全 文 :第10卷第1期
2010年3月
浙江树人大学学报
JOURNAL OF ZHEJIANG SHUREN UNIVERSITY
Vol.10,No.1
Mar.2010
收稿日期:2009-09-27
作者简介:蒋新龙(1963— ),男,浙江东阳人,教授级高级工程师,从事生物化工研究.
紫藤红色素的提取工艺及性质研究
蒋新龙
(浙江树人大学 生物与环境工程学院,浙江 杭州310015)
摘 要:研究了紫藤花红色素的提取条件和理化性质.结果表明,用料液比1∶20(g/mL)、pH 1的30%
乙醇作提取剂、在80℃恒温浸提20min,提取效率较好.紫藤花红色素属花青素类色素,易溶于水和酸性
乙醇;pH值对色素影响明显,在酸性条件下色泽稳定且具有热稳定性.色素的耐光照能力较好.金属离
子Na+、Ca2+、A13+、Cu2+、Zn2+对色素色泽无影响,而Fe3+、Pb2+有不良影响.色素的抗氧化性较差而
抗还原性能较好.蔗糖、葡萄糖和盐等添加剂对色素无影响.
关键词:紫藤;色素;提取工艺;理化性质
中图分类号:TS202.3 文献标识码:A 文章编号:1671-2714(2010)01-0010-06
0 引 言
应用安全无毒的天然食用色素代替合成食用色素是大势所趋.[1-4]但天然色素比合成色素价格高,
因此充分利用价廉的天然资源制取食用色素是降低成本的重要途径之一.[5]紫藤(Wisteria sinensis
Sweet),别名朱藤、藤萝、藤花、葛藤、豆藤、紫金藤和招藤等,为豆科紫藤属的藤本花木,是集药用、食用、
观赏、绿化、工业用、材用兼备的植物,经济价值高且栽培容易,分布于我国南北各地.[6-8]紫藤花堇紫
色,花期长且花序量多,花冠极为丰富.[6]对紫藤花深加工产品的研究,目前报道较多的是紫藤花精油的制
作,[6]而紫藤花中丰富的天然红色素目前对此尚无研究.国内外有关植物红色素提取工艺研究的许多报道
提及采用盐酸-乙醇溶液或NaOH-乙醇溶液作为提取剂.[9-10]为此,本试验设计采用野生紫藤花为原
料,以盐酸-乙醇溶液作提取剂,以吸光度为指标,显著性检验采用Duncan法[11]以分析紫藤红色素的最佳
提取条件;同时对紫藤红色素的理化性质也进行了分析,为其色素的开发利用提供科学依据.
1 材料与方法
1.1 仪器与材料
野生紫藤采自丽水野外.实验所采用的试剂均为国产分析纯.主要仪器有北京瑞利 UV-9100型紫
外可见光谱仪、数显恒温水浴锅 HH-2、DZF-6050型真空干燥箱、AL204电子分析天平、RE52CS-1旋
转蒸发器、DEAE-纤维素层析柱、15W紫外灯.
1.2 紫藤红色素提取
1.2.1 提取方法
新鲜紫藤花→清洗→干燥→粉碎→称重→常温浸泡或水浴加热→过滤→色素液→减压浓缩→浓缩
液上DEAE-纤维素层析柱(1.5cm×20cm),用酸性乙醇洗脱→洗脱液浓缩干燥得暗红色浸膏.[12]
1.2.2 提取剂的选择
以不同溶剂作提取剂进行试验.各提取液分别以相应提取剂作参比,用紫外可见光谱仪比较在
400nm~600nm波长范围其最大吸收波长处的吸光度值.
1.2.3 平行试验
称取0.500 0g紫藤花若干份,分别在不同的温度、提取时间、提取次数、提取剂用量等条件下做单
因子平行实验,按1.2.2的方法在530nm处测量各样品的吸光度A.
