全 文 :潮州“后陇红”番薯皮色素的提取及其稳定性分析
郑楚君,苏锐滨,黄俊生*,陈晓如,欧静芬
(韩山师范学院 化学系,广东 潮州 521041)
摘要:以“后陇红”番薯皮为原料,提取色素,并对其稳定性进行研究分析。实验结果表明,色素最佳提取
工艺为:提取剂1%盐酸乙醇(V/V),浸提温度为60℃,时间为5h,料液比为1∶500。稳定性研究表
明,该色素具有良好的热稳定性、抗氧化性和抗还原性。常用的食品添加剂如糖类,对该色素的色泽没
有大的不良影响,其中苯甲酸钠,柠檬酸,抗坏血酸对色素的影响相对较大,因此其用量不宜过多。日光
对色素的影响很大,所以在生产和储存过程中要避免阳光直射。金属离子中Ca2+,Mg2+对色素的影响
较大,其他金属离子如K+、Na+、Zn2+、Fe3+、Cu2+对色素无大影响。该色素有较强的耐酸性,但不耐
碱,当pH为12时,色素明显变色且有大量沉淀物,若溶液用酸调至酸性时,即恢复原来的颜色。
关键词:番薯皮;色素;提取;稳定性
中图分类号:TS202.3 文献标识码:A 文章编号:1000-9973(2012)07-0093-07
The Extraction of Chaozhou Houlonghong Sweet Potatoes Skin
Pigment and the Research of its Stability
ZHENG Chu-jun,SU Rui-bin,HUANG Jun-sheng*,CHEN Xiao-ru,OU Jing-fen
(Chemistry Institute,Hanshan Normal University,Chaozhou 521041,China)
Abstract:In the paper,we use Houlonghong Sweet Potatoes Skin as raw materials to extract pigment,
and analyze its stability of the red pigment.The studies show that the best extraction technology is
1% Hydrochloric acid ethanol,60℃,5hand the ratio of solid and liquid as 1∶500.Stability re-
search shows that the pigment has fine heat stability,oxidative stability and reducing stability.Com-
mon food additives,such as sugar,have little negative effect on the pigment.Nevertheless,sodium
benzoate,citric acid and ascorbic acid has the a slight impact on it,so these food additives shouldn't be
used too much.Sunlight has great influence on the pigment,hence direct sunlight should be avoided
in the process of production and storage.Ca2+,Mg2+have greater influence on the pigment than oth-
ers including K+,Na+,Zn2+,Fe3+,Cu2+etc.The pigment shows strong acid resistance,but alkali
resistance intolerance.when pH values at 12,the pigment changed its color obviously with a large a-
mount of sediment.When pH values no more than 7,the pigment would recover its original color.
Key words:sweet potato skin;red pigment;extraction stability
“后陇红”番薯,出产于潮州凤塘镇后陇村,曾做为
贡品朝贡明世宗嘉靖皇帝和清高宗乾隆皇帝,也曾做
为礼品赠送毛泽东主席,可谓名闻遐尔!官修的1987
年版《潮州市凤塘镇志·地方土特产》载:“后陇山伯爷
