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萝卜红色素进展与未来展望
摘 要：萝卜红色素是从重庆涪陵特产红心萝卜提取出的天然色素,具有较高的着色性能及生理活性,被应用于多个领域.本文结合其稳定性、抗氧化性,以及当前研究进展,对萝卜红色素的提取、脱味、检测进行综述.
关键词：萝卜红色素；稳定性；抗氧化性
Abstract：Radish red pigment is a natural pigment extracted from red radish from Chongqing Fuling.It has high dyeing performance and nutritional value and is used in many fields. In this paper, the stability,oxidation resistance, and current research progress are reviewed. The extraction, deodorization and detectionof radish are reviewed.
Key words：Radish; Stability; Antioxidant
中图分类号：S631.1
红心萝卜是重庆涪陵特产之一,常被用作泡菜原料、萝卜干加工原料、萝卜红色素提取物[1].1982 年,我国首次利用红心萝卜提制色素成功[2],萝卜红色素属花色素苷类,为天竺葵素的葡萄糖苷衍生物,由红心萝卜的鲜根经清洗、切割、浸泡、富集、干燥等工艺流程加工而成[3],是GB 2760-2014 允许使用的天然着色剂之一,可使用在果酱、蜜饯、糖果、糕点等食品中.作为天然色素,萝卜红色素具有安全系数大、营养价值高、生产成本低的特点,被广泛应用于食品、化妆、医药等领域.萝卜红的主要着色物质为天竺葵素的花色苷,分子式为C15H11O5.
1 萝卜红色素的性质研究
1.1 稳定性
萝卜红色素坚牢度较低,其稳定性易受到光、热、pH、金属离子的干扰,我国科研工作者常采用微胶囊化、添加稳定剂、化学修饰的方法,以此延缓萝卜红色素的颜色变化,提高萝卜红色素稳定性[4].
1.1.1 在光照条件下的稳定性
萝卜红色素的光稳定性优于其他天然色素,几乎不受自然光的影响,这是因为它具有稳定的双酰基结构[4].程威等[5] 发现,萝卜红色素在自然光下放置1 个月,吸光度仅下降5.5%,在60 W 紫外灯下辐射4 h,吸光度下降了10.5%,由此可见,紫外光对其稳定性有一定影响.董楠等[6] 发现,咖啡酸可以有效缓解紫外光对萝卜红色素的不良反应,在紫外光照射的条件下,当咖啡酸和标准液体积比为1 ∶ 3 时,色素保存率达到93.7%.
除添加稳定剂、辅色剂的方法外,通过化学修饰的方法也可提高萝卜红色素的光稳定性.若采用环氧丙烷对萝卜红色素进行化学修饰,在二者比例合适的情况下,萝卜红色素的光稳定性有显著的提高[7].
1.1.2 在热处理条件下的稳定性
加热温度和加热时间对萝卜红色素的热稳定性影响显著,若加热过程中减小加热温度、缩短加热时间,可以提高色素保存率[8].萝卜红色素在60 ℃时不分解,80 ℃时缓慢分解,100 ℃时加快分解,维生素C、谷氨酸、柠檬酸等稳定剂能有效地加强萝卜红色素的热稳定性,避免在其加热时分解.Wrolstad 等[9] 发现,咖啡酸也可增加萝卜红色素的热稳定性,原因是咖啡酸酰基化,提高了花色苷类色素溶液的稳定性.卢晓蕊等[10] 发现,通过酯化可提高萝卜红色素的稳定性,推测是糖环羟基与丁二酸酐与萝卜红色素中的花色苷分子发生了酯化反应,产生酯类化合物所导致.
1.1.3 在酸碱变化下的稳定性
酸碱的变化影响萝卜红色素颜色的变化及萝卜红色素的稳定性.在酸性条件到碱性条件中,萝卜红色素颜色从鲜红、橘红、淡紫红变化到紫色、褐绿色、绿色[11].萝卜红色素在酸性条件下比较稳定,中性或碱性条件下易分解.由于萝卜红色素的耐酸、耐热性,可知萝卜红色素适用于为需要经过高温杀菌的酸性食品着色.
