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落葵色素的提取、分离、分析及稳定性研究



全 文 :中国食品添加剂ChinaFoodAdditives试验研究
落葵色素的提取 、分离 、分析及稳定性研究
张美荣 , 张慧 , 朱宏达 , 王冉冉 , 魏艳
(青岛大学化学化工与环境学院 , 青岛 266071)
  摘 要:落葵色素是由落葵果实提取的天然色素 , 色泽鲜艳 , 是很好的着色剂。通过试验探索 , 确定了
最佳提取工艺:以落葵干果为原料 , 采用溶剂法进行提取 , 最佳溶剂为 pH=4的弱酸性水溶液。再用大孔吸
附树脂吸附 , 以无水乙醇为洗脱液洗脱 , 最后在低于 50℃的条件下真空浓缩得到色素胶质 , 进一步干燥即可
获得粉末状产品。同时 , 对落葵色素的稳定性进行了研究:落葵色素在 pH=3 ~ 7时比较稳定 , 适宜于弱酸
性和中性条件下使用;落葵色素的耐光 、 耐热性较差 , 应低温下避光贮藏 , 生产过程中的浓缩温度应控制在
50℃以下;氧化剂 、 还原剂 、 柠檬酸对该色素的稳定性有一定的影响;Fe3+、 Cu2+对该色素的影响较大 , 其
它金属离子基本上对其稳定性没有影响。落葵来源广泛 , 色素含量高 , 提取工艺简单 , 且安全无毒 , 可广泛
应用于食品 、 化妆品的着色中 , 因此落葵色素是一种值得开发和利用的天然色素资源。
关键词:落葵色素;生产工艺;提取;稳定性
中图分类号:TS202.3   文献标识码:A   文章编号:1006-2513(2010)01-0104-08
Thestudyofbaselarubrared sextraction, separation,
analysisandstability
ZHANGMei-rong, ZHANGHui, ZHUHong-da, WANGRan-ran, WEIYan
(ChemistryChemicalEngineering&EnvironmentofQingdaoUniversity, Qingdao266071)
Abstract:BaselaRubraRedistheextractsfromBasellaceaefruits.Ithasabrightcolorandisagoodcolorant.The
optimumextractionconditionwas:dryBaselaceaefruitextractedbyweakacidatpH4, thenleaching, adsorption, e-
lution, distilationandconcentrationunder50℃.BasellaRubraRedwasstableatpHbetween3and7 atweakacidor
neutralsolution.Itwassensitivetolightandheat, bettertobekeptindarkplacesandbeconcentratedunder50℃.
Oxidant, reducingagentandcitricacidhadacertainextentinfluenceonthestability.Theionsofironandcopperaf-
fectedmuchonstability.Webelievethatwithrichsourceofrawmaterials, highercontentofpigment, easyoperation
oftheextractionandhighsafety, thispigmentcanbeusedwidelyinfoodindustryandcosmeticsindustry.
Keywords:baselarubrared;productiontechnology;extraction;stability
落葵 , 又名木耳菜 、 软浆叶 、 藤菜 、 胭脂
菜 、 豆腐菜 、 红果儿 、 软姜子等。原产中国和印
度 , 在非洲 、 美洲栽培较多 。中国栽培历史悠
