紅棗色素提取工藝及理化性質(zhì)研究實(shí)踐

段小果，張衛(wèi)衛(wèi)，石 勇，王維靜，黨連奎

（1.好想你健康食品股份有限公司，河南鄭州 450001；2.河南省國德科果蔬研究院有限公司，河南鄭州 450001）

紅棗作為藥食同源食物，在我國有4000多年的栽培史，尤其是在我國北方地區(qū)種植面積比較廣泛。在黃河中下游地區(qū)退耕還林以及發(fā)展經(jīng)濟(jì)林果的過程中，紅棗也是主要樹種。目前，我國紅棗樹栽培面積較廣，但近年來受各種因素的影響，尤其是秋季雨水過多，導(dǎo)致紅棗腐爛，難以保存；疫情常態(tài)化影響下，物流運(yùn)輸速度降低，銷售不暢，導(dǎo)致大量紅棗資源浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益下降。隨著人們生活水平的不斷提高，在綠色健康理念的影響下，紅棗色素作為天然色素資源，色澤比較鮮艷，安全無毒，具有特定的藥效，可應(yīng)用在醫(yī)藥、化妝品、食品等方面，具有廣闊的開發(fā)利用前景。本文以紅棗色素為研究對(duì)象，對(duì)紅棗色素提取工藝以及理化性能進(jìn)行分析，明確了紅棗色素的應(yīng)用價(jià)值。

1 紅棗色素提取工藝

1.1 超聲提取法

在紅棗色素提取過程中，超聲提取法的提取率較高，且速度較快，不會(huì)對(duì)紅棗色素的原有效成分產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，超聲波提取法在紅棗色素提取過程中的應(yīng)用比較普遍。超聲提取法除了能夠加速植物中有效成分快速進(jìn)入溶劑，還可促進(jìn)溶劑滲入植物組織細(xì)胞，提升紅棗色素中有效成分在溶劑中的溶解效果，縮短提取時(shí)間，保證提取率[1]。

1.2 微波輔助萃取技術(shù)

近年來，在天然產(chǎn)物活性成分萃取過程中，微波輔助萃取技術(shù)的應(yīng)用越來越普遍。作為一種新型高效萃取技術(shù)，將其應(yīng)用在紅棗色素提取過程中，可縮短萃取時(shí)間，保證提取率，且該技術(shù)在應(yīng)用過程中的能耗水平比較低，溶劑用量也相對(duì)較少，操作比較簡(jiǎn)單，具有突出的應(yīng)用效益。微波提取法主要應(yīng)用在山茶花紅色素提取過程中，而在紅棗色素提取過程中，對(duì)該工藝進(jìn)行應(yīng)用也能夠充分發(fā)揮作用。通過對(duì)比分析，微波提取法與溶劑浸提法相比，能夠大大縮短提取時(shí)間，也可在一定程度上提高提取率。微波輔助萃取技術(shù)一般需要與其他提取工藝配合應(yīng)用，可保證提取效果。

1.3 纖維素酶超聲波萃取技術(shù)

該提取技術(shù)是超聲波提取方法中的一種，作為一種現(xiàn)代化的萃取技術(shù)，可強(qiáng)化植物細(xì)胞壁的破壞作用，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的成分快速釋放、擴(kuò)散和被有效提取。在紅棗色素提取過程中，該技術(shù)的應(yīng)用也比較普遍。纖維素酶主要在植物細(xì)胞的細(xì)胞壁發(fā)生作用，可促使細(xì)胞壁快速降解，一直到細(xì)胞破裂。在纖維素酶的影響下，超聲波的空化以及機(jī)械效應(yīng)可提高細(xì)胞壁破碎速度，確保溶劑能夠快速有效進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。超聲波的熱效應(yīng)也可進(jìn)一步擴(kuò)散細(xì)胞內(nèi)的有效成分，提高提取率[2]。

1.4 溶劑提取法

該方法在應(yīng)用過程中的主要原理是相似相溶，可選擇對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物溶解度比較大、而對(duì)非目標(biāo)溶解度比較小的溶劑，能夠?qū)⒂行С煞謴闹参锝M織內(nèi)快速溶解，是一種比較常規(guī)的提取方法。但這種方法的提取效率比較低，操作時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，需與當(dāng)前的超聲波提取、微波提取技術(shù)等配合應(yīng)用。

1.5 柱層析法

該方法是對(duì)紅棗色素進(jìn)行初步提取后，進(jìn)一步純化提取。在早期的柱層析法應(yīng)用過程中，固定相主要利用氧化鋁以及纖維素。目前，更多使用凝膠、聚酰胺、離子交換樹脂和硅膠等各種材料作為固定相。凝膠柱層析在應(yīng)用中的操作條件比較穩(wěn)定，不需要使用有機(jī)溶劑，且可保證目標(biāo)產(chǎn)物理化性質(zhì)不變，在紅棗色素提取過程中具有突出的應(yīng)用效果。離子交換柱層析的主要原理是物質(zhì)所攜帶的電荷存在差異，對(duì)管柱上的交換劑的親和力不同，可通過改變淋洗液離子強(qiáng)度和pH值洗脫目標(biāo)產(chǎn)物[3]。

