红曲色素的提取工艺及其稳定性研究

红曲色素对ｐＨ是相当稳定的，这一点上优于其主
要竞争对象胭脂虫红色裂”］。在ｐＨ ６＂－－＇９范围内，红曲
色素色调几乎不变，呈现稳定的鲜红色。此外，众多的研 究者［１叼发现红曲色素的耐热性也是非常好的，从本实验 的结果看，红曲色素即使在浓度较低的情况下仍能够在 长时间烹饪下保持其色泽，在巴氏消毒的温度范围下有 很长的半衰期。由于乙醇易挥发，因此在色素热降解试 验中的高温条件下，具塞试管中产生的压力有可能影响 色素的降解。但Ｏｈｌｓｓｏｄｌ５］等人的研究报告指出高压蒸 汽的压力远远低于使物质改变结构的压力，因此本实验 中压力对色素降解的作用是可以排除的。
收稿日期：２０ｌｏ—０３—２５
鲁通讯作者
基金项目ｔ浙江省重大科技专项（ＮＯ．２００７Ｃ１２０３６）Ｉ浙江省科技计划资助项目（ＮＯ．２００７Ｃ３２００４）
作者简介：嵇豪（１９８６－－）。男，江苏阜宁人，硕士研究生，研究方向：应用微生物学．０年第７期 总第３５卷
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显著影响效应的因素，分别为乙醇浓度和ｐＨ值。再进行最陡爬坡实验获得最佳效应值并确定各因素 的最佳水平。从物质降解动力学的角度考察了红曲色素的热稳定性，并给出了红曲色素的热降解半衰
期。同时在不同波长可见光下，对色素的光稳定性进行了初步探索。
关键词：红曲色素；提取；ＰＢ；热降解动力学；光稳定性
中图分类号：ＴＳ２０２．３
较为深入的探索，以期为红曲色素的使用提供一些指 导。
１ 材料与方法
１．１材料与设备 红曲米由本实验室通过固体发酵制得，经研磨粉
碎得红曲粉末。无水乙醇由杭州萧山购得。 实验所需仪器设备主要包括：７２１紫外一可见光分
光光度计，恒温水浴锅，酸度计，彩色玻璃纸，滤纸及各 种玻璃器皿等。
实验数据处理软件为Ｍｉｎｉｔａｂｌ５．０和ＳＰＳＳｌ３．０。 １．２实验方法 １－２．１红曲色素萃取流程
对表４的结果做红曲色素热降解动力学的研究， 以Ｃ—Ｃ。，ｌｎＣ／Ｃｏ，１／Ｃｏ－－１／Ｃ对时间ｔ作线性回归分 一８８一
注：ｋ为反应速率常数，，为方程相关系数，ｔ，／：为色素降解 半衰期。零级动力学ｔｌ膳＝ｃｏ／２ｋＩ一级动力学ｔｌ，２＝ 一ｌｎｏ．５／ｋ；＝级动力学ｔｘ／２＝１／ｋＣｏ． ２．５不同波长可见光对红曲色素稳定性的影响
根据ＰＢ实验的结果各显著因素效应值的大小确 定最陡爬坡实验的步长和爬坡方向，这样能快速、经济 地逼近最佳值区域。其他因素的取值则根据各因素效 应的正负和大小确定［５］。 １．２．３ ｐＨ值对红曲色素稳定性的影响
分别调节红曲色素提取液的ｐＨ为３～１１，在各 ｐＨ值下测定其５０５ ｎｍ和４１０ ｎｍ下的吸光度，并计 算其色调。色调＝ＯＤｍ／０Ｄ。。５［６］。 １．２．４红曲色素的热降解动力学研究
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红曲色素萃取流程：红曲米研磨成粉一加人乙醇 一调节ｐＨ一恒温水浴一过滤一稀释测５０５ ｎｍ处吸 光度。
色价一吸光度×稀释倍数。 １．２．２ ＰＢ实验设计和最陡爬坡实验
Ｐｌａｃｋｅｔｔ－Ｂｕｒｍａｎ试验主要针对因子数较多，且未 确定众因子相对于响应变量的显著性时，采用的试验 设计方法。方法主要通过对每个因子取两水平来进行 分析，通过比较各个因子两水平的差异与整体的差异 来确定因子的显著性。本实验利用Ｍｉｎｉｔａｂｌ５．０软件 设计了Ｎ＝１２的Ｐｌａｃｋｅｔｔ—Ｂｕｒｍａｎ实验对红曲色素萃 取过程中５个影响因素（乙醇浓度、料液比、时间、温 度、ｐＨ）的重要性进行考察，每个因素取高低２个水 平，高水平约为低水平的１．５倍。ＰＢ实验设计见表 １，各因素水平取值见表２。
寰４不同温度和初始吸光度下红曲色素的热降解
２．３ ｐＨ值对红曲色素色价及色调的影响 在不同ｐＨ值的条件下，红曲色素的０Ｄ值表现
