《Plants》：Visible Spectral, CIELAB and Putative Chromophore-Class Screening of Plant and Agro-Food Residue Extracts
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**摘要**
以天然替代品取代合成着色剂，需要针对特定来源制定提取策略，因为色素类别在极性、pH响应和热稳定性方面存在差异。本次初步筛查聚焦于六种植物与农产品加工副产物基质：紫甘蓝、德国鸢尾花瓣、火龙果、橙皮、咖啡渣和松树皮。每种基质均经过十二种提取处理，这
**摘要**
以天然替代品取代合成着色剂，需要针对特定来源制定提取策略，因为色素类别在极性、pH响应和热稳定性方面存在差异。本次初步筛查聚焦于六种植物与农产品加工副产物基质：紫甘蓝、德国鸢尾花瓣、火龙果、橙皮、咖啡渣和松树皮。每种基质均经过十二种提取处理，这些处理组合了水、乙醇、30%丙酮、酸/碱改性剂、沸水、冷冻和超声辅助。提取物通过360至740 nm波段的可见透射光谱进行评价，并依据仅当实测%T超过0.01时的Aapp(λ) = ?log10[%T(λ)/100]公式，将数据运算转换为表观光学衰减；该信号可能同时包含吸收和光散射，并在D65/10°条件下转换为CIELAB坐标。光谱与色度学相结合的方法将提取物分为红紫色组和黄褐色组。紫甘蓝和鸢尾表现出类花青素行为，火龙果呈现与甜菜色素相容的品红色响应，橙皮表现出与类胡萝卜素相容的短波衰减，咖啡渣和松树皮则产生宽广的棕黄色光谱轮廓。由于未进行色谱鉴定，色素家族归属仍属推定性质。本研究明确旨在作为概念验证性的描述性图谱绘制步骤，而非经统计验证的提取优化研究。由于每种基质-处理组合仅制备一次，本文中的所有比较仅描述所观察到的筛查制备物；它们不估算可重复的处理效应、置信区间或统计显著性。先前等权重的低L*/高C*ab强度评分已从修订后的分析中移除。未测量提取产率、回收率、质量平衡、纯度、色素浓度或应用性能；因此，本研究仅描述所得提取物的光学外观，并不量化着色剂回收率。可见透射率、表观光学衰减和CIELAB坐标仅支持基于文献的类别级假设，无法鉴定色素家族或单一化合物。
**论文解读：基于可见光谱与CIELAB色度学的植物及农产品加工副产物提取物色素的初步筛查研究**
**研究背景与意义**
随着食品、包装、纺织及涂料等行业对可持续发展与环保要求的不断提升，寻找合成着色剂的低影响替代品已成为学术界和工业界的共同关注焦点。天然着色剂的实用价值不仅取决于其生物来源，更依赖于发色团的化学类别、溶解性、pH及热响应特性、对氧和光的稳定性，以及与最终应用基质的相容性。花青素、甜菜色素和类胡萝卜素是结构迥异的发色团家族：花青素属于黄酮类色素，其颜色受花青素阳离子、醌型碱、甲醇假碱和查尔酮等多种平衡态调控；甜菜色素是源自酪氨酸的亚胺类共轭物，围绕甜菜醛酸构建；类胡萝卜素则是长链多烯四萜类化合物。此外，来自咖啡、树皮或真菌的棕色着色剂通常源于聚合或氧化混合物，而非单一窄带发色团。然而，不同色素类别在极性、pH响应和热稳定性上的显著差异，决定了提取策略必须针对特定原料来源进行优化。目前，针对多种植物及农产品加工副产物基质的系统性光学筛查研究仍然缺乏，尤其是在同一标准化流程下对多种基质和多种提取方案进行比较的工作更为少见。因此，研究人员开展了一项概念验证性的初步筛查研究，旨在通过可见光谱和CIELAB色度学方法，对六种植物及农产品加工副产物基质——紫甘蓝（*Brassica oleracea* var. *capitata* f. *rubra*）、德国鸢尾（*Iris germanica*）花瓣、火龙果（*Hylocereus*/*Selenicereus* sp.）、橙皮（*Citrus sinensis*）、咖啡渣（*Coffea arabica*）和松树皮（*Pinus* sp.）——的提取物进行光学表征，以建立基质与光学响应之间的初步关联，为后续的色素鉴定和工艺开发奠定基础。该研究发表在《Plants》期刊上。
**研究技术与方法**
研究人员采用了一种结合可见透射光谱法与CIELAB色度学的筛查策略。每种基质称取约0.2 g（按接收状态，未进行干物质归一化），分别接受12种复合提取处理（T1–T12），这些处理组合了水、乙醇、30%丙酮、HCl/KOH添加、沸水、70°C加热、冷冻和超声辅助等多种条件。提取液转移至10 mm玻璃比色皿，使用CM-36dG台式分光光度计在360–740 nm范围内测量可见透射光谱，并以D65/10°条件计算CIELAB坐标。实测透射率%T被运算转换为表观光学衰减A
