海娜色素的提取工艺及稳定性

车丽辉，秦　磊，殷　廷，杨祺福，孙　超，宋　爽

（大连工业大学国家海洋食品工程技术研究中心，辽宁大连　116034）

海娜色素的提取工艺及稳定性

车丽辉，秦磊，殷廷，杨祺福，孙超，宋爽

（大连工业大学国家海洋食品工程技术研究中心，辽宁大连116034）

在单因素试验基础上，采用响应面分析法确定超声提取海娜色素的最佳工艺条件：使用pH13的氢氧化钠水溶液在30℃提取60min，该工艺条件下的实际提取率为2.73%。通过测定460nm处的吸光度考察了碱性和加热对海娜色素稳定性的影响，pH7海娜色素溶液在室温、45、70℃下84h内吸光度没有明显变化；而在pH13溶液中的海娜色素稳定性差，室温、45、70℃下放置的溶液在第84h吸光度分别降至69%、56%和30%。

海娜；色素；响应面分析法；稳定性

0　引　言

海娜，学名散沫花（Lawsoniainermis），千屈菜科（Lythtaceae）散沫花属植物，含有醌、苯丙素、黄酮、三萜等成分，指甲花醌被认为是其中的主要成分［1－2］。海娜是一种广泛应用的天然染料，可用于染发、文身、织物染色、蛋白质检测等［3－5］。研究证实，海娜色素安全无毒［6－7］，而且具有抗菌、抗氧化、抗肿瘤、抗寄生虫等活性［8－9］。研究色素提取工艺，将推动海娜色素的开发利用。徐爱列［10］、高磊［11］等比较了水和几种有机溶剂对海娜色素浸提的效果，都认为水为最佳溶剂，并考察了温度、时间、物料比等因素对水浸提海娜色素的影响。ShaukatAli等［12］的研究发现，海娜的碱水提取液比中性水提取液对棉织物的染色效果好，提示使用碱性提取液可能有利于色素的提取。本实验系统考察了超声辅助提取过程中酸碱性、时间、温度对海娜色素提取率的影响，采用响应面法确定最佳提取工艺，并进一步分析碱性和温度对海娜色素的稳定性的影响，以期为海娜色素的生产制备提供参考和依据。

1　试　验

1.1试剂与仪器

试剂：海娜果皮及中上部植物叶粉末，乌鲁木齐艾孜扎纳有限公司；指甲花醌对照品，Adamasbeta公司；色谱甲醇，Sigma－aldrich公司；其他试剂皆为国产分析纯。

仪器：L550离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；KQ2200DE型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；Lambda35紫外可见光谱仪，PerkinElmer公司；分析天平，梅特勒－托利多仪器有限公司；漩涡振荡器，赛唯斯科技公司；GZX－DH202电热恒温干燥箱，上海跃进医疗器械厂；PHS－3C型精密酸度计，上海康仪仪器有限公司。

1.2海娜色素的提取和测定

准确称取海娜粉末1.0g（±0.05g）于50mL离心管中，加入25mL提取溶剂，漩涡振荡均匀后静置30min，超声（99W）辅助提取一定时间后取出，4000r／min离心10min，取0.20mL上清液用pH7的磷酸盐缓冲溶液稀释25倍，紫外可见光谱仪测460nm处的吸光度A。A与样品质量（g）的比值为校正吸光度A′，用A′作为单因素试验中考察提取效果的指标。平行试验3次，取平均值。

1.3指甲花醌标准曲线的绘制

精密称取指甲花醌标准品0.0179g置于100mL容量瓶中，加入pH为7的磷酸盐缓冲溶液溶解并定容，得质量浓度为0.179mg／mL标准母液。分别准确移取标准母液0.25，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00mL于10mL容量瓶中，用pH7的磷酸盐缓冲溶液定容。以pH7的缓冲溶液为空白对照，460nm处测吸光度。以吸光度（A）为纵坐标，指甲花醌质量浓度（mg／mL）为横坐标，绘制标准曲线，得线性回归方程：y＝16.575x＋0.0017，相关系数r＝0.9996。

提取率＝指甲花醌质量浓度×625／样品质量

1.4紫外分光光度法研究海娜色素稳定性

称取海娜粉末1.049g，用0.1mol／L的NaOH水溶液（pH13）进行提取，提取液用pH 13的NaOH水溶液稀释25倍。称取0.9702g海娜粉末用水进行提取，提取液用纯水稀释25倍。上述两种溶液各取9份，分3组置于室温、45、70℃烘箱中。在0，2，6，12，24，36，60，84h时取出适量冷却至室温，用紫外可见光谱仪测出460nm处的吸光度A。

2　结果与讨论

2.1单因素试验

2.1.1pH对提取率的影响

分别以25mLpH＝1，4，7，10，13和14的盐酸或氢氧化钠水溶液为提取溶剂，30℃的超声提取30min，根据A比较色素提取效果。如图1所示，海娜花色素的提取率随着pH增大而升高，在pH13时最高，而pH14时又有所降低。这可能是由于指甲花醌等色素成分结构中的酚羟基在碱性条件下发生质子解离，导致在水中的溶解度增大，因而提取率升高；而在pH14的强碱性条件下，色素成分易发生降解，因而吸光度值降低。