出一定的变化，图１中可以看出偏酸和偏碱的条件下， 红曲色素都是不稳定的。从感官上来说，当ｐＨ在６ ～９之间时，色素液呈鲜红色，而在小于６，大于９的偏 酸偏碱环境下色调大于１，色素液呈橙色、浅黄色。
红曲色素热降解动力学可被描述为如下模型： ｄＣ／ｄｔ＝－－ｋＣ４。其中Ｃ代表色素吸光度，ｔ代表时间． ｋ代表降解速率常数，ｎ代表动力学级次［７］。将方程 变形后可分别以Ｃ—Ｃｏ，ｌｎＣ／Ｃｏ，ｌ／Ｃｏ一１／Ｃ对时间ｔ 的线性回归分析，分别反映零级，一级和二级动力学， 拟合程度由回归方程的相关系数ｒ２确定。 １．２．５不同波长可见光对红曲色素稳定性的影响
根据表３分析的结果，确定不显著因素的水平，表 一８７一
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现为正效应的取高水平，表现为负效应的取低水平，即 料液比为１。２５，提取时间２ ｈ，提取温度６０℃。根据 效应值正负、大小设定最陡爬坡实验的方向和步长。 表３中的实验３，当乙醇浓度为７５％、ｐＨ值为８．０时 乙醇萃取红曲色素获得最大的效应值为１５８０ Ｕ／ｇ。 由ＰＢ实验和最陡爬坡实验，最终可以确定各因素的 水平分别为乙醇浓度７５％，料液比１·２５，提取时间 ２ ｈ，提取温度６０℃，ｐＨ为８．０。
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红曲色素的提取工艺及其稳定性研究
嵇豪，蒋冬花。，叶砚，周琴，王长春
（浙江师范大学化学与生命科学学院，浙江金华３２１００４）
摘要：利用Ｐｌａｃｋｅｔｔ－Ｂｕｒｍａｎ（ＰＢ）设计对乙醇萃取红曲色素过程中的诸多因素进行评价，筛选出２个有
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表６不同波长光照后红曲色素保存率
注：Ａ５０５为３次测定的平均值Ｉ差异显著性经Ｄｕｎｃａｎ氏 新复极差法检验，不同大小写字母分别表示在Ｐ≤０．０１，Ｐ≤ ０．０５水平上的差异显著性。
３ 讨论
红曲色素的提取是红曲色素生产过程中的一道重 要的工序，提取工艺是否恰当不仅关系到红曲色素的 产量、质量，还关系到工业生产的成本等诸多问题。生 产上选择６０℃作为提取温度会使乙醇有更大量的挥 发，而在ＰＢ实验中温度的效应值较低，因此从经济效 益角度可降低提取温度减少乙醇挥发，对色素提取率 并没有太大影响。爬坡实验可以获得较为准确的因素 水平，实验结果接近最佳区域。还可以根据需要以爬 坡实验的结果为中心点进一步做响应面分析，从而更 为精确的优化提取条件。同时，经过一次提取后的滤 渣还可以经过二次提取，最大限度的降低生产成本。
国内外的众多研究结果［８－１０］表明日光的照射能 够迅速的引起红曲色素褪色，本实验在这基础上将目 光分解考察不同波长可见光对色素稳定性的影响。将
红玻点其度 ２
复
提计 一实一
一
以色素色价作为响应值，利用Ｍｉｎｉｔａｂｌ５．０软件 对实验结果进行分析，由表２可以看出，５个因素中乙 醇浓度、提取温度、ｐＨ均表现为正效应，料液比和提 取时间表现为负效应。其中乙醇浓度和ｐＨ值的可信 度大于９９％，表现为极显著，其他因素在所考察的水 平范围内，对红曲色素的提取没有显著影响。因此将 乙醇浓度和ｐＨ值确定为主要影响因素进行下一步实 验。 ２．２最陡爬坡实验设计及结果
裹３量陡爬坡实验设计及结果
析，直线斜率为热降解速率常数ｋ。由表５可以看出， 红曲色素的热降解分别与零级、一级或二级动力学方 程有着相当高的相关性（ｒ２＝０．９７～ｏ．９９）。在８０℃ 和１００℃下，色素热降解的半衰期分别达到１２．４～ １９．６ ｈ和８．５～８．６ ｈ，这说明色素随着温度的升高半 衰期下降、稳定性降低。在相同的温度下（１００℃），初 始吸光度为０．１５３的色素液半衰期为５．９～７．４ ｈ，低 于初始吸光度为１．０４６的色素液。即高浓度色素具有 更强的热稳定性。引起该现象的原因可推测为：同批 次实验的样品所接受的总热能是一定的，故色素浓度 越高，单位色素分子获得的能量则越少，色素结构越稳 定，半衰期也就越长［１２１。
