全 文 ：江西农业大学学报 2015，37(4) :719－724 http:/ / xuebao．jxau．edu．cn
Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis DOI:10．13836 / j．jjau．2015109
付尧，许言，万宗喆，等．北陵鸢尾花色素的提取及稳定性研究［J］．江西农业大学学报，2015，37(4) :719－724．
北陵鸢尾花色素的提取及稳定性研究
付 尧，许 言，万宗喆，方佳楠，宝力格，萧萧，杨丽鹏，王 玲*
(东北林业大学 园林学院，黑龙江 哈尔滨 150040)
摘要:以北陵鸢尾(Iris typhifolia)为试验材料，对其花色素的浸提剂进行筛选，通过 L9(3
4)正交试验确定最佳浸
提条件;研究了光、温度、酸碱度及金属离子对北陵鸢尾花瓣蓝色花色素稳定性的影响，为鸢尾类蓝紫色花色素
的开发利用和干燥花保色研究奠定基础。结果表明，北陵鸢尾花色素最佳提取方案为:提取时间 50 min，提取
剂浓度 0．1 mol /L HCl-60%乙醇，提取物料比 1∶5，提取温度 70 ℃。影响色素稳定性研究结果表明，pH 的降低
会使色素吸光度升高，在低于 50 ℃，黑暗条件下有较好的稳定性。Na+和 Ca2+对色素稳定性无明显影响，Mg2+
对北陵鸢尾花色素有一定保护作用。
关键词:鸢尾;色素提取;稳定性
中图分类号:Q946 文献标志码:A 文章编号:1000－2286(2015)04－0719－06
A Study on Extraction and Stability of Pigment of Iris typhifolia
FU Yao，XU Yan，WAN Zong-zhe，FANG Jia-nan，BAO Li-ge，
XIAO Xiao，YANG Li-peng，WANG Ling*
(Garden Institute，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China)
Abstract:For studying the stability of Iris typhifolia pigment，the pigment was extracted from Iris typhifolia
petals by the different solvents，also the color preserving method for Iris typhifolia pigment was discussed pre-
liminary．According to the L9(3
4)orthogonal test，the best parameters obtained were as follows:the time 50 mi-
nutes，the temperature 70 ℃，the ratio of material to solvent was 1∶5 and the extracting agent concentration was
0．1 mol /L hydrochloride-60% ethanol．The study on the stability of the pigment showed the color of the pigment
changed with pH changed．Pigment of Iris typhifolia needed dark light and below 50 ℃ ．Na+ and Ca2+ had no
effect．Also，Mg2+ could protect the pigment to some degree．
Key words:Iris;pigment extraction;stability
鸢尾属(Iris L．)是单子叶植物鸢尾科中最大的属，也是最进化的属。在中国，鸢尾属植物主要分布
于西南、西北及东北地区［1］。鸢尾属植物花型优美，花色鲜艳，观赏价值极高，除在园林中可用于布置
花坛、花境、地被及切花等，还可做干燥花压制，应用前景广阔。而作为干燥花保色技术的重要工艺，花
色素稳定性的研究非常必要。
目前对花色素稳定性的研究较多，但主要集中在红色素［2－4］和黄色素［5－6］方面。并在温度、光照、pH
值、氧化还原剂等影响因子下进行花色素稳定性研究。但对蓝色花花色素稳定性影响因素的研究较少，
收稿日期:2014-11-10 修回日期:2015-04-08
基金项目:国家林业局 948项目(2013-4-43)、黑龙江省博士后启动金(LBH-Q12168)、哈尔滨市科技创新人才专项资
金留学回国人员项目(ＲC2013LX002002)和大学生国家级创新项目(201410225050)
作者简介:付尧(1990—)，女，硕士生，主要从事园林植物种质资源研究，E-mail:fuyaoxiaoyang@ 163．com;* 通信作
者:王玲，教授，博士，E-mail:wanglinghlj@ 126．com。
江 西 农 业 大 学 学 报 第 37卷
