桑葚色素的提取及稳定性研究

1、桑葚色素的提取及稳定性研究摘要：本文以桑葚为原料，采用溶剂提取法提取桑葚色素，通过单因素实验和正交实验确定其最佳提取条件为：提取剂（乙醇）浓度55%、料液比1:20、提取剂pH2、提取温度70、提取时间4.0h。在溶剂提取法基础上，采用超声预处理提高桑葚色素的提取率，通过单因素实验，确定最佳超声预处理条件为：超声波功率700W、超声时间20min。研究了pH值、加热、光照对桑葚色素稳定性的影响，桑葚色素在不同pH值下呈现不同的色调、不同的可见吸收光谱；桑葚色素的热稳定性较好，随着加热温度的升高、加热时间的延长，稳定性略有下降；在室内暗处或自然光下放置，桑葚色素稳定性基本不受影响；在紫外灯或日光

2、照射下，色素稳定性较差。关键词：桑葚色素；提取；稳定性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 录1 引言11.1 桑葚色素概况11.2 桑葚色素的提取21.2.1 溶剂提取法21.2.2 超声波辅助提取法21.2.3 酶法提取21.2.4 超临界流体萃取31.2.5 树脂提纯法31.3 桑葚色素的稳定性31.3.1 热稳定性61.3.2 酸碱稳定性61.3.3 光稳定性61.3.4 金属离子稳定性61.3.5 氧化还原稳定性61.3.6 添加物稳定性61.4 本课

6、题的立题背景、研究内容及意义42 材料与方法62.1实验材料与试剂62.2实验仪器及设备62.3 实验方法62.3.1 溶剂法提取桑葚色素62.3.2 超声辅助法提取桑葚色素72.3.3 桑葚色素的稳定性研究73 结果与讨论83.1 溶剂法提取桑葚色素83.1.1 提取剂浓度对色素提取率的影响83.1.2 料液比对色素提取率的影响93.1.3 提取剂pH值对色素提取率的影响103.1.4 提取时间对色素提取率的影响113.1.5 提取温度对色素提取率的影响123.1.6 桑葚色素提取条件的正交优化123.2 超声辅助法提取桑葚色素133.2.1 超声功率对色素提取率的影响133.2.2 超声时

7、间对色素提取率的影响143.3 桑葚色素的稳定性研究153.3.1 pH对桑葚色素稳定性的影响153.3.2 加热对桑葚色素稳定性的影响173.3.3 光照对桑葚色素稳定性的影响184 结论20致谢21参考文献22 紫甘薯色素的提取纯化及稳定性研究 1 紫甘薯色素的提取纯化及稳定性研究 1 桑葚色素的提取及稳定性研究 231 引言桑葚，又名桑枣、桑实、乌椹、黑椹等，系桑科落叶乔木桑树的果实1，每年46月成熟，不同生长环境下的果实与品种之间存在差异2。我国是丝绸之邦，种桑养蚕历史悠久，桑树种类、品种以及桑葚产量均居世界首位，资源相当丰富，全国 26个省、市、自治区均有分布。紫桑果实色泽红紫，其中

8、的天然色素含量大、色度高、着色性好、水溶性强、安全无毒，是天然色素的良好来源。1.1 桑葚色素概况桑葚中的红色素又名桑葚红、桑葚色素，属花青素类色素，主要着色成分是矢车菊-3-葡萄糖苷，其基本结构为黄烊盐-2-苯基苯并吡喃，即花色苷元阳离子的衍生物。花青素是类黄酮物质中重要的一类，无毒、无诱变作用，具有补血、润脑、利肝、利尿、润便、抗氧化及消除自由基等功效，在治疗各种血液循环失调疾病、发炎性疾病、预防冠心病方面有显著的疗效。 图1.1 矢车菊-3-葡萄糖苷分子结构式由于合成色素对人体有害，甚至有致癌、致畸作用，其应用范围在逐渐减少。目前，世界各国仍在使用的合成色素仅有10 多种，有的国家如丹麦

9、、挪威已完全禁止使用合成色素。随着科学技术的进步，天然色素的稳定性得到提高，产品应用更加方便安全。因此，食品工业对色素的选择越来越趋向于天然色素，天然色素已成为色素市场的主流。目前，国内许多食品加工企业将目光投向桑葚中提炼出的天然色素桑葚红，因其具有花青素含量高、色泽稳定的特点，正成为其它果品无法替代的鲜果色素，其市场价格比黄金还贵。花青素的主要功效如下：(1) 有助于预防多种与自由基有关的疾病，包括癌症、心脏病、过早衰老和关节炎；(2) 通过防止应激反应和吸烟引起的血小板凝集来减少心脏病和中风的发生；(3) 增强免疫系统能力来抵御致癌物质；(4) 降低感冒的次数和缩短持续时间；(5) 具有抗

