁 530007;
2.新疆师范大学生命科学与化学学院 ,新疆乌鲁木齐 830054;
3.广西机电职业技术学院 ,广西南宁 530007)
摘　要:以蜀葵(Althaearosea(L.)Cavan.)紫红色花瓣为试材 ,通过溶剂浸提 、柱层析纯化得到蜀葵花紫红色素;着重探
讨了采用食品添加剂作为该色素稳定剂的方法 ,通过稳定剂预选 、组合及各组分用量的分析研究 ,最终确定稳定剂的
最佳配方;同时研究了加入稳定剂后 ,常见商品货架期稳定性影响因子 ,如温度、自然光 、紫外光等对该色素稳定性的
影响 。结果发现:稳定剂配方以 0.02%乳酸 +0.05%半胱氨酸 +0.04%苯甲酸的组合为最佳;加入稳定剂后 ,均能
不同程度地提高该色素对温度和自然光及紫外光的耐受性 ,可以适当延长该色素产品的货架期 。
关键词:蜀葵 ,色素 ,稳定剂 ,稳定性
Researchonmethodstoimprovingstabilityof
naturalpigmentsfromAlthaearosea(L.)Cavan.
SUNJian1 , PENGZi-mo2 , PENGHong-xiang1 , LIJin2 , FUYao3
(1.HorticulturalResearchInstitute, GuangxiAcademyofAgriculturalSciences, Nanning530007 , China;
2.CollegeofLifeSciencesandChemistry, XinjiangNormalUniversity, Urumuqi830054 , China;
3.GuangxiElectromechanicalVocationalTechnicalInstitute, Nanning530007, China)
Abstract:Thepurple-redpigmentsinflowersofAlthaearosea(L.)Cavan.wasextractedandpurifiedusingorganic
solventandcolumnchromatography, respectively.Foodadditivesasenhancerstothepigmentswerestudied
emphaticaly.Theoptimumstableconditionswereestablishedbytheexperimentsofpreselection, compositionand
concentrationofenhancers.Theefectsoftemperature, naturallightandultravioletradiationonstabilitiesofthe
pigmentscontainingenhancerswerealsoresearched.Theresultsshowedthattheoptimumstableconditionswere:
theconcentrationoflacticacid, cysteineandbenzoicacidwas0.02%, 0.05% and0.04%, respectively.Afterbeing
addedtheseenhancers, thestabilitiesofthepigmentsolutionsunderheat, naturallightandultravioletradiation
wereenhanced, andtheshelflifeofthepigmentswasextendedpartly.
Keywords:Althaearosea(L.)Cavan.;pigments;enhancers;stabilities
中图分类号:TS202.3　　　　文献标识码:A　　　　文 章 编 号:1002-0306(2009)01-0275-05
收稿日期:2008-05-13
作者简介:孙健(1978-),男 ,博士 ,研究方向:植物生理生化、天然产
物开发与利用。
　　天然色素作为食品添加剂因其安全性高 、色泽
自然鲜艳并兼有营养和药用功能 ,因而深受国内外
市场青睐。但天然色素含量低 ,稳定性较差 ,易发生
