紫甘薯色素的提取及純化研究

程林潤，郭入安，朱 璞，俞金龍，錢秋平

(1.浙江省金華市農(nóng)業(yè)科學研究院，浙江 金華 321000;2.永康市陽光天然色素廠，浙江 永康 321300)

1856年英國人發(fā)明第1種合成色素苯紫胺，由于其色澤鮮艷，著色力強、穩(wěn)定性高，合成色素被大量應用于食品中，但隨著人們對合成色素的安全性的深入研究，發(fā)現(xiàn)很多合成色素對人體有害，其安全性受到質(zhì)疑，并確認部分合成色素具有潛在的致畸致癌及其他毒副作用［1-4］。美國1976年禁止使用合成色素莧菜紅之后，就已逐步重視對天然色素的開發(fā)和應用。

食用天然著色劑 (天然色素)是由天然資源獲得的食品用色素。主要從動物和植物組織及微生物 (培養(yǎng))中提取的色素，其中植物性著色劑占多數(shù)。天然色素不僅具有給食品著色的作用，而且，相當部分天然色素具有生理活性。截至2008年5月，我國經(jīng)國家主管部門批準使用的天然食用色素，已有43種，是目前世界上允許使用天然色素最多的國家之一。

目前市售的天然色素價格昂貴，因此，尋找一種優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、價廉的天然色素資源是生產(chǎn)的迫切需要。紫甘薯不僅富含天然紅色素，價格低廉，而且有抗病、抗旱等優(yōu)點，是一種很好的安全性高的水溶性天然色素原料。最重要是紫甘薯色素不像蘿卜紅、紫甘藍色素那樣有難以除掉的異味，可以用在很多種食品上的著色。紫甘薯色素是從紫甘薯中提取出來的，其主要成分為花色苷類化合物，是天然水溶性食用色素。我們就紫甘薯色素的提取與精制作了初步研究，現(xiàn)將有關(guān)結(jié)果報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

紫甘薯品種為綾紫，種植于金華市農(nóng)科院科研基地。大孔吸附樹脂購自滄州寶恩化工有限公司。

儀器有UV-2501紫外可見分光光度計 (日本島津)，HH-4電子恒溫水浴鍋 (金壇市江南儀器廠)，PHS-3C酸度計 (上海精密科學儀器廠)，AL-104電子天平 (梅特勒.托利多儀器 (上海)有限公司)，R-201旋轉(zhuǎn)薄膜蒸發(fā)器 (上海申勝生物技術(shù)有限公司)。試劑有95% 乙醇，HCl，檸檬酸，NaOH，均為分析純。

1.2 方法

洗凈紫甘薯用刀切成0.3mm左右粗細絲，備用。

提取溶液的確定。根據(jù)紫甘薯所含的花青素色素為類黃酮系化合物，具有類黃酮的典型結(jié)構(gòu)，即2-苯基苯并吡喃陽離子，采用極性的酸化水酸性乙醇或乙醇來提取。根據(jù)所用溶劑提取物質(zhì)時選用溶劑的相似相溶原理，在提取達到動態(tài)平衡后，極性合適的溶劑對所提取物質(zhì)的溶解度大的方法來選擇提取溶劑。分別精確稱取紫甘薯絲4份，每份2 g(精確至0.0002 g)，至4個100mL容量瓶中，分別用0.2% HCl水溶液，0.2%檸檬酸水溶液，0.2%HCl和95%乙醇液，95%乙醇溶液定溶至100mL。于50℃水浴中提取，提取時間2 h。提取時間完成后，冷卻定容，過濾后測定。

HCl濃度 (pH值)的確定。分別精確稱取紫甘薯絲4份，每份10 g(精確至0.0002 g)分別至4個250mL三角瓶中，分別添加0.1%HCl水溶液(pH值3.5)100mL，0.2%HCl水溶液 (pH值3.0)100mL，0.3%HCl水溶液 (pH值2.5)100mL，0.4%HCl水溶液 (pH值2.0)100mL。于50℃水浴中提取，提取時間2 h。提取時間完成后，冷卻過濾稀釋測定。