1.1.4 在金属离子作用下的稳定性
金属离子的浓度、与金属离子接触的时间都会影响萝卜红色素的稳定性.高浓度的Al3+、Cu2+ 加入萝卜红色素,或萝卜红色素与Al3+、Cu2+、Zn2+ 长时间接触,萝卜红色素的吸光度会下降；若与Fe3+ 长期接触,萝卜红色素溶液会变得浑浊,推测是Fe3+ 与萝卜红色素反应产生金属配合物[12]；Na+、K+、Ca2+、Mg2+ 几种金属离子几乎不会影响萝卜红色素的稳定性[5].因此,萝卜红色素不适用于为含有Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+ 的食物着色,不适用于用铁罐、铜罐贮藏用萝卜红色素上色的食物,在运输、销售的过程中不得与Fe3+、Cu2+、Al3+、Zn2+ 接触.
1.2 抗氧化能力
萝卜红色素是一种多酚类色素,具有良好的抗氧化功能[13],萝卜红色素的抗氧化能力体现在它对羟自由基的清除能力、对DPPH·的清除能力、对超氧阴离子自由基的清除能力、对单线态氧的清除能力等方面.程威等[5] 向萝卜红色素样液中加入FeSO4、水杨酸-乙醇溶液、H2O2,37 ℃水浴加热0.5 h,用蒸馏水作为空白对照测试吸光度,测试在512 nm 时的吸光度.结果发现,萝卜红色素能够有效地清除羟基自由基,抗氧化能力略高于抗坏血酸.根据邻苯三酚在碱性条件下自氧化生成超氧阴离子自由基后产生化学发光现象的原理,赵芳等[14] 通过加入自由基清除剂后发光强度变化,以此预测自由基清除效果.结果发现,萝卜红色素清除自由基的作用显著,浓度越高,清除自由基的作用则越强.
2 萝卜红色素的提取
自1983 年涪陵酿酒厂首次进行红心萝卜中萝卜红色素的提取开始,为得到更多的天然色素萝卜红色素,提高产率,增大经济效益,我国科研工作者倾入大量精力对萝卜红色素的提取进行研究[15].常采用酸水浸提法、有机溶剂浸提法,随着研究推进,现采用超临界CO2 萃取法、大孔树脂吸附法、柱层析法、层色谱法、酶工程法、高速分离法、超滤法等高新技术[16-17].其中,浸提法因成本低、能耗低,被广泛使用.影响浸提法效果的因素主要有浸提液、浸提液浓度、浸提环境的酸碱性、浸提温度、浸提时间、浸提料液比和浸提次数[18].
闫亚茹等[19] 通过单因素实验筛选提取萝卜红色素的最佳条件,结果发现,当提取温度达到65 ℃、提取时间为100 min、提取料液比达到35 ∶ 1 时,提取的效率最高,三者对萝卜红色素的提取效率影响效果为提取时间＞提取料液比＞提取温度.朱卫平等[20] 通过单因素实验优化了低果胶萝卜红色素提取工艺,比较静态提取和逆流提取在萝卜红色素提取上的差异性.
结果表明,在提取体系pH等于3、提取时间5 h、提取液乙醇浓度65% 时,提取料液比1 ∶ 6 时提取效果最佳,多级逆流提取比静态提取的溶剂利用和提取效率更好.司军[21] 比较了柠檬酸、丙乙醇、、水、乙醇5 种浸提液对萝卜红色素的浸提效果,结果表明,50% 的乙醇的浸提效果最佳,并且易于回收.刘海军等[22] 采用溶剂浸提法辅助超声波提取萝卜红色素,采用单因素实验和正交试验考察了料液比、浸提时间、浸提温度、浸提液浓度四个因素对萝卜红色素的提取效果.结果发现,浸提液乙酸浓度30%、浸提温度40 ℃、浸提时间20 min、液比1 ∶ 1 时, 萝卜红色素提取量达7.295 μg/g.
