紅甜菜根中甜菜紅色素開發(fā)利用研究進展

劉文卓，雷菁清，甘生智，崔明明，肖明, *

1.青海大學（西寧 810016）；2.青海省農林科學院農村農林部農產品質量安全風險評估實驗室（西寧 810016）；3.青海大垚生態(tài)農業(yè)科技發(fā)展有限公司（西寧 810000）

紅甜菜根（Beta vulgarisL.）為藜科（Familia Chenopodiaceae）、甜菜屬（Genus Beta）二年生草本植物，因其甜菜根紅焰如火，又稱火焰菜，心為艷紅色呈輪紋狀的肉質根作為蔬菜食用，我國現(xiàn)栽培品種多且引種來源雜。甜菜根的種子、根和葉富含多種活性化合物，如類胡蘿卜素、皂苷、甜菜堿、多酚和黃酮類[1]。甜菜根中甜菜紅色素（Beta vulgaris）是一種水溶性含氮色素，由甜菜紅色素、甜菜紅苷與前甜菜紅苷組成，可以用于預防和治療高血壓和心血管疾病[2]，它們具有抗菌和抗病毒作用，還能抑制人腫瘤細胞的增殖[3]。紅甜菜根中的甜菜紅色素和甜菜黃色素能夠抑制脂質過氧化[4]，在早期關于紅甜菜根中的甜菜紅色素的分布研究發(fā)現(xiàn)紅甜菜根中主要存在的甜菜紅色素分布在根部以及根莖。甜菜紅色素與人類低密度脂蛋白結合，可增強抗氧化能力[5-6]。國外學者研究了在大鼠的飲食中加入處理的甜菜根，觀察其代謝變化，結果發(fā)現(xiàn)甜菜根能改善大鼠血脂異常變化[7]。此外，甜菜根中水溶性含氮色素受到生長季節(jié)溫度、土壤肥力、土壤濕度的影響，灌溉和采收日期也可能影響甜菜紅色素的含量。如今，人們對使用天然食品色素越來越重視，與花青素和類胡蘿卜素相比，甜菜紅色素并不常見，但都具有天然植物色素的不穩(wěn)定性。在食品加工中，甜菜根中的甜菜紅色素可以被用于食品色素改善食品的外觀[8]。因此，選擇品質優(yōu)良的甜菜根為原料，進行深加工至關重要。

1 甜菜根生理功能

甜菜根中含有多種活性物質，如甜菜紅色素、總酚以及有機酸等。甜菜根中的甜菜紅色素成為近幾年國內外研究的熱點之一。根據(jù)研究顯示，甜菜紅色素具有生理活性功能，比如抗氧化性[9]、保護心臟[10]、消炎[11]和抗菌素效應[12]。國外學者對組成甜菜紅色素中不同的色素的穩(wěn)定性的基質效應以及對其以后研究方向進行了闡述與評價[13]。與花青素類似，甜菜紅色素的穩(wěn)定性也受到了內部和外部環(huán)境因素的影響，在藥物以及化妝品的潛在應用受到了限制，但其在更廣泛的范圍內具有穩(wěn)定性，并且經過熱處理可以恢復其一定性質[14-15]。毛狀根的甜菜根與成熟的甜菜根中的甜菜紅色素進行抗氧化試驗，以清除自由基能力為指標，研究表明毛狀根中的甜菜紅色素有更強的抗氧化能力，并且甜菜紅色素的含量與酚類化合物濃度有關[16]。測定加工成不同食品的甜菜根中的總酚和有機酸的含量，將甜菜根制作成薯片以及粉末其有機酸含量較高，甜菜汁中的總酚含量最高[17]。Diego等[18]研究甜菜汁中存在的NO3-轉化為NO對心血管系統(tǒng)的影響，評估了其對NO排泄物及影響男女體重的關系?；谔鸩烁_發(fā)的一種營養(yǎng)凝膠，對其中的抗氧化能力、硝酸鹽以及總酚進行測定，結果發(fā)現(xiàn)甜菜根能改善心血管健康與增強機體運動性能[19]。研究表明，甜菜根組織中的提取物含有醌還原酶（與癌癥預防相關的有效解毒酶）[20]，甜菜紅色素為主要的醌還原酶誘導劑，具有一定的醫(yī)學價值。因此，甜菜根中的活性物質在食品和制藥業(yè)中具有巨大潛力，不僅是氧化應激保護劑，而且可以作為亞硝化應激保護劑。