10、突变的功能从而减少致癌因子的形成；(6) 具有抗炎功效，因而可以预防包括关节炎和肿胀在内的炎症；(7) 缓解花粉病和其它过敏症；(8) 增强动脉、静脉和毛细血管弹性；(9) 保护动脉血管内壁；(10) 保持血细胞正常的柔韧性，从而帮助血红细胞通过细小的毛细血管，因此增强了全身的血液循环、为身体各个部分的器官和系统带来直接的益处，并增强细胞活力；(11) 松弛血管从而促进血流和防止高血压；(12) 防止肾脏释放出的血管紧张素转化酶所造成的血压升高；(13) 作为保护脑细胞的一道屏障，防止淀粉样蛋白的形成、谷氨酸盐的毒性和自由基的攻击，从而预防阿尔茨海默氏病；(14) 通过对弹性蛋白酶和胶原蛋白酶

11、的抑制使皮肤变得光滑而富有弹性，从内部和外部同时防止由于过度日晒所导致的皮肤损伤等等。1.2 桑葚色素的提取桑葚红色素提取的方法很多，例如：溶剂提取、超声波辅助提取、微波辅助萃取法、酶法提取、超临界流体萃取、树脂提纯等等3。比较传统的溶剂浸提法，是目前最常用的天然色素提取方法。1.2.1 溶剂提取法桑葚色素的提取溶剂有水、酸溶液、醇溶液等，所使用酸主要有盐酸、醋酸、柠檬酸和酒石酸等，所使用醇主要有甲醇、乙醇和丙二醇等。国内大多采用柠檬酸、乙醇溶液，国外许多的研究者大多采用1%HC1的甲醇溶液。2009年赵玉华4等对桑葚色素的提取方法进行了比较研究，以桑葚为原料，采用乙醇浸提法对桑葚色素的提取条

12、件进行了研究。在单因素试验基础上，通过正交实验对桑葚色素的提取条件进行优化，确定了提取桑葚色素的最佳条件为：乙醇浓度50、pH值1.0、浸提温度60、浸提时间0.5 h、料液比为12。2009年惠贤民5从桑葚中提取食用天然红色素，通过对提取剂、提取温度、提取溶液酸碱性的研究，确定了最佳提取条件：乙醇浓度95、提取温度60、pH=6，所得桑葚色素的稳定性比较好，产率为8.7。1.2.2 超声波辅助提取法超声波作为一种辅助提取手段主要集中在中草药成分、植物油、多酚、芳香成分、多糖以及其它功能成分的提取。超声波是一种高频的机械波（是机械振动或能量在空间的传播方式），能在弹性介质中以纵波的方式进行传播

13、。它是由超声波发生器将输入的交流电转化为高频交流电信号，再通过超声波换能器将高频信号转换而成的高频机械振动。其主要作用是能有效破碎植物细胞，促使细胞内有效成分的溶出，同时不破坏植物组织结构，改善有效成分的品质。陈小全6等人的研究结果表明，超声波可用于快速高效地提取桑葚中的红色素，在超声波（20KHz）作用下其提取效果以乙醇为溶剂、温度为35时较好。2011年吴智庆7等对超声波辅助提取桑葚色素的方法进行比较系统的研究，同时采用正交试验对该方法进行优化，得到了超声波辅助提取桑葚色素的最佳工艺参数为：提取溶剂0.01% HCl-70%乙醇、超声波功率140 W、超声波处理时间45 min、料液比(g

14、mL)为115，此时桑葚色素提取率为75.64%；其中各因素对超声波辅助提取桑葚色素的影响作用大小为料液比乙醇浓度超声功率超声时间。1.2.3 酶法提取酶法提取在食品工业应用极为广泛。王振宇等采用纤维素酶法提取大花葵中的花色苷，经正交试验确定了酶提法的最佳工艺参数：温度为33，pH值为6.18，固液比为14，酶用量为810kg/g，酶解时间120min。并发现酶提法与超声波提取法联用，花色苷提取率比单独酶提法高6.0%。1.2.4 超临界流体萃取超临界流体萃取（简称SCFE）是一种新型的萃取分离技术，与传统溶剂浸提法相比，其优越性有：产品无化学溶剂残留、无污染；重金属及有害物质含量极低；产品纯

