甜菜紅素提取與純化技術(shù)的研究進(jìn)展

唐 玲，孫思琦，閆 樺，劉亞昕，劉大麗

（1國(guó)家甜菜種質(zhì)中期庫(kù)/黑龍江大學(xué)，哈爾濱 150080；2黑龍江省普通高等學(xué)校甜菜遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080）

0 引言

甜菜紅色素是一種水溶性含氮天然色素，在細(xì)胞質(zhì)中合成，存于液泡[1]。它是甜菜醛氨酸(betalanic acid)的衍生物，可分為紅色的甜菜紅素和黃色的甜菜黃素2類，兩者的比例決定了色素提取物的顏色[2]。甜菜紅素由甜菜醛氨酸和二羥基苯丙氨酸結(jié)合而成，而甜菜醛氨酸與其他氨基酸相結(jié)合時(shí)，則產(chǎn)生甜菜黃素[3]。甜菜紅素包括甜菜紅苷、甜菜黃素、異甜菜苷、前甜菜紅苷、異前甜菜苷及甜菜色素的降解物[4]。其中甜菜紅苷為主要成分，占比達(dá)75%～95%[5]。甜菜黃素包括甜菜黃素I和甜菜黃素II[6]。這些色素存在于除粟米草科(Molluginaceae)和石竹科(Caryophyllaceae)以外的10個(gè)石竹目(Caryophyllales)植物中，在一些真菌中也發(fā)現(xiàn)過[7]。因最早發(fā)現(xiàn)于甜菜(Beta vulgaris)根中而得名甜菜紅色素。此外，紅甜菜根中的甜菜紅素含量明顯大于其他植物，根據(jù)提取過程的不同，每100 g干物質(zhì)中含有40～600 mg甜菜紅素[8]。

隨著食品添加劑的應(yīng)用持續(xù)增加，食品安全成為當(dāng)前重大難題，尤其是在許多發(fā)展中國(guó)家。近些年因色澤問題導(dǎo)致的安全事件頻頻發(fā)生，促使許多合成色素退出市場(chǎng)，此時(shí)天然色素因色調(diào)自然、無(wú)毒無(wú)害及諸多特殊生理功能吸引了大眾目光。甜菜色素作為四大天然色素之一[9]，具有安全性、豐富性、易提取性、生物有效性和生物可降解性等價(jià)值特性。其加工后不僅能夠保持明艷的色澤，還可以降低患心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)、保護(hù)神經(jīng)、抗病毒，甚至通過抑制脂質(zhì)氧化、過氧化來(lái)防止應(yīng)激障礙相關(guān)疾病的發(fā)生。因此，現(xiàn)今已成功應(yīng)用于食品、化妝品、醫(yī)藥、工業(yè)等領(lǐng)域。雖然在莧科和仙人掌科植物中也有甜菜紅素的替代來(lái)源[10]，但商業(yè)生產(chǎn)用到的甜菜紅素大部分來(lái)源于紅甜菜根。而人們對(duì)甜菜紅素的大量需求使其高提取率成為當(dāng)前的研究重點(diǎn)。傳統(tǒng)的提取方法如溶劑萃取、浸漬、煮沸、研磨等操作簡(jiǎn)單，但存在提取效率低、色素?fù)p失大、污染環(huán)境等缺點(diǎn)。為了解決這些問題，科學(xué)家們開始采用一些新的處理技術(shù)如超聲波、微波、高壓脈沖電場(chǎng)等，這些新興技術(shù)極大提高了提取效率和提取質(zhì)量。但在粗提的甜菜紅素中仍然含有許多對(duì)色素的溶解性、透明度、色價(jià)及穩(wěn)定性有影響的雜質(zhì)，如蛋白質(zhì)、果膠、糖、脂肪及無(wú)機(jī)離子等[11]。因此，如何除去這些雜質(zhì)使色素成品純度更高、穩(wěn)定性更強(qiáng)，也是研究中的重中之重。

1 甜菜紅素的提取技術(shù)

1.1 傳統(tǒng)提取技術(shù)

