蘿卜紅色素的研究進展及未來展望

◎ 熊 玥，孟余燕，張 倫，黃 鑫，吳雨軒，李 敏

（長江師范學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院，重慶 408000）

紅心蘿卜是重慶涪陵特產(chǎn)之一，常被用作泡菜原料、蘿卜干加工原料、蘿卜紅色素提取物[1]。1982年，我國首次利用紅心蘿卜提制色素成功[2]，蘿卜紅色素屬花色素苷類，為天竺葵素的葡萄糖苷衍生物，由紅心蘿卜的鮮根經(jīng)清洗、切割、浸泡、富集、干燥等工藝流程加工而成[3]，是GB 2760-2014允許使用的天然著色劑之一，可使用在果醬、蜜餞、糖果、糕點等食品中。作為天然色素，蘿卜紅色素具有安全系數(shù)大、營養(yǎng)價值高、生產(chǎn)成本低的特點，被廣泛應(yīng)用于食品、化妝、醫(yī)藥等領(lǐng)域。蘿卜紅的主要著色物質(zhì)為天竺葵素的花色苷，分子式為C15H11O5。

1 蘿卜紅色素的性質(zhì)研究

1.1 穩(wěn)定性

蘿卜紅色素堅牢度較低，其穩(wěn)定性易受到光、熱、pH、金屬離子的干擾，我國科研工作者常采用微膠囊化、添加穩(wěn)定劑、化學(xué)修飾的方法，以此延緩蘿卜紅色素的顏色變化，提高蘿卜紅色素穩(wěn)定性[4]。

1.1.1 在光照條件下的穩(wěn)定性

蘿卜紅色素的光穩(wěn)定性優(yōu)于其他天然色素，幾乎不受自然光的影響，這是因為它具有穩(wěn)定的雙?；Y(jié)構(gòu)[4]。程威等[5]發(fā)現(xiàn)，蘿卜紅色素在自然光下放置1個月，吸光度僅下降5.5%，在60 W紫外燈下輻射4 h，吸光度下降了10.5%，由此可見，紫外光對其穩(wěn)定性有一定影響。董楠等[6]發(fā)現(xiàn)，咖啡酸可以有效緩解紫外光對蘿卜紅色素的不良反應(yīng)，在紫外光照射的條件下，當咖啡酸和標準液體積比為1∶3時，色素保存率達到93.7%。

除添加穩(wěn)定劑、輔色劑的方法外，通過化學(xué)修飾的方法也可提高蘿卜紅色素的光穩(wěn)定性。若采用環(huán)氧丙烷對蘿卜紅色素進行化學(xué)修飾，在二者比例合適的情況下，蘿卜紅色素的光穩(wěn)定性有顯著的提高[7]。

1.1.2 在熱處理條件下的穩(wěn)定性

加熱溫度和加熱時間對蘿卜紅色素的熱穩(wěn)定性影響顯著，若加熱過程中減小加熱溫度、縮短加熱時間，可以提高色素保存率[8]。蘿卜紅色素在60 ℃時不分解，80 ℃時緩慢分解，100 ℃時加快分解，維生素C、谷氨酸、檸檬酸等穩(wěn)定劑能有效地加強蘿卜紅色素的熱穩(wěn)定性，避免在其加熱時分解。Wrolstad等[9]發(fā)現(xiàn)，咖啡酸也可增加蘿卜紅色素的熱穩(wěn)定性，原因是咖啡酸?；?，提高了花色苷類色素溶液的穩(wěn)定性。盧曉蕊等[10]發(fā)現(xiàn)，通過酯化可提高蘿卜紅色素的穩(wěn)定性，推測是糖環(huán)羥基與丁二酸酐與蘿卜紅色素中的花色苷分子發(fā)生了酯化反應(yīng)，產(chǎn)生酯類化合物所導(dǎo)致。

1.1.3 在酸堿變化下的穩(wěn)定性

酸堿的變化影響蘿卜紅色素顏色的變化及蘿卜紅色素的穩(wěn)定性。在酸性條件到堿性條件中，蘿卜紅色素顏色從鮮紅、橘紅、淡紫紅變化到紫色、褐綠色、綠色[11]。蘿卜紅色素在酸性條件下比較穩(wěn)定，中性或堿性條件下易分解。由于蘿卜紅色素的耐酸、耐熱性，可知蘿卜紅色素適用于為需要經(jīng)過高溫殺菌的酸性食品著色。

