高粱紅色素提取方法的研究進(jìn)展

李金婷，王凌云，魏丕偉，2

（1.四川輕化工大學(xué)，四川 自貢 643000；2.釀酒生物技術(shù)及應(yīng)用四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 自貢 643000）

隨著食品工業(yè)發(fā)展和食品出口量的增加，人們對食品色素的安全性要求也越來越高，食品色素分為人工合成色素和天然色素兩大類。合成色素雖然色澤鮮艷、性質(zhì)穩(wěn)定，但對人體健康是有害的。而天然色素因其安全無毒、色調(diào)自然、顏色逼真，已獲得了人們的青睞，合成色素被天然色素所取代是大勢所趨[1-2]。高粱紅色素是以高粱殼為原料提取紅色素，又稱高粱紅、高粱色素等[3]。屬于類黃酮系化合物中的異黃酮半乳糖甙，含有2種主要成分：5,4'-二羥基異黃酮-7-O-半乳糖苷和5,4'-二羥基-6,8-二甲氧基異黃酮-7-O-半乳糖苷[4]。

結(jié)構(gòu)式見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)式

因其具有很強(qiáng)的抗氧化活性、高穩(wěn)定性[5-7]。且有生津止渴、消炎解熱、擴(kuò)張血管、降低血糖、血壓，減輕疲勞等作用，而被用于著色劑、抗氧化劑、保健食品、化妝品及醫(yī)藥用品[8-9]。因此，開發(fā)研究和應(yīng)用天然色素對保證人類的健康和發(fā)展綠色食品工業(yè)都是十分重要的。將綜合闡述高粱紅色素的提取工藝、方法及條件，以期為高粱紅色素的大量開發(fā)利用提供參考。

1 提取工藝

吳立業(yè)等人[10]探索了高粱紅色素的提取工藝，工藝流程如下：

原料選擇→水洗除雜→壓碎→洗滌（去除淀粉）→干燥→酸性醇萃取→加堿中和→減壓蒸餾（回收乙醇）→干燥（粗產(chǎn)物）→乙酸乙酯萃取→減壓蒸餾→干燥產(chǎn)物。

后續(xù)研究者改進(jìn)了提取工藝[11]，具體流程如下：

原料→水洗除雜→浸提→沖洗（去除單寧）→稀鹽酸浸泡（二次除雜并除色）→烘干→乙醇浸提→過濾→減壓濃縮→烘干→磨碎→終產(chǎn)品。

李景琳等人[12]在前期提取工藝不變的情況下，強(qiáng)調(diào)了在原料選擇方面應(yīng)該選用黑紫色和棕紅色的高梁殼與乙醇水溶液質(zhì)量比為1∶10。干燥時(shí)選擇噴霧干燥，進(jìn)口溫度設(shè)定為220℃，出口溫度為110℃，并規(guī)范和強(qiáng)調(diào)了檢測與包裝2個(gè)方面。李傳欣等人[13]分析了金屬離子對高粱紅色素色調(diào)的影響后，在傳統(tǒng)工藝流程的基礎(chǔ)上，增加了兩步工藝，即在預(yù)料水洗后，先用pH值為2.5的除雜劑浸提后，再采用酸性醇浸提，以除去原料中的金屬離子，降低灰分的含量。

2 提取方法

1991年，黎星樹等人[14]最早嘗試用溶劑提取法提取高粱中的紅色素及黃色素，即取適量的高粱殼，加入溶劑甲，連續(xù)回流提取3次后，濃縮干燥提取液得到高粱紅色素，得率為3%～4%，殘?jiān)酝瑯拥姆椒ㄓ萌軇┮一亓魈崛?次，濃縮干燥后得高粱黃色素，得率為5%～6%。

按照提取溶劑和提取方法分為兩大類，按提取溶劑分最常用的是乙醇提取法、稀堿液提取法和堿提酸沉法；按照提取方法可分為索氏提取法、超聲波提取法、逆流提取法及液泛法。

2.1 乙醇提取法

李淑芬等人[15]用自來水、乙醇、甲醇、丙酮等不同溶劑提取高粱殼，比較提取液的色調(diào)、消光度、色價(jià)、產(chǎn)率等指標(biāo)，所得的產(chǎn)品差異較大，綜合比較，用乙醇提取的產(chǎn)品得率高、色澤好且色價(jià)較高。然后，以不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇作為提取劑比較產(chǎn)物得率發(fā)現(xiàn)，60%乙醇為最優(yōu)的提取劑。吳立業(yè)等人[10，16]取1 g高粱殼，加入20 mL不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液在60℃下攪拌提取2 h，濾液稀釋10倍后，于波長490 nm處測定吸光度，發(fā)現(xiàn)60%乙醇提取液顏色最深。王萬森等人[17]用70%乙醇提取高粱殼，回收乙醇后再用石油醚萃取除去雜質(zhì)后，再用減壓蒸餾法除去石油醚后得到高粱紅色素。

