桑葚色素的提取及穩(wěn)定性研究

1、桑葚色素的提取及穩(wěn)定性研究摘要：本文以桑葚為原料，采用溶劑提取法提取桑葚色素，通過單因素實驗和正交實驗確定其最佳提取條件為：提取劑（乙醇）濃度55%、料液比1:20、提取劑pH2、提取溫度70、提取時間4.0h。在溶劑提取法基礎上，采用超聲預處理提高桑葚色素的提取率，通過單因素實驗，確定最佳超聲預處理條件為：超聲波功率700W、超聲時間20min。研究了pH值、加熱、光照對桑葚色素穩(wěn)定性的影響，桑葚色素在不同pH值下呈現(xiàn)不同的色調(diào)、不同的可見吸收光譜；桑葚色素的熱穩(wěn)定性較好，隨著加熱溫度的升高、加熱時間的延長，穩(wěn)定性略有下降；在室內(nèi)暗處或自然光下放置，桑葚色素穩(wěn)定性基本不受影響；在紫外燈或日光

2、照射下，色素穩(wěn)定性較差。關鍵詞：桑葚色素；提取；穩(wěn)定性Study on the Extraction and Stability of Mulberry Pigment Abstract: The extraction of pigment from mulberry was studied in this paper. First of all, through single factor and orthogonal experiment, the main extraction parameters were determined as follows: ethanol concentr

3、ation 50%, ratio of material to liquid 1:20, pH2.0, and extraction temperature 70, extraction time 4h. Then ultrasonic pretreatment was used to increase the extraction of mulberry pigment. The optimum parameters were determined as: extraction power 700 W, extraction time 20 min. Last, the effect of

4、pH, heating, lighting on the stability of mulberry pigment was studied. Mulberry pigment shows different colors and absorption spectra in different pH values. The mulberry pigment is stable when it is heated under 100. The pigment stability is not affected when it is in dark or under natural light.

5、But it has poor stability under ultraviolet light or the sun.Key Words: mulberry pigment; extraction; stability目 錄1 引言11.1 桑葚色素概況11.2 桑葚色素的提取21.2.1 溶劑提取法21.2.2 超聲波輔助提取法21.2.3 酶法提取21.2.4 超臨界流體萃取31.2.5 樹脂提純法31.3 桑葚色素的穩(wěn)定性31.3.1 熱穩(wěn)定性61.3.2 酸堿穩(wěn)定性61.3.3 光穩(wěn)定性61.3.4 金屬離子穩(wěn)定性61.3.5 氧化還原穩(wěn)定性61.3.6 添加物穩(wěn)定性61.4 本課

6、題的立題背景、研究內(nèi)容及意義42 材料與方法62.1實驗材料與試劑62.2實驗儀器及設備62.3 實驗方法62.3.1 溶劑法提取桑葚色素62.3.2 超聲輔助法提取桑葚色素72.3.3 桑葚色素的穩(wěn)定性研究73 結果與討論83.1 溶劑法提取桑葚色素83.1.1 提取劑濃度對色素提取率的影響83.1.2 料液比對色素提取率的影響93.1.3 提取劑pH值對色素提取率的影響103.1.4 提取時間對色素提取率的影響113.1.5 提取溫度對色素提取率的影響123.1.6 桑葚色素提取條件的正交優(yōu)化123.2 超聲輔助法提取桑葚色素133.2.1 超聲功率對色素提取率的影響133.2.2 超聲時

7、間對色素提取率的影響143.3 桑葚色素的穩(wěn)定性研究153.3.1 pH對桑葚色素穩(wěn)定性的影響153.3.2 加熱對桑葚色素穩(wěn)定性的影響173.3.3 光照對桑葚色素穩(wěn)定性的影響184 結論20致謝21參考文獻22 紫甘薯色素的提取純化及穩(wěn)定性研究 1 紫甘薯色素的提取純化及穩(wěn)定性研究 1 桑葚色素的提取及穩(wěn)定性研究 231 引言桑葚，又名桑棗、桑實、烏椹、黑椹等，系?？坡淙~喬木桑樹的果實1，每年46月成熟，不同生長環(huán)境下的果實與品種之間存在差異2。我國是絲綢之邦，種桑養(yǎng)蠶歷史悠久，桑樹種類、品種以及桑葚產(chǎn)量均居世界首位，資源相當豐富，全國 26個省、市、自治區(qū)均有分布。紫桑果實色澤紅紫，其中

8、的天然色素含量大、色度高、著色性好、水溶性強、安全無毒，是天然色素的良好來源。1.1 桑葚色素概況桑葚中的紅色素又名桑葚紅、桑葚色素，屬花青素類色素，主要著色成分是矢車菊-3-葡萄糖苷，其基本結構為黃烊鹽-2-苯基苯并吡喃，即花色苷元陽離子的衍生物。花青素是類黃酮物質(zhì)中重要的一類，無毒、無誘變作用，具有補血、潤腦、利肝、利尿、潤便、抗氧化及消除自由基等功效，在治療各種血液循環(huán)失調(diào)疾病、發(fā)炎性疾病、預防冠心病方面有顯著的療效。 圖1.1 矢車菊-3-葡萄糖苷分子結構式由于合成色素對人體有害，甚至有致癌、致畸作用，其應用范圍在逐漸減少。目前，世界各國仍在使用的合成色素僅有10 多種，有的國家如丹麥