久 , 在公元前 300年就有关落葵的记载 。作为蔬
菜食用 , 至少有 1500多年的历史。落葵为落葵科
落葵属中以嫩茎叶供食用的一年生缠绕性草本植
物 [ 1] 。根系发达 , 分布深而广 , 吸收力很强 , 茎
在潮湿的地上易生不定根 , 可行扦插繁殖。落葵
的种类很多 , 根据花的颜色 , 可分为红花落葵 、
白花落葵 、 黑花落葵。作为蔬菜用栽培的主要为
前两种 。
收稿日期:2009-04-28
作者简介:张美荣 (1984-), 硕士 , 主要从事天然色素的研究。
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试验研究 中国食品添加剂ChinaFoodAdditives
落葵不仅营养价值高 , 而且具有较好的药用
功能 , 是一种营养保健型的稀特蔬菜 。落葵营养
丰富 , 每 1kg食用部分含蛋白质 17g、 脂肪 2g、
碳水化合物 31g、钙 2.05g、 磷 290mg、 铁 22mg,
还含有胡萝卜素 45.5mg、尼克酸 10mg、 维生素
C1.02g。落葵以嫩茎叶供食 , 可炒食 、烫食 、 凉
拌 , 其味清香 , 清脆爽口 , 如木耳一般 , 别有风
味。落葵全株可入药 , 种子和叶片入中药 , 味
甘 、 微酸 、冷滑 , 有散热 、 利尿 、 润泽人面 、 清
热凉血之功效 。从落葵果实中提取的落葵色素色
泽鲜艳 , 可用做食品 、 化妆品等的着色剂。落葵
叶碧绿 、 梗红 、 花红 、 果紫 , 加上攀援生长 , 可
作篱笆式栽培 , 有立体绿化的效果 , 极具观赏价
值[ 2 ~ 3] 。
落葵色素 , 异名落葵红 , 是由落葵果实提取
的天然色素 , 暗紫色粉末 , 色泽鲜艳 , 是很好的
着色剂。主要成分为甜菜花青素 , 另外含有少量
的甜菜红苷。易溶于水 , 可溶于稀醇 , 不溶于无
图 1 甜菜花青素结构式
图 2 甜菜苷结构式
水乙醇 、 丙酮 、 乙酸乙酯 、 氯仿 、 乙醚等有机溶
剂[ 4] , [ 6 ~ 8] 。其溶液在 pH=5 ~ 6时呈较稳定的紫
红色澄明液。在 pH=3 ~ 7之间稳定 , 当 pH>
8.78时由紫蓝色变成黄色。耐光 、 耐热性差。
铜 、铁等金属离子影响其颜色的稳定性。但维生
素 C的存在有利于改善其稳定性 [ 10 ~ 16] 。主要用
于糖果 、果冻 、 糕点上彩装 , 糕团 、 馒头 、 碳酸
饮料等的着色 , 也可用于化妆品等化工产品 , 为
紫红色至红色着色剂 [ 5] 。
本课题将以落葵果实为原料 , 通过对实验条
件的测试 、 分离提取方法的选择以及稳定性的研
究等实验 , 探索出一条生产落葵色素的最佳工艺
路线 , 以期丰富我国的可用天然色素资源。以水
和乙醇作为提取剂 , 加工过程中不会引入有害物
质 , 对研究开发无毒害作用的纯天然色素有重要
意义。
1 实验
1.1 材料与设备
1.1.1 材料
原料:落葵果实 (山东省胶州市农村)。
1.1.2 试剂
乙醇 、 盐酸 、 亚硫酸纳 、 氢氧化钠 、 氯化
钠 、三氯化铁 、氯化亚铁 、 硫酸铜 、 氯化铝二氯
化汞硫酸锰 、 硝酸铬 、氯化钙 、 氯化锌 (以上试
剂均为分析纯)。
30%的双氧水 、 工业级柠檬酸。
1.1.3 仪器设备
722光栅分光光度计 (上海精密仪器有限公
司分析仪器总厂);FW100型高速万能粉碎机
(天津市泰斯特仪器有限公司);HH-2恒温水浴
锅 (郑州长城科工贸有限公司);紫外可见分光
光度计 (北京普析通用仪器公司);RE-52旋转
蒸发仪;Hz820型大孔吸附树脂;101型电热鼓
风干燥箱;PHB-8笔式 pH计;循环水式真空泵
抽滤瓶;电子天平 、 托盘天平;烧杯 、 圆底烧
瓶 、 100mL容量瓶若干 、 pH试纸 、 滤纸 、 布氏漏
斗 。
1.2 实验方法
1.2.1 落葵色素的生产工艺
落葵干果※洗净凉干※粉碎※浸提※真空抽
滤※吸附※洗脱※真空浓缩※色素胶质
105
中国食品添加剂ChinaFoodAdditives试验研究
1.2.2 落葵色素的稳定性研究
1.2.2.1 pH对色素稳定性的影响