15、度高，无异味；在提取过程中，无氧化现象发生，很好地保持了生理活性物质的活性及萃取物的天然风味等。20世纪50年代，美国的Todd和Elgin从理论上提出SCFE用于萃取分离的可能性。近20年来，SCFE技术迅速发展，在化工、石油、医药、香料、食品等行业中得到了广泛应用。近年来，人们也开始尝试把SCFE技术应用于天然色素的提取中，但目前影响SCFE应用的主要问题是设备的投资费用高。结合我国国情，一般以中小型的超临界萃取装置为宜，日本已经拥有超临界萃取装置的大部分公司也是使用中小型装置。1.2.5 树脂提纯法刘树兴等人以桑葚原汁为原料，直接用AB-8树脂提取桑葚红色素，生产的色素产品为紫黑色粉末，

16、色价为38.9，比国家标准提高了近10倍，得率为0.188%。大孔树脂对多种天然色素具有良好的吸附和提纯效果，但用大孔树脂提取色素费时长、成本高，不适于工业化生产。1.3 桑葚色素的稳定性温度、光照、pH、金属离子、氧化剂、还原剂、添加物等会对桑葚色素的稳定性造成一定影响。1.3.1 热稳定性桑葚色素，属花青素类色素，主要着色成分是矢车菊-3-葡萄糖苷。李利华6等人在对花青素类色素樱桃色素的热稳定性研究中发现，从2080，pH1的色素溶液吸光度有所上升，但变化幅度不大，pH2的色素溶液吸光度有较明显下降；从80100，色素溶液吸光度均有大幅度下降。由此可知，樱桃色素在酸性条件下有一定的热稳定性

17、，但当温度超过80时，色素对热较敏感。桑葚色素的热稳定性较好。惠贤民5的研究表明，桑葚色素在80下基本保持色泽不变，可以耐受一般的食品热加工。但在比较高的温度下，色素的损失较大。1.3.2 酸碱稳定性桑葚色素在强酸强碱介质中均不稳定，色泽会随pH值的变化而变化。陈小全等人6的研究表明，pH值在56之间色素最稳定，当溶液为碱性时，色素颜色会变成墨绿色。这说明在酸碱的作用下，其化学结构可能会发生变化。惠贤民等人的研究表明，桑葚色素溶液放置一周后颜色由深变浅，酸性介质下有少量沉淀，碱性介质下渐变为草黄色，这说明桑葚色素在酸、碱性介质中贮存均不稳定。1.3.3 光稳定性桑葚色素对紫外线的稳定性较差，日

18、光直接照射对色素的降解有促进作用。随着光照时间的延长，桑葚色素提取液的吸光度会减少。而在室内放置1月以上，吸光度只减少0.05%，说明在自然光下降解速度较慢，而在暗处放置降解速度更慢。付红8等人的研究表明，光照对樱桃色素的稳定性也有严重不良影响。在强光下放置色素降解速度很快，放置60d毛樱桃色素降解81.3%，草原樱桃色素降解78.7%；在自然光下降解速度较慢；在暗处放置降解速度更慢，60d 草原樱桃色素只降解1.1%，毛樱桃色素降解8.5%。1.3.4 金属离子稳定性2003年高海燕9等人进行了金属离子对樱桃色素稳定性的影响，这些金属离子包括：Al3+、Fe3+、Zn2+、Cu2+、Pb2+

19、、Mg2+、Ca2+和Na+。实验结果表明：三价离子对吸光度的影响大于二价离子；在二价离子中，Cu2+、Pb2+、Zn2+对吸光度的变化影响较大，Mg2+、Ca2+对其吸光度的变化影响较小；所有金属离子中只有Ca2+使色素的吸光度下降，其余离子均使色素的吸光值上升。1.3.5 氧化还原稳定性高海燕等人的实验结果还表明，桑葚色素对氧化剂不稳定，H2O2促进色素降解；还原剂维生素C对桑葚色素具有增色作用，这是由于维生素C降低了色素溶液的pH值，使色素溶液处在稳定的酸性环境中。徐雅琴10等人的研究结果表明，H2O2对毛樱桃红色素有显著的不良影响，可使其褪色，最大可见光吸收峰消失。其原因是毛樱桃红色素

