全 文 ：17※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 02
野生异叶爬山虎果皮红色素提取及稳定性研究
卜晓英 1，陈晓华 2，麻明友 1
(1.吉首大学 林产化工工程湖南省重点实验室，湖南 张家界 427000；2.张家界市环境保护局，湖南 张家界 427000)
摘 要：采用水溶液提取野生异叶爬山虎果皮中红色素，通过 L16(45)正交试验对野生异叶爬山虎果皮中红色素提取
条件进行优化，对提取液进行喷雾干燥，并对粉末红色素进行各种检测。结果表明，影响红色素提取的显著因素
是温度与料液比，其次是提取溶剂和提取时间；通过喷雾干燥法能有效地得到粉末状红色素；粉末状红色素所含
有害成分含量极低；该色素受 p H 值的影响较大，易溶于水、酸性乙醇与酸性甲醇，难溶于三氯甲烷、乙酸乙
脂等；研究食品中几种常见的共存物、M g 2 +、C a 2 +、C u 2 +、F e 2 +、N a +、温度对红色素稳定性的影响。
关键词：异叶爬山虎；红色素；提取；理化性质
Extraction and Stability of Pigment from Wild Grown Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr
BU Xiao-ying1，CHEN Xiao-hua2，MA Ming-you1
(1. Hunan Provincal Key Laboratory of Forest Products and Chemical Engineering, Jishou University, Zhangjiajie 427000, China；
2. Zhangjiajie Environmental Protection Bureau, Zhangjiajie 427000, China)
Abstract ：Organic solvent extraction technique was employed to extract pigment from wild grown Parthenocissus heterophylla
(Bl.) Merr. Single factor method combined with orthogonal array design was used to analyze the effects of four crucial
parameters (namely material/liquid ratio, temperature, extraction time and extraction solvent type) on Parthenocissus heterophylla
(Bl.) Merr pigment extraction. Subsequently, the extracted pigment was spray dried and tested for physiochemical properties
and meanwhile, its stability was also evaluated. Results showed that the yield of the pigment (expressed as the absorbance at 512
nm) was affected significantly by extraction temperature and material/liquid ratio, whereas extraction solvent type and extraction
time had no significant effects. Red Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr pigment powder was obtained after spray drying. Lower
contents of harmful heavy metal elements were observed in the pigment, which exhibited poor pH stability and was soluble in
water, acidic ethanol and methanol but not soluble in chloroform and ethyl acetate. The thermal stability of the pigment at acidic
pH was stronger than at neutral or alkaline pH. Hyperchromic effects of Mg2+, Ca2+, Cu2+, VC, sodium benzoate and potassium
sorbate were observed, while the color of the pigment was changed with the existence of Fe2+, and the existence of Na+ exhibited
no effect on the color of the pigment.
