全 文 ：2016年 第 24期 广 东 化 工
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超声波强化乌饭树色素提取的研究
黄亮臻，沈恬安，邝力，赖瑾仪，陈绮琦，廖雅，魏永春*
(北京理工大学珠海学院 材料与环境学院，广东 珠海 519085)

[摘 要]在单因素试验的基础上，用正交试验法确定了超声波法提取乌饭树叶色素的最佳工艺条件。结果为：提取温度 50 ℃，超声波功率
40 KHz下，乙醇体积分数为 65 %，提取时间为 30 min，固液比为 1∶20。真空干燥后，得到黑色浸膏，提取率为 16.54 %。超声波提取法与常
规提取法相比有明显的优势，所用溶剂少，提取时间短，提取率高。对所得色素染色稳定性实验表明，乌饭树叶色素在酸性条件及低于 80℃时
是稳定的，氧化剂双氧水对色素的稳定性影响不明显，而高锰酸钾和重铬酸钾有明显的破坏作用。
[关键词]超声波提取；乌饭树；色素
[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2016)24-0035-02

Promoting Extraction of Pigment from Leaves of Vaccinium bracteatum Thumb
by Ultrasonic

Huang Liangzhen, Shen Tian’an, Kuang Li, Lai Jinyi, Chen Qiqi, Liao Ya, Wei Yongchun*
(School of Materials and Environment, Zhuhai Campus of Beijing Institute of Technology, Zhuhai 519085, China)

Abstract: The optimal processing conditions for ultrasonic extraction of pigment from leaves of Vacciniun bracteatum Thunb. were obtained by single factor
and orthogonal tests. The results are: 40 kHz ultrasonic wave, 65 % (volume fraction) ethanol as solvent, the ratio of liquid to material is 20∶1 (mL∶g), extracting
once for 30 min at 50 ℃ temperature. The yield of ultrasonic extraction under optimal processing conditions is 16.54 %. Furthermore, ultrasonic extraction has
advantages of shorter duration, less solvent and energy consumption, and improved quality of products. Moreover, the pigment is stable at pH value＜7.0 and
temperature below 80 ℃. H2O2 has little effect on the stability of pigment while KMnO4 and K2Cr2O7 degrade the pigment quite obviously.
Keywords: ultrasonic extraction；vaccinium bracteatum thunb.；pigment