9、、挪威已完全禁止使用合成色素。隨著科學技術的進步，天然色素的穩(wěn)定性得到提高，產(chǎn)品應用更加方便安全。因此，食品工業(yè)對色素的選擇越來越趨向于天然色素，天然色素已成為色素市場的主流。目前，國內(nèi)許多食品加工企業(yè)將目光投向桑葚中提煉出的天然色素桑葚紅，因其具有花青素含量高、色澤穩(wěn)定的特點，正成為其它果品無法替代的鮮果色素，其市場價格比黃金還貴?；ㄇ嗨氐闹饕π缦拢?1) 有助于預防多種與自由基有關的疾病，包括癌癥、心臟病、過早衰老和關節(jié)炎；(2) 通過防止應激反應和吸煙引起的血小板凝集來減少心臟病和中風的發(fā)生；(3) 增強免疫系統(tǒng)能力來抵御致癌物質(zhì)；(4) 降低感冒的次數(shù)和縮短持續(xù)時間；(5) 具有抗

10、突變的功能從而減少致癌因子的形成；(6) 具有抗炎功效，因而可以預防包括關節(jié)炎和腫脹在內(nèi)的炎癥；(7) 緩解花粉病和其它過敏癥；(8) 增強動脈、靜脈和毛細血管彈性；(9) 保護動脈血管內(nèi)壁；(10) 保持血細胞正常的柔韌性，從而幫助血紅細胞通過細小的毛細血管，因此增強了全身的血液循環(huán)、為身體各個部分的器官和系統(tǒng)帶來直接的益處，并增強細胞活力；(11) 松弛血管從而促進血流和防止高血壓；(12) 防止腎臟釋放出的血管緊張素轉化酶所造成的血壓升高；(13) 作為保護腦細胞的一道屏障，防止淀粉樣蛋白的形成、谷氨酸鹽的毒性和自由基的攻擊，從而預防阿爾茨海默氏??；(14) 通過對彈性蛋白酶和膠原蛋白酶

11、的抑制使皮膚變得光滑而富有彈性，從內(nèi)部和外部同時防止由于過度日曬所導致的皮膚損傷等等。1.2 桑葚色素的提取桑葚紅色素提取的方法很多，例如：溶劑提取、超聲波輔助提取、微波輔助萃取法、酶法提取、超臨界流體萃取、樹脂提純等等3。比較傳統(tǒng)的溶劑浸提法，是目前最常用的天然色素提取方法。1.2.1 溶劑提取法桑葚色素的提取溶劑有水、酸溶液、醇溶液等，所使用酸主要有鹽酸、醋酸、檸檬酸和酒石酸等，所使用醇主要有甲醇、乙醇和丙二醇等。國內(nèi)大多采用檸檬酸、乙醇溶液，國外許多的研究者大多采用1%HC1的甲醇溶液。2009年趙玉華4等對桑葚色素的提取方法進行了比較研究，以桑葚為原料，采用乙醇浸提法對桑葚色素的提取條

12、件進行了研究。在單因素試驗基礎上，通過正交實驗對桑葚色素的提取條件進行優(yōu)化，確定了提取桑葚色素的最佳條件為：乙醇濃度50、pH值1.0、浸提溫度60、浸提時間0.5 h、料液比為12。2009年惠賢民5從桑葚中提取食用天然紅色素，通過對提取劑、提取溫度、提取溶液酸堿性的研究，確定了最佳提取條件：乙醇濃度95、提取溫度60、pH=6，所得桑葚色素的穩(wěn)定性比較好，產(chǎn)率為8.7。1.2.2 超聲波輔助提取法超聲波作為一種輔助提取手段主要集中在中草藥成分、植物油、多酚、芳香成分、多糖以及其它功能成分的提取。超聲波是一種高頻的機械波（是機械振動或能量在空間的傳播方式），能在彈性介質(zhì)中以縱波的方式進行傳播

13、。它是由超聲波發(fā)生器將輸入的交流電轉化為高頻交流電信號，再通過超聲波換能器將高頻信號轉換而成的高頻機械振動。其主要作用是能有效破碎植物細胞，促使細胞內(nèi)有效成分的溶出，同時不破壞植物組織結構，改善有效成分的品質(zhì)。陳小全6等人的研究結果表明，超聲波可用于快速高效地提取桑葚中的紅色素，在超聲波（20KHz）作用下其提取效果以乙醇為溶劑、溫度為35時較好。2011年吳智慶7等對超聲波輔助提取桑葚色素的方法進行比較系統(tǒng)的研究，同時采用正交試驗對該方法進行優(yōu)化，得到了超聲波輔助提取桑葚色素的最佳工藝參數(shù)為：提取溶劑0.01% HCl-70%乙醇、超聲波功率140 W、超聲波處理時間45 min、料液比(g