褐变褪化 [ 1 , 2 ] ,在加工流通中又易受温度 、光照 、pH等
外界因素的影响 ,使其实际应用受到一定限制 [3 ] ,为
此人们对一些天然色素进行改性研究 ,以提高其稳
定性。目前常见的有溶解度改性和色调改性:前者
主要通过薄膜和微囊技术改变天然色素的溶解和分
散特性 ,从而提高色素的稳定性;后者通过化学与生
物方法改进天然色素的色调 ,如用辅色素增强花色
苷类色素的色调 ,用酶法将栀子黄色素改性生产出
栀子蓝 、栀子绿色素等 [ 4] 。对天然色素的改性研究还
有待进一步发展。蜀葵(Althaearosea(L.)Cavan.)为
锦葵科蜀葵属植物 ,一年生草本 ,原产我国 。蜀葵一
般供观赏用 ,其茎皮纤维可代麻用 ,种子可榨油 ,花
和根皮能入药 。蜀葵色素主要成分为飞燕草素-3-
葡萄糖苷(Delphinidin-3-glucoside)[ 5] ,具有清热解
毒 、利尿通便 、理心气不足 、治带下 、肠炎 、痢疾 、尿路
感染等多种药效 ,广泛应用于临床 。此外 ,部分少数
民族也以蜀葵花入药 ,并将其色素作为染料及化妆
品使用。总体而言 ,蜀葵作为药物研究已见成效 ,但
对其天然色素的改性研究还鲜见报道。本文着重探
讨了利用食品添加剂来提高蜀葵天然色素稳定性的
方法 ,以期开发出稳定性较好的 “功能型色素 ”产品。
1　材料与方法
1.1　材料与仪器
锦葵科植物蜀葵(Althaearosea(L.)Cavan.)的紫
红色花瓣　采自新疆哈密市 ,于夏季盛开时选择艳
丽的花序采摘 ,室温下自然阴干。
722型光栅分光光度计　上海第三分析仪器厂;
DOI :10.13386/j.issn1002-0306.2009.01.068
食品工业科技 食品添加剂
ScienceandTechnologyofFoodIndustry
276　 2009年第 01期
800型离心机　上海市手术器械厂;DK-S2A型电热
恒温水浴锅　上海森信实验仪器厂;RE-52A型旋转
蒸发仪　上海亚荣生化仪器厂;SHB-II型循环水式
多用真空泵　郑州长城科工贸有限公司。
1.2　实验方法
1.2.1　蜀葵天然色素的提取纯化
1.2.1.1　最佳提取条件　色素最佳提取条件参照文
献 [ 6] ,进行 L16(44)正交实验 ,因素水平见表 1。
表 1　正交实验因素水平表
水平 A浸提温度(℃) B浸提时间(h) C物料配比
1 25 1 1∶10
2 45 2 1∶15
3 65 3 1∶20
4 85 4 1∶25
1.2.1.2　最佳浸提次数　为确定色素的最佳浸提次
数 ,将粉碎的蜀葵干花在最佳提取条件下用含 0.1%
HCl的 60%酸化乙醇浸提后 ,经 3000r/min离心过
滤 ,滤渣在同样条件下再提取相同时间。如此反复
多次 ,直至提取液(滤液)无色为止 ,收集并测定每份
提取液在色素最大吸收峰(λmax)处的吸光值 (OD),
计算提取液中色素的残存率。公式如下:
残存率(%)=OD1 , 2 , …n次OD1次 ×100%
1.2.1.3　提取纯化流程 [ 6] 　干花※除杂※称量※粉碎※
用 60%的酸化乙醇在最佳提取条件下浸提最佳次数※过滤
※合并滤液※真空浓缩※干燥※色素粗品※100～ 200目硅胶
柱层析分离※以石油醚 /氯仿 /乙酸乙酯 /丙酮 /乙醇 /乙醇∶甲
醇(1∶9)/甲醇 /甲醇∶水(9∶1)梯度洗脱※薄层层析合并相同
流分※筛选紫红色流分※浓缩干燥※色素样品
1.2.2　蜀葵天然色素的最佳稳定剂配方 [ 7 ～9 ]
1.2.2.1　稳定剂的预选　分别配制适当浓度的含有
0.04%稳定剂的色素水溶液 , 60℃恒温加热 2h,每隔
1h取样一次 ,在预先扫描得到的色素最大吸收峰处
测定其吸光值 ,以蒸馏水做空白。分析各预选稳定
剂对色素稳定性的影响 ,从中筛选出较好的稳定剂
进行下步实验。
1.2.2.2　稳定剂最佳配方的确定　分别配制适当浓
度的含有不同配方稳定剂的色素水溶液 , 60℃恒温
加热 2h,每隔 1h取样一次 ,测定色素最大吸收峰处
的吸光值 ,以蒸馏水做空白。分析各种配方的稳定
剂对色素稳定性的影响 ,确定稳定剂最佳配方(包括
配方中各组分用量)。