提取溫度與時間的確定。分別精確稱取紫甘薯絲3份，每份10 g(精確至0.1 g)分別至3個250mL三角瓶中，用0.3%HCl水溶液定溶至100mL。分別于常溫，50℃，80℃下，每30min測定1次水浴中的提取物，提取時間4 h結(jié)束。

色素的精制。紫甘薯的色素粗提取液，內(nèi)含有淀粉、果膠、糖類等雜質(zhì)，必須進行精制。對于淀粉、果膠類雜質(zhì)可采用沉降的方法去除，而糖類雜質(zhì)須經(jīng)過大孔吸附樹脂進行純化。取經(jīng)預處理的HPD-100、HPD-722、HZ-816、HZ-820的大孔吸附樹脂各1 g于250mL三角杯中，加入100mL紫甘薯提取液，搖動吸附24 h，根據(jù)吸附前后提取液吸光值的變化計算出樹脂的吸附色素量，然后用70%的乙醇解析后，分別測其吸光度值。根據(jù)吸附容量和解吸液的吸光度值，選擇大孔吸附樹脂。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取溶劑

用0.2%HCl水溶液，0.2%檸檬酸水溶液，0.2%HCl和95%乙醇溶液，95%乙醇溶液提取紫甘薯，結(jié)果 (表1)紫甘薯用0.2%HCL和95%乙醇液提取效果最好，0.2%HCL水溶液提取效果次之，兩者差別不是很大，但是用0.2%HCl水溶液提取，因其價格低廉，更適合于大規(guī)模生產(chǎn)，所以選用HCl的水溶液作為提取溶劑。

2.2 HCl濃度

從表2可以看出，紫甘薯用0.4%HCl水溶液提取效果最好，但是其加入的酸量較多，pH值很低，對設備有一定的腐蝕性，所以對設備的要求高，另外其在600 nm處的吸光值偏高，說明其對紫甘薯中的雜質(zhì)溶解較多。綜合考慮，選用0.2%的HCl水溶液為提取溶劑。

表1 不同溶劑提取紫甘薯色素的效果

表2 不同濃度HCl水溶液提取紫甘薯色素的效果

2.3 提取溫度與時間

從表3可以看出，常溫下提取溶液的吸光度值上升變化比較緩慢，達到最大值時所需時間比較長，而在以50℃溫度條件下提取的較為合適，達到最大值時所需時間比較理想，在80℃時，提取色素達到最大值所用時間短，但同時由于色素受高溫的影響，隨著提取時間的延長，色價降低。所以提取時溫度過高過低都不理想。綜合考慮以提取溫度50℃，提取時間2 h為宜。

表3 不同提取溫度和時間提取紫甘薯色素的效果

2.4 精制

從表4可以看出，HPD-100大孔吸附樹脂有著優(yōu)良的吸附與解析性能，無論是吸附量還是解析量，均比較理想，這種樹脂可以用在紫甘薯色素的純化工藝中。

表4 不同吸附樹脂的吸附與解析效果

3 小結(jié)與討論

試驗結(jié)果表明，以0.2%的鹽酸水溶液為提取溶劑，在料液比1∶5，提取溫度50℃，提取時間2 h的條件下可獲得最大的提取收率，粗提物經(jīng)過濾后上PDA-100大孔吸附樹脂吸附，然后用70%的乙醇解析，解析液濃縮干燥后可得到色價E1%1cm530 nm=100的高色價紫甘薯色素的粉狀產(chǎn)品。

紫甘薯色素生產(chǎn)工藝簡單可行，且其原料來源廣泛，價格低廉，值得大力推廣，因此其有很好的開發(fā)前景。

［1］Goda Y，Shimizut，Kato Y.Two acylaled anthocyanins of purple sweetpotato ［J］.Phytochemistry，1997，44(1):183-186.

［2］尹晴紅，劉郵洲，謝一芝，等.紫甘薯花色苷的提取條件［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學報，2002，18(4):236-240.

［3］凌關(guān)廷.天然食品添加手冊 ［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2009.

［4］劉雅春.食品添加劑品種優(yōu)化選擇與性能分析檢測標準及應用工藝實用手冊 ［M］.長春:吉林出版發(fā)行集團，2004.