全 文 ：第 37卷 第 6期 东　北　林　业　大　学　学　报 Vol.37 No.6
2009年 6月 JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITY Jun.2009
酶法提取天目琼花果实中红色素的工艺条件优化 1)
黄占华　张　斌 　李　杨
(生物质材料科学与技术教育部重点实验室(东北林业大学),哈尔滨, 150040)
　　摘　要　采用酶法提取天目琼花果实中的红色素 , 通过对影响提取率的主要因素酶解温度 、酶解 pH值、酶解时
间和酶的用量等进行正交试验 ,得出酶法提取天目琼花果实中红色素的最佳工艺条件:酶解 pH值为 5.0、酶解温度
50℃、酶解时间 2h、酶的用量与天目琼花果实的质量比为 0.5×10-3 , 在此条件下 , 天目琼花果实中红色素的得率为
16.68%。根据红外光谱分析 , 天目琼花果实的红色素中可能含有苯环 、羟基 、氨基以及羧基等特征官能团。
关键词　酶解;天目琼花;红色素;提取工艺
分类号　Q949
OptimizationofExtractionProcessforRedPigmentinFruitsofViburnumsargentiiwithEnzymaticTreatment/HuangZhanhua, ZhangBin, LiYang(KeyLaboratoryofBio-basedMaterialScienceandTechnology, MinistryofEduca-
tion(NortheastForestryUniversity), Harbin150040, P.R.China)//JournalofNortheastForestryUniversity.-2009,
37(6).-35 ～ 36
TheenzymolysisconditionsofenzymeforredpigmentextractionfromfruitsofViburnumsargentiKoehne, includingtheinitialpHvalueoflyticenzymesolution, reactiontime, temperatureandthedosageofenzyme, wereoptimizedbyor-
thogonalexperiment.TheoptimizedconditionswereobtainedastheinitialpHvalue5.0, temperature50degreesC, reac-
tiontime2 hours, andthedosageofenzyme0.5 mgpergramfruitofV.sargenti.Theyieldofredpigmentwas16.68
percentandtheextractioneficiencywasbetterundertheoptimumconditions.Resultsofinfraredspectroscopyanalysisby
FTIRshowthattheremaybebenzenering, hydroxy, amidogenandcarboxylinredpigment.Keywords　Enzymolysis;Viburnumsargentii;Redpigment;Extractionprocess
　　天然色素因其安全可靠 , 具有一定的营养和药理作用 、着
色自然而倍受青睐 , 因此 ,寻求和开发利用天然色素资源已成
为人们日益关注的课题 [ 1] 。 天目琼花又名鸡树条荚蒾(Vi-
burnumsargentiiKoehne), 主要分布于我国北方多个省份 , 其
天然资源极为丰富 [ 2] 。鸡树条有通经活络 、活血消肿 、祛风
杀虫之功效 , 叶 、嫩枝及果实均可入药 [ 3-4] 。近 3a来有关天
目琼花中有效成分的研究不多 ,对于天目琼花果实中红色素
的研究报道更是甚少 [ 5-6] 。本研究采用酶法提取天目琼花果
实中的红色素 , 通过单因素试验 ,考察各因素对天目琼花果实
中红色素提取效果的影响 , 并结合正交设计试验寻找最佳提
取工艺条件及显著影响因素 [ 7] ,以期为酶法提取天目琼花果
实中红色素的开发利用奠定理论基础。
1　材料与方法
旋转薄膜蒸发器:RE-85, 上海青浦沪西仪器厂;紫外可
见分光光度计:TU-1900PC型 ,北京普析通用仪器有限公司;