(1)用盐酸和氢氧化钠调节 pH, 用 PHB-8
笔试 pH计进行测定 , 配制 pH分别为 1、 3、 5、
7、 9、 11的水溶液;
(2)量取 4mL实验溶液于 100mL容量瓶中 ,
分别用 pH=1、 3、 5、 7、 9、 11的水溶液定容到
100mL。
(3)于 λmax=536nm处 , 以蒸馏水为参比 ,
测量其吸光度 。
1.2.2.2 光照对色素稳定性的影响
称取色素胶质 21.8mg于 100mL容量瓶中 ,
用蒸馏水定容到 100mL, 摇匀静置于太阳光下 ,
每天测一次其在 λmax=536nm处的吸光度 A值。
1.2.2.3 温度对色素稳定性的影响
分别取一定量的试验溶液于 100mL容量瓶
中 , 用蒸馏水定容到 100mL。用 HH-2恒温水浴
锅恒温加热 , 分别测其在 λmax=536nm处不同温
度下不同时间的吸光度 A值。
1.2.2.4 氧化剂对色素稳定性的影响
(1)称取 130mg色素胶质于 100mL容量瓶
中 , 用蒸馏水定容到 100mL, 摇匀静置 。
(2)用移液管分别准确量取 20mL上述试验
溶液于 100mL容量瓶中 , 用蒸馏水定容 , 配成含
H2O2浓度为 0.1%, 0.5%, 1.0%, 1.5%的色素
溶液 。
(3)以蒸馏水为空白 , 厚度为 1cm的比色
皿 , 在 λmax=536nm处 , 每隔一段时间测一次吸
光度 A值并计算同一时间的色价。
1.2.2.5 还原剂对色素稳定性的影响
(1)称取 140mg色素胶质于 100mL容量瓶
中 , 用蒸馏水定容到 100mL, 摇匀静置 。
(2)用移液管分别准确量取 20mL上述试验
溶液于 100mL容量瓶中 , 用蒸馏水定容 , 配成含
Na2SO3浓度分别为 0, 2 ×10-4 , 1 ×10-3 , 5 ×
10
-3 , 1×10-2mol/L的色素溶液 。
(3)以蒸馏水为空白 , 厚度为 1cm的比色
皿 , 在 λmax=536nm处 , 每隔一段时间测一次吸
光度 A值 , 并计算同一时间的色价值。
1.2.2.6 柠檬酸对色素稳定性的影响
(1)称取 100mg色素胶质于 100mL容量瓶
中 , 用蒸馏水定容到 100mL, 摇匀静置 。
(2)用移液管分别准确量取 25mL上述试验
溶液于 100mL容量瓶中 , 用蒸馏水定容 , 配成含
柠檬酸浓度分别为 0.01, 0.03, 0.06 , 0.10mol/
L的色素溶液。
(3)以蒸馏水为空白 , 比色皿厚度为 1cm,
在 λmax=538nm处 , 每隔一段时间测一次吸光度
A值 。
1.2.2.7 金属离子对色素稳定性的影响
分 别 配 制 含 Fe3+、 Fe2+、 Cu2+、 Ca2 +、
Zn2+、 Na+、 Al3+、 Cr3+、 Mn2+、 Sn2 +10种金属
离子的色素溶液 , 在 λmax=536nm处测定其在不
同时间的色素溶液的 A值 。
2 试验结果与讨论
2.1 最佳生产工艺的确定
2.1.1 提取剂的选择
在室温下 , 取水 、 无水乙醇 、 95%的乙醇 、
丙酮 、 正己烷各 20mL, 分别加入 2g粉碎的落葵
果实粉末 , 充分摇匀后观察其溶解性。
表 1 各种提取剂的提取效果
溶剂 水 无水乙醇 95%的乙醇 丙酮 正己烷
现象 易溶 几乎不溶 微溶 几乎不溶 不溶
结果表明:落葵色素易溶于水 , 可溶于稀
醇 , 不溶于无水乙醇 、 丙酮 、 正己烷等有机溶
剂 。
由文献查得:落葵色素适宜于弱酸性和中性
条件下使用 , 所以本试验采用 pH=4的弱酸性水
溶液做提取剂。
将过滤得到的滤渣再加入一定量的酸性水溶
液溶解 。观察其颜色很浅 , 说明滤渣中含有的色
素量已经很少。然而 , 二次提取需要大量的溶剂
浸泡 , 在浓缩过程中消耗能量过多 , 产量很小 ,
因此 , 二次提取的意义不大。
2.1.2 大孔吸附树脂的筛选
分别在柱中装入 Hz802、 Hz803、 Hz816、
Hz820型大孔吸附树脂 , 进行预处理后 , 将滤液
经过柱子进行吸附 , 吸附饱和后 , 先用蒸馏水洗