2.2 稀堿液提取法

考慮到用乙醇提取需要回收乙醇，增加了設(shè)備及操作難度，并且高粱分子式顯示其為酸性，可與堿反應(yīng)生成鹽。王毅民等人[18]用氫氧化鈉為溶劑，溶液顏色呈鮮深紅色，并探索了氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對提取率的影響，研究結(jié)果表明，當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%時(shí)，提取率最高，為8.4%。羅欣月[19]用水、乙醇、丙酮、0.1%氫氧化鈉、1%氫氧化鈉等10種溶劑作提取劑，在同一條件下浸提發(fā)現(xiàn)，2種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉提取液顏色較深，故選擇氫氧化鈉作提取劑，并以不同濃度的氫氧化鈉、浸提時(shí)間、溫度、料液比做了單因素試驗(yàn)，并以響應(yīng)面法優(yōu)化了高粱紅色素提取工藝參數(shù)為氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%，溫度60℃，時(shí)間1 h，料液比1∶10。

2.3 堿提酸沉法

通常采用的浸提方法在提取過程中都存在多糖、單寧和醇溶性雜質(zhì)，導(dǎo)致高粱紅色素純度不高。金靈芬等人[20]設(shè)計(jì)了堿提酸沉、柱層析精制新工藝。先用氫氧化鈉浸提2次并合并濾液，加入10%的氯化氫溶液調(diào)至pH值6，使高粱紅色素析出。用該方法提取高粱紅色素成本低、工藝和設(shè)備簡單、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品品質(zhì)高。

2.4 索氏提取法

索氏提取法是利用溶劑的回流和虹吸原理，對固體混合物中所需成分進(jìn)行連續(xù)提取。當(dāng)提取筒中回流下的溶劑液面超過索氏提取器的虹吸管時(shí)，提取筒中的溶劑流回圓底燒瓶內(nèi)，即發(fā)生虹吸。張海容等人[21]設(shè)計(jì)試驗(yàn)將0.1 g粉碎高粱殼放入盛有70%乙醇溶液的索氏提取器中浸提，離心、過濾后收集濾液，測定其吸光度，最終的產(chǎn)品得率為16.5%。

2.5 超聲波提取法

超聲波提取是采用超聲波輔助溶劑進(jìn)行提取，其特點(diǎn)為能量大，具有一定的穿透能力和攪拌作用，能更加充分地將有效成分溶解在溶劑中。劉博等人[22]將原料進(jìn)行超聲波預(yù)處理后，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，確定了最佳工藝為超聲波頻率20～25 kHz，功率100 W，每次30 s，間隔10 s，料液比1∶8，提取溫度60℃，時(shí)間1 h，提取率15.36%。梁娟等人[23]采用超聲波輔助提取高粱紅色素，單因素試驗(yàn)法研究了超聲功率、超聲時(shí)間對高粱紅色素提取效果的影響，并優(yōu)化了提取工藝，最終確定為超聲功率180 W，超聲時(shí)間30 min。

2.6 逆流式提取法

卞建鈞[24]采用了逆流式提取法提取高粱殼中的紅色素，該方法不僅提高了產(chǎn)品得率，并保證了其天然品質(zhì)。

2.7 液泛提取法

伍明等人[25]考慮到粉碎會(huì)造成過濾困難的問題，同時(shí)會(huì)致產(chǎn)品含雜過高，故設(shè)計(jì)了液泛提取法。而液泛法與傳統(tǒng)工藝比較省去了過濾的工藝，其提取工藝為：先將高粱殼洗凈并干燥后，放入液泛器中分別用水和乙醇提取，濃縮并減壓干燥得到產(chǎn)品。該方法與傳統(tǒng)工藝相比具有色值高、提取時(shí)間短、溶劑用量少等特點(diǎn)。

3 工藝參數(shù)

在高粱紅色素的提取過程中，工藝參數(shù)對產(chǎn)物得率的影響也至關(guān)重要，較為關(guān)鍵的工藝參數(shù)有乙醇體積分?jǐn)?shù)（乙醇是選擇最多的提取劑）、提取溫度、溶劑pH值、提取時(shí)間、料液比等。

浸提溫度一般設(shè)定在55～80℃，因溫度過低會(huì)導(dǎo)致提取不充分，溫度過高則會(huì)導(dǎo)致萃取率降低（溫度升高使得雜質(zhì)的提取率增加）。萃取時(shí)間也不宜過長，一般控制在2 h左右，時(shí)間越長，越接近萃取終點(diǎn)，色素成分?jǐn)U散變慢，導(dǎo)致雜質(zhì)的溶解度上升。乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%～80%為宜，pH值2左右。料液比則會(huì)隨著提取方法的不同而有所差異。潘訓(xùn)海[26]用60%乙醇，在70℃水浴中提取2 h，確定最佳料液比為1∶15；張宏宇等人[27]則是選取在60℃水浴中提取4 h，料液比為1∶5；李竹英等人[28]用回流提取法提取高粱紅色素，設(shè)定最佳料液比為1∶100。

4 結(jié)語

隨著釀酒產(chǎn)業(yè)的不斷壯大，我國高粱資源也越來越豐富，對于高粱殼的充分利用也成了關(guān)鍵的話題。從高粱殼中提取的高粱紅色素，作為一種天然色素，有著比人工合成色素更安全的優(yōu)勢，將會(huì)是染料行業(yè)的新寵兒。然而從1990年至今，人們一直致力于研究高粱紅色素的提取方法，提取率卻較低，嚴(yán)重阻礙了高粱紅色素的規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用。因此，需要積極研究高粱紅色素的提取新方法，為提高產(chǎn)物得率提供理論依據(jù)。