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凉粉草咖啡色色素的提取工艺研究
黄佳臻，杨彦铭，罗育敏，杨洁纯，梁丽娟，黄韶媛
（韩山师范学院食品工程与生物科技学院, 广东潮州,521000）
文章已被食品研究与开发杂志社录用，食品研究与开发杂志投稿网址链接：http://www.zazhi114.cn/shipinyanjiuyukaifa
摘要：通过单因素实验和
（
）正交实验研究了凉粉草色素提取工艺，并通过测定不同条件下色素的性质对其稳定性进行了探讨。结果表明，凉粉草色素溶液在中性环境中波长320nm下有特征吸收峰，在60℃、pH为中性的水中，以液料比为1:15，浸提时间为2h的条件下，提取效果最佳。该色素颜色为咖啡色，有良好的热稳定性，在pH为6-8条件下稳定性较好，光照、pH会使色素的稳定性有所降低，食品添加剂如柠檬酸、单宁酸、明矾和淀粉对凉粉草色素的稳定性无明显影响。
关键词；凉粉草；色素；提取；稳定性
STUDY ON THE EXTRACTION AND STABILITY OF
MESONA CHINENSIS BENTH BROWN PIGMENT
HUANG jiazhen,YANG yanming, LUO yumin, YANG jiechun, LIANG lijuan, HUANG shaoyuan
(College of Food Engineering and Biotechnology, Hanshan Normal University, GuangDong, China)
Abstract: Through the single factor experiment and 
(
) orthogonal experiments to study the Mesona Chinensisbenth pigment extraction process, and through the determination of properties under different conditions on the stability of the pigment were discussed. The results show that the mesonachinensisbenth pigment solution has a characteristic absorption peak at the wavelength of 320nm in neutral environment under 60 ℃and pH=7 water, the ratio of liquid to material, extraction time is 1:15, the condition of 2 h, the best extraction effect. The color is brown pigment, the pigment has good thermal stability, under the conditions of pH 6-8 has good stability, light, pH will make the stability of the pigment decreased, food additives such as citric acid, tannic acid, alum and starch on the stability of mesonablumes pigment had no significant impact.
Key Word: Mesona Chinensis Benth; pigment; Extraction; Stability
凉粉草（Mesona Chinensis Benth），又名仙草、仙人草，为唇形科凉粉草属一年生草本植物[1]，全球有凉粉草属植物约8～10种，我国产2种，分布于浙江、台湾、福建、广东、广西及云南[2]。凉粉草作为重要的药用和食用植物资源，在我国以及东南亚地区已有悠久的应用历史，据《中药大辞典》记载：凉粉草性味涩、甘、寒，具清暑、解渴、除热毒及利尿之功效，民间常用作暑天清凉饮料[3]。因其水煮后可提取出凉粉草胶（凉粉草多糖），被用来制成龟苓膏、凉粉和凉茶等，深受广大群众喜爱。