經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)踐，甜菜紅素的傳統(tǒng)提取技術(shù)被認(rèn)定為安全可靠的技術(shù)。傳統(tǒng)方法有溶劑提取法、連續(xù)擴(kuò)散法等。甜菜紅素是親水性化合物，因此在提取甜菜紅素上應(yīng)用最多的是溶劑提取法。其原理是利用原料中各組分在不同溶劑中溶解度的差異，達(dá)到提取分離的目的。其過程一般是熱燙、切絲、浸提、壓榨和濃縮。雖然對(duì)甜菜紅素的提取通常在水中實(shí)現(xiàn)，但大多數(shù)情況需加入甲醇或乙醇才能實(shí)現(xiàn)完全提取[12]，必要時(shí)也可以加入檸檬酸、抗壞血酸來(lái)提高提取率[13]。Sturzoiu等[13]對(duì)比了不同溶劑提取甜菜根干樣中甜菜紅素的提取率，發(fā)現(xiàn)提取能力最高的溶劑為0.2%檸檬酸和0.1%抗壞血酸水溶液，并且通過觀察提取物存儲(chǔ)10天期間甜菜紅素含量的變化，發(fā)現(xiàn)0.2%檸檬酸和0.1%抗壞血酸水溶液的提取物色素?fù)p失最少。這充分表明弱酸不僅能提高色素的提取效果，還能在提取和儲(chǔ)存過程中提高色素的穩(wěn)定性。熊勇等[14]以紅甜菜為材料，優(yōu)化出甜菜紅素的最佳提取工藝：在常溫下，以水作提取溶劑，料液比1 g:5 mL，時(shí)間5 h，pH 4.5。其中溶劑pH對(duì)色素提取有較大影響，料液比和提取時(shí)間則無(wú)明顯影響。然而晏興珠等[15]以紅色藜麥果實(shí)為材料時(shí)，發(fā)現(xiàn)影響提取效率的最顯著因素是料液比，其次是提取時(shí)間，最后是提取溫度，且最佳提取條件也與熊勇等大不相同。由此可看出，從不同種類的植物中提取甜菜紅素時(shí)，因植物內(nèi)部組成成分和含量有所差異，最佳工藝參數(shù)及提取效果也不盡相同。溶劑提取法存在操作簡(jiǎn)單、成本低、安全可靠的特點(diǎn)，但提取效率低，提取質(zhì)量較差，且由于加入了有機(jī)溶劑，污染環(huán)境，不利于可持續(xù)發(fā)展。連續(xù)擴(kuò)散也經(jīng)常使用，但用這種方法提取的色素仍然含有高濃度的糖、鹽和其他雜質(zhì)[16]。因此，在這些傳統(tǒng)提取技術(shù)的基礎(chǔ)上，一般還會(huì)采用微波輔助、超聲波輔助、高壓脈沖電場(chǎng)和γ射線輔助等方法來(lái)克服這些缺點(diǎn)。

1.2 新興技術(shù)

在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上，順應(yīng)生產(chǎn)的需要新增了許多輔助方法，這些方法已被證明能以最小降解率來(lái)提高生物源中生物活性物質(zhì)的提取率，是提高提取樣品質(zhì)量的有效方法。由于在提取過程中提取溫度較低，這些技術(shù)也被稱為冷提取技術(shù)。它們可以作為預(yù)處理方式，也可以同安全的有機(jī)溶劑配合使用來(lái)提高提取率。甜菜紅素釋放到提取介質(zhì)中的量是由細(xì)胞解體的程度決定的，因此新的加工技術(shù)通常是改善了細(xì)胞膜的通透性，這也被認(rèn)為是決定提取效率的主導(dǎo)參數(shù)[17]。

1.2.1 超聲波輔助技術(shù) 超聲波輔助提取法的萃取效果主要?dú)w因于溶劑中產(chǎn)生的空化效應(yīng)，它能夠擊穿細(xì)胞壁，促使溶質(zhì)中的有效成分?jǐn)U散到溶劑中[18]。同時(shí)，機(jī)械效應(yīng)促使著溶劑更容易滲透到溶質(zhì)基質(zhì)中，增加了固相和液相之間的接觸表面積，從而提高提取效率[19]。該設(shè)備產(chǎn)生的聲波頻率超出了人類聽力范圍，有效頻率在20～100 kHz[20]。近些年，超聲波輔助法已廣泛應(yīng)用到熱不穩(wěn)定活性物質(zhì)的提取及低溫食品的加工中。Maran和Priya[18]應(yīng)用4因素3水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)超聲波輔助提取廢紅甜菜秸稈中天然色素的工藝進(jìn)行了優(yōu)化。他們發(fā)現(xiàn)料液比為1 g:19 mL時(shí)，在53℃、89 W超聲下提取35 min，色素得率達(dá)到最高值（甜菜紅素1.29 mg/g，甜菜黃素5.32 mg/g）。Fernando等[21]發(fā)現(xiàn)，超聲輔助法比酶輔助法更適合對(duì)紅甜菜干粉中甜菜紅素和多酚的聯(lián)合提取。雖然酶的存在可能會(huì)導(dǎo)致甜菜紅素降解，但在干樣中這些酶是沒有活性的。超聲輔助提取能夠在室內(nèi)溫和大氣壓下使用少量溶劑快速提取色素，是一種環(huán)保、低耗、高效的提取技術(shù)。但在提取甜菜紅素的過程中伴隨著產(chǎn)生自由基物種的可能性，且超聲設(shè)備昂貴，維修管理復(fù)雜，成本較高，在生產(chǎn)應(yīng)用中受到一定限制。

