全 文 ：Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术
2012年第13期
红凤菜（Gynura bicolor DC）为菊科多年生草本
植物[1]。红凤菜的别名较多，其中常见的别名是红背
菜、紫背菜。我国长江以南各省及台湾省均有分布。
红凤菜栽培技术较为简单，在生长期间少有病虫危
害。近年来我国不少地区将其作为保健蔬菜栽种，其
叶柔软细嫩，风味独特，且含有较丰富的微量元素及
黄酮[2-4]等对人体有益的物质，而深受人们的喜爱。红
凤菜的花色苷受到人们关注，有人研究了其在叶细胞
中合成的相关基因[5]，还有人研究一些化学物质对花
色苷在红凤菜根中积累的影响[6]。红凤菜色素含量很
高，其中紫色素色泽鲜艳，呈紫红色，在食品工业具
有很好的应用前景。目前，一般认为红凤菜紫色素是
水溶性花色甙色素[7]。花色甙是以3，5，7-三羟基-2-苯
基苯（并）吡喃垟（3，5，7-trihydroxy-2-phenylbenz-
opyrylium）为基本骨架的配糖体与糖基组成的糖甙，
由其结构中母核苯环（B环）中的取代基、羟基和甲氧
基的数量及位置而区别[8]。对红凤菜紫色素的研究报
告不多，对其提取分离工艺的研究更少[7]，为了更多
了解色素的性质及其提取分离的工艺技术，本文对红
凤菜紫色素浸提工艺进行优化，并比较研究吸附树脂
对红凤菜紫色素吸附解吸的特性。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
红凤菜 购于当地市场，由华南师范大学生命科
学学院鉴定为菊科植物红凤菜（Gynura bicolor DC）；
95％乙醇 食品级；大孔吸附树脂S-8、AB-8、NKA、
NKA-9、NKA-Ⅱ、D4020、X-5、H107、D3520、H103
购自南开大学化工厂。
紫外可见分光光度计 UV－9100型，北京北分天
普仪器技术有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 紫色素的测定方法 用自来水将红凤菜洗去
泥沙和杂物，沥干。称取20g红凤菜，置于提取烧瓶，
按一定比例加入蒸馏水作提取剂，装上回流冷凝管让
提取过程中的蒸汽冷凝回流，放入恒温水浴中浸提一
定的时间，取出，抽滤，收取滤液。
用UV－9100型分光光度计，以提取剂作参比，在
400～600nm波长范围内测量色素溶液处于各波长的
吸光值，绘制吸收光谱，确定色素的最大吸收波长。
利用本实验室在前期实验中提取的红凤菜紫色
素对照品，配制4、3.5、3、2.5、2、1.5、1、0.5mg/mL浓度系
列，用UV-9100分光光度计在最大吸收波长处分别测
量吸光值，建立色素浓度和吸光度的关系。前期实验
中红凤菜紫色素提取的基本过程为，用热水浸提出色
素提取液，旋转减压蒸发浓缩，加酒精至75%（v/v）浓
收稿日期：2011－11－10 * 通讯联系人
作者简介：庄莹莹（1985-），女，学士，研究方向：生物工程。
红凤菜紫色素提取和分离
庄莹莹1，彭妙会1，李雁群1，2，*
（1.华南师范大学生命科学学院，广东广州 510631；
2.广东海洋大学食品科技学院，广东湛江 524088）
摘 要：为了探讨红凤菜紫色素浸提的最优条件，研究吸附树脂对红凤菜紫色素吸附分离的特性，通过采用均匀设计
法对提取温度、提取时间和提取水的用量进行优化，建立提取条件与提取率之间的定量关系方程；通过研究吸附树脂
对红凤菜紫色素静态吸附动力学和静态解吸实验，分析比较树脂对色素吸附和分离的优劣。 研究结果建立了色素提
取率与浸提条件的定量关系，比较筛选出吸附树脂NKA-9最适合用于红凤菜紫色素的吸附分离。
关键词：红凤菜，紫色素，吸附树脂，提取，分离
Extraction and isolation of purple pigments from Gynura bicolor
ZHUANG Ying-ying1，PENG Miao-hui1，LI Yan-qun1，2，*
（1.College of Life Science，South China Normal University，Guangzhou 510631，China；
2.College of Food Science and Technology，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，China）
Abstract：In order to investigate the optimal extract condition of Gynura bicolor purple pigment and the
characteristics of absorption resins for isolation of the purple pigment，an uniform design was used to arrange
the pigment extract tests and analysis the data，and the absorption and desorption characteristics of resins
were also investigated. A formula to relate the extract capability with extract temperature，time and water
quantity was built. The results showed that resin NKA-9 was the best resin of the resins tested for the pigment
isolation as well.