1.1.4 在金屬離子作用下的穩(wěn)定性

金屬離子的濃度、與金屬離子接觸的時間都會影響蘿卜紅色素的穩(wěn)定性。高濃度的Al3+、Cu2+加入蘿卜紅色素，或蘿卜紅色素與Al3+、Cu2+、Zn2+長時間接觸，蘿卜紅色素的吸光度會下降；若與Fe3+長期接觸，蘿卜紅色素溶液會變得渾濁，推測是Fe3+與蘿卜紅色素反應(yīng)產(chǎn)生金屬配合物[12]；Na+、K+、Ca2+、Mg2+幾種金屬離子幾乎不會影響蘿卜紅色素的穩(wěn)定性[5]。因此，蘿卜紅色素不適用于為含有Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+的食物著色，不適用于用鐵罐、銅罐貯藏用蘿卜紅色素上色的食物，在運輸、銷售的過程中不得與Fe3+、Cu2+、Al3+、Zn2+接觸。

1.2 抗氧化能力

蘿卜紅色素是一種多酚類色素，具有良好的抗氧化功能[13]，蘿卜紅色素的抗氧化能力體現(xiàn)在它對羥自由基的清除能力、對DPPH·的清除能力、對超氧陰離子自由基的清除能力、對單線態(tài)氧的清除能力等方面。程威等[5]向蘿卜紅色素樣液中加入FeSO4、水楊酸-乙醇溶液、H2O2，37 ℃水浴加熱0.5 h，用蒸餾水作為空白對照測試吸光度，測試在512 nm時的吸光度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蘿卜紅色素能夠有效地清除羥基自由基，抗氧化能力略高于抗壞血酸。根據(jù)鄰苯三酚在堿性條件下自氧化生成超氧陰離子自由基后產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象的原理，趙芳等[14]通過加入自由基清除劑后發(fā)光強度變化，以此預(yù)測自由基清除效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蘿卜紅色素清除自由基的作用顯著，濃度越高，清除自由基的作用則越強。

2 蘿卜紅色素的提取

自1983年涪陵釀酒廠首次進行紅心蘿卜中蘿卜紅色素的提取開始，為得到更多的天然色素蘿卜紅色素，提高產(chǎn)率，增大經(jīng)濟效益，我國科研工作者傾入大量精力對蘿卜紅色素的提取進行研究[15]。常采用酸水浸提法、有機溶劑浸提法，隨著研究推進，現(xiàn)采用超臨界CO2萃取法、大孔樹脂吸附法、柱層析法、層色譜法、酶工程法、高速分離法、超濾法等高新技術(shù)[16-17]。其中，浸提法因成本低、能耗低，被廣泛使用。影響浸提法效果的因素主要有浸提液、浸提液濃度、浸提環(huán)境的酸堿性、浸提溫度、浸提時間、浸提料液比和浸提次數(shù)[18]。

閆亞茹等[19]通過單因素實驗篩選提取蘿卜紅色素的最佳條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當提取溫度達到65 ℃、提取時間為100 min、提取料液比達到35∶1時，提取的效率最高，三者對蘿卜紅色素的提取效率影響效果為提取時間＞提取料液比＞提取溫度。朱衛(wèi)平等[20]通過單因素實驗優(yōu)化了低果膠蘿卜紅色素提取工藝，比較靜態(tài)提取和逆流提取在蘿卜紅色素提取上的差異性。結(jié)果表明，在提取體系pH=3、提取時間5 h、提取液乙醇濃度65%時，提取料液比1∶6時提取效果最佳，多級逆流提取比靜態(tài)提取的溶劑利用和提取效率更好。司軍[21]比較了檸檬酸、丙乙醇、乙醚、水、乙醇5種浸提液對蘿卜紅色素的浸提效果，結(jié)果表明，50%的乙醇的浸提效果最佳，并且易于回收。劉海軍等[22]采用溶劑浸提法輔助超聲波提取蘿卜紅色素，采用單因素實驗和正交試驗考察了料液比、浸提時間、浸提溫度、浸提液濃度四個因素對蘿卜紅色素的提取效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，浸提液乙酸濃度30%、浸提溫度40 ℃、浸提時間20 min、液比1∶1時，蘿卜紅色素提取量達7.295 μg/g。張媛媛[23]比較單次提取及逆流提取的提取效率，當料液比1∶20、提取時間2.5 h時，單次提取的效果最佳，當料液比為1∶20、提取級數(shù)為5級、提取時間間隔為20 min時，逆流提取的效果最佳。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，逆流提取率比單次提取率高37%，更能降成本、省能耗。

