金盏菊花中色素的提取工艺及稳定性研究

李泽鸿，张晓刚，张 璐，韩 娟，张 帆，刘洪章,*

(1.吉林农业大学生命科学学院，吉林 长春 130118；2.吉林英联生物技术有限公司，吉林 长春 130033)

金盏菊花中色素的提取工艺及稳定性研究

李泽鸿1，张晓刚2，张 璐1，韩 娟1，张 帆1，刘洪章1,*

(1.吉林农业大学生命科学学院，吉林 长春 130118；2.吉林英联生物技术有限公司，吉林 长春 130033)

目的：确定金盏菊花色素的最佳提取工艺，并对其稳定性进行研究。方法：以浸提法对金盏菊花中的色素进行提取，通过对提取剂、料液比、提取温度、提取时间4因素进行，L9(34)正交试验得到最佳提取条件；同时考察光照、热和食品添加剂等对色素稳定性的影响。结果：金盏菊花色素最佳提取工艺为提取剂90%乙醇、料液比1:8(g/mL)、在70℃水浴中浸提40min；该色素在酸性条件下稳定性较好，对光和热稳定性好；pH值对色素的稳定性影响较大，在酸性条件(pH5)下该色素较稳定；常用食品添加剂如葡萄糖、蔗糖对色素的色泽无不良影响，金属离子Na+、Mg2+、Ca2+、Cu2+对金盏菊花色素无不良影响，而Fe3+则对色素有明显影响。结论：获得金盏菊花中色素提取的最佳工艺；色素对光、热、常用食品添加剂的稳定性良好，为其在食品和药品中的应用提供了广阔的前景。

金盏菊花；色素；提取；稳定性

金盏菊花(Calendula officinalis L.)又名大金盏花、水涨菊、山金菊[1]，为常见观赏花卉，品种多，易栽培，资源丰富[2-3]。金盏菊全草均可入药，根能行气活血，花有凉血止血之功效，其中以花的利用价值最高[4]，具有抗菌消炎、抗诱变、增强免疫力和促进伤口愈合等作用[5]。

随着人民生活水平的提高和健康、自我保健意识的增强，人们对食品饮料的营养价值和花色品种的标准提出了更高的要求[6]。人们希望食品色味俱全、安全无毒且具有营养价值[7-8]。许多天然色素无害无毒、具有食品本身的色泽、促进食欲、增加消化液分泌，并且还对人体有医疗和保健作用[9]。因此，寻找和开发更多的天然色素已成为使用色素发展的必然趋势[10-12]。为了解金盏菊花色素的应用前景，本实验对金盏菊花色素的提取和稳定性进行研究，旨在为金盏菊花的进一步开发利用提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

采摘于吉林农业大学校园内的新鲜金盏菊花，阴干、去杆，粉碎并过60目筛，细粉装瓶备用。

乙酸乙酯、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、蒸馏水、盐酸、氢氧化钠、KMnO4、KI、葡萄糖、蔗糖，以上均为分析纯。

HH-4数显恒温水浴锅 江苏省金坛市荣华仪器制造厂；粉碎机 北京中兴伟业仪器有限公司；电子天平常州诺基仪器有限公司；离心机 湖南仪器仪表总厂；T6新世纪分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；DU-7500紫外分光光度计 美国贝克曼公司。

1.2 方法

1.2.1 金盏菊花色素的提取工艺研究

1.2.1.1 色素的提取工艺流程

准确称取一定质量金盏菊花细粉，加入适当提取剂在恒温水浴锅中进行浸提，所得提取液为粗品色素溶液，然后将粗品色素溶液用离心机进行高速离心，弃去沉淀，所得上清液为色素原液，备用。

1.2.1.2 色素的光谱特征

将色素原液进行稀释，使用紫外-可见分光光度计在200～800nm进行扫描，观察其吸收光谱特征，确定其最大吸收峰值。

1.2.1.3 色素提取工艺的单因素试验

考察浸提溶剂、提取剂体积分数、温度、时间、料液比5因素对金盏菊花色素提取效果的影响。

1.2.1.4 色素提取工艺的正交试验

根据单因素试验结果，选取正交试验因素水平，进行L9(34)正交试验，因素及水平设计见表1。

表1 金盏菊花色素提取正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.2.2 金盏菊花色素的稳定性

1.2.2.1 pH值对色素稳定性的影响

分别取等量的色素稀释液5mL，置于5支试管中，使用0.1mol/L HCl溶液和0.1mol/L NaOH溶液调pH值分别为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0，在波长466nm处测其吸光度。