Key words：Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr；pigment；extraction；physiochemical quality
中图分类号：TS202.3 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2010)02-0017-05
收稿日期：2009-02-25
基金项目：湖南省科技厅计划项目(2005JT1075)；湖南省教育厅研究计划项目(05C139)
作者简介：卜晓英(1971—)，女，副教授，硕士，主要从事植物及其有效成分研究。E-mail：xyingbu@163.com
我国天然色素的制备及使用历史悠久[1]，自古至今
色素广泛应用于饮料、糕点、果酒、果酱等食品中，
以改善食品的外观品质，还经常应用于医药、化妆品
等用以满足人们对不同产品的需要。合成色素与天然色
素相比，具有色泽鲜艳、着色力强、性质稳定和价格
便宜等优点，故各国家普遍使用合成色素。但随着人
们认识到合成色素对人体有不同程度伤害，甚至还有致
泻、致畸、致癌或诱发染色体变异的作用。很多国家
已禁止或严格限量使用合成色素。天然色素以其安全、
无毒、广泛的药理作用及诸多优点，而广泛用于食品、
保健食品、医药、化妆品及服装等工业中。因此寻求
和开发天然色素资源已成为人们日益关注的课题[2-3]。
异叶爬山虎(Parthenocissus heterophy (Bl.) Mer)属于
葡萄科多年生藤本植物[4]，紫黑色熟果皮中含有丰富的
天然红色素，这种红色素在酸性及中性时呈红色、色
泽鲜艳且稳定。本实验研究从野生异叶爬山虎熟果皮中
提取红色素的优化条件与提取液的喷雾干燥法；并对红
色素稳定性的影响因素及红色素粉末所含有害成分进行
2010, Vol. 31, No. 02 食品科学 ※工艺技术18
检测，以期为武陵山区退耕还林后开发、利用野生异
叶爬山虎植物提供一定依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
异叶爬山虎于 2008年 9月采于湖南省桑植县八大公
山国家自然保护区，洗净于－ 25℃冰柜保存。
无水乙醇、V C、硫酸铜、柠檬酸、磷酸氢二钠、
蔗糖、氯化钠、硫酸铁、双氧水、苯甲酸钠等(均为
分析纯 )。
1.2 仪器与设备
Lamba25紫外分光光度计 美国 Perkin公司；HM-
60V酸度计 日本 TOA公司；AEG-200电子分析天平、
AA-680原子吸收光谱仪 日本岛津公司；BH-65电热
恒温水浴锅、RE-52旋转蒸发仪、DP-32真空干燥箱、
GB-22小型喷雾干燥器 日本YAMATO公司；真空蒸
发装置 4-5110 OSAKA公司。
1.3 方法
1.3.1 野生异叶爬山虎红色素提取工艺流程
熟果→去籽→研碎→浸提→抽滤→真空浓缩→喷雾
干燥→真空干燥→密封保存
1.3.2 单因素试验条件
称取去籽样品 5.0g于干燥洁净的磨口具塞锥形瓶中，
按 1:30(g/mL)加入水溶剂，在室温条件下浸提 4h。研究
不同浸提溶剂、料液比、提取温度、提取时间对野生异
叶爬山虎红色素提取的影响，以得出正交试验水平范
围 。
1.3.3 正交试验
在单因素试验基础上，进行 L 16(4 5)正交试验。
1.3.4 喷雾干燥红色素粉末的理化、卫生指标的检测
水分测定：真空干燥法；总糖测定：苯酚 -硫酸法；
灰分测定：高温焚烧法；VC 测定：碘量法；微生物测
定：食品卫生检验法；有害原素测定：原子吸收光谱内
标法[ 5 ]。
2 结果与分析
2.1 野生异叶爬山虎红色素提取单因素条件的确定
2.1.1 浸提溶剂的选择
选取水、酸性乙醇、酸性甲醇、三氯甲烷、乙
酸乙脂、石油醚作为溶剂，在相同条件下浸提 4h，提
取液采用紫外分光光度计在200～800nm波长范围内自动
扫描，在可见区 512nm波长处有最大吸收峰，故本实
验选择 512nm作为测定波长，各种溶剂提取液测定结果
见表 1 。
浸提溶剂 水 酸性乙醇 酸性甲醇 三氯甲烷 乙酸乙脂 石油醚
颜色 红色 深红 紫红色 溶剂色 溶剂色 溶剂色
A512nm 1.027 1.896 1.654 0.321 0.423 0.368
表1 不同溶剂提取红色素效果
Table 1 Effect of extraction solvent type on extraction yield of
pigment from Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr (expressed as
absorbance at 512 nm, the same hereinafter)
由表 1 可知，酸性乙醇提取效果最好，故本实验
选择酸性乙醇作为浸提溶剂。
2.1.2 料液比的选择
以酸性乙醇为浸提剂及其不同料液比在其他条件相
同的情况下浸提，浸提剂的 A512nm见表 2。由表 2可知，
以料液比为 1:30(g/mL)的提取效果较好。
料液比(g/mL) 1:10 1:20 1:30 1:40 1:50
