全 文 ：Vo l.18 , 2011 , No.1 　　　　粮食与食品工业
Cereal and Food Industry
食品科技
收稿日期:2010-09-15　　修回日期:2010-10-23
作者简介:冯　昕 , 女 , 1977 年出生 , 讲师 , 主要从事食品生
物技术方面的教学和研究工作。
紫番薯色素的提取及稳定性研究
冯　昕 , 杜聪聪 , 刘丹丹
郑州轻工业学院食品与生物工程学院　(郑州　450002)
摘　要:通过单因素试验对色素的最大吸收波长 、最佳提取溶剂 、料液比 、水浴温度以及浸提时
间等进行探讨 ,正交试验研究最佳提取工艺条件 ,并对色素的稳定性进行研究。得到了最佳提取工
艺条件为 , 10%的柠檬酸 ,料液比为 1∶10 ,浸提时间为 1.5 h ,提取温度为 40 ℃。稳定性研究表
明 ,紫番薯色素对 H 2O 2 、Na2SO 3 以及光线表现出不稳定性 ,部分金属离子也会影响其色泽 ,在中
性偏酸的条件下呈现鲜艳的红色或悦目的紫色 ,具有良好的热稳定性 。
关键词:紫番薯;色素;提取;稳定性
中图分类号:TS202.3 　　文献标识码:B　　文章编号:1672-5026(2011)01-0024-05
Study on extract of pigment from purple ipomoea batatas and its stability
Feng Xin , Du Congcong , Liu Dandan
Co llege of Food and Bio log y Enginee ring , Zheng zhou Unive rsity of L ight Industry(Zheng zhou 450002)
Abstract:The ex t raction condi tions are obtained by single facto r experiments , including the
big gest abso rption w avelength , the best ext ract ion solvent , feed ratio , ext ract ive temperature
and t ime.The or thogonal test of the opt imum ex traction conditions , also the stabili ty o f pigment
f rom purple ipomoea batatas are studied , the optimum ex tract ion condi tions are as follow s , 10%
of ci tric acid , 10% of feed ratio , ex t racting fo r 1.5 hour s , 40 ℃ o f ex t ract ion temperature.The
result of it s stability experiment show s that the pigment f rom purple ipomoea batatas show s in-
stability to H 2O 2 ,Na2SO 3 , light and part o f the metal ions , in neutral and acidic pH conditions
show s bright red or bright purple , w ith good thermal stability.
Key words:purple ipomoea batatas;pigment;ext raction conditions;stability
　　紫番薯又叫黑薯 ,旋花科甘薯属一年生草木植
物 ,薯肉呈紫色至深紫色 ,色泽鲜艳悦目 ,具有显著
的自由基清除能力 ,能够防突变 ,减轻肝损伤 ,是不
可多得的兼具营养 、保健和着色等功能的生理活性
物质 。紫番薯食味极佳 ,营养成分高 ,是开发保健食
品和提取植物色素的好原料。紫番薯色素是从紫番
薯中提取的水溶性红色素 ,属天然花青素类色素 ,存
在于紫番薯的块根 、茎 、叶和薯皮中 ,花青素是允许
使用的天然红色素 ,是极具前途的功能型食品添加
剂和保健食品基料[ 1-2] 。
紫番薯适合在我国大多数省区种植 ,但由于引
种较晚 ,目前有关紫番薯有效成分和加工应用方面
的报道较少。为此 ,本试验主要对紫番薯天然色素
的提取及其稳定性进行了研究 ,以期为紫番薯天然
色素的工厂化生产提供科学依据 ,也为紫番薯色素
的高附加值开发利用提供一些参考。
1　材料与方法
1.1　试验材料
原料:郑州市郊产紫番薯(渝紫 263)。
仪器:粉碎机 、电子天平 、烘箱 、可见光分光光度