1.2.4 正交试验
表1 正交试验的因子与水平
序号 A提取剂/%
B:提取剂
用量/(g/mL)
C:提取时间
/min
D:提取
温度/℃
1 30 1∶10 20 60
2 50 1∶20 40 70
3 70 1∶30 60 80
采用L9(34)正交试验设计表头,对提取
温度、提取时间、提取剂、提取剂用量4因子
在3个不同水平进行优选,见表1.按1.2.2
的方法测量各样品的吸光度A.
1.3 紫藤红色素理化性质的测定
以色素暗红色浸膏配成一定浓度的色素溶液为样本,分别对其溶解性、吸收光谱特征、pH 值的影
响、热稳定性、光稳定性及其共存物的影响进行测定分析.[13]
2 结果与讨论
2.1 提取条件的选择
2.1.1 平行实验
表2 提取剂pH值对提取效率的影响(λmax为530nm)
pH值 1.0 2.0 3.0 4.0 6.0
颜色 深红 深红 红 淡红 浅红
吸光度A 1.060 0.923 0.834 0.532 0.156
(1)提取剂的选择料液比1∶40、水浴60℃
提取30min,比较不同pH的30%乙醇提取液发
现,pH 值1.0的提取液的外观颜色最深(见
表2).该色素在酸性条件下提取率较好,而且在
其他条件相同时,用不同pH值的水作为提取剂进行试验,pH 值1.0的提取效果最好(见表2).再用
pH值1.0的不同浓度的乙醇作为提取剂在其他条件相同时进行试验.表3表明,30%乙醇、50%乙醇、
70%乙醇作提取剂较好.为了确定在多因子条件下与单因子条件下的最佳提取剂是否吻合,因此选定提
取浓度30%、50%、70%作为正交试验的3个水平.
表3 提取剂乙醇浓度对提取效率的影响
乙醇浓度/% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 95
吸光度A 0.534 0.789 0.932 1.175 1.046 1.139 1.057 1.215 0.923 0.739
注:水溶液λmax为520nm,10%~50%醇溶液λmax为530nm,60%~80%醇溶液λmax为540nm,95%醇溶液λmax为
550nm.
(2)提取温度的选择料液比1∶40、用pH值1.0的30%乙醇溶液作提取剂提取30min,对提取温
度20℃、40℃、60℃、80℃、100℃进行了平行实验,测其530nm 处吸光度分别为0.893、0.976、
1.178、1.156、1.082.由此看出,在60℃时其吸光度最大,说明提取温度以60℃最佳,Duncan法检验结
果60℃与80℃提取液差异不显著.为了确定在多因子条件下与单因子条件下的最佳温度是否吻合,因
此选定提取温度60℃、70℃、80℃作为正交试验的3个水平.
(3)提取时间的选择在料液比1∶40、70℃用pH 值1.0的30%乙醇溶液提取时对提取时间
20min、30min、40min、50min、60min、80min进行了平行实验,测其530nm处吸光度分别为0.890、
0.973、1.135、1.143、1.152、1.203.通过Duncan法检验,结果显示后四者之间差异不显著.从节约能源
和高提取率考虑,提取时间以40min最佳.为了确定在多因子条件下与单因子条件下的最佳提取时间
11第1期 蒋新龙:紫藤红色素的提取工艺及性质研究
是否吻合,因此选定提取时间20min、40min、60min作为正交试验的3个水平.
(4)提取剂用量的选择在70℃用pH值1.0的30%乙醇溶液提取30min时,对提取剂用量1∶10、
1∶20、1∶30、1∶40、1∶50进行了平行实验,测其530nm处吸光度分别为1.195、1.382、1.433、1.113、
1.108.由此看出,在料液比1∶30时为最佳.为了确定在多因子条件下与单因子条件下的最佳料液比是
否吻合,因此选定料液比1∶10、1∶20、1∶30作为正交试验的3个水平.