20、属于多元酚，极易氧化。Na2SO3对毛樱桃红色素有一定降解作用，且随着浓度增大，降解速度加快，当浓度大于0.05 molL-1时，色素液变为无色，最大吸收峰消失。1.3.6 添加物稳定性添加物对色素稳定性也有一定影响。惠贤民等在桑葚色素溶液中，分别加入一定量的淀粉、食盐、食糖等不同的常用食品添加物，测定和观察色素溶液的吸光度和色泽变化，实验结果表明普通食品添加物对色素的色泽影响不大。但添加柠檬酸会使色素吸光度增大，颜色逐渐加深，由原来的浅红色变成紫红色，说明酸性添加物能使色素颜色加深，有增色作用。徐雅琴10等人研究了苯甲酸钠对毛樱桃红色素的影响，当苯甲酸钠的浓度低于0.1042 molL-1时

21、，其色素液的吸收峰无变化；且浓度在0.034720.06944 molL-1范围内，对色素液的色泽影响很小；但当苯甲酸钠的浓度达到0.1042 molL-1以上时，色素液变为无色，可见高浓度苯甲酸钠会影响毛樱桃红色素的稳定性。1.4 本课题的立题背景、研究内容及意义食用色素是以食品着色和改善食品颜色为目的的食品添加剂。长期以来，人们为达到这一目的，同时为使食品更具吸引力，常在食品加工过程中使用一些着色物质。从十九世纪中期第一个人工合成色素苯胺紫问世以来，合成色素被大量应用于食品工业中。此后，由于合成色素的安全性受到怀疑，被确认部分合成色素具有潜在的致畸、致癌及其它毒副作用，不少合成色素的使用相

22、继在各国受到不同程度的限制，尤其是1976年美国禁止使用人工合成苋菜红后，有些国家如挪威、丹麦完全禁止使用合成色素，人们把注意力转向了天然色素。天然色素给人以安全感，并且具有一定的营养和药理保健作用，而日益受到人们的青睐。天然色素的开发和应用已成为世界食用色素的发展总趋势。紫桑果实色泽红紫，其中的天然色素含量大、色度高、着色性好、水溶性强、安全无毒，并且有一定的营养和药理保健作用，是良好的天然色素来源，具有很大的开发利用潜力。为加速这一资源的研究开发，本课题以桑葚为研究对象，分别采用溶剂法、超声辅助法提取桑葚色素，并对桑葚色素的稳定性进行研究，以期为合理、有效、充分地开发和利用桑葚色素提供一定

23、的理论依据。2 材料与方法2.1 实验材料与试剂表2.1 实验材料与试剂一览表材料与试剂生产厂家桑葚干上海唐锦实业有限公司95%乙醇分析纯国药集团化学试剂有限公司无水乙醇分析纯国药集团化学试剂有限公司盐酸分析纯上海凌峰化学试剂有限公司氢氧化钠分析纯上海精化科技研究所乙醚国药集团化学试剂有限公司石油醚国药集团化学试剂有限公司定性滤纸（中速）杭州双圈滤纸有限公司（1）1molL-1盐酸溶液：量取8.35mL盐酸，用蒸馏水稀释并定容至100mL；（2）1molL-1氢氧化钠溶液：称取4g氢氧化钠，用蒸馏水稀释并定容至100mL。2.2 实验仪器及设备表2.2 实验仪器及设备一览表仪器与设备生产厂家J

24、YL-A070九阳料理机九阳股份有限公司JA2003电子天平上海恒平科学仪器有限公司JY2001精密电子天平上海精密科学仪器有限公司Detta320 pH计上海梅特勒-托利多仪器有限公司HH-4数显恒温水浴锅上海森地科学仪器有限公司754型紫外可见分光光度计上海菁华科技仪器有限公司UV-2102 PC型紫外可见分光光度计尤尼柯（上海）仪器有限公司JY92-2D超声波细胞粉碎机宁波新芝生物科技股份有限公司SHZ（）循环水式多用真空泵上海申光仪器仪表有限公司2.3 实验方法2.3.1 溶剂法提取桑葚色素 桑葚干用九阳料理机粉碎数分钟加入一定量乙醇溶液作为提取剂调节其提取剂pH值恒温提取一定时间抽滤