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粮食与食品工业　Cereal and Food Industry Vo l.18 , 2011 , No.1
计 、离心机 、超声波细胞破碎机 、水浴锅 ,pH 计等 。
试剂:乙醇 、丙酮 、乙酸 、柠檬酸等。
1.2　试验材料的处理
新鲜紫番薯洗净切成薄片 ,60 ℃烘箱内烘大约
5 h ,烘干后用粉碎机粉碎制成粉(过 40目筛子),保
存备用。
2　结果与分析
2.1　最大吸收波长的确定
取紫番薯粉按 1∶10(质量体积比 , g/mL)溶于
1.0%的柠檬酸溶液中 ,先用超声波细胞粉碎机粉碎
20 min ,功率为 200 W;再置于 60 ℃水浴锅中水浴
1 h;之后取出 ,离心 10 min ,取上清液 。取 3只烧杯
各取 2 mL 紫番薯色素提取液 ,分别稀释 5 倍 、10
倍 、100倍 ,并在 490 ～ 550 nm波长范围内测其吸光
度 ,以 1%柠檬酸溶液作参比 ,平行测定 3 次 ,取平
均值 ,结果见表 1。
表 1　稀释后各波长处的吸光度
波长/ nm 490 500 510 520 525 530 535 540 550
吸
光
度
稀释 5 倍 0.607 0.651 0.693 0.719 0.719 0.710 0.691 0.661 0.571
稀释 10 倍 0.207 0.289 0.305 0.316 0.317 0.314 0.309 0.308 0.289
稀释 100 倍 0.029 0.028 0.030 0.039 0.045 0.045 0.043 0.041 0.039
　　由表 1确定最大吸收波长为 525 nm ,合适稀释
倍数选为 10倍 。
2.2　最佳提取溶剂的确定
取紫番薯粉按 1∶10(质量体积比 , g/mL)溶于
1.0%的柠檬酸溶液中 ,超声波粉碎后水浴 、离心(条
件同 2.1操作),取上清液稀释 10倍在 525 nm 处测
定其吸光度 ,以同种溶剂作参比 ,平行测定 3次 ,取
其平均值 。再依次溶于 20 mL 95%的乙醇 ,丙酮 ,
0.1%乙酸 , 50 ℃的水以及常温水中 ,操作如上 ,结
果见表 2。
表 2　用备选溶剂作提取液吸光度比较
溶剂 95%乙醇 丙酮 50℃水 常温水
0.1%
乙酸
1.0%
柠檬酸
吸光度 0.271 0.081 0.614 0.276 0.252 0.282
从颜色 、色泽上看 ,丙酮提取的色素颜色暗淡;
乙醇 、水提取的颜色较浅;用酸提取的颜色鲜亮;再
比较吸光度 ,选用柠檬酸作溶剂比较好 。
2.3　柠檬酸浓度的确定
取2 g 紫番薯粉 ,溶于 20 mL 0.5%的柠檬酸溶
液 ,先用超声波细胞粉碎机粉碎 20 min , 功率为
200 W ,再置于 60 ℃水浴锅中水浴 1 h ,之后取出离
心 10 min ,取上清液稀释 10倍在 525 nm 处测定其
吸光度 ,以相同浓度的柠檬酸溶液作参比 ,平行测定
3 次 , 取其平均值。再依次溶于 1.0%、5.0%、
10.0%、20.0%的柠檬酸溶液 , 操作如上 , 结果见
表 3。
表 3　不同浓度柠檬酸液作提取剂吸光度
柠檬酸浓度/ % 0.5 1.0 5.0 10.0 20.0
吸光度 0.249 0.262 0.321 0.436 0.396
由表 3 可知 , 10.0%的柠檬酸为最佳柠檬酸
浓度 。
2.4　料液比的确定
取 1 g 紫番薯粉 ,溶于100 mL 10%(体积分数)
的柠檬酸溶液 ,超声波粉碎后水浴 、离心(同 2.3操
作),测定其吸光度。再依次称取 3 g 、5 g 、7 g 、10 g 、
13 g 、15 g 、20 g 溶于 100 mL 10%的柠檬酸溶液 ,操
作如上 ,结果见表 4。
表 4　不同料液比吸光度比较
料液比 1∶100 3∶100 5∶100 7∶100 10∶100 13∶100 15∶100 20∶100
吸光度 0.033 0.100 0.160 0.280 0.365 0.444 0.555 0.588
　　由表 4可看出随着料液比的增大 ,吸光度也增
大;但在操作中随着料液比的增大 ,提取液的浓度增
大操作不便 ,且当紫番薯原料的加入量增多时 ,吸光
度值并未显著增加 。经分析 ,1∶10较合适。
2.5　浸提温度的确定
按 1∶10的料液比称取紫番薯粉与 10%的柠
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食品科技 冯　昕 等:紫番薯色素的提取及稳定性研究
檬酸溶液 ,同 2.3操作 ,测定其吸光度。再按上述操
作改变水浴温度 ,分别为 20 ℃、40 ℃、60 ℃、80 ℃、
100 ℃,其它操作如上 ,结果见表 5。
表 5　不同水浴温度吸光度
温　度/ ℃ 20 40 60 80 100
