桑葚红色素的提取纯化及在果冻中的稳定性研究

陈 平，李瑞琦

(哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150076)

桑葚红色素的提取纯化及在果冻中的稳定性研究

陈 平，李瑞琦

(哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150076)

采用水提法从桑葚中提取桑葚红色素，使用大孔树脂纯化后研究其在果冻中的稳定性.结果表明，提取温度为80 ℃，提取时间为50 min，液料比为10∶1时，取得最佳提取效果，得到桑葚红色素提取率为87.56%.色素质量浓度为0.08 mg/mL时吸附率达到最大，pH值为1，体积分数为70% (V/V)的乙醇溶液解吸的最好.动态吸附时穿透点为420 mL(10.0 g树脂).木糖醇对果冻中的桑葚红色素具有保护作用；柠檬酸虽在短时间内对桑葚红色素的的稳定性有破坏作用，但整体来说影响不大；Ca2+、Zn2+对桑葚红色素具有破坏作用，Na+、Fe2+对桑葚红色素的稳定性影响不大，Mg2+对色素有保护作用；光照对桑葚红色素影响极大.

桑葚红色素；果冻；纯化；稳定性

桑葚为桑科桑属多年生木本植物的果实，又称桑果[1]，滋味鲜美.桑葚红色素是从桑葚中提取的天然色素，因色价高、稳定性好、含多种对人体有益的成分，是我国正式批准使用的48种天然色素之一[2].桑葚红色素属花青素类色素，主要成分为矢车菊-3-葡糖糖苷[3]，桑葚全果汁中花色苷质量浓度为147.68～2725.46 mg/L[4]，性质比较稳定，易溶于水、甲醇、乙醇等极性溶剂，故多采用酸性的极性溶剂提取[5-6].提取后的色素稳定性不高，因此需要进行稳定性的研究[7].

本文采用水提法进行桑葚红色素的提取，考察提取时间、液料比、提取温度对桑葚红色素提取含量的影响，并对提取液进行纯化，考察了D101型大孔树脂对桑葚红色素的静态吸附解吸平衡时间，pH和乙醇体积分数对解吸的影响以及动态吸附解吸的穿透点，研究木糖醇、柠檬酸、光照及金属离子对提取的桑葚红色素在果冻中稳定性的影响.

1 材料与方法

1.1 材料与设备

鲜桑葚：市售；Cyanidin chloride：ChromaDex公司；无水乙醇：天津市永大化学试剂有限公司；柠檬酸：天津博迪化工股份有限公司；盐酸、氢氧化钠、氯化钙 、氯化钠、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸镁：天津市科密欧化学试剂有限公司.以上皆为分析纯.

果冻粉：广州市御品香食品有限公司；木糖醇：山东蜜福堂食品有限公司；以上为食品级.

D101大孔吸附树脂：天津市光复精细化工研究所.

电子天平：上海一恒科学仪器有限公司；pHs-25型酸度计：上海精密科学仪器有限公司；UV-5100B型紫外可见分光光度计：上海元析仪器有限公司.

1.2 实验样品

将市售鲜桑葚冷冻保存，实验前将其研磨粉碎后备用.

1.3 标准曲线的绘制

取1 mg Cyanidin chloride用蒸馏水溶解定容至25 mL，从中分别取1、2、3、4、5、6 mL定容至10 mL，使用蒸馏水做空白，在最大吸收波长下测吸光度，并绘制成标准曲线.

1.4 桑葚红色素的提取

1.4.1提取方法

取5.0 g研磨后的桑葚，用蒸馏水浸提一段时间后抽滤，取10 mL滤液定容至100 mL，用蒸馏水做空白，在最大吸收波长处测溶液的吸光度值，并根据标准曲线计算色素的量.

1.4.2单因素试验

1)最佳提取时间的确定

取5.0 g研磨后的桑葚，按12∶1的液料比加入蒸馏水，在80 ℃的条件下分别浸提20、30、40、50、60 min，计算桑葚红色素的量，将数据绘制成曲线.

2)最佳液料比的确定

取5.0 g研磨后的桑葚，在80 ℃的条件下，分别按照8∶1、10∶1、12∶1、14∶1、16∶1的液料比提取40 min，计算桑葚红色素的量.

3)最佳提取温度的确定

取5.0 g研磨后的桑葚，在温度分别为40、50、60、70、80 ℃，液料比为10∶1的条件下提取40 min，计算桑葚红色素的量.