1.2.2.2 温度对色素稳定性的影响

分别取等量的色素稀释液5mL，置于5支试管中，分别在10、30、50、70、90℃ 5个温度下放置20min后，在波长466nm处测其吸光度。

1.2.2.3 光照对色素稳定性的影响

分别取等量的色素稀释液5mL，置于3支试管中，分别置于避光、灯光照射处、日光照射处，定时在波长466nm处测定吸光度。

1.2.2.4 化学试剂和食品添加剂对色素稳定性的影响

分别取等量的色素稀释液5mL，置于4支试管中，向试管1中加入1滴10% KMnO4溶液，向试管2中加入1滴10% KI溶液，向试管3中加入1滴10%蔗糖溶液，向试管4中加入1滴10%葡萄糖溶液，室温振荡3min，在波长466nm处测定吸光度。

1.2.2.5 金属离子对色素稳定性的影响

分别取等量的色素稀释液5mL，置于5支试管中，配制成含有不同金属离子各0.01mol/L的色素稀释液，放置一定时间后，分别对其在波长466nm处的吸光度进行测定。

2 结果与分析

2.1 金盏菊花色素提取条件的选择

2.1.1 色素的光谱特征

以紫外-可见分光光度计对金盏菊花色素提取液在波长范围200～800nm进行波长扫描，金盏菊花色素在波长466nm处有最大吸收峰。因此，确定其最大吸收波长为466nm。

2.1.2 提取剂的选择

准确称取6份金盏菊花细粉各0.5g，放置于6支试管中，分别加入乙酸乙酯、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、蒸馏水各10mL。室温放置60min，在波长466nm处测定其吸光度，结果见表2。

表2 色素在不同提取剂中的溶解情况Table 2 Effect of solvent type on extraction of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表2颜色判断可知，金盏菊花中色素在乙酸乙酯、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、蒸馏水中均有溶解，且在甲醇、乙醇中溶解度最大，溶液颜色为深黄色，但考虑到提取的成本及安全性，所以选择乙醇为提取剂。

2.1.3 提取剂体积分数的选择

准确称取10份金盏菊花细粉各0.5g置于10支试管中，分别加入乙醇10、9、8、7、6、5、4、3、2、1mL将每支试管加水定容至10mL，室温放置60min测定其吸光度并记录结果，结果见表3。

表3 色素在不同提取剂体积分数的溶解情况Table 3 Effect of ethanol concentration on extraction of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表3可知，金盏菊花中色素在体积分数70%～90%乙醇溶液中的提取效果较好，乙醇体积分数90%时提取效果最好。

2.1.4 提取温度的选择

准确称取5份金盏菊花细粉各0.5g置于5支试管中，分别加入90%乙醇10mL，放置在水浴锅中分别在10、30、50、70、90℃ 5个温度下放置60min，紫外-可见分光光度计测定其吸光度并记录结果，结果见表4。

表4 色素在不同提取温度中的溶解情况Table 4 Effect of temperature on extraction of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表4可知，金盏菊花中色素在70℃时吸光度最大，超过70℃后吸光度下降，故提取时间以不超过70℃为宜。

2.1.5 提取时间的选择

准确称取5份金盏菊花细粉各0.5g置于5支试管中，分别加入90%乙醇10mL，将试管放置在70℃水浴锅中，选择10、20、30、40、50、60min 6个时间梯度，测定其吸光度并记录结果，结果见表5。

表5 色素在不同提取时间的溶解情况Table 5 Effect of operation time on extraction of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表5可知，金盏菊花中色素在90%乙醇中70℃条件下30min时，色素溶解度达到最大值且在30～50min时吸光度变化不大，但超过50min后吸光度明显变小。

2.1.6 料液比的选择

准确称取7份金盏菊花细粉各0.5g，置于7支试管中加入90%乙醇，选择料液比1:2、1:4、1:6、1:8、1:10、1:12、1:14(g/mL)，将各试管放置在70℃水浴锅中30min时，测定其吸光度，结果见表6。

表6 色素在不同料液比中的溶解情况Table 6 Effect of material-to-liquid ratio on extraction of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表6可知，金盏菊花中色素在90%乙醇溶液中70℃、30min，料液比1:10条件下提取效果最好。

2.1.7 金盏菊花中色素提取的正交试验结果

表7 金盏菊花中色素提取正交试验设计及结果Table 7 Scheme and experimental results of orthogonal array design

由表7可知，各因素对色素提取效果的影响程度依次为乙醇体积分数＞提取温度＞料液比＞提取时间。最终确定最佳提取条件为A3B3C2D1，即提取剂体积分数90%乙醇、提取温度70℃、料液比1:8、提取时间40min。

2.2 金盏菊花色素的稳定性

2.2.1 pH值对色素稳定性的影响

表8 pH值对金盏菊花色素的影响Table 8 Effect of pH on stability of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表8可知，金盏菊花中色素在酸性条件下稳定性较好，在中性条件下的应用受到一定限制；在强酸、碱环境中色素结构被严重破坏[13]。