2 紅棗色素理化性質(zhì)分析

2.1 紅棗色素的穩(wěn)定性

在對(duì)紅棗色素的理化性質(zhì)進(jìn)行分析時(shí)，需要了解其穩(wěn)定性。紅棗色素敏感性不強(qiáng)，但在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，紅棗色素對(duì)光、溫度的穩(wěn)定性良好，對(duì)大多數(shù)金屬離子的穩(wěn)定性也處于較好狀態(tài)。

（1）溶解性特點(diǎn)。紅棗色素在非極性有機(jī)溶劑中的溶解難度比較大，特別是在石油醚、氯仿、乙酸乙酯等極性比較低的溶劑中無法溶解；在無水乙醇、HCl溶液中會(huì)出現(xiàn)微溶情況；易溶于水、甲醇以及NaOH等極性溶劑。這說明紅棗色素是強(qiáng)極性水溶性色素。

（2）對(duì)光的穩(wěn)定性。在紅棗色素穩(wěn)定性研究過程中，需要了解紅棗色素在黑暗和光照情況下的吸光情況，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，紅棗色素在黑暗和光照條件下的吸光值均為先降低后升高的趨勢(shì)。但在光照條件下降低速度更快。通過研究可確定紅棗色素對(duì)自然光的穩(wěn)定性比較差，受光照時(shí)長(zhǎng)的影響比較大，隨著光照時(shí)間延長(zhǎng)，紅棗色素吸光值逐漸下降，色素的顏色更深，出現(xiàn)白色沉淀。通過光穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，確定在完成紅棗色素提取工作后，為了防止色素沉淀對(duì)應(yīng)用效果產(chǎn)生不利影響，最好避光保存。在研究中，紫外燈照射對(duì)紅棗色素的穩(wěn)定性影響不明顯，可忽略不計(jì)。這意味著在對(duì)紅棗色素進(jìn)行提取后，可使用紫外線照射對(duì)紅棗色素進(jìn)行殺菌處理。

（3）溫度穩(wěn)定性。紅棗色素在45～85 ℃的條件下保持良好的穩(wěn)定性；而在40～100 ℃的溫度環(huán)境下進(jìn)行分析，紅棗色素的吸光值隨著溫度升高不斷增加，變化并不明顯，顏色逐漸變深，但仍然為棗紅色；溫度為60～100 ℃時(shí)，紅棗色素吸光值受溫度影響下降。從總體分析，紅棗色素的熱穩(wěn)定性相對(duì)良好[4]。

（4）酸堿度穩(wěn)定性。在紅棗色素提取完成后，利用堿提法能夠?qū)t棗色素的堿性穩(wěn)定性進(jìn)行判斷。紅棗色素在堿性環(huán)境下具有一定的穩(wěn)定性，但在酸性環(huán)境中不穩(wěn)定。隨著pH值不斷增加，紅棗色素的顏色變深。pH值為1～5時(shí)，色素不能充分溶解，出現(xiàn)沉淀物；pH值為6～7時(shí)，色素溶解度比較低，穩(wěn)定性也比較差；pH值為8～11時(shí)，色素液的顏色為棗紅色，溶液無沉淀。由此可見，紅棗色素的堿性環(huán)境穩(wěn)定性比較強(qiáng)[5]。

（5）對(duì)氧化劑以及還原劑的穩(wěn)定性。在實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，確定雙氧水和亞硫酸鈉的濃度后，對(duì)紅棗色素溶液進(jìn)行氧化劑和還原劑的穩(wěn)定性研究。雙氧水的濃度為0.5%時(shí)，會(huì)對(duì)色素的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，顏色變淺；亞硝酸鈉濃度為0.1%以上時(shí)，紅棗色素的吸光值處于穩(wěn)定狀態(tài)，變化幅度比較小。這說明紅棗色素對(duì)氧化劑和還原性劑的穩(wěn)定性都比較強(qiáng)，硫酸鈉對(duì)紅棗色素產(chǎn)生的影響更小[6]。在對(duì)紅棗色素穩(wěn)定性進(jìn)行研究時(shí)，研究人員驗(yàn)證了24 g·L-1抗氧化劑異抗壞血酸鈉有一定的增色效果，可將其作為紅棗制品的護(hù)色劑。