1.4.3正交试验

根据单因素试验，分别使用提取温度(A)、提取时间(B)、液料比(C)三个因素进行L9(34)正交试验，采用1.4.1的方法计算色素的量.

表1 正交试验因素及水平

水平提取温度(A)/℃提取时间(B)/min液料比(C)/(mL/g)160308∶12704010∶13805012∶1

1.4.4提取率的确定

其中：m1为第1次提取的滤液中桑葚红色素的含量；mt为第t次提取后合并滤液中的桑葚红色素含量.

1.5 桑葚红色素的纯化

1.5.1大孔树脂的前处理

大孔树脂用80%(V/V)乙醇溶液浸泡24h、5%NaOH溶液浸泡24h、5%HCl溶液浸泡24h进行活化后水洗至中性.

1.5.2吸附率和解吸值的计算

其中：A0为初始吸光值；A1为吸附一段时间后的吸光值；V0为初始溶液体积；V1为吸附一段时间后的溶液体积.

A3为解吸后稀释5倍的吸光值[8].

1.5.3动态吸附曲线

10.0g活化后的大孔树脂装柱，每次加入20mL提取后的桑葚红色素溶液，测定吸光值，绘制动态吸附曲线，确定穿透点[9].

1.5.4动态解吸曲线

取吸附后的大孔树脂，每次加入体积分数70%(V/V)，pH=1的乙醇溶液20mL，测定吸光值，绘制动态解吸曲线.

1.6 桑葚红色素在果冻中稳定性的研究

1.6.1工艺流程

1.6.2色素的前处理

将提取的桑葚红色素通过大孔树脂柱进行纯化，通过感官评价确定果冻粉的添加量为7g，桑葚红色素添加量为0.7mL.

1.6.3色素保存率的计算

其中：A1为果冻初始吸光值；At为t时间后果冻吸光值.

1.6.4桑葚红色素在室内的稳定性

取0.7 mL桑葚红色素稀释至50 mL，测量各时间后的吸光值，根据1.6.3计算色素保存率.

1.6.5木糖醇对果冻中桑葚红色素稳定性的影响

分别称取4、5、6 g木糖醇与7 g果冻粉分别加50 mL水煮沸，冷却至一定温度后加入0.7 mL桑葚红色素溶液(以下均采用此配比制果冻)，使用分光光度计测量各时间后的吸光值，根据1.6.3来计算色素保存率.

1.6.6柠檬酸对果冻中桑葚红色素稳定性的影响

制成果冻时分别加入0.05、0.075、0.1 g柠檬酸，用分光光度计测量各时间的吸光值，根据1.6.3来计算色素保存率.

1.6.7光照对果冻中桑葚红色素稳定性的影响

将制成的果冻分别置于避光和不避光两种环境中，使用分光光度计测量各时间后的吸光值，根据来计算色素保存率.1.6.8 金属离子对果冻中桑葚红色素稳定性的影响

制果冻时分别加入0.05 gNaCl、CaCl2、FeSO4、ZnSO4、MgSO4，并以不添加金属离子作为对照组，使用分光光度计测量各时间后的吸光值，根据1.6.3计算色素保存率.

2 结果与讨论

2.1 最大吸收波长

用紫外可见分光光度计对Cyanidin chloride标准样品进行扫描，最大吸收波长在529 nm处，后续单因素试验及正交试验均在此波长下测定.

2.2 标准曲线的绘制

分别测量4、8、12、16、20 μg/mL Cyanidin chloride标准样品的吸光度值，并绘制成如图1所示的标准曲线.

图1 标准曲线

2.3 最佳提取因素的确定

2.3.1单因素试验结果及分析

1)最佳提取时间的确定

由图2可知，在提取温度80 ℃，液料比12∶1的条件下，桑葚色素的量逐渐增加，在40 min时达到最大，色素量为18.15 mg，之后随着时间的增加逐渐减小，产生此种状况的原因可能是随着提取时间增长色素完全提取出来，时间继续增加使杂质溶出较多，且色素分解，因此最优提取时间选取40 min.

图2 提取时间对色素的影响

2)最佳液料比的确定

由图3可知，当提取温度为80 ℃，提取时间为40 min时，桑葚红色素的提取率随液料比的增加先升高后降低，其中在液料比10∶1时，提取率达到最大，为20.10 mg，因此，10∶1是提取桑葚红色素的最优液料比.