A512nm 0.864 1.036 1.654 1.427 1.123
表2 不同料液比提取红色素的效果
Table 2 Effect of material/liquid ratio on extraction yield of
pigment from Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr
温度 /℃ 室温 30 40 50 60 70
颜色 浅红 深红 深红 深红 浅红 浅红
A512nm 0.724 0.968 1.154 0.821 0.742 0.468
表3 不同温度浸提红色素效果
Table 3 Effect of temperature on extraction yield of pigment from
Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr
时间 /min 40 60 80 100 120 140
颜色 浅红 深红 深红 深红 深红 深红
A512nm 0.856 1.268 1.315 1.301 1.285 1.176
表4 不同时间浸提红色素效果
Table 4 Effect of extraction time on extraction yield of pigment
from Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr
2.1.3 提取温度的选择
用酸性乙醇为浸提剂，料液比 1:30，浸提时间相
同，不同温度下浸提，浸提液的 A 51 2n m见表 3。由表 3
可知，提取温度为 40℃的提取效果较好。
2.1.4 提取时间的选择
以酸性乙醇为浸提剂，料液比 1:30，浸提温度 40℃
条件下用不同时间浸提红色素，浸提液的 A512nm见表 4。
由表 4可知，浸提时间为 80min时的提取效果较好。
2.2 野生异叶爬山虎红色素提取条件的优化
根据单因素试验结果，为进一步探索最佳工艺参
数，选用提取温度(A)、料液比(B)、提取时间(C )、浸
提溶剂(D)4个影响因素，按表 6设计L16(45)进行提取条件
优化的正交试验，因素水平安排作随机处理。
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每份称取去籽样品 5.0g于干燥洁净的磨口具塞锥形
瓶中，在各种设计条件下进行浸提，并经常振荡。以
各种提取剂为参比，在紫外分光光度计上于 512nm波长
处测定红色素溶液的吸光度，试验结果及方差分析分别
见表 6 、7 。
编号
A提取 B料液 C提取 D浸提
误差 A512nm
温度 /℃ 比(g/mL) 时间 /min 溶剂
1 室温 1:20 40 水 1 1.046
2 室温 1:30 60 酸性乙醇 2 0.987
3 室温 1:40 80 酸性甲醇 3 1.526
4 室温 1:50 100 1%盐酸 4 1.268
5 30 1:20 60 酸性甲醇 4 0.863
6 30 1:30 40 1%盐酸 3 1.086
7 30 1:40 100 水 2 1.265
8 30 1:50 80 酸性乙醇 1 1.538
9 40 1:20 80 1%盐酸 2 1.876
10 40 1:30 100 酸性甲醇 1 1.345
11 40 1:40 40 酸性乙醇 4 1.824
12 40 1:50 60 水 3 1.634
13 50 1:20 100 酸性乙醇 3 1.702
14 50 1:30 80 水 4 1.341
15 50 1:40 60 1%盐酸 1 1.687
16 50 1:50 40 酸性甲醇 2 1.429
K1 4.827 5.487 5.385 5.286 5.616
K2 4.752 4.759 5.171 6.051 5.557
K3 6.679 6.302 6.281 5.163 5.948
K4 6.159 5.869 5.580 5.917 5.296
k1 1.208 1.327 1.346 1.322 1.404
k2 1.188 1.165 1.293 1.513 1.389
k3 1.670 1.576 1.570 1.291 1.487
k4 1.540 1.467 1.395 1.479 1.324
R 0.482 0.411 0.277 0.222 0.163
表6 红色素提取条件的正交试验结果
Table 6 Results of orthogonal array design
由表 7可知，提取温度对异叶爬山虎红色素提取率
的影响最大，其次为浸提的料液比。根据正交试验结
果分析可知最适合的提取条件为 A3B3C3D2。而考虑到D2
与D1之间提取率相差不大，而且根据方差分析浸提溶剂
对提取得率的影响很小，从工业生产的成本及食品等的
安全性考虑，本实验选择水作为红色素提取溶剂而不用
酸性乙醇作为萃取剂，因此选择提取条件为 A3B3C 3D1，
即 40℃、料液比 1 :40、提取 80min，用水浸提。
2.3 野生异叶爬山虎果实红色素的提取及粉末化
2.3.1 野生异叶爬山虎果实红色素的提取