2.2.2 温度对色素稳定性的影响

表9 温度对金盏菊花色素稳定性的影响Table 9 Effect of temperature on stability of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表9可知，在0～70℃范围内色素的吸光度随温度的上升而升高，当温度达到70℃时，吸光度达到最大值，与前面最佳提取温度的试验相一致，当温度达到90℃时，吸光度骤然下降，由此可见色素对温度的稳定性范围是0～70℃。

2.2.3 光照对色素稳定性的影响

表10 光照对金盏菊花色素稳定性的影响Table 10 Effect of light exposure on stability of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表10可知，色素在避光条件下经过5d吸光度基本保持不变；在灯光照射下变化较大，吸光度大幅度下降；在日光照射下5d后吸光度为0，说明色素全部被破坏，因此该色素应在避光条件下保存[14]。

2.2.4 化学试剂和食品添加剂对色素稳定性的影响

表11 化学试剂和食品添加剂对金盏菊花色素稳定性的影响Table 11 Effect of food additives on stability of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表11可知，氧化性或还原性较强的物质使色素吸光度下降，食品添加剂蔗糖和葡萄糖对色素无明显作用[15]。由此可见，金盏菊花色素对大多数试剂在一定的范围内有良好的稳定性。

2.2.5 金属离子对色素稳定性的影响

表12 常见金属离子对色素稳定性的影响Table 12 Effect of metal ions on stability of pigment from Calendula officinalis L. flowers

由表12可知，加入Na+、Mg2+、Ca2+的色素溶液与对照比较其吸光度未有多大的变化，说明这些金属离子对色素的稳定性影响很小；加入Fe3+的色素溶液与对照比较其吸光度变化较大，而且色素的颜色由红色变成橙红色。因此，保存该色素溶液时应避免与铁制容器直接接触，以防止发生不良反应[16]。

3 讨论与结论

本实验结果表明：提取剂体积分数和提取温度对金盏菊花色素的提取效果影响较大，其次为料液比，而提取时间的影响较小。最终确定最佳提取条件为90%乙醇、提取温度70℃、料液比1:8(g/mL)、提取时间40min。此方法简便且提取效率高，为工业化生产提供了实验数据。

对金盏菊花色素稳定性的研究表明其对光、热有较好的稳定性；在酸性条件下稳定性较好，在碱性条件下，色素颜色变浅，破坏的比较严重，在应用时应避免其在碱性条件下使用，可以作为饮料添加剂来使用；色素对常用的食品添加剂葡萄糖、蔗糖都有很好的稳定性，为其应用到食品中提供了良好的条件；氧化剂、还原剂对色素的影响较大，使用时应尽量避免氧化剂及还原剂的加入；金属离子Na+、Mg2+、Ca2+、Cu2+对色素稳定性影响很小，而Fe3+对色素的稳定性有较大的影响，所以在对色素的提取，使用及保存的过程中应避免其与铁制容器直接接触，以防止色素变色及不良反应的发生。

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Extraction and Stability of Pigment from Calendula officinalis L. Flowers

LI Ze-hong1，ZHANG Xiao-gang2，ZHANG Lu1，HAN Juan1，ZHANG Fan1，LIU Hong-zhang1,*
(1. College of Life Science, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China；2. Jilin Yinglian Biotechnology Co. Ltd., Changchun 130033, China)

Objective: To obtain the optimum extraction conditions for pigment from Calendula officinalis L. flowers, and to study the stability of the pigment under various conditions. Methods: Solvent extraction was used to extract pigment from C.officinalis L. flowers. The effects of solvent type, material-to-liquid ratio, temperature and extraction time on pigment extraction(reflected by the absorbance at 466 nm of extracts) were studied. A L9(34) orthogonal array design was employed to optimize the extraction conditions. The stability of the pigment towards light, heat and food additives was also investigated by determining the change in absorbance at 466 nm. Results: The optimal extraction conditions for C. officinalis L. flower pigment were using 90% aqueous ethanol as extraction solvent for extraction at 70 ℃ for 40 min with a material-to-liquid ratio of 1:8 (g/mL). The pigment was stable under acidic (＜ pH 5), light and heat conditions. Common food additives such as glucose and sucrose as well as some metal ions including Na+, Mg2+, Ca2+and Cu2+had no adverse effect on the pigment. However, Fe3+had a significant negative effect on the pigment. Conclusion: The optimal extraction conditions of pigment from C. officinalis L. flowers has been obtained.The pigment shows good stability toward light, heat and some common food additives, thereby having broad application prospects in the fields of food and drug.

Calendula officinalis L.；pigment；extraction；stability

TS264.4

A

1002-6630(2011)08-0103-04

2010-06-22

长春市科技局创新课题(09YJ047)

李泽鸿(1965—)，女，副教授，博士，研究方向为生物资源开发利用。E-mail：zehongli66@yahoo.com.cn

*通信作者：刘洪章(1957—)，男，教授，博士，研究方向为生物资源品质开发利用。E-mail：lhz999@126.com