全 文 ：活性炭制备高色价米团花黄色素的工艺研究
李爱梅， 王淑霞， 张广文
(暨南大学食品科学与工程系， 广东 广州 510632)
摘 要：利用响应面法优化制备高色价米团花黄色素的工艺条件。在单因素试验基础上，根据 Box-Behnken Design (BBD)试验
设计原理采用 4 因素 5 水平的响应面分析法，依据回归分析确定各工艺条件的影响因素。 分析各个因素的显著性和交互作用，得
出影响米团花黄色素洗脱的因素的主效应关系为： 液固比>洗脱时间>洗脱温度>乙醇丙酮比， 最佳洗脱工艺条件为： 洗脱温度
38.62℃、洗脱时间 40 min、乙醇丙酮比为 11∶10(V/V)、液固比为 25∶1(V/W)，洗脱两次后米团花黄色素的洗脱率可达 93.855%。 在最
佳工艺条件下，米团花黄色素色价由 18.65（±0.23）提高到了 852.77（±0.82）。
关键词：米团花黄色素； 活性炭； 洗脱率； 响应面分析
中图分类号：TS202.3 文献标识码：A 文章编号：1004-874X（2011）13-0078-04
Production of high colority yellow pigments from
Leucosceptrum canum by activated carbon
LI Ai-mei, WANG Shu-xia, ZHANG Guang-wen
(Department of Food Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632, China)
Abstract： Based on single factor tests, the optimum production conditions of high colority yellow pigments from Leucosceptrum
canum were obtained through Box-Behnken Design (BBD). The results showed that the order of factors affecting the elution rate of yellow
pigments (Y) was liquid-solid ratio>elution time>elution temperature>alcohol-acetion ratio, and the optimum elution conditions of yellow
pigments were as follows: elution temperature 38.62℃, elution time 40 min, alcohol-acetone ratio 11 ∶10 and liquid-solid ratio 25∶1(V/W).
Under such conditions, the two-time elution rate of yellow pigments from Leucosceptrum canum was up to 93.8550%, the colority of
yellow pigments was from 18.65(±0.23) up to 852.77(±0.82).
Key words： Leucosceptrum canum; activated carbon; elution rate; response surface methodology
米团花属于唇形科米团花属，滇中一带的居民自古以
来就有以米团花的干花浸提色素作为食品染色剂的习惯[1-3]。
目前从米团花的地上部分分离纯化出 6 种具有抗菌作用
的单体[4-5]。 米团花黄色素属于水溶性色素，其耐光、耐热、
耐酸，且对多种金属离子、食盐和蔗糖稳定，适宜在酸性和
中性介质中使用[6]。 利用小鼠进行毒理学试验，结果表明，
米团花色素是一种安全的天然色素[7]。 欧仕益等[8]将米团花
黄色素添加到油炸方便面中，表现出较好的热稳定性且感
官效果极好。 张俊杰等[9]利用大孔树脂对米团花黄色素进
行分离纯化，但色素的色价提高不显著。 活性炭对米团花
色素有强烈的吸附作用，吸附率可达 99.6%，沸水能将 95%
的还原糖和 92%的多糖洗脱[8]。 本研究通过寻找合适的色
素洗脱条件，简化米团花色素的提取工艺，制备高色价米团
花黄色素，为米团花黄色素在工业中的应用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
米团花(云南省宝山市)；米团花黄色素 A（实验室自
制，HPLC 检测纯度>98%）；无水乙醇（分析纯，天津化学