14、mL)為115，此時桑葚色素提取率為75.64%；其中各因素對超聲波輔助提取桑葚色素的影響作用大小為料液比乙醇濃度超聲功率超聲時間。1.2.3 酶法提取酶法提取在食品工業(yè)應用極為廣泛。王振宇等采用纖維素酶法提取大花葵中的花色苷，經(jīng)正交試驗確定了酶提法的最佳工藝參數(shù)：溫度為33，pH值為6.18，固液比為14，酶用量為810kg/g，酶解時間120min。并發(fā)現(xiàn)酶提法與超聲波提取法聯(lián)用，花色苷提取率比單獨酶提法高6.0%。1.2.4 超臨界流體萃取超臨界流體萃?。ê喎QSCFE）是一種新型的萃取分離技術，與傳統(tǒng)溶劑浸提法相比，其優(yōu)越性有：產(chǎn)品無化學溶劑殘留、無污染；重金屬及有害物質(zhì)含量極低；產(chǎn)品純

15、度高，無異味；在提取過程中，無氧化現(xiàn)象發(fā)生，很好地保持了生理活性物質(zhì)的活性及萃取物的天然風味等。20世紀50年代，美國的Todd和Elgin從理論上提出SCFE用于萃取分離的可能性。近20年來，SCFE技術迅速發(fā)展，在化工、石油、醫(yī)藥、香料、食品等行業(yè)中得到了廣泛應用。近年來，人們也開始嘗試把SCFE技術應用于天然色素的提取中，但目前影響SCFE應用的主要問題是設備的投資費用高。結合我國國情，一般以中小型的超臨界萃取裝置為宜，日本已經(jīng)擁有超臨界萃取裝置的大部分公司也是使用中小型裝置。1.2.5 樹脂提純法劉樹興等人以桑葚原汁為原料，直接用AB-8樹脂提取桑葚紅色素，生產(chǎn)的色素產(chǎn)品為紫黑色粉末，

16、色價為38.9，比國家標準提高了近10倍，得率為0.188%。大孔樹脂對多種天然色素具有良好的吸附和提純效果，但用大孔樹脂提取色素費時長、成本高，不適于工業(yè)化生產(chǎn)。1.3 桑葚色素的穩(wěn)定性溫度、光照、pH、金屬離子、氧化劑、還原劑、添加物等會對桑葚色素的穩(wěn)定性造成一定影響。1.3.1 熱穩(wěn)定性桑葚色素，屬花青素類色素，主要著色成分是矢車菊-3-葡萄糖苷。李利華6等人在對花青素類色素櫻桃色素的熱穩(wěn)定性研究中發(fā)現(xiàn)，從2080，pH1的色素溶液吸光度有所上升，但變化幅度不大，pH2的色素溶液吸光度有較明顯下降；從80100，色素溶液吸光度均有大幅度下降。由此可知，櫻桃色素在酸性條件下有一定的熱穩(wěn)定性

17、，但當溫度超過80時，色素對熱較敏感。桑葚色素的熱穩(wěn)定性較好?；葙t民5的研究表明，桑葚色素在80下基本保持色澤不變，可以耐受一般的食品熱加工。但在比較高的溫度下，色素的損失較大。1.3.2 酸堿穩(wěn)定性桑葚色素在強酸強堿介質(zhì)中均不穩(wěn)定，色澤會隨pH值的變化而變化。陳小全等人6的研究表明，pH值在56之間色素最穩(wěn)定，當溶液為堿性時，色素顏色會變成墨綠色。這說明在酸堿的作用下，其化學結構可能會發(fā)生變化?；葙t民等人的研究表明，桑葚色素溶液放置一周后顏色由深變淺，酸性介質(zhì)下有少量沉淀，堿性介質(zhì)下漸變?yōu)椴蔹S色，這說明桑葚色素在酸、堿性介質(zhì)中貯存均不穩(wěn)定。1.3.3 光穩(wěn)定性桑葚色素對紫外線的穩(wěn)定性較差，日

18、光直接照射對色素的降解有促進作用。隨著光照時間的延長，桑葚色素提取液的吸光度會減少。而在室內(nèi)放置1月以上，吸光度只減少0.05%，說明在自然光下降解速度較慢，而在暗處放置降解速度更慢。付紅8等人的研究表明，光照對櫻桃色素的穩(wěn)定性也有嚴重不良影響。在強光下放置色素降解速度很快，放置60d毛櫻桃色素降解81.3%，草原櫻桃色素降解78.7%；在自然光下降解速度較慢；在暗處放置降解速度更慢，60d 草原櫻桃色素只降解1.1%，毛櫻桃色素降解8.5%。1.3.4 金屬離子穩(wěn)定性2003年高海燕9等人進行了金屬離子對櫻桃色素穩(wěn)定性的影響，這些金屬離子包括：Al3+、Fe3+、Zn2+、Cu2+、Pb2+

19、、Mg2+、Ca2+和Na+。實驗結果表明：三價離子對吸光度的影響大于二價離子；在二價離子中，Cu2+、Pb2+、Zn2+對吸光度的變化影響較大，Mg2+、Ca2+對其吸光度的變化影響較??；所有金屬離子中只有Ca2+使色素的吸光度下降，其余離子均使色素的吸光值上升。1.3.5 氧化還原穩(wěn)定性高海燕等人的實驗結果還表明，桑葚色素對氧化劑不穩(wěn)定，H2O2促進色素降解；還原劑維生素C對桑葚色素具有增色作用，這是由于維生素C降低了色素溶液的pH值，使色素溶液處在穩(wěn)定的酸性環(huán)境中。徐雅琴10等人的研究結果表明，H2O2對毛櫻桃紅色素有顯著的不良影響，可使其褪色，最大可見光吸收峰消失。其原因是毛櫻桃紅色素

