陈小全 杨晓东 邵辉莹 翟 虎 周秀艳

(1泰山医学院化学与化学工程学院，山东 泰安 271000；2. 泰安市园林局，山东 泰安 271000；3.四川大学化工学院， 四川 成都 610065)

作为食品的三要素(色、香、味)之一的颜色可使食品颜色更接近新鲜食品的颜色和自然色，对提高食品的嗜好性及刺激食欲具有重要意义[1-5]。食品色素是为食品着色用的一种食品添加剂，广泛应用于食品、日化、医药等行业。食品色素分为合成色素和天然色素两大类；与合成色素相比，天然色素最大的优点是安全性较高;天然色素的缺点是对光、热及pH的敏感性较高，对氧化的敏感性较大，溶解度较小，色素浓度较低[3]。近20年的研究表明，合成色素中不少品种具有不同程度的毒性和致癌性，因此对天然色素的开发研究，特别是以农林作物和果蔬类作为原料的天然无害色素，成了引人注目的研究课题。

茜草生于山坡岩石旁或沟边草丛中。主产安安徽、河北、陕西、河南、山东;味微苦，化学成分：根含多种羟基蒽醌衍生物，如茜草素、异茜草素、羟基茜草素、伪羟基茜草素、茜草酸、茜草甙、大黄素甲醚等[8]。

从国内外对提取茜草色素的方法看，以浸提法[6-7]为主且尚无人利用超声波法[5-8]提取。本实验在超声波作用下提取茜草色素;文章通过单因素试验和正交试验，考察了影响提取率的主要因素，确定了超声波提取的最佳工艺条件, 同时本实验研究了茜草色素的稳定性，为茜草色素的开发和利用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1仪 器

732型可见分光光度计(上海第三仪器厂)；TDL-60B型台式离心机(上海安亭科学仪器厂)；KQ-250DB型超声波清洗器(昆山市超声波仪器有限公司)；粉碎机；酸度计。

1.2材料 ：市售茜草

1.3药品 ：无水乙醇(分析纯 天津市广成化学试剂有限公司)；葡萄糖(分析纯 天津市百世化工有限公司)；蔗糖(分析纯 天津市北方天医药化学试剂厂)； 亚硫酸钠(分析纯 天津市凯通化学试剂有限公司)；H2O2(30% 天津市巴斯夫化工有限公司)；硫酸亚铁(分析纯 天津市巴斯夫化工有限公司)；硫酸镁(分析纯 天津市广成化学试剂有限公司)；氯化钠(分析纯 天津市广成化学试剂有限公司)； 氢氧化钠(分析纯 天津市北方天医药化学试剂厂)；盐酸(分析纯 淄博化学试剂厂)；氯化钙(分析纯 天津市巴斯夫化工有限公司)。

2 方法与结果

2.1茜草的预处理

将适量茜草放入粉碎机中，粉碎到适合细度，取出放入干燥烧杯中。

2.2茜草色素提取的单因素分析。

2.2.1茜草色素最佳提取溶剂的选择。

取蒸馏水、乙醚、无水乙醇、三氯甲烷、环己烷、HAc溶液30 ml,称取0.5 g茜草溶解，静止室温浸提2h。观擦颜色发现只有蒸馏水溶解茜草色素溶液颜色较深，说明有机溶剂对茜草色素提取效果不明显，所以最佳提取溶剂为蒸馏水。

2.2.2超声波提取方法

称取粉碎后的茜草0.5 g装入锥形瓶中，根据不同的料液比加相应的溶剂作为提取剂，按照各种条件(料液比 温度 超声波功率 时间)进行超声波提取，反应结束后取锥形瓶中部分液体进行离心，然后取离心管中上清液稀释并在380 nm波长处测其吸光度。按照上述的提取方法，间提取液离心稀释以后置于紫外-可见分光光度计中，以吸光度为考察指标，分别考察温度、提取时间、超声波功率以及料液比对色素提取的影响。 结果见表1～4 。