1.2.2 微波輔助提取技術(shù) 微波輔助提取是一種利用波長(zhǎng)為100μm～1 cm之間的波與萃取溶劑中的極性分子相互作用的方法。在微波輻照過程中細(xì)胞受到熱應(yīng)力，內(nèi)部壓力增大，導(dǎo)致細(xì)胞壁和細(xì)胞膜破裂，從而顯著減少了提取時(shí)間[22]。Thirugnanasambandham和Sivakumar[23]以火龍果皮為材料，通過響應(yīng)面法(RSM)優(yōu)化了微波輔助提取的工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)20 g的樣品在35℃時(shí)處理8 min能獲得9 mg/L的甜菜紅素。Cardoso-ugarte等[24]通過微波輔助一步法提取甜菜紅素，發(fā)現(xiàn)在等效時(shí)間內(nèi)，與常規(guī)萃取法相比，色素對(duì)溶劑的釋放量要高得多。為了在減少降解的同時(shí)增加色素提取，采用微波輔助兩步法，通過在萃取溶劑中加入L-抗壞血酸保護(hù)提取物免受降解，并在冷卻過程中幫助色素再生。該方法進(jìn)一步提高了該提取過程的精確度，提高了萃取率。微波輔助提取法是一種綠色環(huán)保的提取技術(shù)，常用于有機(jī)污染物、天然化合物和生物活性物質(zhì)的提取。在室溫和大氣壓下就可以操作，提取效率高、得率高，節(jié)約溶劑和資源。但是它對(duì)非極性或揮發(fā)性化合物的提取能力較差，對(duì)生物活性化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)有影響，且僅適用于有限數(shù)量的樣品。

1.2.3 高壓脈沖電場(chǎng) 高壓脈沖電場(chǎng)技術(shù)(PEF，pulsed electric field)是一種利用電場(chǎng)從總萃取物中分離色素的方法，近年來(lái)因其在食品加工和保鮮中的應(yīng)用而被廣泛研究。它是通過在室溫下對(duì)2個(gè)電極間的樣品多次施加高電壓(0.1～50 kV/cm)的短脈沖，在細(xì)胞組織不被破壞的前提下，導(dǎo)致細(xì)胞電穿孔，從而使非導(dǎo)電膜被壓縮至破裂[25-26]。這一技術(shù)被證明對(duì)微生物滅活、提高壓榨效率或增強(qiáng)植物汁液提取、強(qiáng)化食品脫水和干燥非常有效[27]。Luengo等[28]證實(shí)了在毫秒和秒范圍內(nèi)應(yīng)用PEF處理對(duì)紅甜菜細(xì)胞的解體是有效的。在提高甜菜紅素提取率方面，就總比能量消耗而言，秒范圍內(nèi)的處理比毫秒范圍內(nèi)的處理更有效。Visockis等[29]采用PEF從新鮮的紅甜菜根中提取甜菜紅素，發(fā)現(xiàn)提取率主要取決于電場(chǎng)強(qiáng)度和比能量輸入，但當(dāng)比能量輸入較低時(shí)，由PEF處理時(shí)間決定甜菜紅素的提取率。另外，為了更直觀地評(píng)估紅甜菜根組織的崩解程度，他們采用組織滲透性指數(shù)(Zp)的計(jì)算和上清液電導(dǎo)率的測(cè)定2種方法進(jìn)行比較。研究表明，測(cè)定上清液電導(dǎo)率比Zp更能反映甜菜紅素的提取率?？偟膩?lái)看，PEF輔助水溶液從新鮮紅甜菜根中提取甜菜色素是一種有效、節(jié)能、環(huán)保的方法，可以作為傳統(tǒng)提取技術(shù)的替代方法。PEF能在保持食品的營(yíng)養(yǎng)特性及品質(zhì)的基礎(chǔ)上，以低能源、低成本的方式提高色素提取能力。然而，這種方法主要缺點(diǎn)是使用的電極可能受到腐蝕，電極材料可能會(huì)浸入食物系統(tǒng)，因此，不銹鋼電極需要用其他不受腐蝕的材料來(lái)代替[30]。另外，PEF的效率與電場(chǎng)強(qiáng)度和電極間隙的影響高度依賴，且設(shè)備成本高，對(duì)工藝參數(shù)的控制要求極其嚴(yán)格。