红外光谱仪:Magana-IR560E.S.P,美国尼高力公司;电子天
平:ES1205-4型 ,沈阳龙腾电子有限公司;电热恒温鼓风干
燥:DHG-9140A型 ,上海一恒科技有限公司。
果胶酶购于 Sigma公司;天目琼花果实采自黑龙江省尚
志市帽儿山林场。
将一定量的乙酸 —乙酸钠缓冲溶液 、果胶酶和天目琼花
果实一同放入搅拌机中 ,将其打成匀浆状态 , 转液至 15mL具
塞管中 , 再放入恒温水浴锅中酶解一定时间后 , 抽滤 , 旋转蒸
1)黑龙江省自然科学基金(C200616)和哈尔滨市科技创新人才
项目(2008RFQXN001)。
第一作者简介:黄占华 ,女 , 1975年 10月生 ,生物质材料科学与
技术教育部重点实验室(东北林业大学),讲师。
收稿日期:2008年 10月 27日。
责任编辑:潘　华。
发 ,低温烘干 ,称质量并计算红色素的得率 [ 8-9] 。
2　结果与分析
2.1　酶解 pH值对红色素提取率的影响
由于天目琼花果实中果胶的含量较高 ,果胶酶的加入可
以快速分解天目琼花果实中的果胶 , 使有效成分迅速溶解出
来。但酶的催化活力受环境 pH值的影响 , 每一种酶都有其
各自最适合的 pH值。称取 2.0g天目琼花果实 , 在酶解温度
为 40℃, 酶的用量与天目琼花果实的质量比为 2×10-3 , 酶解
时间为 2h的条件下 ,考察酶解液初始 pH值对红色素提取率
的影响。当酶解液初始 pH值从 4.5、5.0、5.5增至 6.0时 , 红
色素提取率呈逐渐增加的趋势 , 当酶解液初始 pH值由 4.5
增至 5.5时 ,红色素提取率由 7.51%增至 15.32%, 当酶解液
初始 pH值由 5.5增加到 6.0时, 红色素提取率仅增加 0.17%,
增加缓慢。由此可以推断出果胶酶较适合在弱酸性环境下对
天目琼花果实中的红色素进行催化反应。
2.2　酶解温度对红色素提取率的影响
酶解温度对酶的活力也有很大影响。一般来说 , 酶活随
温度变化的曲线是钟形曲线 , 有 1个最高点 ,即最适温度。 最
适温度也不是固定值 , 它受反应时间的影响 ,酶可在短时间内
耐受较高温度 , 时间延长则最适温度降低。
在初步选取酶解液 pH为 5.5,酶的用量与天目琼花果实
的质量比为 2×10-3 , 酶解时间为 2 h的条件下 , 当酶解温度
30℃增加至 60℃时 , 红色素提取率随酶解温度的增加呈现
先增加后降低的趋势 , 并在酶解温度 40℃时 , 红色素提取率
最高 , 达到 15.32%。当酶解温度超过 40℃时 ,红色素提取率
呈下降趋势。这是因为随着酶解的温度升高 , 酶分解果胶的
速度增加 ,红色素溶出的速度也随着温度的升高而加快;但是
当温度超过一定值之后 , 酶变性失活的速度 、果胶的分解速度
DOI :10.13759/j.cnki.dlxb.2009.06.002
以及红色素的溶出速度综合平衡的结果导致酶解效率降低 ,
红色素提取率下降 [ 8] 。由结果可知最佳酶解温度为 40℃。
2.3　酶的用量对红色素提取率的影响
在酶解温度为 40℃,酶解液初始 pH为 5.5, 酶解时间为
2h的条件下 ,考察酶用量对红色素提取率的影响 。当酶的用
量与天目琼花果实的质量比为 0 ～ 0.5×10-3时 , 红色素的产
量呈上升趋势 , 当加酶量大于 0.5×10 -3时 , 红色素的提取率
开始下降 , 在加酶量为 0.5 ×10-3时 , 红色素的提取率最高。
从经济角度考虑 , 认为酶的用量与天目琼花果实的质量比为
0.5×10-3更加合适。
2.4　酶解时间对红色素提取率的影响
在酶解温度为 40℃,酶解液初始 pH为 5.5,酶用量为 2×
10-3的条件下 ,考察酶解时间对红色素提取率的影响。当酶解
时间由 1h增至 4h时 , 红色素的提取率先随酶解时间的增加
而增加 ,在酶解 3h时达到最大值 , 随后则有所下降。这是因
为当酶解时间为 3 h时, 酶解反应已进行得比较完全 ,随着酶
解时间的延长 , 酶活会降低 ,红色素也会有部分分解。因此 ,在
该实验条件下 , 酶解时间为 3h时 ,红色素的提取率最高。
2.5　正交试验分析
在单因素实验结果的基础上 ,选择影响红色素的提取率
为主要判定指标 , 以酶解温度 、酶解 pH值 、酶解时间 、酶的用
量为主要影响因素 , 为寻求较佳的提取工艺 , 安排了 L16(45)4
因素 4水平的正交试验。主要影响因素的变化对红色素得率