试剂一厂）；丙酮（分析纯，天津化学试剂一厂）；活性炭
（天津市天达净化材料精细化工厂）。
1.2 试验方法
1.2.1 米团花色素的洗脱工艺 米团花→干燥、粉碎→加
入 60%乙醇溶剂→恒温浸提 12 h→抽滤→滤液浓缩→米
团花色素浸膏→称取 20 g 浸膏， 热水溶解→300 g 活性
炭吸附→热水洗脱→无水乙醇与丙酮混合液洗脱→测定
洗脱液中黄色素的含量。
1.2.2 标准曲线的建立 精确称取干燥至恒重的米团花
色素 A 5.0 mg，用 70%（V/V）乙醇溶解并定容至 50 mL。
分 别 准 确 吸 取 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0
mL 此溶液于 10 mL 容量瓶中，再用 70%（V/V）乙醇定容
至 10 mL，以 70%（V/V）乙醇为空白，在 431 nm 处测定吸
光度，以米团花黄色素 A 的浓度为横坐标、吸光度为纵坐
标绘制标准曲线，建立线性方程。
1.2.3 米团花提取液中黄色素总含量的测定 取米团花
浸膏 1 g，用 70%乙醇溶解，转入 50 mL容量瓶中，以 70%
(V/V) 乙醇定容， 吸取 0.2 mL 置于 10 mL 容量瓶中，用
70%乙醇定容，混匀，以 70%乙醇为空白，在 431 nm 处测
定吸光度，根据标准工作曲线求得米团花浸提液中黄色素
的百分含量：
米团花浸膏中黄色素含量（％）=黄色素质量
浸膏质量
×100
1.2.4 米团花黄色素洗脱率的测定 取已吸附米团花色
素的活性炭 5 g，按设定的液固比加入溶剂，置于恒温水
浴中，在设定的条件下进行洗脱后，抽滤，减压浓缩干，然
后用 70%乙醇溶解转入 50 mL 容量瓶中， 定容， 以 70%
收稿日期：2011-05-20
基金项目：广东省科技计划项目（2007B020712005）
作者简介：李爱梅（1986-），女，在读硕士生，E-mail：liaimei 1986
315@163.com
通讯作者：张广文（1975-），男，博士，副教授，E-mail：zgwzsu@
163.com
广东农业科学 2011 年第 13 期78
DOI:10.16768/j.issn.1004-874x.2011.13.010
(V/V)乙醇为空白，在 431 nm 处测定吸光度，根据标准工
作曲线求得洗脱液中黄色素含量， 再与洗脱前活性炭吸
附的米团花含量进行比较，从而计算得到洗脱率：
洗脱率（%）= 洗脱液中黄色素含量
活性炭吸附的黄色素总量
×100
1.2.5 单因素试验 以洗脱温度、洗脱时间、洗脱剂中乙
醇丙酮比以及洗脱时液固比为影响因素， 研究不同因素
对米团花色素洗脱率的影响。 因素设置及水平见表 1。
1.2.6 样品色价的比较 准确称取 0.10 g 干燥至恒重的
米团花色素浸膏与精制品（洗脱后的米团花色素），用70%
(V/V)乙醇溶解并定容到 50 mL，然后取 1~10 mL 的比色
管用 70%乙醇定容，以 70%(V/V)乙醇为空白，于 1 cm 的
比色皿中在 431 nm处分别测定其吸光度，按下面公式计
算色价[10]，比较色价的变化。
E1%431= Af100W
式中，A为吸光度，f为稀释倍数，W为试样质量。
2 结果与分析
2.1 标准曲线
按 1.2.2 的方法测定结果绘制标准曲线如图 1， 标准
曲线回归方程为 y=0.1449x-0.0052，R2=0.9996。
2.2 单因素试验
2.2.1 温度对米团花色素洗脱率的影响 如图 2所示，液
固比 20∶1(V/W)、洗脱时间 30 min、无水乙醇与丙酮 1∶1 的
条件下，随着温度的升高，黄色素洗脱率呈上升趋势。 当
温度在 40~50℃时，米团花色素的洗脱率最大，随着温度
的升高，洗脱率有所降低。 由于无水乙醇和丙酮的沸点比
较低，温度超过 50℃时，无水乙醇与丙酮挥发比较快，影
响洗脱效果，从而洗脱率下降。 综合以上研究结果，选择
洗脱的温度为 40℃。
2.2.2 洗脱时间对米团花色素洗脱率的影响 如图 3所示，
在温度 40℃、液固比 20∶1(V/W)、无水乙醇与丙酮 1∶1的条件
下，米团花黄色素的洗脱率先随时间呈上升趋势，然后随时
间的延长洗脱率反而降低。 这可能是因为 30 min时活性炭
对米团花的吸附与洗脱达到平衡，随着时间的增加，洗脱液
会挥发，被洗脱的黄色素又重新被活性炭吸附，洗脱率从而
降低。 综合以上研究结果，选择洗脱时间为 30 min。
2.2.3 乙醇丙酮比对米团花色素洗脱率的影响 如图 4
所示，在温度 40℃、洗脱时间 30 min、液固比 20∶1 (V/W)
的条件下， 米团花黄色素的洗脱率随着乙醇丙酮比的增