其中肖亚中等［7］认为栀子(Gardenia jasminoides)花蓝色素具有良好的化学稳定性;而程超等［8］研究了
麦冬(Ophiopogon japonicus)果实的蓝色素稳定性，发现与栀子蓝色素相比，其对 pH 的稳定性较差。在
紫玉兰(Magnolia liliflora)色素稳定性研究中认为色素在强碱和光照条件下不稳定［9］;朱振宝等［10］认
为高温和光照会降低紫甘蓝(Brassica oleracea)色素的稳定性;陆卿卿等［11］研究发现蓝莓(Vaccinium ul-
iginosum)汁中的花色苷在 60 ℃以下的热稳定性较好，加热 4 h 后，其花色苷残留率达 80%以上。但目
前关于鸢尾属植物花色素提取及稳定性的研究未见报道。本文以北陵鸢尾为代表，确定蓝紫色鸢尾类
植物花色素的适宜提取工艺，并对该色素的稳定性进行初步研究，可为鸢尾类蓝紫色花色素的开发利用
和干燥花保色研究奠定基础。
1 材料与方法
1．1 试验材料
试验于 2009年 6月中旬北陵鸢尾盛花期时进行，新鲜花瓣采自东北林业大学帽儿山实验林场。花
瓣用蒸馏水浸泡片刻、吸水纸吸干后放入 4 ℃冰箱内冷藏备用。
1．2 试验方法
1．2．1 北陵鸢尾花色素提取方法的研究 (1)提取剂的选择。以不同溶剂为提取剂进行试验。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 200 ～ 800 nm 波长范围其最大吸收波长处的吸
光度值。(2)平行试验。取 10 mL色素原液若干份，分别在不同温度、光线条件、pH值、金属离子、氧化
还原剂等条件下做单因子平行试验。并在 540 nm 处测量各样品的吸光度。(3)正交试验。采用 L9
(34)正交试验设计，对提取时间、浓度、提取温度及物料比 4因子在 3个不同水平进行优选，见表 1。按
平行试验的方法在 540 nm处测量各样品的吸光度。
表 1 北陵鸢尾色素提取的 L9(3
4)正交试验
Tab．1 Ｒesult of orthogonal test L9(3
4)of Iris typhifolia
水平 Level
因素 Factor
A时间 /min Time B浓度 /% Concentration C物料比 Material ratio D温度 /℃ Temperature
1 40 40 1 ∶5 60
2 50 50 1 ∶9 70
3 60 60 1 ∶12 80
1．2．2 北陵鸢尾色素稳定性的影响因素 (1)光对北陵鸢尾色素的影响。取 20 mL 色素原液室温
(20 ℃左右)放置，在室内暗处、室内自然光、日光直射 3种光线条件下，每隔 2 d 取样，测定吸光度 A，计
算色素残存率 Ｒ，分析光稳定性。(2)温度对北陵鸢尾色素的影响。取 10 mL 色素常溶液，分别放入
40、50、60、70、80、90 ℃恒水浴中加热，每隔 1 h 取样，测其吸光度，计算色素残存率 Ｒ，分析热稳定性。
(3)pH对北陵鸢尾色素的影响。取色素原液 20 mL，调节 pH 0、1、2、3、4、5。测定其吸光度并观察颜色
变化。(4)金属离子对北陵色素的影响。取色素原液 5 mL 于试管中，分别加入 0．1 mol /L Mn2+、Fe2+、
Mg2+、Ca2+、Na+、Cu2+各 3 mL后静置，定期观察颜色并测其吸光度。
1．3 统计分析
对原始数据进行标准化处理，用 SPSS软件进行方差分析。
2 结果与分析
2．1 北陵鸢尾花色素的提取方法
2．1．1 色素最大波长的确定 在紫外可见光谱下扫描(200 ～ 800 nm) ，确定北陵鸢尾花色素的最大吸
收波长。花青素在可见光区域最大吸收波长在 500～550 nm内［14］，图 1可知，北陵鸢尾最大吸收波长为
540 nm，符合花青素类物质的特征吸收峰，故可初步断定是花青素类物质。
2．1．2 色素提取剂的选择 不同提取剂对鸢尾类花色素的吸光度不同(表 2)。由表可知，北陵鸢尾花
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第 4期 付尧等:北陵鸢尾花色素的提取及稳定性研究
图 1 北陵鸢尾色素吸收光谱特性
Fig．1 Absorbance spectrum of Iris typhifolia
色素微溶于极性较弱的有机溶剂。其中
在 0．1 mol /L盐酸－50%乙醇中浸提后色
素液吸光度最大，颜色最深。该色素在
酸性条件下提取率较好，而且在其他条
件相同时，盐酸的浓度选择 0．1 mol /L 最
好(图 2)。再用 0．1 mol /L盐酸+不同浓
度的乙醇作为提取剂进行选择(图 3)，所
得结果表明 0．1 mol /L 盐酸－50%乙醇的
吸光度最高。因此提取剂初步选择为
40%、50%、60%的乙醇。
表 2 鸢尾色素提取剂的选择(λmax = 540 nm)
Tab．2 Selection of different solvents on the Iris pigment
提取剂 Extractant 吸光度 Absorbance 提取剂 Extractant 吸光度 Absorbance