25、取滤液桑葚色素提取液真空旋转蒸发浓缩桑葚色素粗品。以530nm处吸光值为指标，采用单因素实验，研究提取剂浓度、料液比、pH值、提取温度和时间等因素对桑葚色素提取率的影响；采用正交实验确定最佳的桑葚色素提取条件。2.3.2 超声辅助法提取桑葚色素桑葚干用九阳料理机粉碎数分钟加入一定量乙醇溶液作为提取剂调节其提取剂pH值超声波处理恒温提取一定时间抽滤取滤液桑葚色素提取液真空旋转蒸发浓缩桑葚色素粗品。以530nm处吸光值为指标，采用单因素实验，研究超声功率和超声时间对桑葚色素提取率的影响。2.3.3 桑椹色素的稳定性研究参照李利华等11的实验方法，重点研究pH、温度、光照等因素对桑葚色素稳定性的影响

26、。（1）pH对桑葚色素稳定性的影响取一定量的色素提取液，用盐酸和氢氧化钠调节溶液酸碱度。分别将提取液pH调节至2、3、4、5、6、7、8，观察溶液颜色的变化。以提取剂溶液作为参比液，采用UV-2102 PC型紫外可见分光光度计，对桑葚色素进行吸收波长扫描，扫描范围200700nm，间隔1nm。分别测量不同pH值下桑葚色素溶液的光谱特性和吸光值，分析其酸碱稳定性。（2）温度对桑葚色素稳定性的影响取一定量的色素提取液，分别置于20、40、60、80、100的水浴中加热3h，每隔30min取出迅速冷却至室温，在530nm处测其吸光度，分析其热稳定性。（3）光对桑葚色素稳定性的影响取一定量色素提取液，

27、分别置于日光、紫外灯、自然光、暗处3 h，每隔0.5 h取样分析，测定其530nm处吸光度，分析其光稳定性。3 结果与讨论3.1 溶剂法提取桑葚色素根据文献报道和前期探索实验，采用溶剂提取法，以乙醇溶液为提取剂，从桑葚中提取色素。以530nm处吸光值为指标，采用单因素实验，研究提取剂浓度、料液比、提取剂pH值、提取温度和时间等因素对桑葚色素提取率的影响；采用正交实验确定桑葚色素的最佳提取条件。表3.1所示为溶剂法提取桑葚色素的各单因素实验安排。 表3.1 色素提取单因素实验因素水平表因素水 平乙醇浓度/%4050607080料液比/(g:mL)1:101:301:501:701:90pH值0.

28、51.01.52.02.5浸提时间/h1.02.03.04.05.0浸提温度/40506070803.1.1 提取剂浓度对色素提取率的影响根据文献资料，提取溶剂多选择甲醇、乙醇、丙酮、水或者混合溶剂等。根据桑葚色素的溶解性（见表3.2）及稳定性，综合考虑溶剂的安全性、挥发性、提取效果、成本等方面因素，本实验最终确定选用乙醇溶液提取桑葚色素。表3.2 不同溶剂对桑葚色素的溶解情况 溶剂乙醚石油醚水95%乙醇溶解情况不溶不溶易溶易溶溶液颜色变化无色无色深紫色浅紫色注：各取4g桑葚干粉末，分别在60mL水、95%乙醇、乙醚、石油醚中浸提30min准确称取5份桑葚干，每份2g，分别加入100mL不同浓

29、度(40%、50%、60%、70%、80%)的乙醇溶液，调节提取剂pH值为2.0，于70下浸提2h，抽滤后取10mL色素提取液，定容至100mL，测定其在波长530nm处的吸光值，得到桑葚色素提取液吸光值与提取剂浓度的关系如图3.1所示。 图3.1 提取剂浓度对桑葚色素提取率的影响 从图3.1可知，当乙醇浓度低于60%时，桑葚色素提取液的吸光值随着乙醇浓度的增加而升高；当乙醇浓度高于60%时，桑葚色素提取液的吸光值随着乙醇浓度的增加而降低。因此，乙醇浓度为60%时，桑葚色素提取液的吸光值最大为0.564，说明此浓度乙醇溶液对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时，乙醇

30、浓度60%左右较为适宜。3.1.2 料液比对色素提取率的影响料液比(g:mL)是指桑葚质量与提取溶剂用量的比值。准确称取5份桑葚干，每份2g，分别加入60%乙醇溶液20mL、60mL、100mL、140mL、180mL，调节提取剂pH值为2.0，于70浸提2h后，用酸乙醇溶液定容至180mL，抽滤后取10mL色素提取液，释释至100mL，测定其在波长530nm处的吸光值，得到桑葚色素提取液吸光值与料液比的关系曲线如图3.2所示。图3.2 料液比对桑葚色素提取率的影响从图3.2可知，随着料液比的增大，桑葚色素溶液的吸光值升高，在料液比为1:50时最大，表示此时色素提取率最高。之后随着料液比的增大