加呈先上升后下降的趋势。 根据相似相溶原理，洗脱液的
极性对米团花黄色素的洗脱有很大影响， 在乙醇与丙酮
的比例达到 1∶1时米团花黄色素更容易洗脱下来，因此选
择洗脱液中乙醇丙酮比为 1∶1。
2.2.4 液固比对米团花色素洗脱率的影响 如图 5所示，
在温度 40℃、 洗脱时间 30 min、 乙醇丙酮比 1∶1 的条件
下， 米团花黄色素洗脱率随着洗脱液量的增加而增加，在
液固比达到 20∶1(V/W)后，米团花黄色素洗脱率随液固比
的增大增加不明显。从降低成本、提高效率、节约能源的角
95
90
85
80
75
70
65
60
洗
脱
率
（ %
）
20 30 40 50 60
温度（℃）
图 2 温度对米团花黄色素洗脱率的影响
90
88
86
84
82
80
78
76
74
洗
脱
率
（ %
）
10 20 30 40 50
洗脱时间（min）
图 3 洗脱时间对米团花黄色素洗脱率的影响
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
吸
光
度
y=0.1449x-0.0052
R2=0.9996
1 2 3 4 5 6
浓度（μg/mL）
图 1 标准曲线
90
85
80
75
70
65
60
55
洗
脱
率
(%
)
1∶3 1∶2 1∶1 2∶1 3∶1
乙醇丙酮比(V/V)
图 4 乙醇丙酮比对米团花黄色素洗脱率的影响
表 1 单因素试验因素及水平
水平
1
2
3
4
5
A 温度（℃）
20
30
40
50
60
B 时间（min）
10
20
30
40
50
C 乙醇丙酮比（V/V）
1∶3
1∶2
1∶1
2∶1
3∶1
D 液固比（V/W）
10∶1
15∶1
20∶1
25∶1
30∶1
因素
79
表 4 回归方程方差分析
变异来源
Model
A
B
C
D
AB
AC
AD
BC
BD
CD
A2
B2
C2
D2
残差
失拟性
纯误差
总差
平方和
407.47
32.81
60.23
3.89
135.95
0.21
3.42
10.18
9.99
23.23
10.50
51.84
36.89
15.11
56.56
37.24
29.69
7.56
443.71
自由度
14
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
15
10
5
29
均方
29.03
32.81
60.23
3.89
135.95
0.21
3.42
10.18
9.99
23.23
10.50
51.84
36.89
15.11
56.56
2.48
2.97
1.51
F值
11.69
13.21
24.26
1.57
54.75
0.085
1.38
4.10
4.02
9.36
4.23
20.88
14.86
6.09
22.78
1.96
P值
<0.0001
0.0024
0.0002
0.2300
<0.0001
0.7743
0.2587
0.0611
0.0633
0.0080
0.0576
0.0004
0.0016
0.0261
0.0002
0.2363
显著性
***
**
**
***
**
**
**
*
**
注：“*”表示显著，“**”表示高度显著，“***”表示极度显著。
表 3 Central Composite 设计方案及响应值
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
A
（温度）
1
1
0
-1
1
0
-2
0
0
0
1
-1
0
-1
0
1
2
-1
-1
1
1
-1
-1
0
1
0
0
0
1
0
B
（时间）
-1
1
0
1
-1
0
0
0
2
0
1
-1
-2
-1
0
-1
0
1
-1
1
-1
1
1
0
-1
0
0
0
1
0
C
（乙醇丙酮比）
-1
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
-1
0
-1
-1
-1
1
1
-1
0
-1
2
0
0
-1
-2
D
（液固比）
-1
-1
0
-1
1
-2
0
0
0
2
1
1
0
-1
0
1
0
1
1
1
-1
1
-1
0
-1
0
0
0
-1
0
洗脱率
（%）
86.77
81.26
91.63
84.23
86.56
79.74
85.79
88.56
90.26
90.87
89.36
88.39
82.56
84.66
90.34
82.45
85.31
92.17
83.53
89.45
81.15
90.90
88.28
91.79
80.56
89.93
91.31