1.2.4 其他提取方法 除了以上研究較多的提取技術(shù)外，γ射線輔助提取、超臨界CO2萃取、酶法、膜加工等技術(shù)均被應(yīng)用于甜菜紅素的提取研究中。γ射線輔助提取是通過改變細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的通透性以及降低膨壓，促使細(xì)胞內(nèi)容物流出，達(dá)到提高提取效率和產(chǎn)出率的目的。Nayak等[31]在固液萃取過程前，采用γ輻照作為預(yù)處理，并與對(duì)照甜菜根樣品進(jìn)行比較。結(jié)果表明，隨著γ輻照劑量(2.5-10.0 kGy)的增加，甜菜紅素的提取效率提高，但當(dāng)γ射線劑量超過10 kGy，甜菜紅素的結(jié)構(gòu)會(huì)改變。而Latorre等[32]觀察到，鮮切的紅甜菜根暴露在1～2 kGy的低劑量γ輻照下，細(xì)胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化。一般情況下，從生物材料中提取化合物時(shí)，會(huì)經(jīng)歷低溫，因此可以在提取過程中加入加壓溶劑。超臨界CO2萃取技術(shù)就是通過對(duì)溶劑提供一定的壓力和溫度條件來(lái)控制其理化性質(zhì)（密度、擴(kuò)散系數(shù)、粘度和介電常數(shù)），從而提高溶劑對(duì)細(xì)胞基質(zhì)的滲透和細(xì)胞內(nèi)部成分向外的滲透，達(dá)到對(duì)特定有效成分進(jìn)行分離的目的[33]。超臨界萃取技術(shù)常見于辣椒紅色素、梔子黃色素以及β-胡蘿卜素等色素的提取中，在提取甜菜紅素上的研究仍然較少。Idham等[34]從玫瑰花花萼中分離天然紅色色素時(shí)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的固液萃取法相比，使用超臨界二氧化碳法能夠提供更低的降解率。酶法是利用酶的專一性選擇合適的酶，溶解纖維素、半纖維素及果膠，使細(xì)胞內(nèi)的有效成分易于溶出[35]。Zin等[36]測(cè)試2種反滲透膜（RO99和X20）對(duì)廢棄甜菜根皮中提取果汁濃度的效率。結(jié)果證明RO99所達(dá)到的濃度水平優(yōu)于X20。表現(xiàn)在抗氧化劑和總酚類化合物的保留量達(dá)到99.99%，甜菜紅素的保留量也超過95%。這說(shuō)明膜技術(shù)可以廣泛地應(yīng)用于植物廢棄物中有價(jià)值化合物的濃縮或分離。

2 純化技術(shù)

甜菜紅素粗提成品的品質(zhì)、穩(wěn)定性、著色力均較差。這是由于粗提的甜菜紅素中仍然含有影響色素溶解度、透明度、色價(jià)和穩(wěn)定性的大分子及雜質(zhì)，如糖、脂肪、果膠、蛋白質(zhì)、甜菜黃素及無(wú)機(jī)離子等。因此還需要對(duì)提取物加工精制，以提高甜菜紅素成品的色價(jià)和品質(zhì)。目前純化方法包括大孔樹脂吸附法、微生物發(fā)酵法、膜處理法等。