20、屬于多元酚，極易氧化。Na2SO3對毛櫻桃紅色素有一定降解作用，且隨著濃度增大，降解速度加快，當濃度大于0.05 molL-1時，色素液變?yōu)闊o色，最大吸收峰消失。1.3.6 添加物穩(wěn)定性添加物對色素穩(wěn)定性也有一定影響?；葙t民等在桑葚色素溶液中，分別加入一定量的淀粉、食鹽、食糖等不同的常用食品添加物，測定和觀察色素溶液的吸光度和色澤變化，實驗結果表明普通食品添加物對色素的色澤影響不大。但添加檸檬酸會使色素吸光度增大，顏色逐漸加深，由原來的淺紅色變成紫紅色，說明酸性添加物能使色素顏色加深，有增色作用。徐雅琴10等人研究了苯甲酸鈉對毛櫻桃紅色素的影響，當苯甲酸鈉的濃度低于0.1042 molL-1時

21、，其色素液的吸收峰無變化；且濃度在0.034720.06944 molL-1范圍內(nèi)，對色素液的色澤影響很??；但當苯甲酸鈉的濃度達到0.1042 molL-1以上時，色素液變?yōu)闊o色，可見高濃度苯甲酸鈉會影響毛櫻桃紅色素的穩(wěn)定性。1.4 本課題的立題背景、研究內(nèi)容及意義食用色素是以食品著色和改善食品顏色為目的的食品添加劑。長期以來，人們?yōu)檫_到這一目的，同時為使食品更具吸引力，常在食品加工過程中使用一些著色物質(zhì)。從十九世紀中期第一個人工合成色素苯胺紫問世以來，合成色素被大量應用于食品工業(yè)中。此后，由于合成色素的安全性受到懷疑，被確認部分合成色素具有潛在的致畸、致癌及其它毒副作用，不少合成色素的使用相

22、繼在各國受到不同程度的限制，尤其是1976年美國禁止使用人工合成莧菜紅后，有些國家如挪威、丹麥完全禁止使用合成色素，人們把注意力轉向了天然色素。天然色素給人以安全感，并且具有一定的營養(yǎng)和藥理保健作用，而日益受到人們的青睞。天然色素的開發(fā)和應用已成為世界食用色素的發(fā)展總趨勢。紫桑果實色澤紅紫，其中的天然色素含量大、色度高、著色性好、水溶性強、安全無毒，并且有一定的營養(yǎng)和藥理保健作用，是良好的天然色素來源，具有很大的開發(fā)利用潛力。為加速這一資源的研究開發(fā)，本課題以桑葚為研究對象，分別采用溶劑法、超聲輔助法提取桑葚色素，并對桑葚色素的穩(wěn)定性進行研究，以期為合理、有效、充分地開發(fā)和利用桑葚色素提供一定

23、的理論依據(jù)。2 材料與方法2.1 實驗材料與試劑表2.1 實驗材料與試劑一覽表材料與試劑生產(chǎn)廠家桑葚干上海唐錦實業(yè)有限公司95%乙醇分析純國藥集團化學試劑有限公司無水乙醇分析純國藥集團化學試劑有限公司鹽酸分析純上海凌峰化學試劑有限公司氫氧化鈉分析純上海精化科技研究所乙醚國藥集團化學試劑有限公司石油醚國藥集團化學試劑有限公司定性濾紙（中速）杭州雙圈濾紙有限公司（1）1molL-1鹽酸溶液：量取8.35mL鹽酸，用蒸餾水稀釋并定容至100mL；（2）1molL-1氫氧化鈉溶液：稱取4g氫氧化鈉，用蒸餾水稀釋并定容至100mL。2.2 實驗儀器及設備表2.2 實驗儀器及設備一覽表儀器與設備生產(chǎn)廠家J

24、YL-A070九陽料理機九陽股份有限公司JA2003電子天平上海恒平科學儀器有限公司JY2001精密電子天平上海精密科學儀器有限公司Detta320 pH計上海梅特勒-托利多儀器有限公司HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋上海森地科學儀器有限公司754型紫外可見分光光度計上海菁華科技儀器有限公司UV-2102 PC型紫外可見分光光度計尤尼柯（上海）儀器有限公司JY92-2D超聲波細胞粉碎機寧波新芝生物科技股份有限公司SHZ（）循環(huán)水式多用真空泵上海申光儀器儀表有限公司2.3 實驗方法2.3.1 溶劑法提取桑葚色素 桑葚干用九陽料理機粉碎數(shù)分鐘加入一定量乙醇溶液作為提取劑調(diào)節(jié)其提取劑pH值恒溫提取一定時間抽濾