90.01
81.04
86.23
洗
脱
率
(%
)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10∶1 15∶1 20∶1 25∶1 30∶1
液固比(V/W)
图 5 液固比对米团花黄色素洗脱率的影响
度考虑液固比选择 20∶1(V/W)为最佳。
2.3 响应面法优化米团花色素洗脱的工艺条件
综合单因素试验结果，应用 Design Expert 7.00 软件，
采用 Box-Behnken Design 建立数学模型 ， 以洗脱温度
（A）、洗脱时间（B）、乙醇丙酮比（C）、液固比（D）为自变量，
以洗脱率（Y）为因变量设立 30 个处理组。 因子编码及水
平见表 2，Box-Behnken Design 设计方案所得的试验结果
见表 3。
2.4 数学模型的建立
以洗脱温度（A）、洗脱时间（B）、乙醇丙酮比（C）、液固
比（V/W）为自变量，以洗脱率（Y）为因变量，按照 Design
Expert 软件中的 Box-Behnken Design 模型对提取率响应
值进行回归，建立二次回归模型。 初步回归方程为：
Y=90.61-1.17A+1.58B+0.40C+2.38D-0.12AB+0.46AC+
0.80AD-0.79BC +1.20BD +0.81CD -1.38A2-1.16B2 -0.74C2 -
1.44D2 （1）
对回归方程进行检验 ， 相关系数 R2 =0.9160，P<
0.0001，表明回归模型显著，有实际应用意义。 对回归方程
系数进行显著性检验，结果（表 4）表明，液固比 D 对黄色
素洗脱率有极显著影响，洗脱温度及其二次项 A、A2、洗脱
时间及其二次项 B、B2、液固比的二次项 D2、洗脱时间和液
固比的交互项 BD对黄色素提取率的影响显著；乙醇丙酮
比的二次项 C2对黄色素洗脱率的影响显著； 其他变量的
影响均不显著(P>0.05)。 依据系数估计值 A=1.17、B=1.58、
C=0.40，D=2.38 可知因素的主效应关系为液固比>洗脱时
间>洗脱温度>乙醇丙酮比。 在 0.05 显著水平下剔除不显
著项后，对模型(1)进行优化可得：
Y=90.61-1.17A+1.58B+2.38D+1.20BD-1.38A2-1.16B2-
0.74C2-1.44D2 （2）
2.5 响应面分析与优化
响应面图形是响应值对各因素所构成的三维空间的
曲面图。比较图 6～图 11可知，液固比对米团花黄色素洗脱
率的影响最为显著，表现为曲面较陡；而洗脱时间和洗脱
温度次之，表现为曲面较为平滑；乙醇丙酮比的影响最小；
乙醇丙酮比和液固比对米团花黄色素洗脱率的交互影响
最为显著，表现为等高线最密集，结果与方差分析一致。
2.6 试验验证
为验证模型方程的适用性，从上述回归模型中求得最
优工艺条件为 A=0.021、B=1.329、C=0.392、D=1.503，即米团
花黄色素浸提的最佳条件为洗脱温度 38.62℃、洗脱时间 40
表 2 响应面 4因素 5 水平试验设计
水平
-2
-1
0
1
2
A(温度，℃)
20
30
40
50
60
B(时间，min)
10
20
30
40
50
C(乙醇丙酮比，V/V)
1∶5
3∶5
5∶5
7∶5
9∶5
D(液固比，V/W)
10∶1
15∶1
20∶1
25∶1
30∶1
因素
80
表 5 样品和精制品的色价比较
样品
浸膏
精制品
色素含量（%）
0.263±0.0044
11.826±0.0055
色价
18.65±0.23
852.77±0.82
RSD（%）
1.63
4.02
图 8 洗脱温度和液固比对米团花黄色素洗脱率的影响
图 9 洗脱时间和乙醇丙酮比对米团花黄色素洗脱率的影响
图 7 洗脱温度和乙醇丙酮比对米团花黄色素洗脱率的影响
min、乙醇丙酮比为 11∶10和液固比为 25∶1，黄色素洗脱率的
理论值为93.855%。结果表明，在最佳洗脱条件下，黄色素洗
脱率为 91.211%，与预测值相差不大，说明该方程与实际情
况拟合很好，充分验证了所建模型的正确性。
2.7 样品和精制品色价的比较
从表 5 可以看出，用活性炭吸附米团花色素，然后在
最佳洗脱条件下分离纯化后， 米团花黄色素的含量和色
价都有大幅度的提高，说明该工艺纯化效果明显，可以为
米团花黄色素的生产提供参考。
3 结论
3.1 利用试验设计软件 Design Expert，采用 Box-Behnken
Design 建立洗脱温度 A、洗脱时间 B、乙醇丙酮比 C 和液
固比 D 与米团花黄色素洗脱率之间的二次多项数学模
型：Y=90.61-1.17A+1.58B+2.38D+1.20BD-1.38A2-1.16B2-