吸光度 0.293 0.338 0.491 0.593 0.871
由表 5可知 ,随着温度的升高 ,吸光度值也增大。
且随温度的升高 ,色素颜色变化不大 ,说明色素的耐
热性比较好 ,考虑操作过程 ,60 ℃～ 80 ℃温度较好 。
2.6　浸提时间的确定
按 1∶10的料液比称取紫番薯粉与 10%的柠
檬酸溶液;同 2.3操作 ,测定其吸光度。再按上述操
作改变水浴时间分别为 0.5 h 、1.0 h 、1.5 h 、2.0 h 、
2.5 h ,其它操作如上 ,结果见表 6 。
表 6　不同浸提时间吸光度
浸提时间/ h 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
吸光度 0.320 0.355 0.302 0.371 0.332
由表 6可知 ,浸提 1.0 h吸光度达到较大值 ,之
后随着浸提时间的增长 , 2.0 h 吸光度达最大值 。
但时间加倍 ,吸光度增加并不明显 ,因此选 1.0 h为
最佳浸提时间 。
2.7　正交试验
根据单因素试验的结果分别确定 4 个因素的 3
个水平 ,如表 7 ,按 L(34)正交表进行试验 ,测定吸光
度 ,分析极差 ,从而确定最佳试验方案 。正交试验结
果及分析见表 8。
表 7　紫番薯色素提取工艺正交试验的因素水平
水平号
因　　素
A
柠檬酸浓度
/ %
B
料液比
/g ·mL-1
C
浸提时间
/ h
D
浸提温度
/ ℃
1 5 4∶100 0.5 40
2 10 7∶100 1.0 60
3 15 10∶100 1.5 80
由极差分析结果知 ,RB >RC >R D >RA ,可知料
液比对提取工艺的影响较大 ,其次为浸提时间 ,再者
为浸提温度 ,对试验影响较小的为柠檬酸浓度。 4
个因素的 3个水平确定为 A 2B3C3D1 ,即最佳提取工
艺为 10%的柠檬酸 ,料液比为 1∶10 ,浸提时间为
1.5 h ,提取温度为 40 ℃。
表 8　紫番薯色素提取工艺正交试验设计方案及试验数据
试验号 因　　素
A B C D
吸 光 度
原始数据 均值
1 1 1 1 1 0.160 0.180 0.161 0.167
2 1 2 2 2 0.306 0.303 0.318 0.309
3 1 3 3 3 0.366 0.369 0.368 0.368
4 2 1 2 3 0.197 0.203 0.194 0.198
5 2 2 3 1 0.332 0.379 0.399 0.370
6 2 3 1 2 0.308 0.329 0.314 0.317
7 3 1 3 2 0.199 0.186 0.173 0.186
8 3 2 1 3 0.298 0.281 0.300 0.293
9 3 3 2 1 0.382 0.365 0.373 0.373
Ⅰ/3 0.281 0.184 0.259 0.303
Ⅱ/3 0.295 0.324 0.293 0.271
Ⅲ/3 0.284 0.353 0.308 0.286
极差 R 0.014 0.169 0.049 0.032
最佳组合 A 2B3C3D1
主次因素 B>C>D>A
最佳提取工艺为 10%的柠檬酸 , 料液比为 1∶10 ,
浸提时间为 1.5 h , 提取温度为 40 ℃。
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粮食与食品工业　Cereal and Food Industry Vo l.18 , 2011 , No.1
2.8　色素稳定性研究
按最佳提取工艺提取紫番薯色素溶液 ,低温保
存备用。
2.8.1　光照对色素稳定性影响
取 20 mL 紫番薯色素原提取液 ,先取 2 mL 稀
释 10倍初测其吸光度 ,再置于日光灯下连续照射
3d ,每 24 h测定一次吸光度 ,结果见表 9。
表 9　不同光照对色素的影响
光照时间 初测 24 h 48 h 72 h
吸光度 0.273 0.339 0.491 0.526
由表 9可知 ,色素较易受光照的影响 ,样品的吸
光值在放置过程中均有不同程度的上升 ,说明溶液
中可能存在辅色因子 。如果再多观察几天 ,结果可
能更为直观。
2.8.2　温度对色素稳定性影响
溶液置于具塞试管中 , 分别在 20 ℃、40 ℃、
60 ℃、80 ℃、100 ℃水浴 3 h ,每隔 1 h 测其吸光度 ,
结果见表 10 。
表 10　不同温度下吸光度随时间的变化
保温时间
/ h
水浴温度
/ ℃
20 40 60 80 100
0 0.286 0.332 0.485 0.596 0.821
1 0.287 0.326 0.480 0.575 0.802
2 0.285 0.328 0.472 0.543 0.782
3 0.282 0.331 0.468 0.521 0.725