2.1.2 正交试验研究
表4 正交试验结果
试验号 水平组合 A B C D 吸光度A
1 A1B1C1D1 30% 1∶10 20 60 0.941
2 A1B2C2D2 30% 1∶20 40 70 1.090
3 A1B3C3D3 30% 1∶30 60 80 1.270
4 A2B1C2D3 50% 1∶10 40 80 1.069
5 A2B2C3D1 50% 1∶20 60 60 1.000
6 A2B3C1D2 50% 1∶30 20 70 1.105
7 A3B1C3D2 70% 1∶10 60 70 1.057
8 A3B2C1D3 70% 1∶20 20 80 1.365
9 A3B3C2D1 70% 1∶30 40 60 1.142
K1 3.301 3.067 3.411 3.083
K2 3.174 3.455 3.301 3.252
K3 3.564 3.517 3.327 3.704
K 0.390 0.450 0.110 0.621
因素主次:
D>B>A>C
各试验号根据具体给定的提取条件所得
的提取液,用相应提取剂分别定容于50mL
容量瓶中,在相应波长分别测其吸光度A.表
4直观分析可得,最佳提取工艺条件为
A3B2C1D3;由极差数据K 可见,各因子对提
取率的影响依次为:提取温度,提取料液比,
提取剂,提取时间.由实验数据的方差分析表
5可知,正交试验的4个因子中,以提取温度
对提取率的影响最大,提取温度为显著性因
子.由Duncan法分析可知,除提取时间外其
他提取因子都有显著性差异.其中提取剂
70%乙醇与30%乙醇差异不显著;料液比
1∶30与1∶20差异不显著,与1∶10差异显
著;提取温度80℃与其他水平差异显著.综
合分析正交试验结果并考虑成本因素,确定最佳工艺条件为A1B2C1D3:即用pH值1.0的30%乙醇作
为提取剂、在0.500 0g紫藤干花条件下,料液比1∶20(g∶mL),提取时间20min,提取温度80℃.
表5 方差分析表
变异原因 偏差平方和 自由度 均方 F值 显著性
A 0.026 38 2 0.013 19 11.970 5
B 0.039 65 2 0.019 83 17.995 6
D 0.068 72 2 0.034 361 31.187 3 *
误差 0.002 20 2 0.001 102 1
SST 0.137 0 8
注:因素C影响小,故作为方差分析的误差处理;F0.05(2,2)=19.00,F0.01(2,2)=99.00;“*”表示因素影响显著.
表6 各因素四水平显著差异比较
1(A)
水平 A P0.05 P0.01
2(B)
水平 A P0.05 P0.01
3(C)
水平 A P0.05 P0.01
4(D)
水平 A P0.05 P0.01
3 1.1880 a A 3 1.1723 a A 1 1.1370 a A 3 1.2347 a A
1 1.1003 ab A 2 1.1517 a A 3 1.1090 a A 2 1.0840 b A
2 1.0580 b A 1 1.0223 b A 2 1.1003 a A 1 1.0277 b A
注:r0.01=14,r0.05=6.09;计算得标准误差为0.019.
2.2 紫藤红色素的理化性质
2.2.1 溶解性
将所得暗红色色素浓缩膏用水、乙醇、乙酸乙酯、石油醚、乙醚做溶解实验.结果表明,所得暗红色色
素浓缩膏在酸性水溶液、乙醇以及两者混合液中的溶解性较好,但不溶于乙酸乙酯、石油醚、乙醚,紫藤
红色素是一种水溶性色素.
21 浙江树人大学学报 2010年
图1 紫藤红色素吸收光谱特性
2.2.2 光谱特征
将紫藤暗红色色素浸膏配制成pH 1.0的水溶液和用pH 1.0
的不同浓度的乙醇液,在400~600nm波长范围内测定吸光度值.
由图1可见,该色素在可见区520~550nm范围内有一个大的吸收
峰,据文献[14]报道,这是花青素的特征峰,由此可推测紫藤红色素
可能是花青素类色素.pH 1.0的水提取液的最大吸收在520nm
处,pH 1.0的30%、50%乙醇提取液的最大吸收在530nm处,pH
1.0的70%乙醇提取液的最大吸收在540nm处,pH 1.0的95%乙
醇提取液的最大吸收在550nm处,提取液中有乙醇存在时最大吸
收峰会发生转移,这与前人的研究结果[15]一致.为了便于检测,用其
水溶液的最大吸收520nm进行紫藤红色素理化性质的测定实验.