0.74C2-1.44D2。
回归分析表明，相关系数 R2=0.9160，P<0.0001，回归
模型显著，有实际应用意义；通过模型系数显著性检验，得
图 11 乙醇丙酮比和液固比对米团花黄色素洗脱率的影响
图 10 洗脱时间和液固比对米团花黄色素洗脱率的影响
图 6 洗脱温度和洗脱时间对米团花黄色素洗脱率的影响
（下转第 85页）
81
到因素的主效应关系为液固比>洗脱时间>洗脱温度>乙
醇丙酮比。
3.2 利用模型的响应面对影响米团花黄色素的洗脱关键
因子及其相互作用进行探讨， 优化出米团花黄色素洗脱
的最佳条件为洗脱温度 38.62℃、洗脱时间 40 min、乙醇
丙酮比为 11∶10和液固比为 25∶1。 米团花黄色素的洗脱率
理论值为 93.855%，测定值为 91.211%，证明此模型是合
理可靠的。
3.3 在最优工艺条件下， 其色价由 18.65 提高到 852.77，
表明活性炭对制备高色价米团花黄色素有显著的效果。
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表 1 揉捻前的杀青叶不同处理方式对绿茶感官品质的影响
处理
1
2
3
外形（25%）
紧结、青绿、尚匀整，净度较好，
稍有黄片、碎片（85）
较紧结、青绿，欠匀整，带黄片、碎片（80）
紧结、翠绿、匀整(95)
香气（25%）
纯正（88）
尚纯正（86）
较浓郁（92）
汤色（10%）
尚绿明亮（89）
黄绿较亮（82）
绿明亮（92）
滋味（30%）
尚醇厚（89）
尚纯正（84）
鲜爽、醇厚（92）
叶底（10%）
黄绿较亮、尚匀齐（88）
黄绿较亮、欠匀齐（82）
黄绿明亮、匀齐（94）
总分
87.65
83.10
92.95
机，将杀青叶自动输送到揉捻机揉桶进行揉捻作业。 经干
燥制得绿茶成品后，对 3 组处理样进行感官审评，对比绿
茶品质的优劣，并对绿茶加工作业的影响进行对比。
2.2 结果与分析
2.2.1 感观品质 对 3 组处理的绿茶成品按照茶叶感
官审评方法 （GB/T 23776-2009）中有关名优绿茶的审
评标准进行感官审评 [3]，结果见表 1。 表 1 显示，处理 3
成品的外形、香气、汤色、滋味、叶底的品质均优于处理
1 和处理 2，外形紧结、翠绿、匀整，汤色绿明亮，叶底匀
齐 ；处理 2 的品质最差 ，尤其是外形不够匀整 ，带有黄
片、碎片，影响了汤色、滋味的品质 ，叶底也不够匀齐 ；
处理 1 的绿茶成品的品质高于处理 2，但处理 1 的绿茶
成品仍带有极少量的黄片 、碎片 ，对汤色 、滋味造成细
微的不利影响。
2.2.2 加工作业 比较 3种处理方式，采用气流式杀青叶
输送机，将杀青叶自动输送到揉捻机揉桶进行揉捻作业，
经干燥制得的绿茶成品品质最优， 该机配备的旋风分离
器能自动有效地分离杀青叶的焦片、黄片、碎片，且无遗
漏，能达到绿茶生产线连续化、清洁化，并能保持和提升
绿茶成品质量，又能节约人工、工时；而由工人对杀青叶
进行人工操作，将杀青叶收集并分拣出杀青叶中的焦片、
黄片、碎片，然后搬运至揉捻机进行揉捻作业。 由于人为
操作难免有遗漏， 经干燥制得的绿茶成品会带有少量的
黄片、碎片，对绿茶品质造成一定的不利影响，而且加工
作业无法连续化、清洁化，又费人工和工时，不够经济；采
用传统的输送带， 将杀青叶自动输送到揉捻机揉桶进行
揉捻作业，虽然达到连续化、清洁化的目的，又能节约人
工、工时，但是不能自动分离杀青叶中的焦片、黄片、碎
片，经干燥制得的绿茶成品中残留有焦（黄）片、碎片，对绿
茶品质造成不利的影响。
3 结语
本研究在绿茶连续化、清洁加工生产线中采用气流式
杀青叶输送机，用高速气流对杀青叶实现了自动输送，可
取代人工收集、搬运等工作，在旋风分离器的作用下自动
将茶叶在杀青过程中产生的焦（黄）片、碎片进行有效分
离。与采用传统输送装置处理相比，提高了茶产品的质量，
使设备更合理、工作更可靠，为实现茶叶的自动化生产创
造条件，符合绿色食品及有机茶生产的卫生条件，对茶叶
无任何污染，清洁安全，可保证和提升茶叶的品质。
参考文献：
[1] 陈宗懋.中国茶叶生产的质量安全状况[J].中国茶叶,2008(6):7-8.
[2] 刘德友 .气流式杀青叶输送机 [P].中国 ,200820113447.X，2009-
09-23.
[3] 浙江大学,中国农业科学院茶叶研究所,农业部茶叶质量监督检
验测试中心.GB/T23776-2009 茶叶感官审评方法[S].北京 :中国
标准出版社,2009.
（上接第 81页）
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