收稿日期:2012-01-06 *通讯作者
作者简介:郑楚君(1990-),女,广东潮安人,主要从事化学教育教学工作;
黄俊生(1982-),男,广东陆丰人,硕士研究生,实验师。
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宫所在地的山龙,从北向南延伸,系石龙土层,是‘后陇
红心仔’唯一种植地,此山龙出产的番薯,心深红,具有
特殊质味,他山则不然,因而历代久负盛名。”
近年来,天然色素的市场份额越来越大,经济价值
不断提升,从而引起人们对寻找新的色素源及改进原
有色素稳定性的兴趣;“后陇红”番薯品种特别,从后陇
红的废弃物果皮提取的色素色泽鲜艳,且天然无毒害,
因而具有一定的经济价值和药用价值。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
“后陇红” 购自当地市场、无水乙醇、石油醚、丙
酮、乙酸乙醚、三氯甲烷、氢氧化钠、盐酸、硫酸锌、氯化
钾、氯化钙、氯化镁、氯化钠、氯化铁、硫酸铜、氯化铝、
30%过氧化氢、无水亚硫酸钠、葡萄糖,蔗糖、柠檬酸、
苯甲酸钠、VC、山梨酸钾等均为分析纯试剂或食品添
加剂。
1.2 仪器与设备
LGJ-10冷冻干燥机 军事医学科学院实验仪器厂
研制;TU-1900型双束光紫外可见分光光度计 北京普
析通用仪器有限公司;722SP型可见分光光度计 上海
棱光技术有限公司;KQ-500B型超声波清洗器 昆山
市超声仪器有限公司;SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵 巩
义市予华仪器有限责任公司。
1.3方法[1,2]
1.3.1 材料预处理
“后陇红”洗净,晾干,取上层红皮,冷冻干燥后粉
碎,过50目筛,密封避光保存。
1.3.2 色素的提取工艺[3-5]
1.3.2.1 色素提取工艺流程
样品洗净→取上层红皮→冷冻干燥→粉碎(过筛)
→浸提→旋转蒸发→色素膏。
1.3.2.2 最佳提取剂的选取
称取0.01g的潮州“后陇红”番薯皮粉末9份,分
别置于10mL蒸馏水、70%乙醇、无水乙醇(分析纯)、
石油醚、丙酮、乙酸乙酯、三氯甲烷、1%盐酸乙醇
(V/V)和1%氢氧化钠乙醇中,室温下浸提3h,过滤,
定容,分别测定其在190~800nm的吸收光谱。
1.3.2.3 最佳提取剂浓度的选择
称取0.01g潮州“后陇红”番薯皮粉末4份,分别
加入10mL 0.5%,1.0%,1.5%盐酸乙醇溶液中,浸
泡3h后,定容,过滤,分别测定波长为526nm处的吸
光度。
1.3.2.4 最佳提取时间的选择
称取0.01g潮州“后陇红”番薯皮粉末7份,各加
入10mL1.0%盐酸乙醇溶液,在室温下分别浸提1,
2,3,4,5,6,12h后,定容,过滤,并分别测定波长
526nm处的吸光度。
1.3.2.5 最佳提取温度的选择
称取0.01g潮州“后陇红”番薯皮粉末4份,各加
入相同体积1.0%盐酸乙醇溶液10mL,分别在室温,
40,50,60,70℃时浸提3h后,定容,过滤,并分别测
定波长为526nm处的吸光度。
1.3.2.6 最佳料液比的选择
称取0.02g潮州“后陇红”番薯皮粉末5份,分别
加入1.0%盐酸乙醇8,10,12,14,16mL,室温下浸提
3h后,定容,过滤,并分别测定波长为526nm处的吸
光度。
1.3.2.7 潮州“后陇红”番薯皮红色素吸收光谱分析
准确称取0.01g潮州“后陇红”番薯皮粉末,用
1.0%盐酸乙醇14mL,在60℃下恒温水浴,浸泡3h
后,定容,过滤。在波长为190~800nm范围内测定
其吸收光谱图。
1.3.3 潮州“后陇红”番薯皮红色素的稳定性[6-8]
采用最佳提取工艺提取色素,旋转蒸发得到红色
素膏,用无水乙醇封纯,并将该上层色素饱和溶液当做
色素原液。红色素稀释液的制备方法为:量取1mL
原液并用1%盐酸乙醇稀释至250mL作为稀释液。
1.3.3.1 光照对色素稳定性的影响
可见光对色素稳定性的影响:分别在9支相同比
色管中加入相同浓度的潮州“后陇红”番薯皮红色素稀
释液5mL,并分别置于太阳光下0,10min,20min,
30min,1h,2h,3h,4h,5h,考察日光对色素溶液的
颜色及吸收光谱的影响,同时测定其在最大吸收波长
526nm处的吸光度。
紫外光对色素稳定性的影响:分别在6支相同比
色管中加入相同浓度的潮州“后陇红”番薯皮红色素稀
释液5mL,并分别在紫外光254,365nm处照射0,5,