图3 液料比对色素的影响

3)最佳提取温度的确定

由图4可知，在液料比为10∶1，提取时间为50 min的条件下，提取率随着提取温度的升高而增加，在80 ℃时达到最大，后随着温度升高有些下降，因为高温使桑葚红色素分解，使其在提取液中的含量降低.因此，最佳提取温度为80 ℃.

图4 提取温度对色素的影响

2.3.2正交试验结果及分析

如表2，三个因素对实验结果影响的主次顺序分别为提取温度>液料比>提取时间，由单因素试验可知，A3B2C2是使用水提法提取桑葚红色素的最优工艺，但试验中，三因素具有相互作用，综合表现为在A3B3C2时，即温度为80 ℃，时间为50 min为1∶10时，桑葚红色素的提取达到最大值，使用A3B3C2条件进行验证，得到桑葚红色素的含量为19.09 mg，说明A3B3C2确为最优提取条件.

由表3可知，三个因素中提取温度和液料比均F>F0.05且F>F0.01,而提取时间却F

2.4 提取率的确定

按照1.4.4的方法计算提取率，最终结果为87.56%.

表2 正交试验设计及结果

实验号A温度/℃B时间/minC液料比/(mg·mL-1)D空白含量/mg160308114．212604010216．283605012314．754703010316．645704012116．46670508214．937803012218．26880408316．649805010119．07K145．2449．1145．7849．74K248．0349．3851．9949．47K353．9748．7549．4748．03k115．0816．3715．2616．58k216．0116．4617．3316．49k317．9916．2516．4916．01R2．910．212．070．57

表3 正交试验方差分析

离差平方和自由度均方F值F0．05F0．01温度13．25326．62723．5244．468．65时间0．06720．0330．1184．468．65液料比6．50323．25211．5434．468．65误差0．56320．282总变异0．0025178

2.5 桑葚红色素的纯化

2.5.1色素质量浓度对吸附的影响

如图5所示，吸附率随色素质量浓度的增加而增大，当色素质量浓度为0.08 mg/mL时，吸附率达到最大，其后，吸附率成下降趋势，可能是因为当色素质量浓度过低时，大孔树脂吸附会吸附过多的杂质，而当色素质量浓度过高时，影响树脂的吸附能力.因此纯化时桑葚红色素溶液的质量浓度应为0.08 mg/mL.

图5 质量浓度对吸附的影响

2.5.2pH对解吸值的影响

如图6所示，pH为1时，桑葚红色素的解吸值最好，其后随pH值得增加而减小，原因可能是当pH为1时，桑葚红色素的结构适于解吸，因此选取pH为1的乙醇溶液进行洗脱.

图6 pH值对解吸值的影响

2.5.3乙醇体积分数对解吸值的影响

如图7所示，随着乙醇体积分数的增加，解吸值逐渐上升，在70% (V/V)时达到最大值，随后趋于平缓.这是因为色素在高质量浓度的乙醇中溶解

图7 乙醇体积分数对解吸值的影响

度较大，在体积分数50% (V/V)和60%时，不能将大孔树脂中的色素全部洗出，而过高的体积分数则会造成成本的提高及原料的浪费，因此乙醇体积分数选择70%.

2.5.4动态吸附曲线的绘制

如图8所示，开始进样后，样液中的桑葚红色素均被大孔树脂吸附，因此吸光值很低.随着上样体积的增加，大孔树脂对色素的吸附逐渐趋于饱和，当流出液的吸光值达到样液吸光值的1/10时，可认为样液中的桑葚红色素已被吸附完全，因此，当上样体积达到420 mL时，到达穿透点.

图8 动态吸附曲线

如图9所示，随着解吸液体积的增加，流出液的吸光值逐渐下降，这是因为当洗脱时，带出了大量被吸附的桑葚红色素，使得吸光值较大，而随着洗脱液的增加，大孔树脂中残留的色素越来越少，因此吸光值逐渐下降.解吸液体积到达140 mL时，流出液的吸光值过小，继续洗脱会造成试剂的浪费，因此，解吸液的收集体积为140 mL.