由表 10可见 ,20 ℃、40 ℃、60 ℃保温 3 h对花
色苷的吸光值基本没有影响;80 ℃保温过程中溶液
的吸光值有所下降 ,但幅度不大 , 100 ℃保温过程中
溶液的吸光值逐渐变小 ,但溶液仍保持其鲜艳的色
泽。由此可见 ,随温度的升高及保温时间的延长 ,色
素的稳定性呈缓慢下降趋势 ,但仍能够满足食品工
业的要求 。
2.8.3　pH 对色素稳定性影响
取 10支锥形瓶 ,依次取 2 mL 原色素提取液 ,用
蒸馏水稀释至 20 mL , 再用 1 mol/L 的 HCl 和
1 mol/ L的NaOH 标准液来调节pH 为2 ～ 11 ,然后测
定同浓度不同 pH 的稀释液的吸光度 ,结果见表 11。
由表 11 可看出 ,色素在 pH 为 2 时吸光度最
大 ,在小于 6的酸性条件下 , pH 越大 ,吸光度越小;
大于 6后吸光度又逐渐增加 ,等于 10时又达到最大
值;大于 10后吸光度又降低 。并且紫番薯色素的颜
色由深红色变到蓝紫色再变到绿色。在中性偏酸的
条件下呈现鲜艳的红色或悦目的紫色 。
2.8.4　H 2O 2与 Na2SO 3 对色素稳定性影响
取 6 支的容量瓶 ,分别量取 10 mL 色素提取
液 ,稀释至 100 mL ,编号为 1 ～ 6 ,先初测其吸光度 ,
然后分别加入 0.10 mL 、0.25 mL 、0.50 mL H2O 2
和 0.05 g 、0.10 g 、0.15 g N a2SO 3 ,混匀 , 30 min 后
测其吸光度 ,结果见表 12 。
由表 12 可知 H2O2 与 Na2SO3 对色素的影响
都很大 , H 2O2 是通过氧化作用降解花色苷 , Na2 SO 3
可能是亚硫酸氢根在酸的作用下形成亚硫酸氢根 ,
它对花色苷 4位碳亲核攻击生成了无色的花色苷亚
硫酸盐复合物 。
表 11　不同 pH 对色素的影响
pH 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
吸光度 0.281 0.188 0.095 0.073 0.062 0.070 0.089 0.104 0.102 0.078
颜色 深红色 红色变浅 粉红色 淡粉红色 粉紫色 蓝紫色 墨绿色 绿色 翠绿色 黄绿色
红色逐渐变浅 绿色逐渐鲜亮
表 12　氧化还原剂对色素的影响
H 2O 2
/ mL 0 0.10 0.25 0.50
Na2 SO 3
/ g 0 0.05 0.10 0.15
吸光度 0.273 0.042 0.045 0.045 吸光度 0.273 0.047 0.043 0.036
2.8.5　常见金属离子对色素稳定性影响
所选用的盐分别为 NaCl , BaCl2 , KNO3 , FeCl3 ,
CuCl2 。具体操作为:取 2 g 金属盐固体用去离子水
配成 10 mL溶液 ,再分别取 1 mL 加入已稀释 10倍
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食品科技 冯　昕 等:紫番薯色素的提取及稳定性研究
的紫番薯色素提取液中 ,10 min后分别测其吸光度 。
表 13　常见金属离子对色素的影响
离子 初测值 Na+ Ba2+ K + Fe3+ Cu2+
吸光度 0.291 0.306 0.675 0.327 0.386 0.310
从表 13可知 , Ba2+对色素的影响较大 , Fe3+对
色素的影响也较大 , Na+ 、K + 、Cu2+对色素影响不
大。加入 Ba2+后颜色变为深红色 ,加入Fe3+后的颜
色则变为深红褐色 ,出现该现象的原因一方面可能
是金属离子水溶液本身具有色泽;另一方面可能是
金属离子与花色苷以及溶液其它成分发生化学反
应 ,如 Fe3+可与花色苷进行络合或者发生氧化还原
反应 ,所以保存应用过程中应避免接触此类金属离
子。
3　结论
单因素试验得出紫番薯色素的最大吸收波长是
525 nm;最佳提取溶剂为 10%柠檬酸 , 料液比为
1∶10 ,水浴温度为 60 ℃,最佳浸提时间为 1 h。正
交试验得出料液比对提取结果的影响较大 ,其次为
浸提时间 ,再者为浸提温度 ,对试验影响较小的为柠
檬酸浓度;色素的最佳提取工艺为 10%的柠檬酸 ,
料液比为 1 ∶10 ,浸提时间为 1.5 h ,提取温度为
40 ℃;对色素稳定性的研究显示 ,对 H 2O 2 、Na2 SO 3
以及光线表现出不稳定性 ,部分金属离子也会影响
其色泽 ,在中性偏酸的条件下呈现鲜艳的红色或悦
目的紫色 ,具有良好的热稳定性 ,是优良的天然色素
资源 。该研究结果为紫番薯天然色素的工业化提取
及规模化应用奠定基础 ,也为其功能型食品添加剂
和保健食品基料的开发提供了理论依据。
参考文献
[ 1] 刘　程 , 周汝忠.食品添加剂使用大全[ M] .北京:北京
工业大学出版社 , 1995.