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10,20,40,60min,观察各溶液的颜色变化,并测定其
在最大吸收波长526nm处的吸光度。
1.3.3.2 温度对色素稳定性的影响
分别在5支相同比色管中加入相同浓度的潮州
“后陇红”番薯皮红色素稀释液5mL,并分别置于室
温,40,50,60℃的恒温水浴锅中1h,观察各溶液的颜
色变化,等溶液温度恢复到室温后定容,测定其在190
~800nm范围内的吸收光谱图,并测定其在最大吸收
波长526nm处的吸光度。
1.3.3.3 pH值对色素稳定性的影响
分别在6支相同比色管中加入相同浓度的潮州
“后陇红”番薯皮红色素稀释液5mL,用0.1mol/L
NaOH和0.1mol/L HCL调色素的pH为2,4,6,8,
10,12,静置0.5h,观察其颜色变化,并测定各溶液在
190~800nm范围内的吸收光谱图和波长526nm处
的吸光度。
1.3.3.4 氧化还原剂对色素稳定性的影响
1.3.3.4.1 氧化剂对色素的影响
分别在6支相同比色管中加入相同浓度的潮州“后
陇红”番薯皮红色素稀释液5mL,并分别加入5mL不同
浓度0,0.01%,0.02%,0.03%,0.04%,0.05%的过氧化
氢,常温下静置1.5h,观察各溶液的颜色变化,并测定其
在190~800nm范围内的吸收光谱图。
1.3.3.4.2 还原剂对色素的影响
分别在6支相同比色管中加入相同浓度的潮州
“后陇红”番薯皮红色素稀释液5mL,并分别加入
5mL不同浓度0,0.01%,0.02%,0.03%,0.04%和
0.05%的无水亚硫酸钠,常温下静置1.5h,观察各溶
液的颜色变化,并测定其在190~800nm范围内的吸
收光谱图。
1.3.3.5 金属离子对色素稳定性的影响
分别在24支相同比色管中加入相同浓度的潮州
“后陇红”番薯皮红色素稀释液5mL,并分别加入
5mL 2×10-5,10×10-5,50×10-5 mol/L的各种金
属离子,常温下静置22h,观察各溶液颜色的变化,测
定其在波长526nm处的吸光度。
1.3.3.6 食品添加剂对色素稳定性的影响
葡萄糖与蔗糖对色素的影响:分别在10支相同比
色管中加入相同浓度的潮州“后陇红”番薯皮红色素稀
释液5mL,并分别加入5mL浓度为0%,1%,5%,
10%,20%的葡萄糖、蔗糖溶液,常温下静置24h,观
察各溶液颜色的变化,测定各溶液在波长526nm处
的吸光度。
其他食品添加剂对色素的影响:分别在16支相同
比色管中加入相同浓度的潮州“后陇红”番薯皮红色素
稀释液5mL,并分别加入5mL浓度为0%,0.01%,
0.05%,0.1%的山梨酸钾、苯甲酸钠、抗坏血酸和柠檬
酸中,常温下静置22h,观察各溶液颜色的变化,测定
其在波长526nm处的吸光度。
2 结果与分析
2.1 色素提取最佳工艺参数的确定
2.1.1 不同提取溶剂对潮州“后陇红”番薯皮红色素
的影响
采用不同溶剂提取的“后陇红”红色素溶液的吸收
光谱见图1,提取效果见表1。
图1 潮州“后陇红”番薯皮色素在不同溶剂中的吸收光谱
表1 潮州“后陇红”番薯皮在不同溶剂中的提取效果
溶剂 蒸馏水
乙酸
乙酯
无水
乙醇
石油醚
三氯
甲烷
丙酮 70%
乙醇
1%盐
酸乙醇
1%氢氧化
钠乙醇
溶解性 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 不溶 微溶 易溶 微溶
颜色 浅肉色 浅肉色 浅肉色 浅肉色
浅肉
色
浅肉
色
浅红色 酒红色 黄绿色
由图1、表1可知,色素易溶于1%盐酸乙醇,微溶
于70%乙醇、1%氢氧化钠乙醇中,而难溶于蒸馏水、
乙酸乙酯、无水乙醇、三氯甲烷和丙酮中,而在1%氢
氧化钠乙醇中,该色素的颜色发生了很大的变化,可能
已与氢氧化钠乙醇溶液发生反应,而对色素造成破坏。
综上,该色素的最佳提取剂是1%盐酸乙醇,其在
可见光区的最大吸收波长为526nm,“后陇红”皮色素
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为酒红色,色泽鲜艳。
2.1.2 提取剂浓度对潮州“后陇红”番薯皮红色素的
影响
不同浓度的盐酸乙醇对色素的提取效果见图2。
图2 不同浓度提取剂的吸光度
可以看出随着浓度的提高其吸光度有所上升,但
当浓度升高到1%后又直线下降,故选择1%盐酸乙醇
作为最佳提取剂。
2.1.3 提取时间对潮州“后陇红”番薯皮红色素的影响
不同时间的提取效果见图3。
图3 不同浸取时间的吸光度