称取去籽样品每份 50.0g共 10份分装于干燥洁净的
磨口具塞锥形瓶中，以选择的优化条件进行浸提，提
取液过滤，滤液用旋转蒸发仪在真空条件下以 40r/min的
转速，浓缩时温度为 50℃进行浓缩，得浓缩液 500mL。
2.3.2 野生异叶爬山虎果实红色素的喷雾干燥[6]
将 2.3.1节所得浓缩液中加入待喷红色素液 3%的可
溶性淀粉，使其质量分数在 11%～14%范围内，在喷
雾干燥机(气流式喷嘴)上进行干燥，干燥条件为进口风
温度 168～172℃、出口风温度 63～70℃、气体流量
8700～9800kg/h、喷液量2170～2450kg/h、排风量0.32～
0.39m3/min。干燥的红色素粉末在干燥环境中过 200目
筛，密封，干燥器中保存待用。
2.4 喷雾干燥红色素粉末的理化、卫生指标的检测
理化指标：经检测色素粉末中水分含量 4.76%；总
糖 82.93%；灰分 6.93%；VC 7.59μg/100g。
微生物测定：检测结果为细菌总数(个 /g)＜ 100；
大肠杆菌群(个 /g)＜ 25；致病菌未检出。
有害原素测定：砷 0.125μg/g；铅 0.5478μg/g；
汞 0.0858μg/g。
2.5 红色素稳定性质的研究[7-11]
2.5.1 溶解性
称取红色素粉末 10mg左右于 25mL具塞试管中，分
别加入不同溶剂 20mL，充分振荡，3d后观察记录实验
结果，见表 8 。
溶剂 颜色 溶解性
蒸馏水 棕红色 溶解
乙醇 红色 溶解
甲醇 红色 溶解
正丁醇 深红色 溶解、稍有沉淀
乙二醇 深红色 溶解
丙三醇 红色 溶解
苯 紫黑色沉淀 不溶
石油醚 紫红色沉淀 不溶
乙醚 紫红色沉淀 不溶
氯仿 紫红色沉淀 不溶
丙酮 紫红色沉淀 稍溶
表8 异叶爬山虎果实红色素粉末的溶解性
Table 8 Solubility of powdered pigment from Parthenocissus
heterophylla (Bl.) Merr
因素 A提取温度 /℃ B料液比 /(g/mL) C提取时间 /(min) D浸提溶剂
1 室温 1:20 40 水
2 30 1:30 60 酸性乙醇
3 40 1:40 80 酸性甲醇
4 50 1:50 100 1%盐酸
表5 正交试验因素水平表
Table 5 Factors and levels in orthogonal array design
方差来源 平方和 自由度 均方 显著性
A 0.698 3 0.233 ***
B 0.341 3 0.114 *
C 0.173 3 0.058
D 0.148 3 0.049
误差 0.054 3 0.018
表7 方差分析结果
Table 7 Results of variance analysis for extraction yield of
pigment from Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr with various
extraction conditions
注：*** .P＜ 0 .001；* .P＜ 0 .05。
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由表 8 可知，该色素易溶于水、甲醇、乙醇、丙
三醇、乙二醇等极性较强的溶剂，而不溶于苯、乙醚、
石油醚、氯仿等非极性溶剂，说明它是水溶性的色素。
2.5.2 色素粉末溶解速率
称取红色素粉末 2.0g共 9份，分放于 100mL三角瓶
中，分别加入 5 0 m L 水、甲醇、乙醇、正丁醇、乙
二醇、丙三醇后，立即用磁力搅拌器搅拌(速度为 5档)，
记录红色素粉末溶解时所需时间。
溶剂 水 甲醇 乙醇 正丁醇 乙二醇 丙三醇
时间 /s 102 120 115 124 121 128
表9 红色素粉末在不同溶剂中的溶解时间
Table 9 Required dissolution time of powdered pigment from
Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr in different solvents
pH 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
A512nm 1.578 1.683 1.810 1.858 1.829 1.796 无 无
表10 pH值对红色素的吸光度的影响
Table 10 pH stability of Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr
p igment
A512nm
温度 /℃
pH2.0 pH7.0 pH9.0
室温 1.756 1.853 无
30 1.638 1.816 无
50 1.462 1.384 无
70 1.197 0.679 无
90 0.869 0.109 无
表11 不同pH值条件下温度对红色素吸光度的影响
Table 11 Thermal stability of Parthenocissus heterophylla (Bl.)