图1　不同pH水溶液提取海娜色素Fig.1　Extraction　of　pigments　from　Henna　by　aqueous solutions　with　different　pH

2.1.2超声温度对色素提取率的影响

以pH13氢氧化钠水溶液25mL为提取溶剂，分别在15，30，45，60，75℃下超声30min。如图2所示，最佳超声温度为30℃。在较高温度会引起碱溶液中海娜花色素的降解。

图2　不同温度提取海娜色素Fig.2　Extraction　of　pigments　from　Henna　at different　temperatures

2.1.3超声时间对色素提取率的影响

以25mLpH13氢氧化钠水溶液为提取溶剂，于30℃分别超声15，30，60，90和120min。如图3所示，提取率随时间的延长而升高，60min以后趋于平稳，故确定最佳超声时间为60min。

2.2响应面试验

2.2.1响应面试验分析方案及结果

通过单因素试验可知，以超声提取温度A、超声提取时间B和NaOH浓度C为变量，以指甲花醌提取率为响应值，运用响应面程序对提取条件优化，以提高指甲花醌色素的提取率，具体方案和结果见表1和表2。

图3　不同超声时间提取海娜色素Fig.3　Extraction　of　pigments　from　Henna　with different　ultrasonic　time

表1　因素水平表Tab.1　Factors　and　levels

利用DesignExpert7.0.0软件对表2中试验数据进行回归分析，得到海娜花色素提取率对超声温度（A）、超声时间（B）和氢氧化钠浓度（C）的二次多元回归模型方程：Y＝2.89－0.050A＋0.054B＋0.071C＋0.037AB＋0.038AC＋0.055BC－0.44A2－0.54B2－0.45C2，可靠性可通过方差分析及相关系数来考察，见表3。由F值可以看出一次项对响应值（提取率）的影响强弱依次为C＞B＞A。从结果可以看出：F回归＝12.58，P＜0.01，表明二次多元回归模型极其显著；F失拟＝0.56，失拟项P＝0.6703＞0.05，表明模拟失拟度不显著；并且该模型的调整确定系数R2＝0.9418，说明该模型能解释94.18%响应值的变化，因而该模型拟合程度比较好，试验误差小。因此，可以用此模型对海娜花色素的提取工艺进行分析和预测。

表2　响应面试验方案及结果Tab.2　Scheme　and　result　of　Box－Behnken　experiment

表3　响应面试验方差分析结果Tab.3　Significance　analysis　of　Box－Behnken　experiment

2.2.2提取工艺条件的确定及检验

由DesignExpert软件推测最佳提取条件为：以0.1mol／L的氢氧化钠溶液为提取剂，超声温度29.23℃、超声时间61.56min。在此工艺条件下，海娜色素的提取率理论上可达到2.90%。考虑到实际操作的可行性，将海娜色素的提取条件修正为：以0.1mol／L的氢氧化钠溶液为提取剂，提取时间为60min，提取温度为30℃。采用该条件进行3个平行试验，获得的海娜花色素提取率的平均值为2.73%，与预测值非常接近，验证了模型的可靠性。

2.3海娜色素的稳定性

为了研究海娜色素的稳定性，测定了海娜色素水溶液（pH7）和碱性溶液（pH13）在不同温度下460nm处吸光度的变化。如图4所示，在pH 7的中性溶液中海娜色素稳定性较好，在室温（RT）、45、70℃下84h内吸光度没有明显变化，而在pH13溶液中海娜色素稳定性较差，而且温度越高吸光度降低越快。室温、45、70℃下放置的溶液在第84h吸光度分别降至原来的69%、56%和30%。

图4　中性和碱性的溶液中的海娜色素在不同温度下吸光度的变化Fig.4　Absorbance　changes　of　Henna　pigments　in neutral　and　alkaline　solution　at　different temperatures

3　结　论

在单因素试验的基础上通过响应面试验确定了海娜色素超声提取的最佳工艺条件：以0.1mol／L的氢氧化钠水溶液作为提取剂，超声提取时间为60min，超声提取温度为30℃。在此条件下，海娜花色素的提取率为2.73%。

紫外分光光度法研究海娜色素的稳定性，结果提示，在采用碱溶液提取海娜色素后，应迅速中和提取液，防止色素发生降解。

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Extractionandstabilityofhennapigments

CHELihui，QINLei，YINTing，YANGQifu，SUNChao，SONGShuang
（NationalEngineeringResearchCenterofSeafood，DalianPolytechnicUniversity，Dalian116034，China）

Basedonthesinglefactorexperiment，responsesurfacemethodologywasusedtooptimize theextractionprocessofpigmentsfromHenna.Theresultsshowedthattheoptimumextraction processwassodiumhydroxidesolutionat30℃andpH13for60min，andtheyieldwas2.73%.The effectofalkalineandheatonthestabilityofHennapigmentswasstudiedbyspectrophotometryat 460nm.ThesolutionsabsorbanceatpH7werestablein84hatroomtemperature，45and70℃，whilethoseatpH13wasreducedto69%，56%，and30%at84h，respectively.

Henna；pigment；responsesurfacemethodology；stability

TQ611

A

1674－1404（2015）02－0104－04

2014－03－26.

辽宁省高等学校重大科技平台项目（2011191）.

车丽辉（1988－），女，硕士研究生；通信作者：宋爽（1981－），女，讲师.