1.2.3　常见稳定性影响因子对含稳定剂色素的影响
1.2.3.1　高温对含稳定剂色素的影响　配制适当浓
度的含有最佳配方稳定剂的色素水溶液;另设对照 ,
即不含任何稳定剂的色素水溶液。分别在 65℃和
85℃高温条件下恒温加热 2h,每隔 1h取样一次 ,测
定其最大吸光值 ,判断加入稳定剂后色素在高温下
稳定性的变化情况。
1.2.3.2　自然光和紫外光对含稳定剂色素的影响　
配制适当浓度的含有最佳配方稳定剂的色素水溶
液;另设对照 ,即不含任何稳定剂的色素水溶液 。室
温下 ,分别用自然光和紫外灯(功率 40W,照射距离
20cm)照射一定时间 ,定时取样 ,记录其最大吸光值
并观察色素颜色的变化 ,判断加入稳定剂后色素在
光照下稳定性的变化情况。
2　结果与分析
2.1　色素的提纯与光谱特征
2.1.1　最佳提取条件　由正交实验结果可知 ,三个
因素对提取率影响的主次顺序为 A>B>C。提取温
度是影响蜀葵天然色素提取率的最显著因子 ,其中
65℃时提取率(提取液吸光值)最高 ,但高温可能破
坏色素结构且消耗过多能源 ,另外 , 45℃和 65℃时色
素提取率相差不大 ,所以 45℃为最佳提取温度;提取
时间为 1h时提取率最高 ,为最佳提取时间;物料配
比 1∶20与 1∶25时提取率相差较小 ,从节约资源角度
出发 ,选择 1∶20为最佳物料配比。因此 , 45℃下以
1∶20的物料比提取 1h为该色素的最佳提取条件 。
2.1.2　最佳浸提次数　结果如图 1所示:在最佳提取
条件下 ,随着浸提次数的增加 ,提取液吸光值及提取
液中色素残存率显著下降 ,浸提 2次后色素残存率
即下降至 19.7%,浸提 3次后残存率已接近 0,此时
提取液颜色很淡 ,不再呈紫红色 ,说明色素已基本提
取干净。从保证较高色素提取率和节约能源及资源
方面考虑 ,最终确定色素最佳浸提次数为 2次。因
此 ,在用 60%酸化乙醇提取蜀葵天然色素时 ,对蜀葵
花一次提取后 ,应对滤渣再进行二次提取。
图 1　在最佳提取条件下浸提多次的色素残存率
2.1.3　光谱特征　将蜀葵干花经提取纯化后得到的
色素样品配制成 pH 1～ 11的水溶液 , 并在 400 ～
700nm范围内光谱扫描(见图 2)后发现:当 pH≤3
时 ,该色素水溶液在可见光区具有明显的吸收峰;当
pH=3时 ,其吸光值最大(λmax522nm);当 pH>3时 ,
色素液在可见光区无吸收峰 ,花色素苷分子结构发
生变化。
图 2　不同 pH色素水溶液的吸收光谱
2.2　色素的最佳稳定剂配方
2.2.1　稳定剂的预选　结果如表 2所示:与对照相
比 ,色素水溶液中加入泛酸钙 、乳酸 、半胱氨酸 、苯甲
酸 、柠檬酸 、维生素 C、茶叶提取物等添加剂并加热
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表 2　稳定剂预选实验结果
稳定剂 0h 1h 2h吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%)
对照
菸酸
肌醇
单宁酸
烟酸
泛酸钙
糊精
乳酸
丝氨酸
酪氨酸
色氨酸
白氨酸
谷氨酸
脯氨酸
苏氨酸
半胱氨酸
甘氨酸
苯甲酸
EDTA-Na
柠檬酸
维生素 B1
维生素 C
酒石酸钾钠
茶叶提取物
0.681
0.762
0.672
0.801
0.766
0.497
0.718
1.103
0.646
0.637
0.659
0.634
0.853
0.650
0.652
1.244
0.779
1.003
0.638
1.082
0.746
0.789
0.391
1.057
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
0.583
0.633
0.541
0.647
0.632
0.454
0.626
1.055
0.533
0.499
0.570
0.543
0.724
0.567
0.542
1.162
0.683
0.891
0.498
0.954
0.628
0.698
0.350
0.903
85.6
83.1
80.5
80.8
82.5
91.3