凉粉草提取物富含多酚、黄酮、水溶性多糖等活性成分，有抗肿瘤、抗心脑血管疾病、抗衰老、抗氧化、免疫调节、降血糖、降血压、保肝等作用[4]。在凉粉草的提取物中，咖啡色色素具有很大的商品利用价值，比如应用于染色剂的生产、染发剂的生产、食品色素的生产等，凉粉草色素内含有的多糖或仙草胶是一种组成较为复杂的水溶性粗多糖，属于酸性多糖，易溶于碱性的溶液，且具有很好的凝胶性能和超过一般食品胶的热稳定性【5】，并能使色素更好的模仿天然着色,着色,色调较自然[6]。染发的原理主要是染发剂内的物质先与头发上的毛小皮接触，使之湿润并吸附在其上面，通过毛小皮细胞膜的进入毛皮质，在进一步的渗透之下，色素物质扩散到毛皮质，从而使头发的颜色改变。[7] 对于大分子的染料，主要以沉积形式附着在头发表面；对于小分子染料，一部分会渗入毛皮上的皮质层，另一部分会借助色素及其中间体渗透剂的作用进行扩散或渗透，从而达到染发的目的。[8～10]但是这些方法或多或少地对人体的健康造成一定的危害。故此，寻找一种纯天然、毒性小且无副作用的染发剂成为目前人们迫切要做的事情。
目前市售的染发剂大多数为永久型染发剂，主要成分是对氨基苯酚，邻苯二胺和对苯二胺等，对人体会产生一定的毒性和致敏性，并且有些报道称其可能具有致癌性[11～12]。因此，人们越来越关注如何研制出刺激性低，安全，无毒副作用的染发剂。[13] 而凉粉草中的咖啡色色素作为纯天然的植物色素，是用于开发无毒副作用的染发剂的良好选择。故此对凉粉草中咖啡色色素的提取工艺极其稳定性的研究可以为凉粉草色素的提取、保存和利用提供参考。本文利用的方法是60℃热水浸提凉粉草色素，并对色素提取的工艺条件进行优化，为凉粉草色素在食品工业、美发行业中的应用提供参考。
1 试验材料与方法
1.1试验材料与试剂
市售的干燥凉粉草、蒸馏水、95%乙醇、无水乙醇、乙酸乙酯、浓盐酸、氢氧化钠、丙酮、氯仿、缓冲液。（以上试剂均为化学纯）
1.2试验主要仪器
恒温水浴锅（优莱博技术有限公司）、电子天平（上海越平科学仪器有限公司）、紫外分光光度计（日本岛津UV3150）、石英比色皿、pH计、滤纸、抽滤装置、粉碎机。
1.3 实验方法
1.3.1凉粉草色素最大吸收峰的选择
将凉粉草粉碎，过40目筛，得到凉粉草粉末。称取10g凉粉草粉末于锥形瓶中，加入100ml蒸馏水浸提1h。过滤后用紫外分光光度计扫描色素溶液，得出特征吸收峰。
1.3.2色素提取条件的探究
将干燥的凉粉草用粉碎机粉碎成粉末状，称取2 g/份，按照不同料液比（1:5、1:10、1:15、1:20、1:25、1:30），分别加入不同的浸提剂（蒸馏水、50%乙醇、95%乙醇、乙酸乙酯、丙酮）、在不同温度下（室温、40℃、60℃、80℃、沸水）、浸提不同时间（1h、2h、3h、4h、5h）后，滤除澄清的提取液。在上述所给出的各个提取条件中选择其中的一个单一因素在190nm-600nm波长范围内测其最大吸收峰，然后用所测的最大吸收峰的波长下，测其他的吸光度值。
1.3.3 凉粉草咖啡色色素稳定性的研究
温度对色素的影响：称取20g凉粉草粉末于锥形瓶中，加入200ml最佳浸提剂，在最佳的浸提条件下提取出提取液。分装于6支试管中（10ml/支）于不同的温度下：低温、室温、50℃、60℃、80℃、98℃中，恒温水浴2h，取出，在320nm波长下测其吸光度值，记录数据。
pH值对色素的影响：称取20g凉粉草粉末于锥形瓶中，加入200ml最佳浸提剂，在最佳的浸提条件下提取出提取液。分装于7支试管中（10ml/支）。以色素溶液：pH溶剂=1:1的比例将色素溶液加入调好的不同pH值溶剂中：pH=1、pH=3、pH=5、pH=7、pH=9、pH=11、pH=13保存2h。在320nm波长下测其吸光度值，记录数据。
光照对色素的影响：称取20g凉粉草粉末于锥形瓶中，加入200ml最佳浸提剂，在最佳的浸提条件下提取出提取液。分装于3支试管中（10ml/支），分别置于暗处、室内正常光照下和阳光下保存1h、2h、3h，在320nm波长下测其吸光度值，记录数据。
添加剂对色素的影响：分别制备0.2%淀粉溶液、0.6%淀粉溶液、1%淀粉溶液、0.2%单宁酸溶液、0.6%单宁酸溶液、1%单宁酸溶液、0.2%柠檬酸溶液、0.6%柠檬酸溶液、1%柠檬酸溶液、0.2%硫酸铝钾溶液、0.6%硫酸铝钾溶液、1%硫酸铝钾溶液。称取20g凉粉草粉末于锥形瓶中，加入200ml最佳浸提剂，在最佳的浸提条件下提取出提取液。分装于12支试管中（8ml/支）。加入8ml已制备好的添加剂溶液，混合均匀后再320nm波长下测其吸光度值，记录数据。