的影响见图 1,试验结果与方差分析见表 1。
图 1　4种影响因素的变化对红色素得率的影响
表 1　红色素得率试验结果的方差分析及显著性检验
因子 方差和 F 均方 F 显著性 F0.05 F0.01 显著性
A 2.549×10-4 3 8.495×10-5 10.255 0.044 9.280 29.460 ＊
B 2.555×10-4 3 8.518×10-5 10.283 0.044 ＊
C 2.176×10-4 3 7.252×10-5 8.754 0.054
D 1.574×10-4 3 5.248×10-5 6.335 0.082
误差 2.485×10-4 3 8.284×10-6
　　注:＊表示因子对性能在 0.05水平上的影响显著性。
F
0.05 =9.280, F0.01 =29.460。由表 1可知 ,酶解温度和酶
解 pH的 F值大于 9.280, 说明这 2个影响条件在 0.05水平
对 红色素提取率的影响是最显著的;酶解时间的F值为
8.754略小于 9.280,对实验结果的影响较小;酶用量的 F值
最小 , 说明其对实验结果的影响最小。综合以上分析得出 , 该
实验中影响因素的显著性依次是酶解 pH、酶解温度 、酶解时
间和酶用量。
图 1为 4种影响因素的变化对红色素提取率的影响 , 再
根据正交试验结果 、方差分析结果及成本核算等多方面因素
综合考虑 , 得出最佳提取条件为:酶解温度 50 ℃;酶解 pH值
为 5.0;酶解时间 2h;酶的用量与天目琼花果实的质量比为
0.5×10-3。在此条件下进行重复实验得出平均天目琼花果
实中的红色素得率为 16.68%, 重复性较好。
2.6　红外光谱分析
为了推测产物中所含官能团的种类 , 对所得产物进行了
红外光谱分析。由图 2可知 , 在 3 424cm-1处有一强而宽的
吸收峰 , 可能是—OH、N—H的伸缩振动吸收峰 , 由 1 572
cm-1和 1 410cm-1处的特征吸收峰以及结合指纹区 923、801
和 616cm-2 3个位置的吸收峰可以判断出产物中含有苯环结
构;在 1 572cm-1处的尖而强的吸收峰还可能说明产物中还
含有羧基;在 1 410.5 cm-1处尖而强的吸收峰还可能是由于
N—H的弯曲振动引起的。
图 2　红色素的红外光谱
3　结论
通过对影响酶法提取天目琼花果实中红色素产量的因素
酶解温度 、酶解 pH值 、酶解时间和酶用量等进行单因素和正
交试验分析 ,初步得出以下结论:这 4种影响因素对实验结果
的显著性影响大小次序分别是酶解 pH值 、酶解温度、酶解时
间和酶用量;最佳提取条件即酶解温度 50℃;酶解 pH值为 5.
0;酶解时间 2h;酶的用量与天目琼花果实的质量比为 0.5×
10-3。同时, 在此条件下进行重复实验得出平均天目琼花果实
中的红色素得率为 16.68%,重复性较好。利用红外光谱分析
产物可能含有苯环 、羟基 、氨基以及羧基等特征官能团。
参　考　文　献
[ 1] 　姚成立 ,毕建洪.天然色素的提取和研究进展 [ J] .安徽化工 ,
2007, 33(3):1-4.
[ 2] 　祝之友.荚迷属植物资源调查及开发利用 [ J].基层杂志 , 1999,
13(1):24.
[ 3] 　杜凤国 ,刁绍起.天目琼花果实的营养成分 [ J] .东北林业大学
学报 , 2007, 35(1):84-85.
[ 4] 　范锋.鸡树条荚蓬果实中总黄酮的含量测定及有效部位研究
[ D] .哈尔滨:黑龙江中医药大学 , 2007.
[ 5] 　邓素兰.荚迷果实红色素稳定性研究 [ J] .中国农学通报 , 2007,
23(4):101-104.
[ 6] 　黄占华 ,张斌 ,李扬 , 等.天目琼花果实中红色素的稳定性 [ J] .
东北林业大学学报 , 2009, 37(4):30-31.
[ 7] 　任祎 ,任贵兴 ,马挺军 ,等.燕麦生物碱的提取及其抗氧化活性
研究 [ J] .农业工程学报 , 2008, 24(5):265-269.
[ 8] 　郭庆祝 ,刘玉.纤维素酶法提取天然辣椒素的研究 [ J] .现代食
品科技 , 2007, 23(6):45-50.
[ 9] 　余清 ,陈绍军.酶法提取乌饭树叶色素的研究 [ J].食品研究与
开发 , 2007, 28(12):36-39.
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