乙酸乙酯 0．001 6 70%乙醇 0．052 7
丙酮 0．001 8 80%乙醇 0．035 5
石油醚 0．002 4 90%乙醇 0．028 6
蒸馏水 0．414 7 无水乙醇 0．319 7
二氯甲烷 0．001 2 0．1 mol /L盐酸－50%乙醇 1．385 7
图 2 盐酸浓度的选择(λmax = 540 nm)
Fig．2 Selction of different concentrations
hydrochlotic acid (λmax = 540 nm)
图 3 不同乙醇浓度对色素提取的影响(λmax = 540 nm)
Fig．3 Effect on the different concentrations
of ethanol on the violet Iris (λmax = 540 nm)
表 3 北陵鸢尾色素提取的 L9(3
4)正交试验结果(λmax = 540 nm)
Tab．3 Ｒesult of orthogamol experiment of extraction of Iris typhifolia
A时间 /min
Time
B浓度 /%
Concentration
C物料比
Material ratio
D温度 /℃
Temperature
吸光度(A520)
Absorbance
1 1 1 1 1 0．418 1
2 1 2 2 2 0．215 6
3 1 3 3 3 0．206 5
4 2 1 2 3 0．192 0
5 2 2 3 1 0．236 8
6 2 3 1 2 0．531 8
7 3 1 3 2 0．252 2
8 3 2 1 3 0．187 4
9 3 3 2 1 0．472
K1 0．280 0．287 0．281 0．474
K2 0．320 0．312 0．293 0．235
K3 0．304 0．305 0．330 0．195
Ｒ 0．040 0．025 0．049 0．179
优方案 A2 B3 C1 D2
F比 2．000 1．000 4．000 52．000
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江 西 农 业 大 学 学 报 第 37卷
2．1．3 色素提取的最佳工艺 在单因素试验基础上，对色素提取量影响因素较大的条件进行选择，最
终确定提取最佳组合(表 3)。以浸提时间(A)、浸提浓度(B)、料液比(C)和浸提温度(D)4个因素进行
L9(3
4)正交试验。由表中可看出，最佳提取方案组合为 A2B3C1D2，即提取时间 50 min，提取剂浓度
0．1 mol /L HCl－60%乙醇，提取物料比 1∶5，提取温度 70 ℃。通过方差分析可以看出，各因素主次影响顺
序是 D＞C＞A＞B，即温度是影响色素提取量的主要因素，其次是物料比，影响最小的是乙醇溶液的浓度。
显著性分析显示，不同温度色素提取量差异显著，其他因素对色素提取量的差异不显著。
2．2 北陵鸢尾花色素稳定性的影响因素
2．2．1 光对北陵鸢尾色素的影响 北陵鸢尾花色素在不同光照强度下的残存率随时间延长呈下降趋
势(表 4)。其中在室内黑暗条件下，色素液颜色变化微小;在室内自然光及直射光条件下，北陵色素液
吸光度降低较慢。因此，北陵花色素最好避光保存。
表 4 不同光照强度下北陵鸢尾花色素残存率(λmax = 540 nm)
Tab．4 The survival rate of Iris typhifolia under different light conditions (λmax = 540 nm)
处理 Treatment
残存率 /% Survival rate
2 d 4 d 8 d 12 d 16 d 20 d
自然光 Sunlight 92．42 94．56 94．69 70．36 72．46 71．05
黑暗 Black 100．00 92．76 94．00 79．10 69．85 69．34
直射光 Direct light 95．07 92．29 90．41 74．22 73．66 70．02
Ｒ=(A /A0)×100%，式中 Ｒ为色素残存率，A为吸光度，A0 为初始吸光度。
Ｒ=(A /A0)×100%，Ｒ is survival rate of pigment，A is absorbance，A0 is the initial absorbance．
2．2．2 温度对北陵鸢尾色素的影响 由表 5 可知，北陵鸢尾色素残存率随着温度升高，加温时间延长
呈下降趋势。当温度达到 70 ℃以上时，色素残存率存在不同程度的波动。其中，温度为 90 ℃，加热 2
和 7 h时，色素残存率有较大程度的升高，因此在北陵色素保色时，可适当考虑高温处理，达到较好保色
效果。
表 5 不同温度对北陵鸢尾花色素稳定性的影响(λmax = 540 nm)
Tab．5 The stability of Iris typhifolia under different temperature conditions
温度 /℃
Temperature