图2 不同pH值紫藤红色素吸收光谱曲线
2.2.3 pH值对色素外观及吸收光谱的影响
将pH值1.0的水提取液配制成pH值1.0~14.0的色
素溶液,观察其颜色变化,并在400~600nm波长范围测定部
分色素液的吸收曲线.目测pH 值1.0~3.0的色素液为红
色,比较稳定,pH值4.0~7.0色褪,并有棕色~棕褐色沉淀,
pH值7.0~14.0呈棕色~棕绿色,不同pH值不仅影响色素
外观颜色,而且吸收光谱也发生变化,但最大吸收波长基本不
变.由图2可见,在pH≤3.0光谱曲线有最大吸收峰,位置在
520nm处,pH值4.0以上时,吸收峰完全消失.这表明色素
的分子结构随体系pH 值不同而有所变化.综合分析光谱特
性及其与pH 的关系,紫藤红色素可能属花青素类色素.[14]
图3 温度对不同pH值的色素稳定性的影响
2.2.4 耐热性
配制同一稀释度、不同pH 值的色素水溶液,以室温
20℃作对照,在不同温度下恒温1h,冷却后分别在520
nm波长处测定各色素液的吸光度值.从图3实验结果可
看出,灯笼花色素在pH≤3的酸性环境中较稳定,颜色不
变,且随着温度的升高,有一定的耐热性;在pH≤2时,温
度在60℃以内,色素的耐热性较好,高于60℃耐热性降
低;同一温度下,pH值不同,色素的耐热性也不同.这可能
是花青素类色素的母体结构受热发生变化的缘故.[15]
2.2.5 金属离子对色素稳定性的影响
配制同一稀释度pH 1.0的色素水溶液,加入各种金属离子后使金属离子浓度为0.05mol/L,对照
品中加入蒸馏水,放置30min后,测定吸光度.表7表明,一定含量的钠、钙、铝、锌、铜离子的存在对色
素的颜色和吸收峰影响不大,但铁离子会使色素变为黄色;铅离子使色素液产生少许浑浊.
表7 金属离子对色素稳定性的影响(λmax=520nm)
金属离子 CK Na+ Ca2+ A13+ Cu2+ Zn2+ Pb2+ Fe3+
吸光度A 0.665 0.655 0.671 1.060 0.674 0.675 0.471 —
颜色 红 红 红 红 红 红 红(微浊) 黄
2.2.6 光照的影响
配制同一稀释度的色素水溶液,以避光冷藏(4℃)色素液为对照,分别在室内自然光(平均光强
31第1期 蒋新龙:紫藤红色素的提取工艺及性质研究
4 500lx)、强日光(平均光强92 000lx)和紫外灯光(15W,高度15cm)下照射,6h后观察各色素液的
颜色变化,测定在520nm波长处色素液的吸光度值.表8显示,A、B、C、D之间差异均不显著.由此表
明,室内自然光、强日光、紫外线照射对色素影响不大.
表8 室内自然光、强日光及紫外线对色素的影响Duncan法测量结果
照射条件 颜色 平均吸光度 (X-0.911) (X-0.916) (X-0.938)
A:对照 红 0.938 0.027 0.022 0.003
B:室内自然光 红 0.935 0.024 0.019
C:紫外线照射 红 0.916 0.005
D:强日光照射 红 0.911
注:计算得标准误差为0.056.
表9 氧化还原剂对色素稳定性的影响
浓度/mol·L-1
H2O2
颜色 降解率/%
Na2SO3
颜色 降解率/%
0.00348 红 53.8 红 2.7
0.0174 近无色 86.6 淡红 43.3
2.2.7 氧化还原剂对色素稳定性的影响
分别配制一定浓度的 H2O2、Na2SO3 的
色素溶液,以试剂空白的色素液作参比(pH
1.0),放置30min,目测色素液颜色变化并
测定加入前后在520nm处吸光度值.表9说
明紫藤红色素抗氧化较差而抗还原性能较好.