去未吸附的色素以及一些水溶性的糖类 、 蛋白等
成分 , 然后加入无水乙醇洗脱 , 收集流下的色素
106
试验研究 中国食品添加剂ChinaFoodAdditives
乙醇液。
表 2 各种打孔吸附树脂的试验现象
树脂型号 Hz802 Hz803 Hz816 Hz820
现象 吸附 、 洗脱效果一般
吸附 、 洗脱
效果一般 吸附性很差
吸附 、 洗脱
效果很好
由观察发现:Hz820型树脂的吸附 、 洗脱效
果最好 , 所以选用 Hz820型大孔吸附树脂。
由以上试验可探索出一条生产落葵色素的工
艺路线为:
以落葵属植物落葵的成熟干果为原料 , 经除
杂 、 粉碎 、浸提 、过滤 , 合并色素滤液 , 再用大
孔吸附树脂吸附 , 以无水乙醇为洗脱液洗脱 , 最
后在低于 50℃的条件下真空浓缩得到色素胶质 ,
进一步干燥即可获得粉末状产品。
具体步骤:
(1)配制溶液:以分析纯盐酸配制 pH=4的
酸性水溶液 , 备用 。
(2)粉碎:取一定量洗净晒干的落葵干果用
FW100型高速万能粉碎机粉碎 , 备用。
(3)浸提 、 抽滤:取一定量粉碎的落葵干
果 , 用以上配制的 pH=4的酸性水溶液溶解 , 隔
一段时间搅拌一次 , 静置 2h后 , 真空抽滤以除
去不溶物 , 将得到的滤液合并以备吸附用。
(4)吸附:将滤液经过柱子 , 用 Hz820型大
孔吸附树脂吸附。当吸附饱和 , 柱子颜色较深 ,
流出的废液有颜色时 , 不再倒入滤液。
(5)洗脱:先用蒸馏水洗脱两遍 , 以除去未
吸附的色素以及所吸附的一些水溶性糖类 、 蛋
白。然后用无水乙醇将吸附的色素洗脱 , 收集流
下的色素乙醇液。
(6)真空浓缩:将得到的色素乙醇液在温度
为 45℃左右 , 真空度为 0.1MPa下 , 用旋转蒸发
仪进行真空浓缩 , 直至蒸为膏状为止 , 即得色素
胶质 。
2.2 落葵色素的稳定性研究
2.2.1 pH对色素稳定性的影响
实验分析:由以上可知 , 落葵色素在 pH=1
~ 8范围内均为紫红色 , 当 pH≥9时 , 颜色发生
变化 。在 pH=3 ~ 7之间色素比较稳定 。
表 3 落葵色素的吸光度随 pH及时间的变化
   pH
A
时间  
1 3 5 7 9 11
0.5h 0.670 0.753 0.801 0.804 0.422 0.224
1.5h 0.576 0.699 0.770 0.789 0.293 0.084
溶液颜色 紫红 紫红 紫红 紫红 紫蓝 黄色
图 3 落葵色素的吸光度随 pH及时间的变化
2.2.2 光照对色素稳定性的影响
表 4 落葵色素的吸光度随光照时间的变化表
时间 0d 1d 2d 3d 4d 5d 6d
吸光
度 A 0.638 0.523 0.499 0.309 0.094 0.075 0.073
图 4 落葵色素的吸光度随光照时间的变化
107
中国食品添加剂ChinaFoodAdditives试验研究
试验分析:由以上可知 , 光照使落葵色素的
吸光度迅速降低 , 该色素的耐光性很差 。应避光
保存 。
2.2.3 温度对色素稳定性的影响
表 5 常温时落葵色素吸光度随时间的变化表
  时间 /h
A
温度 /℃   
0 1 2 3 4 5
20 0.709 0.694 0.683 0.671 0.663 0.659
30 0.706 0.686 0.666 0.643 0.635 0.616
表 6 加热时落葵色素吸光度随时间的变化表
   时间 /h
A
温度 /℃   
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 4
40 0.630 0.605 0.590 ——— 0.558 ——— 0.533 0.512
50 0.617 0.516 0.452 0.394 0.350 ——— 0.283 ———
60 0.603 0.425 0.316 0.247 0.196 0.165 ——— ———
图 5 常温时落葵色素吸光度随时间的变化
图 6 加热时落葵色素吸光度随时间的变化