2 甜菜紅色素提取與分離純化

目前，對甜菜根中活性功能物質進行研究最多的是甜菜紅色素，國內學者對甜菜根中甜菜紅色素進行提取純化，有一定的進展和收獲。甜菜紅色素的傳統(tǒng)提取方法利用其溶于水的性質，進行熱燙、切絲、浸提濃縮等進行提取分離純化，為提高其提取得率，可以使用甲醇和乙醇等有機溶劑進行提取，可以促進甜菜紅色素與溶于水中的蛋白有效分離，但有機溶劑會殘留于提取物中。國外學者通過水浴提取[21]和索氏提取法[22]提取甜菜紅色素。除了這些傳統(tǒng)提取方法，超聲波輔助[23]和微波輔助[24]提取甜菜根中甜菜紅色素是目前常見的提取方法。對甜菜紅色素提取方法進行優(yōu)化[25]，根據(jù)這些學者的研究，通過水萃取比體積分數(shù)較高的甲醇或者乙醇更有效，提取物濃度更高。利用新技術提高甜菜紅色素的得率，研究脈沖電場（PEF）處理在固液萃取過程中甜菜根中甜菜紅色素的可提取性，提取得率達到90%[26]。通過微波輔助提取甜菜紅色素，用檸檬酸晶體與乙醇（99.9%）為溶劑進行萃取，在波長535 nm下測量分析吸光度，提取結果為364.83 mg/100 g，其甜菜紅色素提取得率達到了一個較高的水平[27]。在對甜菜紅色素進行提取過程中，學者們添加了一定的穩(wěn)定劑提高其穩(wěn)定性。利用固液萃取法從紅甜菜中提取甜菜紅色素，經過γ射線預處理后，可以增加提取效率[28]。

表1 七種甜菜紅色素提取方法及得率

初提得到的甜菜紅色素含有糖類、少量的蛋白和纖維素等水溶性物質，色素品質較差，穩(wěn)定性和著色性不好，為了獲得較高品質和較高純度的甜菜紅色素，對其進行進一步的分離純化。天然色素的純化方法主要有固相萃取法、離子交換樹脂法、離子交換色譜法、吸附法、超濾法和酶法[33-34]。對甜菜紅色素進行分離分析，主要方法有比色法、薄層層析法、液相色譜法、氣相色譜法和毛細管電泳法等[35]。

3 甜菜紅色素穩(wěn)定性

隨著人們對天然食用色素的關注，甜菜根中的甜菜紅色素的穩(wěn)定性至關重要。甜菜紅色素的穩(wěn)定性較差，隨著pH的增加、溫度的升高、時間的延長，甜菜紅色素的降解程度均逐漸增大[36]，天然色素的穩(wěn)定性易受到周圍環(huán)境以及各種提取因素的嚴格制約。對甜菜根中甜菜紅色素的穩(wěn)定性研究，可以有效地緩解甜菜紅色素在食品加工、包裝以及商品流通過程中引起的變色和褪色，提高穩(wěn)定性，對于其食品的開發(fā)應用具有積極影響。

3.1 微膠囊化甜菜紅色素

微膠囊化是一種可以有效抑制氧化和變性發(fā)生的工藝手段，其利用蛋白質、多糖等大分子作為壁材對甜菜紅色素的功能性成分進行包埋，在其表面形成屏蔽層，這樣就可以避免甜菜紅色素中的敏感性成分直接與外界的氧氣、水分以及酸性和堿性物質接觸，并且有效降低環(huán)境中光照和熱量等因素的不良影響，保證甜菜紅色素的穩(wěn)定性，延長保藏期[37]。呂曉玲等[38]以麥芽糊精和阿拉伯膠作為復合壁材，對甜菜紅色素進行微膠囊化。結果表明，在最佳工藝條下，微膠囊效率為92.5%，微膠囊化后的甜菜紅色素對熱、光、氧等的穩(wěn)定性具有明顯改善。

3.2 食品添加劑對甜菜紅色素穩(wěn)定性的影響

食品添加劑是為改善食品色、香、味等品質，以及為防腐和加工工藝的需要而加入食品中的人工合成或者天然物質。徐菡等[39]為了提高甜菜汁中甜菜紅色素遇熱時的穩(wěn)定性，結合工業(yè)化生產要求，對 常用食品添加劑進行了單一添加和復合添加的穩(wěn)定性試驗，在甜菜汁中，加入0.15%抗壞血酸和0.05% CaCl2可以極大限度提高甜菜紅色素的穩(wěn)定性。因此，抗壞血酸、CaCl2、檸檬酸比較適合作為甜菜濃縮汁制備過程中的穩(wěn)定劑。