87.2
95.7
82.5
78.3
86.5
85.6
84.9
87.2
83.1
93.4
87.7
88.8
78.1
88.2
84.2
88.5
89.5
85.4
0.335
0.380
0.320
0.396
0.358
0.256
0.360
0.673
0.310
0.307
0.311
0.314
0.421
0.314
0.313
0.681
0.392
0.520
0.312
0.547
0.352
0.400
0.194
0.536
49.2
49.8
47.6
49.4
46.7
51.5
50.1
61.0
48.0
48.2
47.2
49.5
49.4
48.3
48.0
54.7
50.3
51.8
48.9
50.5
47.2
50.7
49.6
50.7
注:对照为不含任何稳定剂的色素水溶液 , 其余试液中均含 0.04%各稳定剂;残存率(%)=OD1 , 2hOD0h ×100%, 以下实验同。
表 3　稳定剂组合实验结果
稳定剂组合
0h 1h 2h
吸光值
(OD)
残存率
(%)
吸光值
(OD)
残存率
(%)
吸光值
(OD)
残存率
(%)
乳酸 +半胱氨酸
乳酸 +苯甲酸
乳酸 +维生素 C
半胱氨酸 +苯甲酸
半胱氨酸 +维生素 C
苯甲酸 +维生素 C
乳酸 +半胱氨酸 +苯甲酸
乳酸 +半胱氨酸 +维生素 C
乳酸 +苯甲酸 +维生素 C
半胱氨酸 +苯甲酸 +维生素 C
乳酸 +半胱氨酸 +苯甲酸 +维生素 C
0.989
0.892
0.889
0.911
0.897
0.840
0.794
0.778
0.747
0.752
0.674
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
0.821
0.704
0.688
0.757
0.711
0.631
0.662
0.629
0.564
0.617
0.525
83.0
78.9
77.4
83.1
79.3
75.1
83.4
80.8
75.5
82.0
77.9
0.798
0.701
0.637
0.744
0.694
0.618
0.661
0.600
0.544
0.599
0.523
80.7
78.6
71.7
81.7
77.4
73.6
83.2
77.1
72.8
79.7
77.6
注:色素试液中均含 0.04%各稳定剂。
2h后 ,各试液中色素残存率均比对照有较大程度地
提高 ,也即以上这些添加剂可以较大程度地提高色
素液的稳定性。但加入泛酸钙后 ,色素液的吸光值
下降 ,颜色变淡 ,不宜使用;乳酸与柠檬酸对色素的
稳定效果都很好 , L-乳酸能在人体内代谢 ,被广泛地
用作具有防腐作用的酸味剂 ,加之其具有耐光 、耐寒
的特性 ,故 L-乳酸有代替柠檬酸作酸味剂的趋势 ,所
以 ,在二者中选择乳酸作稳定剂;茶叶提取物由于提
取工艺的原因使其本身颜色太深 ,掩盖了色素原有
的鲜艳颜色 , 也不宜采用 。因此选择乳酸 、半胱氨
酸 、苯甲酸 、维生素 C做进一步实验 。
2.2.2　稳定剂组合的筛选　结果如表 3所示:通过比
较加热 2h含不同稳定剂组合的试液中色素的残存
率 ,发现乳酸 +半胱氨酸 +苯甲酸的稳定剂组合为
最佳。经加热 1h和 2h后 ,以该组合作稳定剂的试液
中色素残存率分别为 83.4%和 83.2%,在所有组合中
为最高 ,并且两次残存率变化最小 ,色素溶液稳定 。
2.2.3　稳定剂各组分用量的确定
2.2.3.1　乳酸用量的确定　分别配制 10mL含不同浓
度乳酸的色素水溶液(各试液中均含 0.04%半胱氨
酸 、0.04%苯甲酸),加热 2h,结果如表 4所示 。当乳
酸含量为 0.02%时 , 2h后试液中色素残存率最高 ,说
明含 0.02%的乳酸为最佳用量 。
2.2.3.2　半胱氨酸用量的确定　分别配制 10mL含不
同浓度半胱氨酸的色素水溶液 (各试液中均含
0.02%乳酸 、0.04%苯甲酸),加热 2h,结果如表 5所
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278　 2009年第 01期