Key words：Gynura bicolor；purple pigment；absorbing resin；extraction；isolation
中图分类号：TS255.1 文献标识码：B 文 章 编 号：1002-0306（2012）13-0288-04
288
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2012.13.091
工 艺 技 术
2012年第13期
Vol . 33 , No . 13 , 2012
度以沉淀蛋白质等大分子，离心去除沉淀，真空蒸发
浓缩，然后用硅胶层析柱多次层析分离，用高压液相色
谱检测为单组分，得到的色素溶液蒸发去除有机溶剂
后用冷冻干燥，得到色素对照品用于工艺研究实验。
1.2.2 紫色素提取条件的优化 用蒸馏水为提取剂
提取红凤菜紫色素，提取条件的优化针对提取时间、提
取温度、加水量进行优化。采用均匀设计实验法，用设
计表U18（9×62）对实验条件进行优化实验[8]，以色素提取
率为指标考察每组实验条件的效果，实验条件如表1。
按照均匀设计表安排实验条件组合，每组实验重
复3次，通过测定提取液的吸光值计算提取率（mg色
素/g菜），用提取率为指标，通过统计回归分析得出拟
合曲线。
1.2.3 用吸附树脂分离紫色素
1.2.3.1 吸附树脂静态吸附实验 称量不同树脂各
1g，加入浓度为3.47mg/mL的色素溶液30mL，摇匀，至
饱和吸附，取吸附后的色素溶液过滤，在适当稀释范
围内测定色素溶液吸光度，用吸光度按照1.2.1建立的
吸光度与色素浓度的关系计算色素浓度，通过溶液的
色素浓度计算吸附量，即：
吸附量（mg）＝（吸附前溶液色素浓度（mg/mL）－
吸附后溶液色素浓度（mg/mL））×色素溶液体积（mL）
1.2.3.2 静态吸附动力学 称取树脂5g置于250mL
三角瓶中，加入浓度为3.47mg/mL的色素溶液150mL，
30℃摇荡，每隔一定时间取样测定溶液吸光度，计算
树脂的吸附量和吸附率，并绘制动力学曲线，吸附率
的计算按下式进行：
吸附率（mg/g）= 吸附量（mg）
树脂质量（g）
1.2.3.3 静态解吸实验 称取已饱和吸附红凤菜紫色
素的树脂5g，等分成5份，分别装入5个50mL三角瓶，
各瓶分别加入10mL不同浓度的酒精，封瓶口，摇匀，解
吸2h，过滤，用3mL相应的酒精水溶液洗树脂，合并解
吸液和洗涤液，得到解吸溶液，测定解吸溶液的吸光
度，并利用吸光度和色素浓度的关系计算解吸液的色
素浓度。解吸用的酒精浓度分别为25％、50％、75％。
解吸率的计算按如下方法进行：
树脂吸附色素量（mg）＝吸附前色素液中色素的
量（mg）－吸附后色素液剩余色素量（mg）
解吸色素量（mg）＝解吸液体积（mL）×解吸液色
素浓度（mg/mL）
解吸率（％）＝解吸色素量（mg）/树脂吸附色素量
（mg）×100
2 结果与分析
2.1 紫色素定量测定方法的建立
在400～600nm波长范围内，扫描测定预备实验提
取分离的红凤菜紫色素对照品的吸光度，得到吸光度
图谱如图1所示。从图中可见，红凤菜紫色素在550nm
和590nm处有2个吸收峰，因此以波长550nm用于紫色
素定量检测。
配制0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4mg/mL浓度的紫色素
对照品水溶液，用分光光度计在550nm处测量吸光值，
绘制吸光值与色素溶液浓度关系图，结果如图2所示。
根据吸光度与色素浓度关系数据，通过线性回归得
到定量测定紫色素的标准曲线方程A550＝0.2193×C，式
中A550为在550nm波长的吸光值，C为色素浓度mg/mL，
回归方程的相关系数R2＝0.9997，表明线性关系良好。
2.2 提取工艺优化
红凤菜紫色素提取工艺条件优化采用均匀设计
法优化，考察温度（T）、时间（t）、加水量（v）3个因素
及其交互作用对红凤菜紫色素提取率的影响，结果见
表2。以色素提取率（P）为因变量，采用均匀实验设计
回归分析软件对实验结果进行数据处理和多元曲线
拟合，得到3因素为自变量的回归方程为：
P=16.8-1.49×10-2T2+8.93×10-3vt+1.72×10-4T3
式中：P为色素提取率，mg/g；T为提取温度，℃；v
为加水量，mL/g；t为提取时间，min。复相关系数R＝
0.9652。
由回归方程所得，最优条件为温度100℃，加水
量9mL/g，提取时间为120min。这个条件为3个因素在
实验范围内的最高值，这是合理的，在实验范围内，
温度越高提取率越高，溶剂量越大提取量越大，提取
时间越长提取率越高。但是从工业生产考虑，温度越