由图3可知,随着浸取时间的延长,“后陇红”红色
素的吸光度呈上升趋势,但在3h后,吸光度上升幅度
不大,所以最佳提取时间为3h。
2.1.4 提取温度对潮州“后陇红”番薯皮红色素的
影响
不同温度对提取效果影响见图4。
由图4可知,随着浸取温度的上升,提取到的色素
溶液的吸光度逐渐上升,但60℃过后,吸光度呈现下
降趋势,而且实验中色素的颜色随着温度的上升并没
有发生明显的变化,可看出该色素能够耐高温。故选
择60℃为最佳提取温度。
图4 不同浸取温度的吸光度
2.1.5 料液比对提取潮州“后陇红”番薯皮红色素的
影响
不同料液比提取效果见图5。
图5 不同物料比的吸光度
由图5可知,随着料液比浓度的下降,吸光度呈上
升趋势,但在料液比为1∶500后吸光度反而下降,随
后在料液比为1∶700时,虽略有上升,但不明显,因此
选择最佳料液比为1∶500。
2.1.6 潮州“后陇红”番薯皮红色素的吸收光谱分析
图6 “潮州后陇红”番薯皮色素的吸收光谱
通过上面的实验后选取最佳提取工艺提取“后陇
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红”色素,并测定该色素在350~600nm范围内的吸
收光谱,见图6。
由图6可知,该色素的可见光部分最大吸收峰在
526nm处,故确定526nm为该色素的特征吸收峰。
2.2 潮州“后陇红”番薯皮红色素的稳定性
2.2.1 色素对光的稳定性
2.2.1.1 可见光对色素的影响
不同日光照射时间对“后陇红”色素吸收光谱的影
响见图7。
图7 不同日照时间对色素稳定性的影响
由图7可知,随着时间的延长,吸光度逐渐下降,
而且在光照为10min时就下降得很明显,但最大吸收
峰在光照时间为3h时才有明显位移,之后逐渐消失。
实验过程中也观察到色素的颜色随着时间的增加,逐
渐变淡,最后甚至褪色。说明日光照射对色素的稳定
性有较大的影响,特别是光照时间较长时。色素有一
定的耐光性。色素在不同光照下的吸光度(526nm),
结果见表2。
表2 不同光种照射下吸光度的比较(540nm)
光种类
时间(h)
0 1/6 1/3 1/2 1 2 3 4 5
室内光 0.305 0.349 0.349 0.349 0.345 0.334 0.327 0.306 0.305
太阳光 0.305 0.249 0.218 0.189 0.157 0.127 0.051 0.046 0.042
灯光 0.305 0.329 0.329 0.329 0.325 0.321 0.319 0.327 0.324
由表2可知,随着太阳光照射时间的延长,色
素的吸光度逐渐下降,表明日光对该色素有较大的
影响;随着室内光照射时间的延长,色素的吸光度
先上升后下降,但总体上变化不大,在1/6,1/3,
1/2h的时候甚至没有变化,说明室内光对色素的
影响较小;随着灯光照射时间的延长,吸光度先上
升,后有点下降,但总体上的变化也不大,跟室内光
相同,在1/6,1/3,1/2h的时候甚至没有变化,说明
灯光对色素的影响也较小。
2.2.1.2 紫外光对色素稳定性的影响
紫外光对色素溶液稳定性的影响结果见图8。
图8 紫外光对色素稳定性的影响
由图8可知,随着紫外灯照射时间的延长,两种不
同波长的紫外灯照射对色素的吸光度影响呈下降趋
势,其中波长为365nm的紫外灯照射的吸光度下降
的幅度较大,而波长为254nm的紫外灯照射的吸光
度下降的幅度较小,但总体上可以看出紫外灯对色素
影响较小。
2.2.2 耐热性
温度对“后陇红”色素吸收光谱的影响见图9。
图9 不同温度对色素稳定性的影响
由图9可知,在各个温度下的色素光谱几乎重叠,
这说明了温度对色素的稳定性影响较小,说明该色素
具有较好的耐热性。
2.2.3 耐酸碱性
pH值对“后陇红”色素溶液吸收光谱和色素颜色
的影响见图10、表3。
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图10 pH值对色素稳定性的影响
表3 不同pH值条件下色素提取液吸光度的比较
pH 2 4 6 8 10 12
A(526nm)0.411 0.212 0.145 0.089 0.109 0.564
颜色变化 酒红色 桃红色 浅粉色 透明淡黄色
浅黄色
(有沉淀)
浅土黄色
(有沉淀)
由图10、表3分析可知,当pH值等于12时,色素
的吸光度出现异常增大现象,最大吸收波长发生位移,
说明色素不耐碱,但溶液若用酸调至酸性时,又恢复原
来的颜色,这说明该色素耐酸性较好。
2.2.4 色素的耐氧化还原性