张媛媛[23] 比较单次提取及逆流提取的提取效率,当料液比1 ∶ 20、提取时间2.5 h 时,单次提取的效果最佳,当料液比为1 ∶ 20、提取级数为5 级、提取时间间隔为20 min 时,逆流提取的效果最佳.结果发现,逆流提取率比单次提取率高37%,更能降成本、省能耗.
3 萝卜红色素的脱味
红心萝卜中含有萝卜苷,萝卜苷在酶的作用下会降解成小分子含硫化合物,在酸性和碱性条件会发生降解,使萝卜红色素产生臭味[24].主要的脱味方法有加入调节剂、树脂化法、水蒸气蒸馏法、高压锅法、膜分离法和超临界CO2 脱臭法等.
程威等[25] 利用壳聚糖吸附硫苷,结果发现,壳聚糖不仅能够有效吸附硫苷,还可以让萝卜红色素溶液变得澄清,当吸附时间1 h、pH等于4、浓度为5 g/mL 时,对硫苷的吸收率最大,高达75%.朱诗优等[26] 用超临界CO2 法萃取萝卜红色素,结果发现,处理温度、压力、时间都会影响萃取的效率,当萃取温度40 ℃、萃取时间90 min、萃取压力25 MPa 时,萃取效率最高且对萝卜红色素的稳定性影响最小.罗合春等[27] 采用利用壳聚糖澄清萝卜红色素溶液,调节pH 值、温度、壳聚糖浓度、时间,确定最佳的絮凝沉降参数.结果发现,当pH等于4、温度45 ℃、壳聚糖浓度为0.3 g/L 时,溶液最为澄清,且萝卜异味大幅度降低.陈文田[24] 研究了pH 以及加热时间对萝卜红色素异味去除的影响,结果发现,在pH等于2.5、加热时间5 min 时,萝卜异味和萝卜硫味较轻.吴风池等[28] 比较了酶解法、双水相萃取法、大孔树脂吸附法对萝卜红色素中异味的去除能力,结果表明,双水相萃取法结合大孔树脂吸附法使萝卜红色素中异味成分清楚效果显著,清除了94% 的异硫氰酸酯.汪照等[29] 对提取萝卜红色素的干燥工艺参数进行优化后,通过正交试验发现热风温度对萝卜红色素的提取量有显著的影响,当热风温度60 ℃、加热风速0.8 m/s 时,萝卜红色素的提取率高达3.12%.
4 萝卜红色素的检测
目前,对于天然色素的检测方法主要有层析法、分光光度法、色谱法、液相色谱- 质谱联用法、瑞丽光散射法等.
刘浩等[30] 利用高效液相色谱检测法,对萝卜红色素进行检测,结果表明,检测的相对标准偏差为6.3%,方法简单、重复性好.游辉等[31] 用天竺葵-3-O- 葡萄糖苷作为标准品,利用高效液相色谱法测定萝卜红色素中花色苷的含量,结果表明,当采用UltimateXB-C18 色谱柱、流速1 mL/min、柱温25 ℃时,标准曲线的拟合度可达0.999,该法可用于萝卜红色素中花色苷的检测.
5 存在不足及未来展望
我国动植物、微生物品种资源丰富,天然色素种类繁多,科研工作者为之倾入大量精力,使之工业化.萝卜红素着色能力强,具有极高的生理活性和营养价值,市场前景是广阔的[32-33].萝卜红色素自首次提取成功开始,科研工作者们对它的研究不断深入,研究了其稳定性的影响因素及控制方法,优化了萝卜红色素提取、除味、检测的方法.近年来兴起的高新技术,如超临界流体萃取法、超滤技术法、凝胶过滤法、酶工程法等不仅产率高、纯度高,且有利于保护色素的稳定性[34].萝卜红色素的异味去除研究也逐渐深入,相关研究近年来逐年增多.
但关于萝卜红素的研究方法不够广泛,因本身色调不稳定、纯化难度大、异味难去除,因加工过程中工艺、设备落后,限制了萝卜红色素更进一步的发展[35-36].相信在不久的将来,萝卜红色素将会突破这些限制,为天然色素领域的研究开启一扇新的大门.
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通讯作者：李 敏（1968—）,女,硕士,教授；专业方向为食品分析.
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