高、加水量越大、提取时间越长生产成本越高，最优
的生产条件应该结合成本预算来确定经济效益最高
因素
水平
1 2 3 4 5 6 7 8 9
t 提取时间（min） 20 40 60 80 100 120
T 提取温度（℃） 50 55 60 65 70 75 80 90 100
v 提取水用量
（mL/g对鲜叶重） 4 5 6 7 8 9
表1 U18（9×62）均匀设计因素与水平
Table 1 The independent variables and levels of the utilized
uniform design U18（9×62）
图1 红凤菜紫色素的可见光吸收图谱
Fig.1 The optical density spectrum of the purple pigments from
Gynura bicolor
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
吸
光
度
400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600
波长（nm）
图2 红凤菜紫色素水溶液浓度和在550nm波长吸光度的关系
Fig.2 Relation between purple pigment concentration and
absorption at 550nm
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
OD
55
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
色素浓度（mg/mL）
A=0.2193C
R2=0.9997
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2012年第13期
实验号
T提取温度
（℃）
v提取水用量
（mL/g）
t提取时间
（min）
P提取率
（mg/g）
1 50 6 60 3.57
2 50 9 100 5.81
3 55 5 20 2.56
4 55 8 60 6.06
5 60 4 120 1.16
6 60 7 40 6.03
7 65 9 80 13.6
8 65 6 120 6.34
9 70 8 40 9.15
10 70 5 100 6.42
11 75 7 20 4.10
12 75 4 60 4.71
13 80 6 100 7.57
14 80 9 20 8.27
15 90 5 80 31.6
16 90 8 120 30.3
17 100 4 40 39.4
18 100 7 80 42.3
表2 提取条件优化实验结果
Table 2 Results of the uniform designed optimal experiments
的提取工艺参数。当然，通过均匀设计法优化得出的
提取率和提取工艺参数之间的定量关系有利于最好
经济效益参数的优选。
2.3 吸附树脂分离紫色素
2.3.1 吸附树脂的筛选 分别在一定量的色素溶液
中加入选择的10种不同型号的国产吸附树脂各1g，
经过24h静态吸附并达到平衡后，测定溶液中色素的
含量并计算树脂的吸附量，结果如图3所示。
由图3可见，S-8、NKA-9、NKA-Ⅱ树脂的吸附能
力比其他7种树脂的要强得多，因此选定这3种树脂进
一步实验，研究树脂吸附色素的特性。
2.3.2 静态吸附动力学 分别称取5g S-8、NKA-9、
NKA-Ⅱ树脂，置于250mL三角瓶中，各加入浓度为
3.47mg/mL的色素溶液150mL，同时放置30℃摇荡，每
隔一定时间取少量溶液测定吸光度，并按照紫色素定
量测定标准曲线计算吸附量，由吸附量计算单位质量
树脂吸附色素的量即吸附率，各种树脂单位质量吸附
色素量随时间增加的结果如图4。
从图4可明显看到，3种树脂对红凤菜紫色素有
较强的吸附能力，树脂对色素的吸附主要在开始的
0.5h完成，在30min内吸附量已经接近平衡吸附量。
为了进一步分析3种树脂对色素吸附的特性，对
图4所示的实验数据作进一步分析，从图4看见，在2h
以后吸附量基本不增加，在此以10h时的吸附量为平
衡吸附量Qe，在某一时刻t的吸附量为Qt，在某一时刻
吸附平衡速率常数计为Kt，则有如下关系：
ln QeQe-Qt
=Kt或Kt=-ln（1- QtQe
） 式（1）
利用图4的数据，按式（1）计算不同时间的Kt列
于表3。
由表3的数据，以－ln（1－Qt/Qe）对时间t按线性回
归，得到这3种树脂的吸附速率方程如表4所示。
由表4可见，NKA-9树脂具有相对较高的平衡速
率常数。
2.3.3 静态解吸 取树脂S-8、NKA-9、NKA-Ⅱ，用
