栀子黄色素提取及其抗氧化等性能研究*

时间：2024-07-28

李榕，叶传财，袁琦虹，肖凤仪，苗晶，卢玉栋，游瑞云**

(1福建师范大学化学与材料学院，福建省先进材料化工基础重点实验室，福建福州 350117；2福建省福鼎市农业农村局，福建福鼎 355200)

近年来，随着我国对天然色素的重视和研究不断深入，天然色素的提取工艺不断创新，对天然色素的性能研究具有重要意义。黄栀子属茜草科植物，不仅有着很高的药用价值，而且在食品、医药、饮料、色素，以及日用化工等方面都有着广泛的应用，可谓“全身是宝”[1]。栀子黄色素是从栀子果中提取的色素，主要组分包含藏花素和藏花酸。目前，提取栀子黄色素的方法有浸提法、萃取法、微波法、超声波法、膜分离技术等，但这些方法具有一些缺点。例如，传统有机溶剂萃取法和超临界CO2流体萃取法，存在耗时、萃取效率不高的缺点[2]；微波法具有可能会破坏色素结构的缺点；等等。本实验采用浸提法中的醇提法提取栀子黄色素，其优点是使用的设备结构简单，整体生产成本便宜等[3]。栀子黄色素主要应用于食品与药品等领域，但栀子黄色素在食品中应用存在着稳定性差与成本高等问题，部分栀子黄色素用于药品，但用量不大，这些严重限制了其应用。[1]

本文探讨了料液比、提取温度、提取时间等提取条件对栀子黄色素得率的影响，考察了栀子黄色素在不同温度和pH条件下的化学稳定性及其抗氧化能力、抗菌能力、保湿能力等功效，为栀子黄色素在化妆品中的应用提供依据。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

小型粉碎机(先烽仪器仪表厂)、电子天平(Varian)、电热恒温水浴锅(河南瑞德仪器工厂)、真空干燥机(上海一恒科技公司)、RE-20型旋转蒸发仪(南通普瑞科技公司)、UV-1750紫外分光光度仪(上海继谱电子科技有限公司)、电热恒温干燥箱(常州普天仪器制造公司)、冷冻干燥机(上海一恒科技公司)等。

1.1.2 试剂

60%乙醇、蒸馏水、甘油、正丁醇、无水乙醇、正己烷、1%盐酸、1%氢氧化钠、DPPH自由基等。

1.2 栀子黄色素的提取[3-5]

1.2.1 原料预处理

将栀子果放入粉碎机中进行粉碎，粉碎后收集黄栀子粉末，将其过40目筛(0.5 mm)。将过筛后的栀子粉末置于恒温干燥箱中，在 55 ℃ 下烘干 1 h，最后将其盛放在密封袋中在密封状态下保存备用。

1.2.2 提取工艺流程

准确称取一定量烘干后的栀子粉末于烧瓶中，按照料液比1∶10 g/mL添加60%的乙醇，在设置温度为 50 ℃ 的恒温水浴锅中浸提 120 min,在低压下进行抽滤，得到黄栀子初提液。将初提液通过旋转蒸发仪蒸发获得高浓度的栀子黄色素溶液，然后冷冻干燥，即可得到栀子黄色素。

1.2.3 单因素实验[6]

1)料液比的影响。控制变量液料比分别为1∶8、1∶10、1∶12、1∶15、1∶20 g/mL，按照1.2.2中的方法提取栀子黄色素。

2)提取温度的影响。控制水浴温度40、50、60、70、80 ℃，按照1.2.2中的方法提取栀子黄色素。同时测定其在 440 nm 处的吸光度，根据测得的吸光度值研究温度对色素得率的影响。

3)提取时间的影响。设置浸提时间1、1.5、2、2.5、3 h，按照1.2.2中的方法提取栀子黄色素。

1.3 栀子黄色素稳定性实验

该方法主要通过测定栀子黄色素改变条件前和改变条件后的吸光度，根据改变条件前后两者的差值大小来判断栀子黄色素的化学稳定性。因此，可用吸光度的差值来计算栀子黄色素的色素损失率，计算公式为：色素损失率=(A改变条件前-A改变条件后)/(A改变条件前×100%，计算公式中的A改变条件前为未进行实验所测得吸光度，A改变条件后为进行实验后所测吸光度[7]。

温度对栀子黄色素稳定性研究[8]。将一定浓度的栀子黄色素分别置于20、40、60、80 ℃ 条件下，1 h 后分别吸取 2 mL 的试液，然后通过分光光度计测其吸光度，计算色素损失率。

pH对栀子黄色素稳定性研究[9-10]。分别量取6份相同体积一定浓度的栀子黄色素，分别用1%盐酸和1%氢氧化钠溶液调节其pH，使6份溶液的pH分别为2、4、6、8、10、12，放置 30 min 后，各取 2 mL 试液，通过分光光度计测其吸光度，计算色素损失率。

1.4 栀子黄色素抗氧化性研究[2]

分别取质量浓度为 0.3 mg/mL 的栀子黄色素溶液0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 mL 于6支规格相同的试管中，向6支试管中分别添加 1.0 mL 0.01 mg/mL 的DPPH溶液，最后用无水乙醇定容使得6支试管的溶液总体积均为 2.2 mL。摇匀后测6支试管中溶液的吸光度，可得到6组不同质量浓度栀子黄色素加入相同体积、相同质量浓度DPPH溶液后的吸光度A1。测定未添加DPPH溶液前栀子黄色素溶液的吸光度，记为吸光度A2。取 1.0 mL 0.01 mg/mL 的DPPH溶液于试管中，用无水乙醇定容使溶液总体积为 2.2 mL,摇匀后测量该溶液的吸光度为A3。