2.2.4.1 耐氧化性
不同浓度过氧化氢对吸收光谱图与褪色速度的影
响结果见图11、表4。
图11 不同浓度过氧化氢对色素稳定性的影响
表4 不同浓度过氧化氢提取液吸光度
过氧化氢浓度(%) 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
A(526nm) 0.191 0.045 0.062 0.073 0.085 0.091
颜色变化 酒红色 褪色 红色逐渐加深
由图11、表4分析可知,加入0.01%的过氧化氢
的色素溶液吸收光度最小,且其颜色变化最为明显。
说明在0.01%的过氧化氢中,该色素不稳定。之后随
着过氧化氢浓度升高,吸光度逐渐增大,颜色逐渐加
深,说明一定浓度的过氧化氢对该色素有增敏作用。
总体上,该色素具有抗氧化性。
2.2.4.2 耐还原性
不同浓度的亚硫酸钠对吸收光谱图与溶液的颜色
的影响见图12、表5。
图12 不同浓度亚硫酸钠对色素稳定性的影响
表5 不同浓度亚硫酸钠提取液吸光度
亚硫酸钠浓度(%) 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
A(526nm) 0.139 0.101 0.089 0.085 0.075 0.069
颜色变化 淡红色 淡红色 淡红色 淡红色 淡红色 淡红色
由图12、表5分析可知,随着亚硫酸钠浓度的逐
渐升高,最大吸收峰处的吸光度变化幅度较小,同时色
素液的颜色也基本保持不变,表明该色素的耐还原性
较好。
2.2.5 金属离子对色素稳定性的影响
不 同 浓 度 的 金 属 离 子 对 色 素 溶 液 在 波 长
526nm的吸光度影响见表6。
表6 不同浓度的金属离子提取液吸光度
金属金属离子/浓度
(×10-5 mol/L)
吸光度
Zn2+ K+ Ca2+ Mg2+ Na+ Fe3+ Cu2+ Al3+ 对照
2 0.140 0.135 0.090 0.088 0.15 0.135 0.136 0.140
10 0.138 0.141 0.089 0.086 0.138 0.119 0.139 0.143 0.153
50 0.140 0.138 0.090 0.088 0.140 0.121 0.121 0.139
由表6可知,该色素在Ca2+和 Mg2+中吸光度较
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小,但随着浓度的增加,变化不大。说明该色素在
Ca2+和 Mg2+ 中较不稳定,而该色素溶液在 Zn2+、
K+、Na+、Fe3+中Cu2+和Al 3+较稳定。
2.2.6 食品添加剂对色素的影响
2.2.6.1 葡萄糖与蔗糖对色素稳定性的影响
不同浓度的葡萄糖与蔗糖对色素在波长526nm
处的吸光度见图13。
图13 不同浓度的葡萄糖和蔗糖对色素吸光度的影响
由图13可知,该色素在葡萄糖与蔗糖中的吸光度
变化不大,说明该色素具有耐糖性。
2.2.6.2 柠檬酸、苯甲酸钠、抗坏血酸和山梨酸钾对
潮州“后陇红”番薯皮红色素的影响
不同浓度的柠檬酸,苯甲酸钠,抗坏血酸和山梨酸
钾对色素溶液吸光度的影响见图14。
图14 不同浓度食品添加剂对色素吸光度的影响
由图14可知,加入柠檬酸、山梨酸钾、苯甲酸钠的
色素溶液吸光度变化不大,但在实验过程中也发现这
三种食品添加剂对色素的颜色有一定的影响,使色素
颜色变浅,说明这三种食品添加剂对该色素的稳定性
影响不大。加入抗坏血酸的色素溶液吸光度增大,证
明Vc对其有一定的增敏作用。
3 结论
研究结果表明,1%盐酸乙醇为提取“后陇红”色素
的最佳试剂,色素的最佳工艺条件为温度60℃,时间
为3h,盐酸乙醇浓度为1%,料液比为1∶500。
稳定性研究表明,该色素具有抗氧化性、耐热
性和耐还原性。太阳光对色素的影响很大,所以在
储存过程中应避免阳光直射。该色素耐酸性较好,
但不耐碱性,在pH 值接近8时,色素就明显变色,
若用酸调至酸性时,色素又恢复原来的颜色。常用
的食品添加剂如糖类,对色素的颜色及稳定性没有
较大影响,其中苯甲酸钠,柠檬酸,山梨酸钾对色素
的光泽有一定影响,而抗坏血酸对该色素的有一定
的增敏作用。金属离子中只有Ca2+和 Mg2+对色素
影响较大,其他如Zn2+,K+,Na+,Fe3+ 中 Cu2+ 和
Al 3+对色素无不良影响。
潮州“后陇红”番薯皮色素为酒红色,色泽鲜
艳,稳定性较好,该色素可进一步进行研究与开发
应用。
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