25、取濾液桑葚色素提取液真空旋轉蒸發(fā)濃縮桑葚色素粗品。以530nm處吸光值為指標，采用單因素實驗，研究提取劑濃度、料液比、pH值、提取溫度和時間等因素對桑葚色素提取率的影響；采用正交實驗確定最佳的桑葚色素提取條件。2.3.2 超聲輔助法提取桑葚色素桑葚干用九陽料理機粉碎數(shù)分鐘加入一定量乙醇溶液作為提取劑調(diào)節(jié)其提取劑pH值超聲波處理恒溫提取一定時間抽濾取濾液桑葚色素提取液真空旋轉蒸發(fā)濃縮桑葚色素粗品。以530nm處吸光值為指標，采用單因素實驗，研究超聲功率和超聲時間對桑葚色素提取率的影響。2.3.3 桑椹色素的穩(wěn)定性研究參照李利華等11的實驗方法，重點研究pH、溫度、光照等因素對桑葚色素穩(wěn)定性的影響

26、。（1）pH對桑葚色素穩(wěn)定性的影響取一定量的色素提取液，用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液酸堿度。分別將提取液pH調(diào)節(jié)至2、3、4、5、6、7、8，觀察溶液顏色的變化。以提取劑溶液作為參比液，采用UV-2102 PC型紫外可見分光光度計，對桑葚色素進行吸收波長掃描，掃描范圍200700nm，間隔1nm。分別測量不同pH值下桑葚色素溶液的光譜特性和吸光值，分析其酸堿穩(wěn)定性。（2）溫度對桑葚色素穩(wěn)定性的影響取一定量的色素提取液，分別置于20、40、60、80、100的水浴中加熱3h，每隔30min取出迅速冷卻至室溫，在530nm處測其吸光度，分析其熱穩(wěn)定性。（3）光對桑葚色素穩(wěn)定性的影響取一定量色素提取液，

27、分別置于日光、紫外燈、自然光、暗處3 h，每隔0.5 h取樣分析，測定其530nm處吸光度，分析其光穩(wěn)定性。3 結果與討論3.1 溶劑法提取桑葚色素根據(jù)文獻報道和前期探索實驗，采用溶劑提取法，以乙醇溶液為提取劑，從桑葚中提取色素。以530nm處吸光值為指標，采用單因素實驗，研究提取劑濃度、料液比、提取劑pH值、提取溫度和時間等因素對桑葚色素提取率的影響；采用正交實驗確定桑葚色素的最佳提取條件。表3.1所示為溶劑法提取桑葚色素的各單因素實驗安排。 表3.1 色素提取單因素實驗因素水平表因素水 平乙醇濃度/%4050607080料液比/(g:mL)1:101:301:501:701:90pH值0.

28、51.01.52.02.5浸提時間/h1.02.03.04.05.0浸提溫度/40506070803.1.1 提取劑濃度對色素提取率的影響根據(jù)文獻資料，提取溶劑多選擇甲醇、乙醇、丙酮、水或者混合溶劑等。根據(jù)桑葚色素的溶解性（見表3.2）及穩(wěn)定性，綜合考慮溶劑的安全性、揮發(fā)性、提取效果、成本等方面因素，本實驗最終確定選用乙醇溶液提取桑葚色素。表3.2 不同溶劑對桑葚色素的溶解情況 溶劑乙醚石油醚水95%乙醇溶解情況不溶不溶易溶易溶溶液顏色變化無色無色深紫色淺紫色注：各取4g桑葚干粉末，分別在60mL水、95%乙醇、乙醚、石油醚中浸提30min準確稱取5份桑葚干，每份2g，分別加入100mL不同濃

29、度(40%、50%、60%、70%、80%)的乙醇溶液，調(diào)節(jié)提取劑pH值為2.0，于70下浸提2h，抽濾后取10mL色素提取液，定容至100mL，測定其在波長530nm處的吸光值，得到桑葚色素提取液吸光值與提取劑濃度的關系如圖3.1所示。 圖3.1 提取劑濃度對桑葚色素提取率的影響 從圖3.1可知，當乙醇濃度低于60%時，桑葚色素提取液的吸光值隨著乙醇濃度的增加而升高；當乙醇濃度高于60%時，桑葚色素提取液的吸光值隨著乙醇濃度的增加而降低。因此，乙醇濃度為60%時，桑葚色素提取液的吸光值最大為0.564，說明此濃度乙醇溶液對桑葚色素的提取效果最好。故以pH2.0的酸乙醇溶液提取桑葚色素時，乙醇

30、濃度60%左右較為適宜。3.1.2 料液比對色素提取率的影響料液比(g:mL)是指桑葚質(zhì)量與提取溶劑用量的比值。準確稱取5份桑葚干，每份2g，分別加入60%乙醇溶液20mL、60mL、100mL、140mL、180mL，調(diào)節(jié)提取劑pH值為2.0，于70浸提2h后，用酸乙醇溶液定容至180mL，抽濾后取10mL色素提取液，釋釋至100mL，測定其在波長530nm處的吸光值，得到桑葚色素提取液吸光值與料液比的關系曲線如圖3.2所示。圖3.2 料液比對桑葚色素提取率的影響從圖3.2可知，隨著料液比的增大，桑葚色素溶液的吸光值升高，在料液比為1:50時最大，表示此時色素提取率最高。之后隨著料液比的增大