1.5 栀子黄色素抗菌性研究

采用抑菌圈实验方法对栀子黄色素的抗菌性能进行研究[11]。

1.6 栀子黄色素保湿性研究

1)在实验开始前，先配制 100 mL 的饱和碳酸钾溶液。取 50 mL 的饱和碳酸钾溶液于烧杯中密封备用。在 100 mL 的容量瓶中倒入 3 mL 甘油，定容后即可得到3%的甘油溶液。取2个玻璃板将其洗干净并干燥，并在每个玻璃板上粘贴相同长度的医用胶带。

2)将上述过程中提到的 50 mL 的饱和碳酸钾溶液放置在干燥器中底部，在溶液上方放置多孔隔板，将干燥器盖子盖上后于室温下放置 24 h。

3)在贴好医用胶带的两块玻璃板上分别滴加5滴3%的甘油和 80 μg/mL 的栀子黄色素溶液，滴好后称量两块板的质量分别为m1和M1,将两块玻璃板放入上述干燥器的多孔隔板上方，每间隔 2 h 迅速取出两块板，测量板的质量后再立刻放回干燥器中，仪器记录其质量为m2和M2，m3和M3，m4和M4，m5和M5。

4)根据公式:失水率=(样品吸湿后质量m2-样品吸湿前质量m1)/样品吸湿前质量m1,计算3%甘油和 80 μg/mL 的栀子黄色素溶液在不同时刻下的失水能力。

2 结果与讨论

2.1 栀子黄色素提取的单因素实验

2.1.1 料液比对栀子黄色素得率的影响

为了探究不同料液比对栀子黄色素提取的影响，进行控制单一变量为料液比实验。不同料液比下栀子黄色素得率结果如图1所示。由图1可分析出，当料液比不断增大时，栀子黄色素的得率先增大后减小。这个结果可能是由于开始料液比增大,溶剂量增多，栀子粉末基本被水完全包围，在相同时间下被完全包围的栀子粉末增多，得率就会增大。色素得率最大时的料液比为1∶10 g/mL。当料液比大于1∶10 g/mL 时，栀子黄色素被稀释因此得率降低。

2.1.2 提取温度对栀子黄色素色素得率的影响

为了探究温度对栀子黄色素提取的影响，进行控制单一变量为温度的实验。不同温度下栀子黄色素得率如图2所示。由图2可分析出，当温度不断升高，栀子黄色素的得率先升高后降低。这个结果可能是由于当到达一定温度时，栀子黄色素的主要成分结构发生改变使得率降低。由图2分析可知，当提取温度为50 ℃时，栀子黄色素的得率最大。

图1 料液比对栀子黄色素得率的影响

图2 浸提温度对栀子黄色素得率的影响

2.1.3 提取时间对栀子黄色素得率的影响

为了探究提取时间对栀子黄色素提取的影响，进行控制单一变量为提取时间实验。栀子黄色素得率在不同提取时间的值如图3所示。由图3可分析出，当提取时间不断增大时，栀子黄色素的得率先增大后减小。主要原因为当提取时间增大时，浸提时间增大，栀子黄色素不断溶出，栀子黄色素得率增大。但提取时间过长时，会使得栀子黄色素可能转变为其他物质，栀子黄色素得率降低。由图3分析可知，栀子黄色素的得率在提取时间为 120 min 时最大。

图3 提取时间对栀子黄色素得率的影响

2.2 栀子黄色素稳定性实验

2.2.1 温度对栀子黄色素色素稳定性的影响

为了研究温度对栀子黄色素稳定性的影响，进行控制单一变量为温度实验。不同温度下栀子黄色素色素损失率结果如图4所示。由图4可分析出，随着温度升高，栀子黄色素的色素损失率逐渐增加。在 80 ℃ 时色素的稳定性最差，栀子黄色素的色素损失率最大。

图4 不同温度对栀子黄色素稳定性的影响

胡雅芹等[7]的研究表明，随着热处理温度和加热时间的提高,栀子黄色素损失率呈直线上升趋势。100、60 ℃和25 ℃(室温)条件下水浴加热8 h后栀子黄色素损失率分别约为70%、35%和15%,而在热处理2 h以内,色素损失率均小于20%。双因素方差分析表明,处理温度和处理时间对栀子黄色素损失率影响均显著(P≤0.05),而处理时间对色素稳定性影响更显著，与本实验结果相符。

2.2.2 pH对栀子黄色素色素稳定性的影响

为了研究pH对栀子黄色素稳定性的影响，进行控制单一变量为pH实验。不同pH下栀子黄色素色素损失率结果如图5所示。由图5可分析出，在pH=2和pH=12时色素损失率较大，而在pH=6和pH=8时的色素损失率较低。由此可知，强酸、强碱可使栀子黄色素不稳定，在温和条件下栀子黄色素较稳定，栀子黄色素损失率较低。

图5 不同pH对栀子黄色素稳定性影响

胡雅芹等[7]的研究表明，pH在2～12范围内,栀子黄色素损失率较小；pH在5～9内,色素损失率小于10%。结果表明栀子黄色素pH稳定性好。