乌饭树(Vaccinium bracteatum Thumb)为杜鹃花科越桔属植
物，属常绿灌木，在我国南方各省均有分布。乌饭树叶中含有较
为丰富的槲皮素及酚苷类蓝黑色素物质，其提取物不仅具有医药
价值，而且也是优良的天然色素，对蛋白质、毛发、淀粉、白醋
及色拉油等均有良好的着色能力[1]，采用有机溶剂、酶、树脂、
水等介质，均可从乌饭树树叶中提取乌饭树叶色素，因此研究乌
饭树叶色素的提取有重要的实际意义。
目前国内乌饭树叶色素的提取多采用水或有机溶剂的常规提
取方法[2]，也有人利用超临界CO2萃取法。超临界CO2萃取法的成
本和设备要求高，可行性受到限制[3]，常规色素提取法存在流程
复杂、时间长、能耗大等缺点，不利于提高生产效益。本研究采
用超声波提取乌饭树叶色素，希望能改进乌饭树叶色素提取工艺，
为缩短提取时间、降低提取成本提供一些客观的实验依据。对乌
饭树叶提取物作为染料的稳定性能做了初步的研究，以期为色素
开发应用奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.1.1 原料
乌饭树叶(产自安徽，洗净，晾干，用恒温干燥箱在温度 60 ℃
下将树叶水分烘干，粉碎，过 60目筛，备用。
1.1.2 试剂
乙醇、HCl、NaOH、H2O2、高锰酸钾、重铬酸钾、亚硫酸钠，
均为分析纯。
1.1.3 仪器
SB-3200D超声波清洗仪(宁波新芝生物科技股份有限公司)，
RE-2000A旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)，UV-1800紫外可见
分光光度计(日本岛津)，LD-500摇摆式高速粉碎机(湖南省长沙市
常宏制药机械设备厂)，TGL-16C 台式高速离心机(深圳良谊仪器
公司)，ML204电子分析天平(上海普赫光电科技有限公司)。
1.2 实验方法
1.2.1 色素的提取方法
称取乌饭树叶粉末置于单口圆底烧瓶中，将一定浓度的乙醇
溶液按一定的固液比加入到烧瓶中，用超声波清洗仪以 40 KHz
的超声频率振荡，在 50 ℃下回流提取一定时间，过滤得到滤液，
用真空旋转蒸发器蒸发至无乙醇后，放置于真空干燥箱(44 ℃，
0.07 MPa)干燥得到色素提取物，计算提取率。
1.2.2 色素测定方法
称取2.00 g乌饭树叶粉末置于100 mL的单口圆底烧瓶中，将
65 %的乙醇溶液按一定的固液比加入到烧瓶中，用超声波清洗仪
以40 KHz的超声频率振荡，在50 ℃温度下回流提取一定时间，
过滤得到滤液，用真空旋转蒸发器蒸发至无乙醇后，转入100 mL
容量瓶，加入蒸馏水定容，得到待测提取液(如待测液浑浊，可过
滤，弃去初滤液)，用紫外-可见分光光度仪对色素提取液在
190~700 nm范围进行扫描分析，确定色素提取液的最大吸收波长，
吸光值均在最大吸收波长下测得，根据Beer定律，以吸光度A来
代表色素液的浓度，吸光度A越大，说明提取率越高。
1.3 色素稳定性实验
1.3.1 乌饭树叶色素提取物的溶解性
用电子秤准确称取0.20 g乌饭树色素提取物粉末9份置于100
mL的烧杯中，再分别向烧杯中加入蒸馏水、无水乙醇、正丁醇、
乙酸乙酯、石油醚、甲醇、饱和氯化钠溶液、0.1 mol/L NaOH、
0.1 mol/L HCl各20 mL，充分搅拌，静止30 min，过滤，测定滤液
的吸光度，以各自溶剂作空白对照。
1.3.2 酸碱稳定性测试
用0.1 mol/L NaOH溶液和0.1 mol/L HCl溶液调节pH 2.0、3.0、
4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0、13.0，每个溶液
中加0.05 g乌饭树叶提取物，溶解后定容至50 mL容量瓶中，静置
30 min，测定12个样品的吸光度。
1.3.3 热稳定性测试
分别取0.05 g乌饭树叶提取物，加水溶解后定容至50 mL具塞
刻度试管中，然后再将具塞刻度试管分别置于20、40、60、80 ℃
的恒温水浴中保温1 h后取出，冷却，测其吸光度。
1.3.4 氧化剂对乌饭树叶色素的稳定性影响
配制1 mg/mL乌饭树色素提取物溶液，准确量取30 mL溶液5
份置100 mL烧杯中，分别加入高锰酸钾、重铬酸钾以及过氧化氢，
再定容至50 mL容量瓶中，静置30 min后，测定各个样品的吸光度。
1.3.5 还原剂对乌饭树叶色素的稳定性影响
配制 1 mg/mL乌饭树色素提取物溶液，准确量取 30 mL溶液
5份置 100 mL烧杯中，分别加入亚硫酸钠 0.05 g、0.10 g、0.15 g、
0.20 g、0.25 g，溶解后再定容至 50 mL容量瓶中，静置 30 min后，
测定 5个样品的吸光度。
2 结果与分析
2.1 乌饭树叶色素最大吸收波长的确定
采用岛津紫外光谱UV-1800紫外-可见分光光度仪对色素提
取液在190~900 nm范围进行扫描，以蒸馏水作空白对照，得到色
素提取液的吸光值最大的波长范围，后续实验的吸光值均在色素
[收稿日期] 2016-11-28
[基金项目] 2016年广东大学生科技创新培育专项资金(“攀登计划”专项资金，pdjh2016b0917)
[作者简介] *为通讯作者：魏永春(1971-)，男，主要研究方向为天然产物开发应用。
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的最大吸收波长下测定。如图1所示，乌饭树色素在270 nm有较大
吸收峰，因此在实验中设定测定波长为270 nm。