31、，色素溶液的吸光值反而有所下降，色素提取率略有降低。但是，考慮到料液比增大會導致色素提取液濃度低、體積多，會延長后期色素提取液的濃縮時間，而且濃縮時間過長可能還會影響桑葚色素的熱穩(wěn)定性。因此，桑葚與提取溶劑之間的料液比以1:30為宜。3.1.3 提取劑pH值對色素提取率的影響為了防止提取過程中非?；幕ㄇ嗨亟到?，常在提取溶劑中加入一定濃度的酸，調(diào)節(jié)提取劑pH為酸性。準確稱取5份桑葚干，每份2g，加入60%乙醇溶液60mL，用1molL-1鹽酸溶液分別調(diào)節(jié)提取劑pH值為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5，于70浸提2h，抽濾后取10mL色素提取液，稀釋至100mL，測定其在波長530nm處

32、的吸光值，得到桑葚色素溶液吸光值與提取劑pH的關系曲線如圖3.3所示。圖3.3 提取劑pH值對桑葚色素提取率的影響從圖3.3可知，當pH值小于2時，桑葚色素提取液的吸光值隨著pH值的增加而增加，pH2.0時的吸光度最大，說明此時色素提取率最高；當pH值升高至2.5時，色素提取液的吸光值反而減小。因此，桑葚色素的提取劑pH值以2.0左右為宜。3.1.4 提取時間對色素提取率的影響準確稱取5份桑葚干，每份2g，分別加入60%乙醇溶液60mL，調(diào)節(jié)提取劑pH值為2.0，于70下分別提取1h、2h、3h、4h、5h，抽濾后取10mL色素提取液，稀釋至100mL，測定其在波長530nm處的吸光值，得到桑

33、葚色素提取液吸光值與提取時間的關系曲線如圖3.4所示。圖3.4 提取時間對桑葚色素提取率的影響從圖3.4中可以看出，提取時間從1h增加至4h時，桑葚色素提取液的吸光值隨提取時間的延長而升高。之后，隨著提取時間的進一步延長，色素提取液吸光值反而略有下降。這可能是由于加熱時間太長，影響了桑葚色素的穩(wěn)定性，從而導致色素提取液吸光值下降。因此，選擇桑葚色素提取時間4h左右為宜，此時色素提取率較高。3.1.5 提取溫度對色素提取率的影響 準確稱取5份桑葚干，每份2g，加入60%乙醇溶液60mL，調(diào)節(jié)提取劑pH值為2.0，分別在40、50、60、70、80下提取4h，抽濾后取10mL色素提取液，稀釋至10

34、0mL，測定其在波長530nm處的吸光值，得到桑葚色素提取液吸光值與提取溫度的關系曲線如圖3.5所示。圖3.5 提取時間對桑葚色素提取率的影響從圖3.5可知，在4070范圍內(nèi)，桑葚色素提取液的吸光值隨溫度升高而增大，在70時達到最大。這表明在此溫度范圍內(nèi)，升溫有利于色素的溶出，提取溫度為70時色素提取效果最好。繼續(xù)升高溫度，色素提取液吸光值略有下降。這可能是由于長時間處在較高溫度下對桑葚色素的穩(wěn)定性不利，從而導致色素提取液吸光值略有下降。因此，桑葚色素提取溫度以70左右為宜，此時色素提取效果較好。3.1.6 桑葚色素提取條件的正交優(yōu)化在上述單因素試驗中，提取劑濃度、料液比、提取劑pH值、提取溫

35、度對桑葚色素提取率影響較大。故在此基礎上，采用L9（34）正交表，對以上四因素進行正交實驗設計，以色素提取液吸光值為評價指標，確定最佳色素提取條件。準確稱取每份桑葚2g，分別加入乙醇溶液、調(diào)節(jié)至一定的pH值后提取色素4h，用酸乙醇溶液定容至80mL，抽濾后取10mL色素提取液，稀釋至100mL，測定其在波長530nm處的吸光值。桑葚色素提取正交實驗的因素水平安排見表3.3，實驗結果與分析見表3.4。表3.3 色素提取正交實驗因素水平表水平因 素A 乙醇濃度/ %B 提取溫度/ C pH值D 料液比/ (g:mL)155651.51:20260702.01:30365752.51:40表3.4

36、色素提取正交實驗結果與分析表序號ABCDOD530155651.51:201.3862557021:301.323355752.51:400.5554606521:400.743560702.51:201.281660751.51:301.021765652.51:300.939865701.51:400.8729657521:201.430K13.2643.0683.2794.709K23.0453.4763.4963.283K33.5413.0062.7752.170k11.0881.0231.0791.366k21.0151.1591.1651.094k31.081.0020.9250.