Merr pigment at different pH values
由表 9 可知，红色素在水中的溶解时间为 102s。
2.5.3 pH值对红色素稳定性的影响
用柠檬酸、磷酸氢二钠配制 pH值为 2.0～8.0等系
列的缓冲溶液，分别精确吸取 4mg/mL 的红色素母液
1mL，用缓冲液定溶至 10mL，于暗处静置 1h。然后以
缓冲液为参比，在紫外分光光度计上测定 512nm波长处
吸光度，结果见表 10。从表 10可以看出，在 pH2.0～
7.0之间色素无明显变化。当pH值达到8.0及以上时该色素
的特征性吸收峰因色素降解而消失，并有大量沉淀产生。
2.5.4 温度对红色素稳定性的影响
取浓度为4mg/mL色素溶液1mL于具塞刻度试管中，
用 pH值为 2.0、7.0、9.0的缓冲溶液定溶到 10mL，分
别置于室温、3 0、5 0、7 0、9 0℃的恒温水浴 1 h 后，
迅速冷却至室温，于 512nm波长处测吸光度，见表 11。
溶液，还是在中性溶液中红色素都有一定的降解，但
酸性溶液中降解比中性降解小得多，当温度小于 70℃时
降解较少，大于 70℃时降解较快且酸性溶液较中性溶液
红色素要稳定，而碱性溶液中红色素不稳定。
2.5.5 金属离子对红色素吸光度的影响
用超纯净水配制不同浓度的金属离子溶液，取
4mg/mL红色素母液1mL，用不同浓度的金属离子溶液定
容至 10mL，置于室温暗处 1h，以同浓度离子溶液为对
照，测定 A 5 1 2 n m，结果见表 1 2。
从表 12可以看出，Fe2+使野生异叶爬山虎红色素的
分子结构发生了较大的改变，溶液的颜色由红色变成墨
绿色，高浓度 Fe 2 +使溶液变色成锈黄色，所以该色素
在提取与加工过程中忌与铁器接触。Mg2+、Ca2+、Cu2+
对该色素具有一定的保护与增色效果，而Na+对该色素
影响不大。
2.5.6 几种食品中共存物对红色素稳定性的影响
用氯化钠、VC、苯甲酸钠、蔗糖等配成一定的浓
度，为了消除 pH 值的影响，不同浓度的共存物溶液用
pH3.0的缓冲液配制。吸取 4mg/mL的色素母液 1mL，用
含不同浓度共存物的缓冲液定容至 10mL，于室温下暗
处静置 1h。以缓冲液为参比，测定 A 512nm值， 结果见
表 1 3。由表 11可知，红色素在温度上升时，无论是酸性
A512nm
金属离子 离子浓度 /%
0h 2h 12h 24h
颜色
0.005 1.532 1.574 1.524 1.512 深红
Mg2+
0.01 1.743 1.631 1.605 1.583 深红
0.05 1.512 1.496 1.453 1.396 红色
0.1 1.498 1.435 1.413 1.392 红色
0.005 0.439 － － － 浅红
Fe2+
0.01 － － － － 黄绿
0.05 － － － － 浅黄
0.1 － － － － 锈黄
0.005 1.114 1.326 1.349 1.345 红色
Ca2+
0.01 1.435 1.469 1.516 1.489 红色
0.05 1.659 1.678 1.688 1.624 深红
0.1 1.740 1.729 1.732 1.689 深红
0.005 1.715 1.723 1.731 1.739 深红
0.01 1.734 1.735 1.739 1.741 深红
Cu2+
0.05 1.756 1.761 1.768 1.769 深红
0.1 1.776 1.768 1.769 1.776 深红