图1 乌饭树叶提取物溶液的吸收光谱
Fig.1 Absorption spectrum of pigment

2.2 乌饭树叶色素提取条件的单因素实验
2.2.1 固液比的确定
在不同的固液比(1∶5，1∶15，1∶30，1∶50)条件下提取乌
饭树叶色素，测定提取液吸光度，从吸光度的变化看出，随着液
固比增大，色素提取液的吸光度逐渐增大，考虑到提取液浓缩的
成本和时间，液固比也不宜太大。
2.2.2 提取温度的确定
固液比取1∶15，在不同的温度(室温，50 ℃，60 ℃，70 ℃，
80 ℃)条件下提取乌饭树叶色素。测定提取液吸光度可以看出，温
度越高，吸光度明显增加，但温度过高，可能破坏其中的有效成
分，对热不稳定的成分或挥发性成分就会分解、变质或挥发。
2.2.3 溶剂浓度的确定
固液比取1∶15，提取温度取50 ℃，在不同的乙醇浓度(45 %，
55 %，65 %，75 %)条件下提取乌饭树叶色素，提取液稀释适当浓
度测定吸光值。从吸光度的变化看出，乙醇浓度越高，色素提取
液的吸光值越高，但在乙醇浓度大于65 %后，色素提取液的吸光
值变化不大。
2.2.4 提取时间的确定
固液比取1∶15，提取温度取50 ℃，在65 %乙醇溶剂下提取
不同时间(5 min，10 min，15 min，20 min )，提取液稀释适当浓
度测定吸光值。从吸光度的变化看出，随着提取时间的增加，色
素提取液的吸光度基本变化不大，可能由于溶剂的渗透与有效成
分的溶出达到平衡。
2.3 超声波提取最佳条件的确定
以温度为 50 ℃，提取 1 次为固定条件，选取超声频率、提
取时间、固液比、乙醇浓度为 4个主要因素，选取 4个水平，以
乌饭树叶色素的吸光度为测定指标进行正交试验优化提取工艺条
件，重复实验 3 次，取平均值为测定结果，结果见表 1。通过方
差分析确定工艺条件为：固液比＞乙醇浓度＞超声频率＞提取时
间，固液比为 1∶20，乙醇体积分数为 0.65，超声频率 40 KHz，
提取时间为 15 min。最大吸光度可达 0.680。实验验证值为 0.695。
实验表明，超声波频率对乌饭树叶色素的提取具有显著作用，
这是由于超声波提取是利用超声波换能器将高频电波电讯号转换
成高频机械振荡，最后以纵波的形式辐射能量，在溶液中会冒出
很多小气泡，在压缩过程前期时，气泡迅速聚集，会产生高压使
局部组织破裂、剥落，这种现象称为“空化”效应。在“空化”
效应的持续作用下，溶剂渗透能力增大，提取物质的溶解、分散
和乳化加速，从而提高细胞壁和细胞膜的通透性，有利于细胞内
植物色素的浸出[4]。
2.4 乌饭树叶色素的稳定性
2.4.1 乌饭树叶色素提取物的溶解性
乌饭树叶色素提取物不溶于极性较低的溶剂中，如乙酸乙酯、
石油醚，微溶于无水乙醇和甲醇，且乌饭树叶色素提取物在极性
较大的溶剂中的溶解度较大，其中在 NaOH溶液中的溶解度最大，
其次为蒸馏水和饱和氯化钠以及 HCl溶液，在饱和氯化钠溶液中
略微浑浊。因此可知，乌饭树叶色素提取物是强极性水溶性色素。
2.4.2 酸碱稳定性测试
用紫外分光光度计测定加入不同 pH 溶液的乌饭树叶提取物
溶液的吸光度值(见图 2)，以吸光度值来表示溶液酸碱性对色素溶
液稳定性的影响。
从图 2 可知，在 pH 为 2~3时，色素溶液的吸光值变化幅度
不大，说明此酸度下色素的稳定性良好；当 pH 为 3~4 时，色素
溶液的吸光值减小；pH在 5~6之间时，色素溶液的吸光度值变化
幅度不大；pH在 6~9之间时，色素溶液的吸光度值逐渐增大；pH
在 9~11时，色素溶液的吸光度减小；pH在 11~12之间时，色素
溶液的吸光度值逐渐增大；在 pH 为 12~13 时，色素溶液的吸光
值变化幅度不大。实验表明，乌饭树叶色素对溶液的酸碱性较为
敏感，因此，在使用乌饭树叶色素时，应在微酸性环境下以保持
其稳定性。

表1 正交试验设计表及结果
Tab.1 Orthogonal test design and its results
试验序号 乙醇体积分数
提取时
间/min 固液比
超声波
频率/KHz 吸光度
1 0.45 15 1∶5 20 0.429
2 0.45 20 1∶10 40 0.402
3 0.45 25 1∶15 60 0.592
4 0.45 30 1∶20 80 0.680
5 0.55 15 1∶10 60 0.596
6 0.55 20 1∶5 80 0.577
7 0.55 25 1∶20 20 0.615
8 0.55 30 1∶15 40 0.523
9 0.65 15 1∶15 80 0.633
10 0.65 20 1∶20 60 0.618
11 0.65 25 1∶5 40 0.583
12 0.65 30 1∶10 20 0.574
13 0.75 15 1∶20 40 0.633
14 0.75 20 1∶15 20 0.618
15 0.75 25 1∶10 80 0.536
16 0.75 30 1∶5 60 0.592
均值1 0.526 0.573 0.545 0.559
均值2 0.578 0.551 0.527 0.535
均值3 0.600 0.581 0.592 0.600
均值4 0.595 0.592 0.634 0.607
极差x 0.074 0.041 0.107 0.072


