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石斛兰色素稳定性研究刘磊（哈尔滨市园林科学研究所哈尔滨市邮编150040）摘要：以石斛兰为原料,对石斛兰红色素进行提取,并对其理化性质及其稳定性进行研究。在不同pH值条件下的显色情况，对氧化剂、还原剂、常见金属离子和辅色剂的稳定性和适用范围进行了研究。研究表明石斛兰红色素对Ca2+、Mg2+、K+、蔗糖、麦芽糖等表现出很强的稳定性，但对Mn2+、Fe2+、亚硫酸钠和过氧化氢表现出不稳定性。在提取红色素进行稳定性研究基础上，并根据其稳定性选择护色液分别对石斛兰花瓣进行护色处理，可获得与新鲜花瓣颜色相近的干燥花瓣，经过对比试验，筛选出最佳护色液配方及处理方法。试验表明:在pH值〈6的酸性条件下，石斛兰的红色素非常稳定，可以作为石斛兰花材干燥后不褪色的护色技术，应用于干燥花产业。关键词：石斛兰；红色素；稳定性；护色1绪论1.1石斛兰的生物学特性石斛兰（Dendrobiumnobile），别名：石斛、石兰。为兰科石斛属的多年生落叶草本花卉。茎丛生，直立，上部略呈回折状，稍偏，黄绿色，具槽纹。叶为长披针形，叶片肥厚，近革质，有光泽，互生于茎节或茎顶上，每茎上有数片至数十片叶。总状花序，常生于茎上部的节上或茎顶，花梗从茎的顶部或靠近顶部的节上抽出，一个花芽可形成1-3个花梗，花朵数视品种不同而有所差异。花色多种多样，有红、白、黄、橙、绿、等多种，色彩艳丽，花期长，有些还具有香味。花朵结构由3枚萼片、3枚花瓣、1枚蕊柱组成，其萼片已花瓣化，形似花瓣。蒴果，长条形、梨形或椭圆形，顶端多留有宿存的蕊柱。喜温暖。湿润和半阴环境，不耐寒，忌干燥、怕积水[1]。1.2研究意义和目的众所周知,国际市场天然色素代替合成色素方面已取得了一定的进展,已经形成了以天然色素为主导的市场。天然色素正以每年增长10%的速度发展。但是无论水溶性天然色素还是脂溶性天然色素均存在不稳定的问题,对天然色素的使用造成很大困难[2]。天然色素的褪色、变色是一个很复杂的问题，解决这一问题首先要了解天然色素的特征,最佳途径是清除引起变色、褪色的根源,使其保持在稳定pH值范围内,低温加热,与酶隔绝,低温流通,以及开发专用包装材料、机械等。另一种办法就是添加天然色素稳定剂,特别是采用上述方法不完善的时候,稳定剂会起到更有效保持作用[3]。天然色素是一种无公害的产品。国内外已有对葡萄、草莓、桑椹等水果和月季花、玫瑰的红色素提取工艺的报道；国外葡萄红色素的应用已非常广泛，我国对红色素提取的研究主要集中在葡萄、草莓、桑椹等果实和一些花卉上[4]。本试验以石斛兰为原料,对石斛兰红色素浸提剂进行了筛选，并在石斛兰红色素提取的基础上,对石斛兰红色素的稳定性进行研究,为石斛兰红色素的开发利用奠定了基础。2材料与方法2.1实验材料石斛兰鲜切花，红色花，花径4-5cm，水养保存。2.2实验仪器SIMADZU*UV紫外可见分光光度计、WFJ2100可见分光光度计、WHF-203三用紫外分析仪、78HW-1恒混加热磁力搅拌仪、SHB-IIIS循环水式多用真空泵、旋转蒸发器水域槽、KQ-250DB型数控超声波清洗器、电子天平等。2.3化学试剂乙醇、蒸馏水、盐酸、氢氧化钠、氟化钠、硝酸钾、氯化钙、氯化镁、硫酸锰、亚硫酸铁、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、氨基酸、抗坏血酸、植酸、冰醋酸、麦芽糖、葡萄糖、蔗糖、亚硫酸钠、过氧化氢等。2.4实验方法根据朗伯-比尔定律A=εbc,即A=Kc，以全光谱900-200nm扫描，以实验测定的最大吸收波长533nm（pH≤3）下的吸光度A533来代表色素提取液的浓度。A越大，表明色素提取率越高。本实验中各测值均为两次超声提取测定结果的平均值。分光光度计测试中以蒸馏水作为空白对照，在其可见光区的最大吸收波长下，用1cm比色皿测其吸光度A值。