3 蘿卜紅色素的脫味

紅心蘿卜中含有蘿卜苷，蘿卜苷在酶的作用下會降解成小分子含硫化合物，在酸性和堿性條件會發(fā)生降解，使蘿卜紅色素產(chǎn)生臭味[24]。主要的脫味方法有加入調(diào)節(jié)劑、樹脂化法、水蒸氣蒸餾法、高壓鍋法、膜分離法和超臨界CO2脫臭法等。

程威等[25]利用殼聚糖吸附硫苷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，殼聚糖不僅能夠有效吸附硫苷，還可以讓蘿卜紅色素溶液變得澄清，當吸附時間1 h、pH=4、濃度為5 g/mL時，對硫苷的吸收率最大，高達75%。朱詩優(yōu)等[26]用超臨界CO2法萃取蘿卜紅色素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，處理溫度、壓力、時間都會影響萃取的效率，當萃取溫度40 ℃、萃取時間90 min、萃取壓力25 MPa時，萃取效率最高且對蘿卜紅色素的穩(wěn)定性影響最小。羅合春等[27]采用利用殼聚糖澄清蘿卜紅色素溶液，調(diào)節(jié)pH值、溫度、殼聚糖濃度、時間，確定最佳的絮凝沉降參數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當pH=4、溫度45 ℃、殼聚糖濃度為0.3 g/L時，溶液最為澄清，且蘿卜異味大幅度降低。陳文田[24]研究了pH以及加熱時間對蘿卜紅色素異味去除的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在pH=2.5、加熱時間5 min時，蘿卜異味和蘿卜硫味較輕。吳風池等[28]比較了酶解法、雙水相萃取法、大孔樹脂吸附法對蘿卜紅色素中異味的去除能力，結(jié)果表明，雙水相萃取法結(jié)合大孔樹脂吸附法使蘿卜紅色素中異味成分清楚效果顯著，清除了94%的異硫氰酸酯。汪照等[29]對提取蘿卜紅色素的干燥工藝參數(shù)進行優(yōu)化后，通過正交試驗發(fā)現(xiàn)熱風溫度對蘿卜紅色素的提取量有顯著的影響，當熱風溫度60 ℃、加熱風速0.8 m/s時，蘿卜紅色素的提取率高達3.12%。

4 蘿卜紅色素的檢測

目前，對于天然色素的檢測方法主要有層析法、分光光度法、色譜法、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、瑞麗光散射法等。

劉浩等[30]利用高效液相色譜檢測法，對蘿卜紅色素進行檢測，結(jié)果表明，檢測的相對標準偏差為6.3%，方法簡單、重復(fù)性好。游輝等[31]用天竺葵-3-O-葡萄糖苷作為標準品，利用高效液相色譜法測定蘿卜紅色素中花色苷的含量，結(jié)果表明，當采用UltimateXB-C18色譜柱、流速1 mL/min、柱溫25 ℃時，標準曲線的擬合度可達0.999，該法可用于蘿卜紅色素中花色苷的檢測。

5 存在不足及未來展望

我國動植物、微生物品種資源豐富，天然色素種類繁多，科研工作者為之傾入大量精力，使之工業(yè)化。蘿卜紅素著色能力強，具有極高的生理活性和營養(yǎng)價值，市場前景是廣闊的[32-33]。蘿卜紅色素自首次提取成功開始，科研工作者們對它的研究不斷深入，研究了其穩(wěn)定性的影響因素及控制方法，優(yōu)化了蘿卜紅色素提取、除味、檢測的方法。近年來興起的高新技術(shù)，如超臨界流體萃取法、超濾技術(shù)法、凝膠過濾法、酶工程法等不僅產(chǎn)率高、純度高，且有利于保護色素的穩(wěn)定性[34]。蘿卜紅色素的異味去除研究也逐漸深入，相關(guān)研究近年來逐年增多。

但關(guān)于蘿卜紅素的研究方法不夠廣泛，因本身色調(diào)不穩(wěn)定、純化難度大、異味難去除，因加工過程中工藝、設(shè)備落后，限制了蘿卜紅色素更進一步的發(fā)展[35-36]。相信在不久的將來，蘿卜紅色素將會突破這些限制，為天然色素領(lǐng)域的研究開啟一扇新的大門。