2 结果及分析
2.1凉粉草咖啡色色素的最大吸收峰选择
用722紫外分光光度计测得凉粉草色素溶液在波长320nm下有特征吸收峰
2.2单因素试验
2.2.1.温度的影响
图1温度对色素提取的影响
由图1可知，在60℃之前，随着温度的升高，提取色素的吸光度值逐渐升高；在60℃之后，随着温度的升高，提取色素的吸光度值逐渐降低，所以色素提取的最佳温度条件为60℃。
2.2.2.料液比的影响
图2料液比对色素提取的影响
由图2可知，提取色素的吸光度随溶剂用量的增大而增加，当料液比为 1：15时吸光度值达最大；当料液比超过1：15时吸光度值逐渐下降，故在此溶剂量下提取色素较合适。
2.2.3.提取时间
图3提取时间对色素提取的影响
由图3可知，随着浸提时间的延长，提取色素的吸光度值呈上升趋势，但2h以后吸光度值略有下降且趋于平缓,考虑到在较高温度下延长时间会对色素造成破坏,而且不利于提高产率,故浸提时间在2h以内较好。
2.2.4 pH值
图4提取时间对色素提取的影响
由图4可知，随着pH值得上升或者降低，色素（原pH值为6.89）的吸光度值均呈逐渐减少趋势；故此色素的提取宜在中性条件下进行，最佳提取的pH值为6.5～7.5左右。
3 正交试验
通过考察温度、料液比、提取时间、浸提酸度等几个因素对色素的影响来寻找最适宜的提取方法和提取条件。L16（4×4）正交试验，从而选出最佳提取方法和条件。
正交试验因子水平表
（44）
|
|
温度A |
料液比B |
提取时间C |
pH D |
|
1 |
40 |
1:10 |
2 |
5 |
|
2 |
60 |
1:15 |
3 |
7 |
|
3 |
80 |
1:20 |
4 |
9 |
|
4 |
100 |
1:25 |
5 |
11 |
表1
3.1正交试验结果
|
实验号 |
温度A |
料液比B |
提取时间C |
pH D |
吸光度值（OD） |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
3.45 |
|
2 |
1 |
2 |
2 |
2 |
2.969 |
|
3 |
1 |
3 |
3 |
3 |
2.747 |
|
4 |
1 |
4 |
4 |
4 |
2.743 |
|
5 |
2 |
1 |
2 |
3 |
3.02 |
|
6 |
2 |
2 |
1 |
4 |
2.839 |
|
7 |
2 |
3 |
4 |
1 |
2.919 |
|
8 |
2 |
4 |
3 |
2 |
2.844 |
|
9 |
3 |
1 |
3 |
4 |
2.857 |
|
10 |
3 |
2 |
4 |
3 |
3.048 |
|
11 |
3 |
3 |
1 |
2 |
2.768 |
|
12 |
3 |
4 |
2 |
1 |
2.831 |
|
13 |
4 |
1 |
4 |
2 |
3.178 |
|
14 |
4 |
2 |
3 |
1 |
3.242 |
|
15 |
4 |
3 |
2 |
4 |
3.238 |
|
16 |
4 |
4 |
1 |
3 |
2.826 |
|
K1 |
11.909 |
12.098 |
12.058 |
11.677 |
|
|
K2 |
12.484 |
12.505 |
11.883 |
12.442 |
|
|
K3 |
11.504 |
11.672 |
11.69 |
11.759 |
|
|
K4 |
12.098 |
11.244 |
11.888 |
11.677 |
|
|
k1 |
2.97725 |
3.12625 |
2.97075 |
2.91925 |
|
|
k2 |
3.0245 |
3.0245 |
3.0145 |
2.93975 |
|
|
k3 |
2.876 |
2.918 |
2.9225 |
3.1105 |
|
|
k4 |
3.121 |
2.811 |
2.972 |
2.91925 
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