2.4.1石斛兰红色素的提取石斛兰花瓣→超声提取→抽滤→测吸光度值→第二次超声提取→抽滤→测吸光度值→第三次超声→抽滤→测吸光度值→合并红色素溶液待用2.4.2石斛兰色素的理化性质研究2.4.2.1PH值的影响分别取石斛兰色素原液4mL于试管中，用1mol/LHCl和1mol/LNaOH调节pH值，在pH分别为1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0和9.0条件下,在200～900nm波长下分别测其吸光值。2.4.2.2金属离子的影响分别取石斛兰色素原液3mL于试管中，在试管中分别加入0.05mol/L、0.1mol/L、0.2mol/L、0.5mol/L的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+溶剂，静置24小时，观察溶液颜色并在200～900nm波长下分别测其最大吸收峰。2.4.2.3氧化剂、还原剂的影响分别取石斛兰色素原液3mL于试管中，在试管中分别加入0.1%、0.2%、0.3%的过氧化氢溶液2mL；分别加入0.1%、0.5%、0.7%、1%的亚硫酸钠溶液2mL；静置，观察溶液颜色并在200～900nm波长下分别测其最大吸收峰。2.4.2.4碳水化合物的影响取石斛兰色素原液3mL于试管中，在试管中分别加入质量分数为3%、5%、7%、10%的蔗糖溶液、麦芽糖溶液、葡萄糖溶液各2mL，静置3小时，观察溶液颜色并在200～900nm波长下分别测其最大吸收峰，看其对色素溶液的影响。2.4.2.5有机酸的影响分别取石斛兰色素原液3mL于试管中，在试管中分别加入浓度为0.1mol/L、0.2mol/L、0.5mol/L、1mol/L、2mol/L的柠檬酸、酒石酸、苹果酸、氨基酸、抗坏血酸各2mL，在试管中分别加入质量分数为3%、5%、7%、10%的植酸溶液、冰醋酸溶液各2mL，静置，观察溶液颜色并在200～900nm波长下分别测其最大吸收峰，看其对色素溶液的影响。2.4.3应用研究对经过保护的色素和未经过保护的色素进行稳定性的破坏性实验，分析其影响因子，确定色素稳定保护剂。3结果与分析3.1石斛兰红色素的提取试验表明，其中以50%盐酸乙醇溶液为浸提液最好，溶液颜色最为鲜艳。3.2理化性质研究3.2.1pH值的影响当pH=1.0、pH=2.0时溶液加深，其中pH=2.0时溶液颜色最深；原液pH=3.0；当继续调节pH值时溶液颜色逐渐变化，当溶液pH=6.0时溶液颜色为暗紫色；当pH值继续增大到7.0，8.0和9.0时，溶液颜色变为紫色、草绿色、黄绿色。从表3-1可以看出,随着pH值的增大石斛兰红色素提取液颜色逐渐加深,而吸光值逐渐减小，在pH=2.0时吸光值最大。表明溶液酸性增强对石斛兰红色素具有明显的增色效应。表3-1pH值对石斛兰色素提取的影响pH值123456789吸光度1.5291.5301.4761.1921.2930.5790.5390.3760.184颜色最深深粉红变深深红暗紫紫色绿色黄绿色3.2.2金属离子的影响金属离子对色素溶液的影响各不相同。其中由于Na+从NaF中得来，可能溶液中的F-离子与色素溶液发生反应，导致溶液变为紫色。不同浓度的K+、Ca2+、Mg2+、Mn2+对色素溶液的影响不同，随着离子浓度的增加，溶液的吸光度先下降后上升再下降，且变化呈抛物线趋势，浓度为0.2mol/L时为抛物线顶点,且石斛兰色素溶液吸光值增加；Fe2+刚加入时使色素的颜色变为透明的黑色。试验表明有些金属离子可能会使色泽变色或褪色，而有些金属离子却有增色的作用，而且不同的浓度对溶液的影响也不相同。表3-2金属离子对石斛兰色素的影响浓度金属离子CK0.05mol/L0.1mol/L0.2mol/L0.5mol/LNa+由于反应变色K+0.8900.8830.8980.9380.868Ca2+0.8900.8790.8870.8980.896Mg2+0.8900.8830.8680.8910.879Mn2+0.8900.8580.8650.9070.837Fe2+变色3.2.3氧化剂、还原剂的影响过氧化氢、亚硫酸钠对溶液均有褪色作用。