表1 研究温度对色素提取率的影响

表2 研究时间对红色素提取率的影响

表3 研究超声波功率对红色素提取率的影响

表4 研究料液比对红色素提取率的影响

在单因素的基础上，用正交试验进行优化。分别称取0.5g茜草(9份)，提取处理按L9(34)正交试验(表5)进行设计.取1 ml提取液于100 ml容量瓶中用蒸馏水定容，用紫外可见分光光度计在最大吸收波长处以相应条件下的提取剂为参比溶液，测其A值。由于料液比不同，每次试验得到的提取液的体积液不相同。为了比较不同条件下的提取率，将每次试验的结果折算为100 ml提取液的A值，折算后得到的吸光度越高，则表明提取率越高。超声波提取优化条件包括提取温度、提取时间、超声波功率以及料液比。研究因素及水平选择情况见表5。

表5 影响因素及水平选择情况

为了获得最佳工艺条件，综合色素的单因素考察数据，做四因素三水平的正交试验。结果见表6。

表6 茜草色素提取的正交试验及结果

由表6可以看出，用超声波法提取茜草色素时，各因素影响提取率的主次顺序为B>A>D>C, 从正交试验中确定的最佳工艺条件为：A1B2C2D2，即提取温度为40℃，料液比1∶50(g/ml)，超声时间为40min，超声波功率为70W。

2.3茜草色素稳定性研究

分别从光照时间、温度、PH值、盐、糖、氧化剂、还原剂、金属离子等方面分析，通过测定溶液的吸光度变化以及观察溶液的颜色来衡量色素的稳定性情况。保存率%=末吸光度/初吸光度×100。

2.3.1酸度对茜草色素溶液的影响

取茜草色素溶液10 ml定容至100 ml，取7份10 ml溶液，用稀盐酸或稀氢氧化钠分别调其PH值为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0、11.0、13.0，观察颜色并在λmax处测吸光度。测定结果见表3-1。表明， pH值小于7时，色素溶液的颜色为黄色，变化不大，当pH值大于7时，溶液颜色开始变化。因此，茜草色素的颜色和稳定性均与pH值有很大关系。

表3-1 pH值对茜草色素颜色的影响

2.3.2光对色素稳定性的影响

取茜草色素提取液适量，用蒸馏水稀释至一定浓度，将溶液分装于2个容量瓶中，分别作如下处理：室温散光下存放；室温避光下存放。放置不同时间测定溶液的吸光度，计算保存率，并观察溶液颜色变化情况。实验结果(见表3-2)表明，避光储存的色素与室温散射光下储存的相差不大。

表3-2 光对色素稳定性的影响(保存率%)

2.3.3氧化性和还原性物质对色素稳定性的影响

取相同稀释条件下的20ml色素水溶液(pH3～4)5份，分别加入不同量的30%的过氧化氢溶液，定容50 ml，隔4 h测定吸光度，计算保存率。结果(见表3-3)色素的耐氧化性能较强，色素的颜色在几小时内基本没有变化。

表3-3 色素的耐氧化性试验

在20 ml的茜草色素溶液中，加10%亚硫酸钠溶液0.1 ml，色素溶液的颜色立刻由黄色变为黄红色。这证明此色素及易受还原剂大的影响而发生变色。

2.3.4食品添加剂对色素稳定性的影响

取相同稀释条件下的色素溶液8份，分别加入0.2 mol/L的蔗糖和柠檬酸溶液1 ml、2 ml、3 ml、4 ml，放置4h测其吸光度。结果表明(见表3-4)，蔗糖和柠檬酸对色素的稳定性基本没有影响，可以作为添加剂使用。

表3-4 食品添加剂对色素稳定性的影响(保存率%)