图 2 溶液酸碱性对乌饭树叶色素提取物稳定性的影响
Fig.2 Effect of pH value on the stablility of pigment

2.4.3 热稳定性测试
乌饭树叶色素的吸光度值在室温下均为0.993，在不同温度下
放置1 h后，吸光度值发生变化，20 ℃时0.932，40 ℃时0.939，60 ℃
时0.952，80 ℃时0.99，由此表明，乌饭树叶色素溶液在20~80 ℃
范围内，色素溶液比较稳定，无沉淀、浑浊等现象，表明乌饭树
叶色素在此温度范围内使用时都有较好的稳定性。
2.4.4 氧化剂对乌饭树叶色素的稳定性影响
在色素提取液中加入几种氧化剂的吸光度值列于表 2，测定
结果显示，高锰酸钾和重铬酸钾对色素溶液可以起到增色的作用，
而 30 %过氧化氢溶液对色素溶液影响不大，因此，在以过氧化氢
为氧化剂的使用环境下，乌饭树叶色素能保持比较好的稳定性。
2.4.5 还原剂对乌饭树叶色素的稳定性影响
样品中没有添加还原剂时的吸光度为 0.996，加入还原剂(亚
硫酸钠)后，色素溶液的吸光度分别为：0.427、0.458、0.460、0.463、
0.478。实验表明，还原剂(亚硫酸钠)会影响乌饭树叶色素提取物
的稳定性。
3 结论
(1)超声波强化提取的最优条件为超声波频率40 kHz、浸提时
间15 min、溶剂为65 %乙醇、液固比为20∶1(mL∶g)、浸提次数
为1次。在此工艺条件下，超声波提取可以节约提取剂用量，缩短
提取时间，提高提取效率。
(下转第74页)
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醇中抽出率，总增塑剂量为60 g/100 g PVC，增塑剂配比为20 g
DBP/40 g，不同分子量的聚酯增塑剂对DBP的乙醇抽出性的影响
曲线如图6所示。


图5 不同聚酯对复配增塑剂中DBP的乙醇抽出率的影响
Fig.5 Effect on DBP of solvent extraction rate

由图5可知，聚酯增塑剂的加入提高了PVC中小分子增塑剂
DBP的抗溶剂抽出能力。随着聚酯平均分子量的提高，增塑剂DBP
抗溶剂抽出能力也增加了。在合成的五种聚酯增塑剂中，分子量
最大的UN3与DBP复配使用时，能将PVC塑料中DBP在乙醇中的
抽出率降低到1 %以下。
3 结论
本文以己二酸、2-甲基丙二醇为原料，以辛醇作封端剂，在
混合固体酸催化下合成了聚酯增塑剂，反应温度及原料的投料比
对聚酯的分子量有影响，醇酸按1.1∶1投料、200 ℃左右的反应可
以得到数均分子量在4000左右的聚酯。聚酯增塑剂与DBP复配用
于PVC材料，能降低DBP的迁移量。聚酯平均分子量的提高对改
善小分子增塑剂DBP的抗迁移能力有利，且聚酯增塑剂占总增塑
剂的比例越大，DBP的迁移量越少。聚酯增塑剂能提高了PVC中
DBP的抗溶剂抽出能力，其中UN3能将DBP在乙醇中的抽出率降
低到1 %以下，这将提高PVC制品使用范围。

参考文献
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(上接第 36页)
(2)乌饭树叶色素提取物是强极性水溶性色素，在水和酸碱性
条件下溶解度大。溶液的酸碱性对乌饭树叶色素影响明显，该色
素在酸性条件下稳定。在温度20~80 ℃时乌饭树叶色素稳定，在


氧化剂、还原剂(亚硫酸钠)存在条件下色素不稳定，高锰酸钾、
重铬酸钾影响明显且有大幅度的增色作用，过氧化氢对色素稳定
性影响不大。

表 2 氧化剂对乌饭树色素提取物稳定性的影响
Tab.2 Effect of oxidant agent on the stablility of pigment
高锰酸钾(KMnO4) 重铬酸钾(K2Cr2O7) 过氧化氢(H2O2)
氧化剂添加量/g 吸光度 氧化剂添加量/g 吸光度 氧化剂添加量/mL 吸光度
0 0.996 0 0.996 0 0.996
0.001 3.010 0.001 1.668 1 0.992
0.0015 2.635 0.0015 1.442 2 0.931
0.0020 2.466 0.0020 1.167 3 0.926

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(本文文献格式：黄亮臻，沈恬安，邝力，等．超声波强化乌饭树
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