当分别加入0.1%、0.2%、0.3%的过氧化氢溶液后褪色程度依次递增，且随着过氧化氢浓度的增加石斛兰红色素吸光值减小；当分别加入0.1%、0.5%、0.7%、1%的亚硫酸钠溶液后，依次褪色，0.5%时溶液颜色很浅，1%时溶液变为无色，其随亚硫酸钠浓度的增加石斛兰红色素吸光值减小到无。试验说明氧化还原剂对色素有很强的破坏作用。表3-3氧化还原剂对石斛兰色素的影响H2O2/mL吸光度颜色Na2SO3/g吸光度颜色CK0.881红色0.10%0.372变浅0.10%0.716变浅0.50%0.197变浅0.20%0.675变浅0.70%0.065变浅0.30%0.597变浅1.00%0.032变浅3.2.4碳水化合物的影响碳水化合物对溶液均有增色作用。分别加入质量分数为3%、5%、7%、10%的麦芽糖溶液，蔗糖溶液和葡萄糖溶液。其中加入麦芽糖溶液和葡萄糖溶液后，溶液颜色依次增加，5%时溶液颜色最浓，7%和10%时溶液增色趋势下降，其麦芽糖溶液和葡萄糖浓度的增加石斛兰红色素吸光值增加呈抛物线，5%时为抛物线顶点。加入蔗糖溶液后，溶液吸光度先下降后上升，10%时到最高。表3-4碳水化合物对石斛兰色素的影响浓度碳水化合物CK3%5%7%10%麦芽糖0.8900.8870.9280.9010.892蔗糖0.8900.9060.8840.8850.912葡萄糖0.8900.9070.9290.9010.8993.2.5有机酸的影响不同的有机酸对色素溶液的影响不同。当分别加入浓度为0.1mol/L、0.2mol/L、0.5mol/L、1mol/L、2mol/L的柠檬酸、苹果酸和酒石酸后溶液颜色递增，吸光度上升，且变化呈抛物线趋势，浓度为0.5mol/L时为抛物线顶点。当加入氨基酸后，溶液变色且随着氨基酸浓度的增加石斛兰红色素变色越明显，到1mol/L溶液变为紫色。当加入抗坏血酸后，溶液吸光值逐渐减小。试验表明柠檬酸、苹果酸和酒石酸对石斛兰色素有护色作用。抗坏血酸对色素溶液有褪色作用。表3-5有机酸对石斛兰色素的影响（1）浓度有机酸CK0.1mol/L0.2mol/L0.5mol/L1mol/L2mol/L柠檬酸0.8900.9070.8990.9160.9030.915酒石酸0.8900.8940.8970.9170.911——苹果酸0.8900.7350.8960.9060.9010.903氨基酸变色，浓度越大，变色越明显，到1mol/L时变为紫色抗坏血酸0.8900.8760.8690.8860.8660.880随着植酸浓度的增加，溶液颜色依次增加，7%时溶液颜色最浓，10%时溶液增色趋势下降，植酸浓度的增加石斛兰红色素吸光值增加呈抛物线，7%时为抛物线顶点。当加入冰醋酸后石斛兰红色素吸光值增加，且随着冰醋酸的浓度的增加，溶液的吸光度持续上升，10%时为最高点。表3-6有机酸对石斛兰色素的影响（2）浓度碳水化合物CK3%5%7%10%植酸0.8810.8890.9090.9260.908冰醋酸0.8810.8770.8820.8890.9103.3应用研究根据试验得出结果，分析其影响因子，可以去除另其褪色的因子，保留可以另其增色的因子，这样就可以选出符合条件的护色剂。最佳条件即为室温下，10%的盐酸乙醇溶液，K+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、麦芽糖、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、苹果酸、酒石酸、植酸、冰醋酸溶液都会对其产生增色效果。同时要避免不利的因素，如避免接触氧化还原剂，避免接触碱性条件等。通常情况下，利用药剂处理方法可以使许多易出现褐变、褪色现象的植物材料保持原有的色彩；基本保持与原色的花材，色泽鲜艳，达到理想的效果。4结论与建议4.1结论本研究从平面干燥花制作中花材褪色这一关键问题入手，以花卉基本色调红色花材的保色为主攻目标，以实际应用为目的，对石斛兰色素稳定性进行研究，初步明确：(1)石斛兰色素是一种水溶性色素,最大吸光波长λmax=533nm,红色素易于提取，50%盐酸乙醇溶液为最好提取剂。(2)色素在酸性条件下，红色稳定，色泽鲜艳，酸性越强，红色越深,在近中性至碱性时，色素极不稳定，