图9 动态解吸曲线

2.6 桑葚红色素在果冻中的稳定性研究

2.6.1桑葚红色素的稳定性

如图10所示，在不加入其他试剂的条件下，桑葚红色素的保存率随时间的增加而下降，说明桑葚红色素本身的稳定性较差.

图10 桑葚红色素的稳定性

2.6.2木糖醇对果冻中桑葚红色素稳定性的影响

由图11可知，随着时间的增加，色素保存率没有明显的变化，不同木糖醇添加量对色素保存率也没有影响，说明木糖醇对果冻中的桑葚红色素有一定的保护作用.

图11 木糖醇对果冻中色素稳定性的影响

2.6.3柠檬酸对果冻中桑葚红色素稳定性的影响

如图12所示，随着时间的增加，色素保存率逐渐下降，说明柠檬酸对桑葚红色素在果冻中的稳定性有一定的破坏作用，但到达第3天后，色素保存率趋于平稳，色素到达稳定状态.而柠檬酸三种添加量分别使色素保存率下降8.5%、9.4%和8.6%，可见柠檬酸的添加量对桑葚红色素的稳定性影响不大.

图12 柠檬酸对果冻中色素稳定性的影响

2.6.4光照对果冻中桑葚红色素稳定性的影响

如图13所示，在避光和不避光条件下，色素保存率有明显的差异.在不避光的条件下，桑葚红色素迅速分解，色素保存率下降68.6%.

图13 光照对果冻中色素稳定性的影响

2.6.5金属离子对果冻中桑葚红色素稳定性的影响

如图14所示，在没加入金属离子的样品中，桑葚红色素有小幅度的下降，而加入五种金属离子后，加入Ca2+和Zn2+的样品色素保存率急剧下降，说明这两种金属离子对桑葚红色素有一定的破坏作用，而加入Na+、Fe2+的样品色素保存率虽有少许下降，但与没加入金属离子的样品对比及从整体色素保存率来看影响并不大，对桑葚红色素的保存率影响不大，加入Mg2+后，色素保存率基本没变，说明Mg2+对桑葚红色素有一定的保护作用.

图14 金属离子对果冻中色素稳定性的影响

3 结 语

使用水提法提取桑葚红色素的最优提取工艺是在提取温度80 ℃，使用10∶1的料液比提取50 min，各因素对实验结果的影响的主次顺序为提取温度>料液比>提取时间，其中提取温度和料液比对实验结果的影响极为显著，而提取时间的影响十分不显著.以最优工艺条件进行提取，最终得到桑葚红色素的提取率为87.56%.通过静态吸附解吸试验确定了吸附解吸平衡时间分别为3 h和2 h，色素质量浓度为0.08 mg/mL，解吸液pH值为1，体积分数70% (V/V)的乙醇溶液时吸附解吸达到最佳水平，动态吸附穿透点为420 mL.考察桑葚红色素在果冻中的稳定性，发现木糖醇对它有一定的保护作用，柠檬酸虽对其有破坏作用但从整体考虑影响不大，光照则有很强的破坏作用，Ca2+、Zn2+对桑葚红色素有破坏作用，Na+、Fe2+对色素稳定性影响不大，Mg2+对色素有一定的保护作用.

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Extraction of mulberry red pigment and stability in jelly

CHEN Ping, LI Rui-qi

(School of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

The pigment was extracted from mulberry by water, and the stability of pigment in jelly was studied after purifying by macroporous resin .The optimum extraction conditions were as followed: extraction temperature was 80 °C; the extract time was 50 min, and the liquid to solid ratio was 10∶1. In these conditions, the pigment extraction rate was 87.56%. The static adsorption and desorption equilibrium time were 3 h and 2 h, respectively. When the concentration was 0.08 mg/mL, the adsorption rate was the largest and the ethanol pH value was 1. The volume concentration of 70% (V/V) had the best desorption effect. The resin dynamic adsorption breakthrough point was 420 mL for the 10 g resin. When the pigment in jelly, xylitol had protecting effect on it and although citric acid had damaging effect on jelly in a short time, it had little effect as a whole. Ca2+and Zn2+had a destructive effect on the pigment, Na+and Fe2+had little effect and Mg2+had a protective effect on it. The pigment was strongly damaged under light.

mulberry red pigment; jelly purification；stability

2015-07-18.

陈 平(1958-)，男，硕士，教授，研究方向：食品化学.

TS264.4

A

1672-0946(2015)06-0715-06