实验分析:由以上可知 , 落葵色素在室温下
的稳定性一般 , 温度越高 , 稳定性越差 , 当温度
高于 50℃时 , 色素分解较快。总体来说 , 色素的
耐热性很差 , 应低温保存 。
2.2.4 氧化剂对色素稳定性的影响
表 7 落葵色素的吸光度随 H2O2的浓度和时间的变化表
   H2O2 的浓度
A
时间 /h    
0.1% 0.5% 1.0% 1.5%
0 0.611 0.615 0.610 0.623
1 0.609 0.605 0.605 0.590
2 0.603 0.595 0.586 0.570
6 0.594 0.574 0.536 0.520
8 0.576 0.550 0.500 0.481
10 0.547 0.511 0.444 0.430
22 0.494 0.463 0.356 0.312
图 7 落葵色素的吸光度随 H2O2浓度和时间的变化
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试验研究 中国食品添加剂ChinaFoodAdditives
实验分析:随着 H2O2浓度的增大 , 放置时间
的延长 , 色素溶液的 A值减小 , 浓度越大变化越
明显 。说明氧化剂对色素有一定的影响 。
表 8 当放置时间为 8h时不同浓度溶液的色价表
H2O2的浓度 0.1% 0.5% 1.0% 1.5%
色价 22.154 21.154 19.231 18.5
图 8 当放置时间为 8h时色素色价随 H2O2浓度的变化
上图表明:落葵色素的色价随着氧化剂浓度
的增大有所减小。说明氧化剂对落葵色素的稳定
性有一定的影响。
2.2.5 还原剂对色素稳定性的影响
表 9 落葵色素的吸光度随还原剂浓度和时间的变化表
  Na2SO3的
    浓度 /
   A mol/L
时间 /h    
0 2×10-4 1×10-3 5×10-3 1×10-2
0 0.712 0.696 0.673 0.634 0.609
1 0.713 0.690 0.664 0.617 0.595
2 0.703 0.686 0.662 0.610 0.586
4 0.691 0.686 0.662 0.603 0.568
6 0.675 0.666 0.637 0.576 0.546
11 0.660 0.657 0.621 0.548 0.509
33 0.623 0.637 0.590 0.493 0.455
45 0.585 0.590 0.570 0.428 0.356
57 0.546 0.551 0.540 0.380 0.290
图 9 落葵色素的吸光度随还原剂浓度和时间的变化
实验分析:随着 Na2SO3浓度的增大 , 放置时
间的延长 , 色素溶液的 A值减小。但在 Na2SO3浓
度为 2×10-4mol/L时 , 色素溶液的 A值反而比
未加入 Na2SO3的色素溶液的 A值稍大。这说明当
还原剂的浓度较大时 , 对该色素的稳定性有影
响 , 但加入很少量还原剂对该色素起稳定作用。
表 10 当放置时间为 33h时不同浓度溶液的色价变化表
Na2SO3浓度
(mol/L) 0 2×10
-4 1×10-3 5×10-3 1×10-2
色价 22.250 22.750 21.071 17.607 16.250
图 10 当放置时间为 33h时落葵色素
色价随还原剂浓度的变化
上图表明:落葵色素的色价随着还原剂浓度
109
中国食品添加剂ChinaFoodAdditives试验研究
的增大而降低 , 还原剂对该色素有一定的影响。
但当加入很少量的还原剂时 , 反而比不加还原剂
的色价稍高 , 说明少量的还原剂对该色素起稳定
作用 。
2.2.6 柠檬酸对色素稳定性的影响
表 11 柠檬酸的浓度和时间对落葵色素吸光度的影响表
   柠檬酸的
   A 浓度
时间 /h   
0.01mol/L 0.03mol/L 0.06mol/L 0.10mol/L
0 0.761 0.753 0.760 0.755
1 0.672 0.650 0.622 0.613