10mg/mL的色素溶液使树脂吸附色素到饱和，然后取
出树脂，用蒸馏水清洗，合并吸附后剩余色素溶液和
洗涤树脂的洗液，测定色素浓度计算树脂吸附色素的
量，吸附了色素的树脂晾干用于静态解吸实验。分别
取3种吸附了色素的树脂1g/份，每种树脂5份，分别用
乙醇浓度分别为25%、50%、75%（v/v）的乙醇水溶液和
树脂混合，进行静态解吸2h，过滤，并用3mL相应浓
度的乙醇水溶液洗树脂，合并滤液和洗树脂的洗液得
图3 10种吸附树脂对红凤菜紫色素的吸附能力
Fig.3 The abilities of 10 kinds of resins to absorb the purple
pigment of Gynura bicolor
80
70
60
50
40
30
20
10
0
吸
附
率
（
m
g/
g）
H103 D3520 H107 D4020 X-5 NKA S-8 AB-8 NKA-9NKA-Ⅱ
树脂
图4 3种吸附树脂的静态吸附动力学曲线
Fig.4 The dynamic absorbing profile of 3 resins on purple
pigment of Gynura bicolor
120
100
80
60
40
20
0
吸
附
量
（
m
g/
g）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
吸附时间（h）
S-8 NKA-9 NKA-Ⅱ
时间（h） S-8 NKA-9 NKA-Ⅱ
0.5 2.895 2.379 2.764
1 3.124 2.761 3.114
1.5 3.472 3.222 3.594
2 3.724 3.538 3.798
3 4.160 4.131 4.273
4 4.361 4.576 4.565
5 4.766 4.913 4.757
6 5.085 5.424 4.939
8 5.864 6.740 5.451
表3 3种树脂的平衡速率常数Kt
Table 3 The equilibrium constant Kt of 3 resins at different
absorption time
树脂 吸附平衡方程 相关系数 平衡速率常数（s-1）
S-8 y=0.3826x+2.8434 0.9947 1.06×10-4
NKA-9 y=0.5478x+2.3003 0.9946 1.52×10-4
NKA-Ⅱ y=0.3404x+2.9669 0.9661 0.95×10-4
表4 3种树脂对红凤菜紫色素的吸附速率方程
Table 4 The absorption equations of 3 resins to absorb purple
pigment of Gynura bicolor
（下转第365页）
290
专 题 综 述
2012年第13期
Vol . 33 , No . 13 , 2012
树脂
吸附色素量
（mg/g）
解吸
25%乙醇 50%乙醇 75%乙醇
解吸色素量（mg） 解吸率（%） 解吸色素量（mg） 解吸率（%） 解吸色素量（mg） 解吸率（%）
S-8 77.08 49.04 63.62 57.40 74.47 39.73 51.55
NKA-9 76.50 64.9 84.84 69.76 91.19 53.18 69.51
NKA-Ⅱ 76.94 69.92 90.87 71.94 93.5 49.20 63.95
表5 乙醇水溶液对3种吸附树脂吸附红凤菜紫色素的解吸
Table 5 The desorption of Gynura bicolor purple pigment from 3 resins by ethanol of different concentration
到色素的解吸液，测定解吸液的色素浓度。将吸附树
脂吸附的色素量和解吸后解吸色素量及由此计算出
的解吸率列于表5。
从表5可见，用50%乙醇解吸具有很高的解吸率，
NKA-9、NKA-Ⅱ 2种树脂的解吸率都能高达91%以
上，不过S-8树脂的解吸率最高只达到74.47%。结合
表3的数据，NKA-9号树脂的吸附速率平衡常数最
高，因此可以认为NKA-9号树脂比其他2种树脂更适
合于红凤菜色素的分离提取。
3 结论
由对提取条件的优化得出提取温度、时间和加水
量与紫色素提取率之间的定量关系方程，由此可以结
合操作成本计算优选提取操作参数。通过对10种国
产吸附树脂的比较筛选，表明吸附树脂NKA-9具有很
好的吸附性能。用50%的乙醇水溶液可以有效解吸
吸附的红凤菜紫色素。
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