37、723R0.0730.1570.240.643由表3.4中的k值可以看出，桑葚色素的最佳提取工藝條件為A1B2C2D1，即提取劑乙醇濃度為55%，提取溫度為70，提取劑pH值為2.0，料液比為1:20。由表3.4中色素提取液吸光值的極差分析可知，各因素對桑葚色素提取率的影響順序為：DCBA，即料液比提取劑pH值提取溫度乙醇濃度。3.2 超聲輔助法提取桑葚色素超聲波法作為一種新興的應用技術，被廣泛地用于天然植物有效成分的提取上，超聲波還具有湍動效應、聚能效應等。其中聚能效應是指空化泡在超聲場作用下破碎、聚集的能量瞬時釋放時，產(chǎn)生的局部高溫高壓可能破壞固體微粒之間的次級鍵，降低相互作用力, 從而提

38、高傳質(zhì)速率。同時，超聲波頻率高、能量高、穿透力強，在介質(zhì)中傳播時，聚集的能量不斷被介質(zhì)吸收，轉變?yōu)闊崮?，從而使體系溫度升高。溫度適當升高，有利于有效成分的溶解，提高傳質(zhì)速率,從而提高有效成分的獲得率。3.2.1 超聲功率對色素提取率的影響準確稱取5份桑葚干，每份2g，加入55%乙醇溶液40mL，調(diào)節(jié)提取劑pH值為2.0，分別在超聲波功率100W、300W、500W、700W、900W下超聲15min（工作時間10s、工作間隙5s、全程工作時間15min、保護溫度70）后，于70浸提4h，抽濾后取10mL色素提取液，稀釋至100mL，測定其在波長530nm處的吸光值，得到桑葚色素溶液吸光值與超聲

39、功率的關系曲線如圖3.6所示。圖3.6 超聲功率對色素提取效果的影響由圖3.6可知，在超聲功率100W700W范圍內(nèi)，桑葚色素提取液的吸光值隨超聲功率的增大而升高，在700W時達到最大，明顯高于未超聲對照樣。之后繼續(xù)加大超聲功率，色素提取液吸光值反而略有下降。因此，超聲波輔助提取桑葚色素時，超聲功率以700W為宜，此時色素提取效果最好，明顯高于未超聲對照。3.2.2 超聲時間對色素提取率的影響準確稱取5份桑葚干，每份2g，分別加入55%乙醇溶液40mL，調(diào)節(jié)提取劑pH值為2.0，將其在超聲波功率700W下分別超聲5min、10min、15min、20min、25min后，于70浸提4h，抽濾后

40、取10mL色素提取液，稀釋至100mL，測定其在波長530nm處的吸光值，得到桑葚色素溶液吸光值與超聲時間的關系曲線如圖3.7所示。圖3.7 超聲時間對色素提取效果的影響由圖3.7可知，桑葚色素提取液的吸光值隨超聲時間的延長而升高，前20min吸光值升高趨勢明顯；20min后，色素提取液的吸光值變化不大。因此，選擇超聲輔助提取的時間為20min左右為宜，此時色素提取效果較好。與未超聲對照相比，桑葚色素超聲提取液的吸光度明顯升高，表明超聲處理能有效提高桑葚色素的提取效果。3.3 桑葚色素的穩(wěn)定性研究在上述最佳提取條件下制取桑葚色素提取液，并對其酸堿穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性進行研究。由于桑葚色素

41、提取液的濃度較高，超出分光光度計的測量范圍，故在穩(wěn)定性試驗中仍然要稀釋提取液，研究pH、溫度、光照對其穩(wěn)定性的影響。3.3.1 pH對桑葚色素穩(wěn)定性的影響（1）不同pH對桑葚色素顏色的影響取桑葚色素提取液各2.5mL于7個錐形瓶中，然后定容至100mL后，分別用鹽酸溶液、氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH至2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，觀察色素溶液的顏色變化如表3.5所示。表3.5 不同pH下桑葚色素的顏色變化pH值2345678顏色鮮艷的酒紅色鮮艷的酒紅色偏暗的酒紅色暗酒紅色暗紫紅色暗紫色暗黑色由表3.5可以看出，桑葚色素的色調(diào)隨pH值不同而發(fā)生明顯變化。在pH2.03.0時，

42、桑葚色素呈鮮艷的酒紅色；pH4.05.0時，呈偏暗的酒紅色；pH大于5.0以后，桑葚色素中的紅色開始減弱，紫色開始加強，漸變?yōu)榘底霞t色；當pH繼續(xù)增大至中性、微堿性時，桑葚色素由暗紫色變?yōu)榘岛谏?。桑葚色素在不同pH值下呈現(xiàn)不同色調(diào)，這可能與不同pH值下色素結構發(fā)生變化有關。根據(jù)文獻報道12，桑葚色素在強酸強堿介質(zhì)中均不穩(wěn)定，會隨pH值的變化而變化。其原因是，色素結構中吡喃雜環(huán)上的氧原子為四價，使其表現(xiàn)出某些堿的性質(zhì)；而結構中含有的酚羥基又具有某些酸的性質(zhì)。因此在酸堿的作用下，色素的化學結構會發(fā)生變化。在酸性條件下，桑葚色素主要以紅色的黃鹽形式存在；在堿性條件下，主要以藍色的醌式結構存在。（2）