2.3.5盐对色素稳定性的影响

取4只250 ml的烧杯，在1-3号烧杯中分别加入0.1 g﹑0.2 g、1.0 g食盐，取另一只不加食盐作对照，在四个烧杯中加相同稀释度的茜草色素提取液10 ml,用去离子水稀释至刻度，测定吸光度。结果吸光度无变化。放置2天后再测定，有食盐的与不加食盐的吸光度的下降率基本相同，说明氯化钠对茜草色素稳定性没有较大影响。

2.3.6加热对色素稳定性的影响

茜草色素溶液加热及不稳定，相同浓度的3份色素溶液，分别在70 ℃、80 ℃和90 ℃条件下加热30 min，吸光值分别下降6% 、13%和21%。这表明，温度对色素稳定性的影响较大，加热时间相同，温度100 ℃时吸光值下降率时70 ℃时的3倍多。因此，同样的保存率，降低温度，耐热时间可大大延长，这在食品加工中是有实际意义的。

表3-5 加热对色素稳定性的影响

2.3.7金属离子对茜草色素的稳定性影响

取4份20ml定容后的茜草色素溶液，分别加入已配好的相同浓度的Ca2+﹑Cu2+﹑Na+﹑Fe2+金属离子溶液各5ml，作用时间0.5 h,测定吸光度。如表3-6所示，结果表明Fe2+﹑Cu2+离子对茜草色素有一定的增色作用，Ca2+﹑Na+离子对茜草色素色泽影响不大。

表3-6 金属离子对茜草色素的稳定性影响

3 讨 论

通过单因素分析和正交试验，确定了超声波法提取茜草色素的最佳工艺条件: 即提取温度为40℃，料液比1∶50(g/ml)，超声时间为50 min，超声波功率为70 W。实验结果表明，超声波法提取茜草红色素与浸泡法相比不仅具有提取率高，不影响色素性质的优点。

茜草色素较稳定，不易受光温度PH值氧化剂等因素的影响而发生退色或变色。蔗糖柠檬酸和低温环境均具有增强色素稳定性的作用。茜草色素呈黄色，pH<7时比较稳定，且耐光性好，故适宜于酸性条件下使用。Fe2+﹑Cu2+离子对茜草色素有一定的增色作用，Ca2+﹑Na+离子对茜草色素色泽影响不大。

[1] 云智勉,杜友珍,佘琼虹,等. 天然多功能食用色素的研究进展[J]. 广东微量元素科学, 2006, 13 (2) : 12-16.

[2] 吴永兰. 甜椒红色素的提取和稳定性的研究[J]. 精细化工中间体,2005, 35 (1) : 62 -65.

[3] 王燕霞. 传统水浴提取紫甘蓝红色素工艺研究[J]. 食品研究与开发,2007, 28 (1) : 119 - 122.

[4] 张玉敏,郭艳华,陈义锋. 紫甘蓝色素最佳提取工艺条件的研究[J]. 华中师范大学学报:自然科学版, 2006, 40 (2) : 209 - 212.

[5] 杨永利,郭守军,彭成圆,等. 超声波辅助提取潮州柑果皮色素的工艺优化[J]. 食品科学, 2006, 27 (12) : 487 - 491.

[6] 李桂新,杨志孝,孙兆武. 牵牛花色素色的超声提取及稳定性研究[J].山东农业大学学报:自然科学版, 2004, 35 (2) : 205- 207.

[7] 岳辉吉,朱杰. 天然色素的超声提取研究[J]. 现代生物医学进展, 2006,6 (5) : 11 -13.

[8] 赵二劳, 陈金凤. 超声波辅助提取南瓜黄色素的研究[J]. 安徽农业科学, 2007, 35 (36) : 12014-12053.

[9] 李昌灵,胡兴,吴镝. 超声波法提取辣椒红色素的研究[J]. 安徽农业科学, 2008, 36 (5) : 1728- 1729.

[10] 姜少娟,吴建兵. 桔皮色素超声波提取工艺的研究[J]. 安徽农业科学, 2008, 36 (10) : 3934 - 3935 , 3940.