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，考虑到料液比增大会导致色素提取液浓度低、体积多，会延长后期色素提取液的浓缩时间，而且浓缩时间过长可能还会影响桑葚色素的热稳定性。因此，桑葚与提取溶剂之间的料液比以1:30为宜。3.1.3 提取剂pH值对色素提取率的影响为了防止提取过程中非酰基化的花青素降解，常在提取溶剂中加入一定浓度的酸，调节提取剂pH为酸性。准确称取5份桑葚干，每份2g，加入60%乙醇溶液60mL，用1molL-1盐酸溶液分别调节提取剂pH值为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5，于70浸提2h，抽滤后取10mL色素提取液，稀释至100mL，测定其在波长530nm处

32、的吸光值，得到桑葚色素溶液吸光值与提取剂pH的关系曲线如图3.3所示。图3.3 提取剂pH值对桑葚色素提取率的影响从图3.3可知，当pH值小于2时，桑葚色素提取液的吸光值随着pH值的增加而增加，pH2.0时的吸光度最大，说明此时色素提取率最高；当pH值升高至2.5时，色素提取液的吸光值反而减小。因此，桑葚色素的提取剂pH值以2.0左右为宜。3.1.4 提取时间对色素提取率的影响准确称取5份桑葚干，每份2g，分别加入60%乙醇溶液60mL，调节提取剂pH值为2.0，于70下分别提取1h、2h、3h、4h、5h，抽滤后取10mL色素提取液，稀释至100mL，测定其在波长530nm处的吸光值，得到桑

33、葚色素提取液吸光值与提取时间的关系曲线如图3.4所示。图3.4 提取时间对桑葚色素提取率的影响从图3.4中可以看出，提取时间从1h增加至4h时，桑葚色素提取液的吸光值随提取时间的延长而升高。之后，随着提取时间的进一步延长，色素提取液吸光值反而略有下降。这可能是由于加热时间太长，影响了桑葚色素的稳定性，从而导致色素提取液吸光值下降。因此，选择桑葚色素提取时间4h左右为宜，此时色素提取率较高。3.1.5 提取温度对色素提取率的影响 准确称取5份桑葚干，每份2g，加入60%乙醇溶液60mL，调节提取剂pH值为2.0，分别在40、50、60、70、80下提取4h，抽滤后取10mL色素提取液，稀释至10

34、0mL，测定其在波长530nm处的吸光值，得到桑葚色素提取液吸光值与提取温度的关系曲线如图3.5所示。图3.5 提取时间对桑葚色素提取率的影响从图3.5可知，在4070范围内，桑葚色素提取液的吸光值随温度升高而增大，在70时达到最大。这表明在此温度范围内，升温有利于色素的溶出，提取温度为70时色素提取效果最好。继续升高温度，色素提取液吸光值略有下降。这可能是由于长时间处在较高温度下对桑葚色素的稳定性不利，从而导致色素提取液吸光值略有下降。因此，桑葚色素提取温度以70左右为宜，此时色素提取效果较好。3.1.6 桑葚色素提取条件的正交优化在上述单因素试验中，提取剂浓度、料液比、提取剂pH值、提取温

35、度对桑葚色素提取率影响较大。故在此基础上，采用L9（34）正交表，对以上四因素进行正交实验设计，以色素提取液吸光值为评价指标，确定最佳色素提取条件。准确称取每份桑葚2g，分别加入乙醇溶液、调节至一定的pH值后提取色素4h，用酸乙醇溶液定容至80mL，抽滤后取10mL色素提取液，稀释至100mL，测定其在波长530nm处的吸光值。桑葚色素提取正交实验的因素水平安排见表3.3，实验结果与分析见表3.4。表3.3 色素提取正交实验因素水平表水平因 素A 乙醇浓度/ %B 提取温度/ C pH值D 料液比/ (g:mL)155651.51:20260702.01:30365752.51:40表3.4

36、色素提取正交实验结果与分析表序号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艺条件为A1B2C2D1，即提取剂乙醇浓度为55%，提取温度为70，提取剂pH值为2.0，料液比为1:20。由表3.4中色素提取液吸光值的极差分析可知，各因素对桑葚色素提取率的影响顺序为：DCBA，即料液比提取剂pH值提取温度乙醇浓度。3.2 超声辅助法提取桑葚色素超声波法作为一种新兴的应用技术，被广泛地用于天然植物有效成分的提取上，超声波还具有湍动效应、聚能效应等。其中聚能效应是指空化泡在超声场作用下破碎、聚集的能量瞬时释放时，产生的局部高温高压可能破坏固体微粒之间的次级键，降低相互作用力, 从而提