吸光度 Absorbance
1 h 2 h 3 h 4 h 5 h 6 h 7 h
90 1．122 1．307 0．992 0．919 0．972 1．115 1．403
80 1．449 1．120 1．030 0．994 0．966 0．885 0．886
70 1．601 1．491 1．394 1．342 1．183 1．149 1．112
60 1．820 1．800 1．782 1．751 1．730 1．692 1．521
50 1．848 1．837 1．833 1．828 1．820 1．810 1．788
40 1．858 1．848 1．847 1．847 1．822 1．821 1．811
2．2．3 pH对北陵鸢尾色素的影响 色素液的吸光度随 pH 的降低而升高，色素颜色加深;随着 pH 增
大，色素液由 pH 3时的浅紫色逐渐过度到 pH 4 ～ 5 时的绿色(表 6)。因此，在保存及使用北陵色素时
应在强酸条件下。
表 6 pH对北陵鸢尾色素稳定性的影响(λmax = 540 nm)
Tab．6 Effect of pH on the Iris typhifolia pigment
吸光度
Absorbance
pH 1 pH 1．6 pH 2 pH 3 pH 4 pH 5
1．064 3 0．706 8 0．682 2 0．479 9 0．309 0 0．277 6
2．2．4 金属离子对北陵鸢尾色素的影响 由表 7 可知，Mg2+、Ca2+和 Na+最初均会使色素液的吸光度升
高，但随着时间的延长，2种离子对北陵鸢尾花色素稳定性影响不明显。而加入 Cu2+和Mn2+的色素液吸
光度会迅速降低，尤其在第 8 天时，加入 Cu2+的色素液吸光度变为零，表明 Cu2+可能会破坏色素的结
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第 4期 付尧等:北陵鸢尾花色素的提取及稳定性研究
构。Fe2+的加入会使色素液的吸光度有较大幅度上升，但又在短时间内降为 0。从所有金属离子对色素
液的影响看，Mg2+对北陵花色素具有一定的保护作用。
表 7 金属离子对北陵花色素稳定性的影响(λmax = 540 nm)
Tab．7 Effect of metal ions on the Iris typhifolia pigment
金属离子
Metal ion
吸光度 Absorbance
0 d 2 d 4 d 8 d
CK 0．706 8 0．644 5 0．602 5 0．582 0
Mn2+ 0．669 9 0．550 0 0．402 5 0．324 5
Fe2+ 0．792 2 0．724 0 0．605 0 0．000 0
Mg2+ 0．734 5 0．678 5 0．636 5 0．619 5
Ca2+ 0．736 8 0．660 5 0．659 5 0．584 0
Na+ 0．716 0 0．656 5 0．614 5 0．605 0
Cu2+ 0．677 4 0．403 0 0．208 0 0．000 0
3 结 论
本试验中 60%乙醇作提取剂时，色素含量最高，吸光度最大，同时提取剂更加经济。当乙醇浓度超
过 60%时，色素吸光度降低，提取率下降，这可能是由于高浓度的乙醇会使一些醇溶性的杂质、脂类物
质溶出，从而导致色素的提取率下降。北陵鸢尾花色素的最佳提取温度为 70 ℃，若在更高的温度和更
长的时间浸提下，将会引起色素的严重降解。花色苷的颜色随着 pH的改变会发生明显的变化，水溶液
介质中，花色苷可能出现 4种不同结构，进而呈现颜色变化。本研究中，花色苷会随着 pH的升高，降解
速度会变快。因此，在酸性条件下浸提北陵鸢尾花色素更为有利，此结果也与花色苷性质相吻合。
4 讨 论
鸢尾蓝花色素是酰化花色素，即花色素苷(锦葵苷、矮牵牛、花翠苷)与有机酸(p－香豆酸)通过酰化
形成的［12-13］，属类黄酮化合物花青素。花青素易溶于水、乙醇与稀酸等极性溶剂，不溶于乙醚、氯仿等
有机溶剂［14］，花色苷在中性及弱碱性溶液中不太稳定，因此，提取过程常采用酸性溶剂。最常用的提取
剂是甲醇，但由于甲醇的毒性，故本研究选择了乙醇、丙酮、蒸馏水和无水乙醚作浸提剂［15-16］。
光是花色苷生物合成的重要因子，同时光又会加速花色苷的降解。试验中，在黑暗条件下，北陵鸢
尾花色素的吸光度下降速率较慢，色素颜色变化微小，故北陵鸢尾花色素在避光条件下保存效果较好。
该色素的分解率会随着温度的升高而加快，故应避免在高温条件下使用。此外，金属离子可能会与花色
苷中的某一部分结合生成配合物［17］，从而使结构稳定而保持花不退色。本试验结果表明，Ca2+和 Na+对
北陵鸢尾花色素稳定性影响不大，而 Cu2+和 Fe2+对色素影响较大，长时间下甚至导致色素液变为无色。
所以在提取及应用该色素的过程中，应该避免使用铁器皿和铜器皿。
本研究对北陵鸢尾花色素的提取以及稳定性进行了初步探讨，可为其干燥花保色条件的确定提供
实践基础。
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