（6）對(duì)金屬離子的穩(wěn)定性。大多數(shù)金屬離子包括Mg2+、Mn2+、Zn2+、Na+等對(duì)紅棗色素的穩(wěn)定性都不會(huì)產(chǎn)生較大影響。而K+在48 h內(nèi)對(duì)紅棗色素的顏色影響相對(duì)較小，但在120 h后，溶液從黃色變成淺黃色；Fe3+在濃度未超過35 mg·kg-1時(shí)對(duì)色素的穩(wěn)定性較好，一旦超過該范圍，對(duì)色素有明顯的增色作用。Ca2+在低濃度的情況下具有明顯的增色效果，而濃度較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致色素顏色降低。Zn2+、Pb2+濃度為0.1 mmol·L-1時(shí)，色素穩(wěn)定性較強(qiáng)，一旦濃度超過該范圍，溶液會(huì)出現(xiàn)紅褐色沉淀。因此，在紅棗色素儲(chǔ)存過程中，需要盡可能避免與鐵、銅、鋅、鋁制容器接觸。如果色素需要與K+、Ca2+和Pb2+接觸，要采取科學(xué)合理的防護(hù)措施，保證紅棗色素品質(zhì)的穩(wěn)定性。

2.2 紅棗色素的結(jié)構(gòu)分析

當(dāng)前在紅棗色素結(jié)構(gòu)研究過程中，對(duì)色素結(jié)構(gòu)的研究?jī)?nèi)容比較少，但紅棗色素本身的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)其理化性質(zhì)產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)紅棗色素的結(jié)構(gòu)研究是紅棗色素生物活性研究的重要基礎(chǔ)。因此，在理化性質(zhì)分析中需要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)研究。在研究時(shí)，可對(duì)比魯北冬棗、成武冬棗以及大白鈴棗等不同品種。

（1）紅棗色素的主要成分為槲皮素3、蕓香苷等黃酮醇類物質(zhì)。在顯色反應(yīng)和紫外可見光譜分析過程中，可確定紅色色素溶液中包含多酚黃酮以及間苯二酚結(jié)構(gòu)物質(zhì)。之后利用5% NaHCO3、5%Na2CO3、1% NaOH溶液對(duì)紅棗色素制品進(jìn)行萃取分離，分別開展堿液反應(yīng)、乙酸鎂反應(yīng)和紫外光譜檢測(cè)、紅外光譜檢測(cè)工作，確定了紅棗色素中含有蒽醌類物質(zhì)。

（2）利用鹽酸－鎂粉反應(yīng)和鉛鹽沉淀反應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，紅棗色素中含有黃酮類化合物，且對(duì)紅色色素完成三甲基硅烷化處理后進(jìn)行分析鑒定，發(fā)現(xiàn)色素中含有糖苷類等化學(xué)物質(zhì)。

（3）紅棗色素的抗氧化性質(zhì)在棗皮中含有類黃酮物質(zhì)，紅棗色素為多酚類色素，具有一定的抗氧化和清除自由基的作用。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，可利用乙酸乙酯、50%乙醇溶液、0.2 mmol·L-1鹽酸溶液以及0.8%NaOH溶液與純凈水對(duì)棗皮進(jìn)行浸提。經(jīng)過測(cè)定后對(duì)提取液的抗氧化能力進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其抗氧化能力從低到高依次為乙酸乙酯粗提物、0.2 mmol·L-1鹽酸溶液粗提取物、蒸餾水粗提取物、50%乙醇粗提取物、0.8% NaOH粗提取物?？寡趸钚耘c紅棗色素含量呈正相關(guān)。

（4）在研究紅棗色素的醚分級(jí)分離生物活性時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一部分的紅棗色素可對(duì)亞硝基以及超氧陰離子進(jìn)行有效清除，且對(duì)K562白細(xì)胞具有明顯的抑制作用。因此，可將紅棗色素作為天然抗氧化劑和抗腫瘤藥物發(fā)揮作用。對(duì)甲醇溶液實(shí)驗(yàn)過程中，需要對(duì)棗肉、棗皮、棗核中的總酚和總黃酮進(jìn)行提取。同時(shí)可利用FRAP法、DPPH法等對(duì)溶液的抗氧化能力、DPPH的自由基清除能力等進(jìn)行驗(yàn)證分析，發(fā)現(xiàn)在紅棗色素提取液中，總酚以及總黃酮含量明顯比其他提取劑更高，說明紅棗色素具有較強(qiáng)的抗氧化能力以及DPPH清除能力。

3 結(jié)語

綜上，紅棗色素色澤比較鮮艷，具有較強(qiáng)的著色能力，可將其應(yīng)用在食品、化妝品以及醫(yī)藥等行業(yè)的著色過程中，且紅棗色素具有安全無毒、營養(yǎng)價(jià)值豐富等特點(diǎn)，具有天然棗香味，在食品調(diào)味劑方面具有廣闊的應(yīng)用前景。紅棗色素對(duì)光、溫度的穩(wěn)定性良好，對(duì)大多數(shù)金屬離子的穩(wěn)定性也處于較好狀態(tài)，這為紅棗色素的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，可拓展紅棗色素的應(yīng)用范圍。在對(duì)紅棗色素提取工藝進(jìn)行研究時(shí)，需要根據(jù)先進(jìn)萃取技術(shù)的發(fā)展情況，將其與紅棗色素的提取工藝進(jìn)行有效結(jié)合，提高紅棗色素的提取率，降低提取工藝的應(yīng)用成本。這樣才能夠?yàn)榧t棗色素的推廣和應(yīng)用提供有利條件。