38、高传质速率。同时，超声波频率高、能量高、穿透力强，在介质中传播时，聚集的能量不断被介质吸收，转变为热能，从而使体系温度升高。温度适当升高，有利于有效成分的溶解，提高传质速率,从而提高有效成分的获得率。3.2.1 超声功率对色素提取率的影响准确称取5份桑葚干，每份2g，加入55%乙醇溶液40mL，调节提取剂pH值为2.0，分别在超声波功率100W、300W、500W、700W、900W下超声15min（工作时间10s、工作间隙5s、全程工作时间15min、保护温度70）后，于70浸提4h，抽滤后取10mL色素提取液，稀释至100mL，测定其在波长530nm处的吸光值，得到桑葚色素溶液吸光值与超声

39、功率的关系曲线如图3.6所示。图3.6 超声功率对色素提取效果的影响由图3.6可知，在超声功率100W700W范围内，桑葚色素提取液的吸光值随超声功率的增大而升高，在700W时达到最大，明显高于未超声对照样。之后继续加大超声功率，色素提取液吸光值反而略有下降。因此，超声波辅助提取桑葚色素时，超声功率以700W为宜，此时色素提取效果最好，明显高于未超声对照。3.2.2 超声时间对色素提取率的影响准确称取5份桑葚干，每份2g，分别加入55%乙醇溶液40mL，调节提取剂pH值为2.0，将其在超声波功率700W下分别超声5min、10min、15min、20min、25min后，于70浸提4h，抽滤后

40、取10mL色素提取液，稀释至100mL，测定其在波长530nm处的吸光值，得到桑葚色素溶液吸光值与超声时间的关系曲线如图3.7所示。图3.7 超声时间对色素提取效果的影响由图3.7可知，桑葚色素提取液的吸光值随超声时间的延长而升高，前20min吸光值升高趋势明显；20min后，色素提取液的吸光值变化不大。因此，选择超声辅助提取的时间为20min左右为宜，此时色素提取效果较好。与未超声对照相比，桑葚色素超声提取液的吸光度明显升高，表明超声处理能有效提高桑葚色素的提取效果。3.3 桑葚色素的稳定性研究在上述最佳提取条件下制取桑葚色素提取液，并对其酸碱稳定性、热稳定性和光稳定性进行研究。由于桑葚色素

41、提取液的浓度较高，超出分光光度计的测量范围，故在稳定性试验中仍然要稀释提取液，研究pH、温度、光照对其稳定性的影响。3.3.1 pH对桑葚色素稳定性的影响（1）不同pH对桑葚色素颜色的影响取桑葚色素提取液各2.5mL于7个锥形瓶中，然后定容至100mL后，分别用盐酸溶液、氢氧化钠溶液调节其pH至2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，观察色素溶液的颜色变化如表3.5所示。表3.5 不同pH下桑葚色素的颜色变化pH值2345678颜色鲜艳的酒红色鲜艳的酒红色偏暗的酒红色暗酒红色暗紫红色暗紫色暗黑色由表3.5可以看出，桑葚色素的色调随pH值不同而发生明显变化。在pH2.03.0时，

42、桑葚色素呈鲜艳的酒红色；pH4.05.0时，呈偏暗的酒红色；pH大于5.0以后，桑葚色素中的红色开始减弱，紫色开始加强，渐变为暗紫红色；当pH继续增大至中性、微碱性时，桑葚色素由暗紫色变为暗黑色。桑葚色素在不同pH值下呈现不同色调，这可能与不同pH值下色素结构发生变化有关。根据文献报道12，桑葚色素在强酸强碱介质中均不稳定，会随pH值的变化而变化。其原因是，色素结构中吡喃杂环上的氧原子为四价，使其表现出某些碱的性质；而结构中含有的酚羟基又具有某些酸的性质。因此在酸碱的作用下，色素的化学结构会发生变化。在酸性条件下，桑葚色素主要以红色的黄盐形式存在；在碱性条件下，主要以蓝色的醌式结构存在。（2）