0.005 1.249 1.251 1.253 1.258 红色
Na+
0.01 1.259 1.263 1.268 1.271 红色
0.05 1.268 1.272 1.275 1.279 红色
0.1 1.275 1.278 1.276 1.283 红色
表12 金属离子对红色素吸光度的影响
Table 12 Effects of heavy metal ions on the stability of
Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr pigment
注：－.数值超出仪器测量范围而无法显示。
21※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 02
共存物 波长 /nm
A512nm
未加共存物 加共存物
维生素 512 1.715 1.956
氯化钠 512 1.715 1.708
蔗糖 512 1.715 1.702
苯甲酸钠 512 1.715 1.843
山梨酸 512 1.715 1.919
表13 共存物对红色素吸光度的影响
Table 13 Effects of common coexisting substances in food on the
stability of Parthenocissus heterophylla (Bl.) Merr pigment
由表 13 可知，V C、苯甲酸钠、山梨酸具有保护
与增色的作用，可能是由于它们引起溶液 pH 值下降以
及本身结构的吸光性所致。而 NaCl与蔗糖对色素的稳
定性无明显不良影响。
3 讨 论
3.1 由正交试验及方差分析可知，影响野生异叶爬山
虎红色素提取率的最显著因素是提取温度，其次为浸提
的料液比。而根据方差分析和从工业生产成本及食品等
的安全性考虑，本实验选择提取条件 A 3B 3C 3D1，即 40
℃、料液比 1 :4 0、提取 8 0m in，用水来提取。
3.2 提取液的喷雾干燥得到的红色素粉末细而均匀，
粘壁少，特别是旋风分离器上几乎没有粘壁现象发生，
经检测色素粉末中水分含量为 4.76%，在水中溶解时间
为 102s， 说明此干燥分离法适宜于工业化生产野生异叶
爬山虎红色素。该粉末状红色素有害成分含量已完全符
合食品添加剂的使用要求。
3.3 理化性质研究表明，pH值对该色素影响明显，该
色素在酸性条件下稳定；在温度小于 70℃时色素较稳
定；Fe2+使野生异叶爬山虎红色素的分子结构发生了较
大的改变溶液的颜色由红色变成墨绿色，高浓度 Fe2+使
溶液变色成锈黄色，所以该色素在提取与加工过程中忌
与铁器接触。Mg 2+、Ca 2+、Cu 2+对该色素具有一定的
保护与增色效果，而 Na +对该色素影响不大；VC、苯
甲酸钠、山犁酸具有保护与增色的作用，可能是由于
它们引起溶液 pH 值下降以及本身结构的吸光性所致。
而 NaCl与蔗糖对色素的稳定性无明显不良影响。
3.4 野生异叶爬山虎红色素易溶于水、乙醇、甲醇等
极性溶剂中，而不溶于苯、乙醚、石油醚等非极性有
机溶剂，因此该色素适宜用极性溶剂特别是酸性极性溶
剂提取。
参考文献：
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1999(9): 8-9.
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