43、pH對桑葚色素紫外吸收光譜的影響以55%酸乙醇溶液作為參比液，對不同pH值的桑葚色素溶液進行紫外吸收掃描，得到其在紫外光區(qū)域內(nèi)的吸收光譜。圖3.8 不同pH下桑葚色素的紫外吸收光譜從圖3.8可知，在紫外光區(qū)域(200400nm)，不同pH值的桑葚色素均有兩個特征吸收峰，分別位于222232nm、277282nm附近。從圖3.8還可以看出，不同pH值下桑葚色素的紫外吸收光譜基本接近，表明pH對桑葚色素的紫外吸收影響不大。（3）pH對桑葚色素可見吸收光譜的影響以55%酸乙醇溶液作為參比液，對不同pH值的桑葚色素溶液進行可見光吸收掃描，得到其在可見光區(qū)域內(nèi)的吸光光譜。圖3.9 不同pH下桑葚色素的可

44、見吸收光譜從圖3.9可知，在可見光區(qū)域(450-650nm)，不同pH值的桑葚色素的吸收光譜發(fā)生了明顯的變化，最大吸收波長及其吸光值均顯示出顯著差異。隨著pH值的增大，色素最大吸收波長由520nm向570nm方向偏移。這表明，桑葚色素分子結構在不同的pH值下發(fā)生了可逆的變化。當pH25時，桑葚色素的特征吸收峰在520nm處附近，但隨著pH值的升高，最大吸收波長處的吸光值明顯下降。當pH67時，520nm附近的最大吸收峰逐漸消失。當pH逐漸增大至8時，其最大吸收波長又移至570nm附近。與表3.4進行對照比較，不同pH值下，桑葚色素的可見吸收光譜變化與其所表現(xiàn)出來的色澤變化相符。3.3.2 加熱

45、對桑葚色素穩(wěn)定性的影響各取一定量的桑葚色素溶液于5個錐形瓶中，分別在20、40、60、80、100的溫度下加熱，每隔0.5h取5mL稀釋至100mL后，在波長530nm測定其吸光值。 圖3.10 加熱對桑葚色素穩(wěn)定性的影響由上圖可知，桑葚色素的熱穩(wěn)定性較好，隨著加熱溫度的升高、加熱時間的延長，桑葚色素的吸光值略有降低。因此，在桑葚色素可用于一般的食品加工中，其熱穩(wěn)定性基本不受影響。但在使用過程中，仍應盡可能避免高溫長時間加熱。3.3.3 光照對桑葚色素穩(wěn)定性的影響各取一定量的桑葚色素溶液于4個錐形瓶中，分別在室內(nèi)暗處、室內(nèi)自然光、室外太陽光和紫外光下放置，每隔0.5h取5mL稀釋至100mL后

46、，在波長530nm測定其吸光值。圖3.11 光照對桑葚色素穩(wěn)定性的影響如圖3.11所示，將桑葚色素溶液置于室內(nèi)暗處時，其吸光值基本保持不變；而桑葚色素處于室內(nèi)自然光一段時間后，其吸光值略有下降；當桑葚色素置于紫外燈和太陽光照射時，吸光值隨照射時間的延長而降低，這可能是由于太陽光中也含有紫外光，而紫外光會破壞桑葚色素的結構導致其穩(wěn)定性較差。因此，在桑葚色素的保藏過程中，最好將其置于陰涼暗處保存，以延長其使用時間。4 結論本課題以桑葚干為原料，對桑葚色素的提取及其穩(wěn)定性進行了相關研究，得到以下結論： （1）溶劑法提取桑葚色素采用溶劑提取法，以酸乙醇溶液為提取劑，從桑葚干中提取色素。通過單因素實驗和

47、正交實驗，確定桑葚色素的最佳提取條件為：提取劑（乙醇）濃度55%、料液比1:20、提取劑pH 2、提取溫度70、提取時間4.0h。 （2）超聲輔助法提取桑葚色素在溶劑法提取桑葚色素的基礎上，采用超聲波預處理提高桑葚色素的提取率。通過單因素實驗，確定最佳的超聲波預處理條件為：超聲波功率700W、超聲時間20min。 （3）桑葚色素的酸堿穩(wěn)定性桑葚色素在不同pH值下呈現(xiàn)不同色調(diào)。在pH2.03.0時，桑葚色素呈鮮艷的酒紅色；pH4.05.0時，呈偏暗的酒紅色；pH大于5.0以后，桑葚色素中的紅色開始減弱，紫色開始加強，漸變?yōu)榘底霞t色；當pH繼續(xù)增大至中性、微堿性時，桑葚色素由暗紫色變?yōu)榘岛谏?。在紫外光區(qū)域，不同pH值的桑葚色素的吸收光譜基本接近，均有兩個特征吸收峰（222232nm、277282nm）。在可見光區(qū)域，不同pH值的桑葚色素的吸收光譜產(chǎn)生明顯變化。當pH25時，桑葚色素的特征吸收峰在520nm附近，但隨著pH值的升高，最大吸收波長處的吸光值明顯下降。當pH67時，520nm附近的最大吸收峰逐漸消失。當pH逐漸增大至8時，其最大吸收波長又移至570nm附近。 （4）桑葚色素的熱穩(wěn)定性桑葚色素的熱穩(wěn)定性較好，隨著加熱溫度的升高、加熱時間的延長，色素穩(wěn)定性