43、pH对桑葚色素紫外吸收光谱的影响以55%酸乙醇溶液作为参比液，对不同pH值的桑葚色素溶液进行紫外吸收扫描，得到其在紫外光区域内的吸收光谱。图3.8 不同pH下桑葚色素的紫外吸收光谱从图3.8可知，在紫外光区域(200400nm)，不同pH值的桑葚色素均有两个特征吸收峰，分别位于222232nm、277282nm附近。从图3.8还可以看出，不同pH值下桑葚色素的紫外吸收光谱基本接近，表明pH对桑葚色素的紫外吸收影响不大。（3）pH对桑葚色素可见吸收光谱的影响以55%酸乙醇溶液作为参比液，对不同pH值的桑葚色素溶液进行可见光吸收扫描，得到其在可见光区域内的吸光光谱。图3.9 不同pH下桑葚色素的可

44、见吸收光谱从图3.9可知，在可见光区域(450-650nm)，不同pH值的桑葚色素的吸收光谱发生了明显的变化，最大吸收波长及其吸光值均显示出显著差异。随着pH值的增大，色素最大吸收波长由520nm向570nm方向偏移。这表明，桑葚色素分子结构在不同的pH值下发生了可逆的变化。当pH25时，桑葚色素的特征吸收峰在520nm处附近，但随着pH值的升高，最大吸收波长处的吸光值明显下降。当pH67时，520nm附近的最大吸收峰逐渐消失。当pH逐渐增大至8时，其最大吸收波长又移至570nm附近。与表3.4进行对照比较，不同pH值下，桑葚色素的可见吸收光谱变化与其所表现出来的色泽变化相符。3.3.2 加热

45、对桑葚色素稳定性的影响各取一定量的桑葚色素溶液于5个锥形瓶中，分别在20、40、60、80、100的温度下加热，每隔0.5h取5mL稀释至100mL后，在波长530nm测定其吸光值。 图3.10 加热对桑葚色素稳定性的影响由上图可知，桑葚色素的热稳定性较好，随着加热温度的升高、加热时间的延长，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，其热稳定性基本不受影响。但在使用过程中，仍应尽可能避免高温长时间加热。3.3.3 光照对桑葚色素稳定性的影响各取一定量的桑葚色素溶液于4个锥形瓶中，分别在室内暗处、室内自然光、室外太阳光和紫外光下放置，每隔0.5h取5mL稀释至100mL后

46、，在波长530nm测定其吸光值。图3.11 光照对桑葚色素稳定性的影响如图3.11所示，将桑葚色素溶液置于室内暗处时，其吸光值基本保持不变；而桑葚色素处于室内自然光一段时间后，其吸光值略有下降；当桑葚色素置于紫外灯和太阳光照射时，吸光值随照射时间的延长而降低，这可能是由于太阳光中也含有紫外光，而紫外光会破坏桑葚色素的结构导致其稳定性较差。因此，在桑葚色素的保藏过程中，最好将其置于阴凉暗处保存，以延长其使用时间。4 结论本课题以桑葚干为原料，对桑葚色素的提取及其稳定性进行了相关研究，得到以下结论： （1）溶剂法提取桑葚色素采用溶剂提取法，以酸乙醇溶液为提取剂，从桑葚干中提取色素。通过单因素实验和

47、正交实验，确定桑葚色素的最佳提取条件为：提取剂（乙醇）浓度55%、料液比1:20、提取剂pH 2、提取温度70、提取时间4.0h。 （2）超声辅助法提取桑葚色素在溶剂法提取桑葚色素的基础上，采用超声波预处理提高桑葚色素的提取率。通过单因素实验，确定最佳的超声波预处理条件为：超声波功率700W、超声时间20min。 （3）桑葚色素的酸碱稳定性桑葚色素在不同pH值下呈现不同色调。在pH2.03.0时，桑葚色素呈鲜艳的酒红色；pH4.05.0时，呈偏暗的酒红色；pH大于5.0以后，桑葚色素中的红色开始减弱，紫色开始加强，渐变为暗紫红色；当pH继续增大至中性、微碱性时，桑葚色素由暗紫色变为暗黑色。在紫外光区域，不同pH值的桑葚色素的吸收光谱基本接近，均有两个特征吸收峰（222232nm、277282nm）。在可见光区域，不同pH值的桑葚色素的吸收光谱产生明显变化。当pH25时，桑葚色素的特征吸收峰在520nm附近，但随着pH值的升高，最大吸收波长处的吸光值明显下降。当pH67时，520nm附近的最大吸收峰逐渐消失。当pH逐渐增大至8时，其最大吸收波长又移至570nm附近。 （4）桑葚色素的热稳定性桑葚色素的热稳定性较好，随着加热温度的升高、加热时间的延长，色素稳定性