2 0.642 0.620 0.595 0.590
3 0.624 0.603 0.578 0.570
5 0.601 0.583 0.554 0.549
7 0.588 0.573 0.543 0.540
10 0.570 0.556 0.526 0.520
22 0.528 0.500 0.471 0.470
图 11 落葵色素的吸光度随柠檬酸浓度
和时间的变化
实验分析:随着柠檬酸浓度的增大 , 放置时
间的延长 , 色素溶液的 A值降低。说明柠檬酸对
该色素有一定的影响 。
2.2.7 金属离子对色素稳定性的影响
表 12 各种金属离子对落葵色素吸光度的影响表   1×10-4mol/L
金属离子 对照 Fe3+ Fe2+ Cu2+ Ca2+ Zn2+ Na+ Al3+ Cr3+ Mn2+ Sn2+
颜色 紫红 红褐 紫红 紫红 紫红 紫红 紫红 紫红 紫红 紫红 紫红
   0h 0.44 0.31 0.45 0.44 0.45 0.44 0.45 0.44 0.44 0.44 0.44
A   52h 0.28 0.16 0.26 0.21 0.28 0.27 0.27 0.25 0.24 0.26 0.26
   90h 0.23 0.13 0.22 0.16 0.22 0.21 0.22 0.20 0.20 0.21 0.22
由上 表 可 知:Fe2+、 Ca2+、 Zn2+、 Na+、
Al3+、 Cr3+、 Mn2 +、 Sn2 +与对照相比 , A值变化
不大 , 色素的颜色不变;Fe3 +、 Cu2+与对照相
比 , A值变化较大 , Fe3+使色素的颜色由紫红色
变为红褐色 , Cu2+虽不改变色素的颜色 , 但使色
素颜色明显变浅 , 这说明 , Fe3+、 Cu2 +对色素有
一定的影响。
3 结论
本课题对从落葵干果中提取落葵色素的工艺
过程进行了研究:采用酸性水溶液为提取剂 , 室
温下浸提 , 然后用 Hz820型大孔吸附树脂进行吸
附 , 再用无水乙醇为洗脱液进行洗脱 , 分离富
集 , 最后通过真空浓缩得到色素胶质 , 探索出了
一条生产落葵色素的工艺路线 。该工艺得到的落
葵色素胶质的产率为 14.04%。并对该色素进行
了紫外光谱分析 , 测得最大吸收波长为 536nm,
得到的成品色价为 32.278。
此外 , 还对落葵色素的理化性质及其稳定性
做了研究 , 结论如下:
(1)落葵色素呈人们喜欢的紫红色 , 有吸湿
性 , 极易溶于水 , 可溶于稀醇 , 不溶于无水乙
醇 、丙酮 、 正己烷等有机溶剂 。
(2)落葵色素在 pH=3 ~ 7时比较稳定 , 适
宜于弱酸性和中性条件下使用 。
(3)落葵色素的耐光 、 耐热性较差 , 应低温
110
试验研究 中国食品添加剂ChinaFoodAdditives
下避光贮藏 , 生产过程中的浓缩温度应控制在
50℃以下 。
(4)氧化剂 、还原剂对该色素的稳定性有一
定的影响 。但当加入很少量的还原剂时 , 可以提
高其稳定性。
(5)柠檬酸对色素的稳定性有一定的影响。
(6)Fe3+、 Cu2+对该色素的影响较大 , 其它
金属离子基本上对其稳定性没有影响。
落葵对生长条件要求不高 , 可大面积种植 ,
在我国有大量的野生资源 , 色素含量高 , 提取工
艺简单 , 且安全无毒 , 可广泛应用于食品 、 化妆
品的着色中 , 是一种值得开发和利用的天然色素
资源 。
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(上接第 91页)
清除自由基能力相当于 BHT的 67.74%左右 , 维
生素 C的 50.97%以上 。
(2)通过对羟基自由基和超氧阴离子的清除
试验研究 , 结果表明在浓度为 1.0mg/mL, 4min
时色素溶液对 ·OH和 O-2均有较好的清除作用 。
(3)通过对亚油酸过氧化抑制作用研究 , 得
出金樱子棕色素具有一定的抑制效果 , 在浓度为
1.0mg/mL时可达到 83.9%。
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