表10 常用食品添加剂对色素稳定性的影响(λmax=520nm)
食品添加剂
浓度/%
0 5 10 20
食盐 0.643 0.638 0.639 0.645
蔗糖 0.643 0.638 0.645 0.639
葡萄糖 0.643 0.635 0.646 0.631
2.2.8 常用食品添加剂对色素稳定性影响
配制5%、10%、20%的 NaCl、蔗糖、葡
萄糖色素水溶液,以试剂空白的色素液作参
比(pH1.0),放置1h,测定加入前后在520
nm处吸光度值.表10经方差分析说明:食
品添加剂(F=0.2857,P>0.05)及其浓度
(F=2.4064,P>0.05)对色素稳定性影响均不显著.表明食盐、蔗糖和葡萄糖的存在对紫藤红色素无不
良影响.
3 小 结
紫藤红色素易溶于水、乙醇,不溶于丙酮、乙酸乙酯、石油醚、乙醚等有机溶剂;该色素用料液比
1∶20(g/mL)、pH值1.0的30%乙醇作提取剂、在80℃恒温浸提20min,提取效率较好.
紫藤红色素在pH值1.0~3.0的酸性条件下,外观红色较为稳定;0.1mol/L的 HCl提取液的最
大吸收在520nm处、pH 值1.0的95%乙醇提取液的最大吸收在550nm处;金属离子 Na+、Mg2+、
Ca2+、A13+、Cu2+、Zn2+对色素色泽无影响,而Fe3+、Pb2+有不良影响;色素的耐热性在偏酸时较好,受
热时间增长,色素吸光度有一定程度降低,但不影响外观颜色;色素的耐光照能力较好;色素抗氧化能力
较差而耐还原性能较好;糖、盐等添加剂对色素无影响,外观颜色较为稳定.紫藤全株可入药,花富含人
体所需营养物质可供食用、药用,[6-8]故紫藤花红色素作为食用天然色素安全性高,具有较好的开发前
景,但其化学结构、生理活性还有待进一步研究.
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Extraction and Characterization of Red Pigment
fromWisteria Sinensis Sweet
JIANG Xinlong
(Biology and Environmental Engineering School of Zhejiang Shuren University,Hangzhou,Zhejiang,310015,China)
Abstract:Physic-chemical properties and extractions of the red pigment in flower of Wisteria sinensis have been investiga-
ted.The experimental results show that good yield of pigment can be obtained with the use of 30% C2H5OH solution
having apH of 1and a solid-liquid ratio of 1∶20g/mL and working at 80℃for 20min.The Wisteria sinensis red pig-
ment is a kind of anthocyanins,which can be easily dissolved in water and acidity ethanol.It is found that pH has signifi-
cant effect on the tone of pigment,i.e.,it becomes better heat and light resistance in acid environment.By the contrast,
metalic ions Na+、Ca2+、Zn2+、A13+ and Cu2+has no effect on the tone of pigment,whereas Fe3+ and Pb2+ had severe
disadvantageous effect.This kind of pigment has better endurance capability against reducing agent,but it has less resist-
ance capability against oxidizing agent.Addition of glucose,sucrose has no effect on the pigment.
Key words:Wisteria Sinensis Sweet;pigment;extraction method;physic-chemical properties
(责任编辑 麦有珍
檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼
)
(上接第4页)
Implementation and Development of Image Processing
System based on DirectShow
LIN Jianwei,HU Fengjun,XU Zhen
(Modern Education Technology Center of Zhejiang Shuren University,Hangzhou,Zhejiang,310015,China)
Abstract:This paper discusses the decoding AVI video by using DirectShow technology.It separates video streams and au-
dio streams by source Filter,takes the decoded video frame as the input frame of the image processing system,utilizes
median filter for image filtering and morphological processing of the results,and finaly uses OTSU algorithm to do image
binarization processing.Experimental results show that the program is very useful and greatly improves the efficiency of
the program.
Key words:directShow;image processing;OTSU;binarization processing;filter
(责任编辑 麦有珍)
51第1期 蒋新龙:紫藤红色素的提取工艺及性质研究