表 4　乳酸用量对色素稳定性的影响
乳酸浓度(%) 0h 1h 2h吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%)
0.02 0.830 100 0.742 89.4 0.738 88.9
0.04 0.814 100 0.732 89.9 0.710 87.2
0.06 0.804 100 0.715 88.9 0.701 87.1
0.08 0.821 100 0.726 88.4 0.708 86.2
0.10 0.810 100 0.717 88.5 0.696 85.9
表 5　半胱氨酸用量对色素稳定性的影响
半胱氨酸浓度(%) 0h 1h 2h吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%)
0.01 0.700 100 0.607 86.7 0.548 78.3
0.02 0.743 100 0.659 88.7 0.610 82.1
0.03 0.795 100 0.715 89.9 0.667 83.9
0.04 0.834 100 0.781 93.6 0.717 86.0
0.05 0.854 100 0.810 94.8 0.749 87.7
表 6　苯甲酸用量对色素稳定性的影响
苯甲酸浓度(%) 0h 1h 2h吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%)
0.01 0.893 100 0.870 97.4 0.812 90.9
0.02 0.871 100 0.832 95.5 0.787 90.4
0.03 0.847 100 0.805 95.0 0.755 89.1
0.04 0.848 100 0.822 96.9 0.775 91.4
0.05 0.832 100 0.799 96.0 0.749 90.0
表 7　温度对加入稳定剂色素的影响
温度(℃) 0h 1h 2h吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%)
65
对照 0.627 100 0.518 82.6 0.512 81.7
加稳定剂 0.656 100 0.614 93.6 0.593 90.4
85
对照 0.521 100 0.429 82.3 0.415 79.7
加稳定剂 0.538 100 0.507 94.2 0.467 86.8
表 8　自然光对加入稳定剂色素的影响
项目 0d 2d 14d吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%) 吸光值(OD) 残存率(%)
对照 0.631 100 0.529 83.8 0.522 82.7
加稳定剂 0.656 100 0.643 98.0 0.630 96.0
注:残存率(%)=OD2 , 14dOD0d ×100%
示 。当半胱氨酸含量为 0.05%时 , 2h后试液中色素
残存率最高 ,说明含 0.05%的半胱氨酸为最佳用量。
2.2.3.3　苯甲酸用量的确定　分别配制 10mL含不同
浓度苯甲酸的色素水溶液 (各试液中均含 0.02%乳
酸 、0.05%半胱氨酸),加热 2h,结果如表 6所示 。当
苯甲酸含量为 0.04%时 , 2h后试液中色素残存率最
高 ,说明含 0.04%的苯甲酸为最佳用量 。
综合以上所有实验结果 ,最终确定蜀葵天然色
素水溶液的稳定剂最佳配方为:0.02%乳酸 +0.05%
半胱氨酸 +0.04%苯甲酸 。
2.3　常见稳定性影响因子对含稳定剂色素的影响
2.3.1　温度对加入稳定剂色素的影响　结果如表 7
所示:比较发现 ,在 65℃和 85℃高温条件下 ,含有稳
定剂的色素试液加热 0、1、2h后 ,其吸光值均比对照
高;此外 ,在两个温度下加热 1、2h后 ,含有稳定剂的
试液中色素残存率也均比对照高 ,色素较稳定。以
上结果说明 ,加入最佳配方稳定剂可以改善色素液
对热的稳定性 。因此 ,在日常使用时 ,加入该稳定剂
的蜀葵色素溶液可短时间高温加热处理。
2.3.2　光照对加入稳定剂色素的影响　结果如表 8