app(λ) = ?log
10[%T(λ)/100]（仅当%T > 0.01），该信号可能同时包含分子吸收和光散射贡献。对于透射率等于或低于0.01%T的数据点，研究人员将其作为删失值处理，不进行对数转换，也不强行赋予A
app = 4.00的上限。所有光谱处理和数据绘图均使用Python 3.13和Matplotlib 3.10.8完成。由于每种基质-处理组合仅制备一次，该研究未采用推断性统计分析，所有结果仅作为描述性观察报告。
**研究结果**
**2.1 总体色度与光谱分化**
所有基质在至少一种提取条件下均产生有色液体提取物。CIELAB a*-b*坐标分布显示，材料可划分为两个大类：红紫色组（紫甘蓝、德国鸢尾和火龙果）和黄-橙色/棕色组（橙皮、咖啡渣和松树皮）。通过L*-C*
ab空间和极坐标图（以°Hue为角坐标、C*
ab为径向坐标）的展示，研究人员确认了最暗和最饱和的观察结果并非总来自同一处理方案。因此，L*、C*
ab和°Hue被作为独立维度分别报告，未合并复合评分。值得注意的是，该研究仅描述单一制备物的表观光学属性，不推断任何工艺变量的独立效应。
**2.2 红紫色基质：紫甘蓝、鸢尾花瓣和火龙果**
紫甘蓝的T1、T11和T12处理表现出位于绿色区域（520–540 nm）的衰减特征，这与文献报道的花青素类物质的宽谱响应相容，因此支持类花青素的类别级假说。其中，T12具有最低观察L*值（15.46），而T4具有最高观察C*
ab值（55.92）。KOH添加的T4处理显示出向长波方向的位移，伴随绿色-蓝色视觉变化，这被解释为可能的pH相关发色团转化，而非提取效率的提升。德国鸢尾的T12处理同时具有最低L*（71.18）和最高C*
ab（35.42），其光衰减特征也支持类花青素解释。火龙果提取物则呈现品红色至黄色的外观范围，T2具有最低L*（34.06），T10具有最高C*
ab（75.37），其绿色区域衰减特征与类甜菜色素的文献假说相容。然而，由于火龙果处理的过滤/稀释历史无法追溯，其数据被排除在定量比较之外。
**2.3 黄-橙色和棕色基质**
橙皮提取物以正b*值为主导，T8具有最高观察C*
ab（126.18），其短波衰减模式与类胡萝卜素假说相容。咖啡渣和松树皮则产生宽广的光衰减轮廓而非窄带色素特征，这与类黑素、单宁、原花青素或氧化酚类物质的可能贡献相符。其中，咖啡渣T8具有最低L*（25.32），T7具有最高C*
ab（77.04）；松树皮T4具有最低L*（3.81），T2具有最高C*
ab（93.13）。极深色或宽带响应可能反映了悬浮颗粒、散射、氧化或降解的叠加效应，而非单纯的发色团吸收。
**2.4 跨基质的观察筛查模式**
在测试的单一制备物中，独立的CIELAB极值和定性衰减形状在各基质和处理方案间存在差异，但未指定任何方案为最佳。紫甘蓝、鸢尾和火龙果显示红紫色或品红色光学区域；橙皮显示黄-橙色坐标；咖啡和松树皮显示宽广的棕黄色衰减。研究人员据此设计了图7的类别级概念框架，将观察到的光学模式与文献依据的假说及所需的确证分析联系起来。该框架仅表示从经验观察到假设再到验证方法的概念性进展，不含任何分子结构或化合物特异性指认。
**讨论与结论**
在讨论部分，研究人员强调，CIELAB坐标和光谱形状的描述性报告方式无法替代经澄清、稀释和常规UV-可见验证的测量。诸如“类花青素”、“类甜菜色素”、“类胡萝卜素相容”、“类黑素样”等术语仅作为光学类别描述符使用，不确认提取物中存在任何特定分子或色素家族。研究人员明确指出，单独的可见光光学数据无法区分分子吸收与散射，也无法确认色素家族或单个化合物。研究结论表明，可见光谱、表观光学衰减转换和CIELAB色度法为描述化学成分多样基质的提取物光学外观提供了一个实用的初步筛查框架，其结果为谨慎的、基于光学相容性的推定色素类别解释提供了支持，而非直接的分子鉴定。研究未对任何处理方案指定优先级，火龙果观察结果因预处理历史无法标准化而被视为不可比。该研究作为一项透明的描述性筛查记录，为后续的重复提取、色谱色素鉴定、pH控制稳定性测试和应用特异性验证奠定了基础，但不能替代这些后续工作。所有类别级归属均需通过色谱或分子验证予以确认。