3.3 不同溶劑浸提對甜菜紅色素的影響

不同的浸提溶劑會對甜菜紅色素的穩(wěn)定性產生影響。李偉等[40]研究了不同溶劑浸提的紅葉甜菜紅色素在不同溫度及光照條件下的穩(wěn)定性。結果表明，紅葉甜菜色素在自然光照射下較為穩(wěn)定，80%乙醇浸提液在光照4 h后顏色發(fā)生變化，水提液在8 h后才發(fā)生很小的變化。當溫度小于70 ℃時2種溶劑浸提的紅葉甜菜色素基本上是穩(wěn)定的。紅葉甜菜色素的水提液相對于醇提液有較好的耐光性和耐熱性，并且成本要大大低于乙醇。

3.4 不同加工環(huán)境對甜菜紅色素穩(wěn)定性的研究

色素在加工過程中常常會由于各種因素而發(fā)生變化，了解并且掌握影響色素穩(wěn)定性的因素，對提高色素的利用率具有重要的意義。李達等[41]通過甜菜紅色素在不同加工環(huán)境中穩(wěn)定性的研究，發(fā)現(xiàn)糖溶液對色素溶液的穩(wěn)定性有一定影響。維生素C溶液濃度越大，其吸光度越低，對色素穩(wěn)定性破壞越大。國內學者對甜菜紅色素進行穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，pH對紅葉甜菜紅色素的穩(wěn)定性影響不是很大，但在堿性條件下色素不穩(wěn)定，并且當溫度高于70 ℃時甜菜紅色素會遭到破壞[42]。甜菜紅色素還會受到自身氧化酶（多酚氧化酶、過氧化物酶、甜菜紅色素氧化酶）的影響加速甜菜紅色素的降解[43]。在實際生產中，應根據(jù)生產工藝需要，避免高溫長時間加熱，選擇合適的溫度。甜菜紅色素光照時的穩(wěn)定性不佳，在加工、運輸中應注意避光保存。

4 食品開發(fā)應用

甜菜根具有很強的食用性。將甜菜根通過油炸加工成甜菜片，可以保留較高的甜菜紅色素及其對油炸甜菜片的感官及其性質（含油量、斷裂力和顏色）[44]。目前，甜菜根的開發(fā)食品方式多種多樣，國外學者研發(fā)了一種甜菜根壓縮棒的即食食品[45]，以花生粉、甜菜汁和精制面粉為材料，可以開發(fā)成一種營養(yǎng)面食[46]。甜菜根粉碎處理是目前對甜菜根加工成食品所采用較多的方法[47]，同時國內外對其干燥方式也進行研究[48]。國外學者將甜菜根提取物添加于生姜糖果并進行工藝優(yōu)化[49]，使糖果更具有營養(yǎng)物質成分。國外研究人員制作了梨和蘋果果醬，在沒有添加任何添加劑的情況下，將煮沸的甜菜根中的水加入其中，并測定了其中的脂肪和抗氧化活性[50]，結果發(fā)現(xiàn)其具有較好的抗氧化功能。甜菜根也可以作為水果沙拉，是一種較好的用于減肥的蔬菜。

同時甜菜紅色素作為天然色素在食品添加劑中被廣泛應用[51]。Synthite公司開發(fā)一種用甜菜根提取物制成的天然著色劑，該產品可替代用昆蟲制成的胭脂紅色素。

通過這些學者們的研究，將甜菜根加工成不同的方式，在提高食用性的同時，也使其具有一定的生理活性功能。除了對食品方面的開發(fā)，甜菜根中的甜菜紅色素也被應用于化妝品與染料方面[52]。對高寒地區(qū)紅甜菜根中甜菜紅色素的深入研究，利用其生物活性開發(fā)保健品，對于發(fā)展地域性經濟也具有一定的積極意義。

5 結語

通過學者研究表明，紅甜菜根中含有多種生理活性物質，甜菜紅色素具有抗衰老、保護心臟、消炎和抗菌素效應的功能，具有一定的食用價值和藥用價值。紅甜菜根加工形式多樣，可以制成面食、飲料、糖果、油炸甜菜片等。通過新技術加工方法，甜菜紅色素提取得率能達到90%以上。對甜菜根中甜菜紅色素進行穩(wěn)定性研究，可以有效地提高其穩(wěn)定性，對于其食品的開發(fā)應用具有積極影響。