和表 9所示:由表 8可见 ,在自然光照条件下 ,含有稳
定剂的色素试液在 0d、短时间(2d)和长时间(14d)
照射后 ,其吸光值均比对照高;此外 ,光照 2d和 14d
后 ,含有稳定剂的试液中色素残存率也均比对照高 ,色
素较稳定 。另由表 9可见 ,紫外光照射各试液 30、60、
100min后 ,含有稳定剂的试液吸光值和色素残存率均
比对照高;此外 ,含稳定剂的色素试液紫外照射前后颜
色没有变化 ,但对照组颜色逐渐变为灰红色。以上结
果表明 ,加入最佳配方稳定剂可以提高色素液对自然
光和紫外光的稳定性 ,延长蜀葵色素产品的货架期 。
3　结论
3.1　促使蜀葵花天然色素稳定化的稳定剂最佳配方
为:色素水溶液中含 0.02%乳酸 +0.05%半胱氨酸 +
食品添加剂 食品工业科技
Vol.30 , No.01 ,2009
2009年第 01期 279　
表 9　紫外光对加入稳定剂色素的影响
项目
0min 30min 60min100min
吸光值
(OD)
残存率
(%)
吸光值
(OD)
残存率
(%)
吸光值
(OD)
残存率
(%)
吸光值
(OD)
残存率
(%)
对照 0.505 100 0.473 93.7 0.466 92.3 0.461 91.3
加稳定剂 0.543 100 0.538 99.1 0.535 98.5 0.533 98.2
注:残存率(%)=OD30, 60 , 100minOD0min ×100%
0.04%苯甲酸。
3.2　加入最佳配方的稳定剂后 ,均可不同程度地提
高蜀葵花天然色素液对温度和自然光及紫外光的耐
受性 ,适当延长色素产品的货架期。
3.3　蜀葵易于种植 ,植株单花产量高 ,色素含量可
观 ,加之蜀葵又具有观赏价值和医药保健功能 ,所以
是一种较为理想的天然食用 “功能型 ”植物色素资
源 ,具有广阔的开发利用价值和规模化生产前景。
参考文献:
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(上接第 274页)
表 1　栀子中黄色素浓度的最优组合与实验验证
时间
(min)
功率
(W· cm-2)
温度
(℃)
溶剂
(%) 固液比
超声组合
(kHz)
理论值
(mg· mL-1)
实验值
(mg· mL-1)
误差
(%)
单位浓度功率
(W· cm· mg-1)
双频复合 35 0.12+0.12 31 20 1∶5 28+40 25.65 23.96 6.59 0.0100
双频交变 35 0.2/0.2 31 20 1∶5 28/40 29.09 26.80 7.87 0.0075
超声作用弱化了温度 、功率和频率的单独作用 ,而强
化了温度-频率和功率-频率的共同作用。
2.3　低强度双频超声间歇浸取栀子黄色素浓度目标
的最优组合与确认
利用获得的数学模型确定以栀子黄色素浓度为
目标的最优组合 ,实验验证结果见表 1。
　　由表 1可以看出 ,双频交变超声浸取栀子黄色
素浓度最高 ,为 26.80mg· mL-1 ,单位浓度功率比双
频复合超声浸取低 25%,计算值与实验值的误差为
6.59%～ 7.87%,说明数学模型的有效性较高。
3　结论
3.1　随着时间的延长 ,超声浸取的栀子黄色素浓度
增加 ,但时间对不同超声浸取方式的影响程度不同 ,
对双频交变超声浸取影响最大;温度对超声浸取的
栀子黄色素浓度的影响比较复杂 ,与单频超声浸取
效果呈正线性关系;功率对双频复合影响最大 ,在单
频超声浸取时 , 40kHz的效果最好。
3.2　双频组合超声作用弱化了温度 、功率和频率的
单独作用 ,而强化了温度-频率和功率-频率的共同
作用。
3.3　40目栀子 , 用 20%乙醇 、固液比 1∶5、 31℃、
28/40kHz0.2/0.2W·cm-2双频交变超声浸取 35min
的最优条件下 ,栀子黄色素浓度为 26.80mg· mL-1 ,
单位浓度功率比双频复合超声浸取低 25%。
本实验结果对工业化超声浸取很有价值 ,且对
于浸取技术的进一步发展有借鉴作用 。
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