利用有色玻璃纸将阳光分解为不同波长的可见 光，照射色素液２ ｈ后结果见表６。避光组色价未发生 改变，其他组别的保存率依次为红光组＞黄光组＞绿 光组＞蓝光组＞复合光组。不同波长可见光照射的结 果具有显著差异性，其中红光组的保存率最高，达到 ６６．３％，蓝光组保存率最低，只有４４．８％。而蓝光组 和复合光组则没有显著差异。阳光中的可见光部分由 红橙黄绿青蓝紫各色组成，波长依次变短。波长越短， 频率越高，因而具有的能量（Ｅ—ｈｖ）也越大。本实验 中蓝光具有最高的能量，色素保存率最低。
对红曲色素的热降解反应从温度、初始吸光度和 时间３个方面研究。在相同的初始吸光度下，分别将 红曲色素液在８０℃和１００℃下水浴５ ｈ，每隔１ ｈ取 出，测５０５ ｎｍ下的吸光度，计算各时间段的色素保存 率。从而考察温度对红曲色素热降解速率的影响。在 相同的水浴温度下（１００℃），调节不同的色素初始吸 光度，水浴后测５０５ ｎｍ下的吸光度，考察不同初始吸 光度对红曲色素热降解速率的影响。
ｐｉｇｍｅｎｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｉｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｗｏ ｆａｃｔｏｒｓ ｐｌａｙｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅｓ，ｔｈｅｙ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｅｔｈａｎｏｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐＨ ｖａｌｕｅ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｐａｔｈ ｏｆ ｓｔｅｅｐｅｓｔ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｌｅｖｅｌｓ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎ ａ ｍａｘｉｍｕｍ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｉｇｍｅｎｔ ｔｈｅｒｍｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｄｅｇｒａ－ ｄａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈａｌｆ－ｌｉｆｅ ｏｆ Ｍｏｎａｓｃｕｓ ｐｉｇｍｅｎｔ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｍｏｎａｓｃｕｓ ｐｉｇｍｅｎｔ ｗａｓ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｅｘｐｌｏｒｅｄ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｖｉｓｉｂｌｅ ｌｉｇｈｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍｏｎａｓｅｕｓ ｐｉｇｍｅｎｔ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；Ｐｌａｃｋｅｔｔ－Ｂｕｒｍａｎ；ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ；ｐｈｏｔｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