[ 2] 尤　新.天然食用色素和功能[ J] .中国食品添加剂 ,
2002(5):1-3.
(上接第 19页)白亮 。加麦 2号面团胶着性比较强 ,
溜条时间长 ,出条扣数少 ,拉到四扣时就没有任何弹
性了 ,粉色暗 ,吃起来过硬 ,面条表面不光滑 。济麦
20溜条难 ,弹性足 ,拉制过程回缩明显 ,有咬劲 ,粉
色黄亮。9023面团整体韧性过强 ,面团黏性差 ,拉
面较难 ,出条过程时间较长 ,色泽发暗 ,咬劲过硬 ,有
浑汤现象 。烟农 23和面容易 ,溜条时间较短 ,出条
较均匀 ,咬劲适度 ,爽滑 ,适口感好 ,粉色黄白且亮 。
高优 503和面容易且不黏手 ,溜条时间适中 ,出条均
匀 ,口感适中 ,粉色青白略带灰色。阜 936麦和面容
易 ,溜条时间稍长 ,出条较匀 ,口感舒适 ,咬劲足 ,粉
色白亮 ,表面光滑 ,稍浑汤。扬辐麦 4号操作性好 ,
溜条时间适中 , 出条均匀 ,口感稍软 ,粉色黄稍暗 。
澳白麦和面吃力 ,溜条更难 ,但粉色特别好 ,黄中透
亮 ,咬劲较足 ,比较爽滑。
从以上数据可以得出 , hard red spring 、加麦 2
号 、9023 、济麦 20 面筋数量过高 ,面团稳定时间过
长 , hard red spring 的形成时间达 10.5 min , hard
red spring 面团胶着性很强 ,加麦 2号回缩明显 ,面
团形成时间与面粉和成面团的时间有一定对应关
系。9023面团韧性强 ,很难舒展 ,极易断。济麦 20
回弹明显 。澳白麦面筋数量低 ,延展性差 ,延伸性
110 mm ,澳白麦在溜条到一定程度后溜条耐受度很
差 ,面团抻拉过程中迅速软塌 ,出条粗细不匀 ,不适
合制作拉面。小麦粉蛋白质含量与面条浑汤程度成
正比 ,它能使面团具有较好的回弹力和承压性。烟
农 23 、济 17面筋舒展速度快 , P/ L 在 0.9 左右 ,粉
色白亮 ,抻拉过程中面团的粘附性和弹性都好 ,出条
粗细均匀 ,非常适合制作拉面 ,高优 503 、阜 936 麦
和扬辐麦 4号面筋数量适中 ,形成时间 3 min左右 ,
稳定时间在 7 min以下 ,拉面效果不错 ,口感适中。
面条煮制过程中 ,灰分含量是影响蛋白质损失率的
一个非常重要的因素 ,与面条口感和浑汤程度有很
大关联 ,与面条色泽有一定关联。灰分高 ,面筋数量
低 ,面条色泽灰暗明显 , 9023 和阜 936 麦这一点非
常明显。进口麦做我国传统食品拉面是不适合的 ,
山东地区的小麦做拉面比较适合 。
拉面专用粉用小麦粉的最适品质指标为白度≥
78 ,湿面筋在 28%～ 32%,灰分≤0.65%,蛋白质含
量在 10.5%～ 12.5%,形成时间≤3.5 min ,稳定时
间 3 ～ 7 min ,拉伸比例 1.8 ～ 2.2 , P 值 50 ～ 100 , L
值 80 ～ 130 ,W 值 140 ～ 330 , I e70%～ 95%。
由于本次试验样品数量有限 ,中国传统拉面的
制作工艺 、制作方法及其食味评价对小麦粉内在品
质的要求 ,拉面专用粉的生产工艺特点 、品质改良 、
改良剂的使用等还需要不断深入开展全面的研究。
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