2.1 大孔樹脂吸附法

大孔樹脂吸附法是對(duì)天然色素純化的最常用方法。大孔樹脂吸附是利用范德華力、靜電力、氫鍵等多種物理吸附力實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物質(zhì)的分離[37]。該吸附法的實(shí)質(zhì)是一種由物體高度分散或表面分子受力不均引起的表面吸附現(xiàn)象。樹脂有很多型號(hào)，通常實(shí)驗(yàn)者根據(jù)本身實(shí)驗(yàn)要求選取合適的型號(hào)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。陳宇等[38]采用靜態(tài)吸附和解吸實(shí)驗(yàn)比較6種型號(hào)樹脂對(duì)紅、白火龍果色素分離純化效果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明S-8的效果最好，其吸附率為63.2%，解析率為26.3%，且純化后色素的色價(jià)分別是純化前的5.26、5.31倍。楚朝霞[39]比較了S-8、X-5、AB-8 3種樹脂的吸附解析效果，最終確定AB-8型大孔樹脂為最優(yōu)樹脂，并選用該型號(hào)樹脂作為下一步實(shí)驗(yàn)材料。呂思潤(rùn)[40]對(duì)比10種樹脂吸附解析效果，最后綜合考慮選擇X-5大孔樹脂為分離純化最優(yōu)樹脂。并以此作為初步純化的實(shí)驗(yàn)材料，然后采用Sephadex LH-20對(duì)甜菜紅素進(jìn)行二次純化，最后樣品中甜菜紅素含量為61.108 mg/g。HPLC的結(jié)果分析表明，一次純化能夠大大減少甜菜黃素的含量，二次純化能夠除去甜菜黃素。大孔樹脂吸附法操作簡(jiǎn)單、節(jié)省能源、產(chǎn)品純度高、不吸潮、色價(jià)好且樹脂可重復(fù)使用，但是處理時(shí)間較長(zhǎng)，效率不高且樹脂易受污染。

2.2 微生物發(fā)酵法

微生物發(fā)酵法純化不僅對(duì)甜菜紅色素影響較小，還能有效去除糖、硝酸鹽和亞硝酸鹽等雜質(zhì)[41]。有學(xué)者研究反硝化細(xì)菌對(duì)紅甜菜汁反硝化的最佳條件時(shí)，在25℃和30℃，初始pH 7.0～8.0，甜菜汁滲透壓為900～1100 mOsm/kg的細(xì)菌培養(yǎng)過程中，發(fā)現(xiàn)了硝酸鹽的總還原。并且發(fā)現(xiàn)微生物反硝化過程影響了果汁的顏色、味道和香氣，但是通過酸化作用和水與揮發(fā)性物質(zhì)的部分蒸發(fā)，使用甜菜汁作為食品色素和營(yíng)養(yǎng)成分也是可行的[42]。此外，楊帆比較了4種酵母的去糖水平，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵時(shí)間越長(zhǎng)，提取液含糖量降低幅度越大。其中高活性安琪酵母表現(xiàn)最佳，使提取液中含糖量下降64.2%。Gengatharan等[43]篩選了4種乳酸菌（嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和植物乳桿菌）和1種酵母（釀酒酵母），測(cè)定其降低紅心火龍果提取物中糖含量的效率。其中釀酒酵母對(duì)糖含量影響最大，且發(fā)酵變量影響甜菜紅素提取物含量及其中的總糖含量。因此，優(yōu)化發(fā)酵參數(shù)對(duì)提高發(fā)酵效率具有重要意義。

2.3 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是一種可在常溫下進(jìn)行的新型分離技術(shù)，包括微濾膜技術(shù)、超濾膜技術(shù)、納濾膜技術(shù)、反滲透膜技術(shù)、滲析膜技術(shù)、正滲透技術(shù)。研究表明微濾膜有助于去除甜菜汁99%的濁度，并通過隨后的過濾達(dá)到穩(wěn)定的通量[44]。超濾膜介于微濾、納濾之間，主要截留機(jī)制包括篩分作用和靜電作用。納濾膜可以將色素溶液中的金屬離子、硝酸根離子和小分子有機(jī)酸等物質(zhì)濾出。周宏璐和王景會(huì)[45]發(fā)現(xiàn)超濾、納濾結(jié)合分離的方法不僅能夠去除甜菜紅素溶液中的水分和雜質(zhì)，還能有效控制糖的濾儲(chǔ)量，生產(chǎn)不同色價(jià)的產(chǎn)品。膜分離過程是一種純物理過程，操作簡(jiǎn)單，適用范圍廣，能有效保持分離成分的理化性質(zhì)和生物活性，兼有分離、濃縮、純化和精制的功能。

2.4 其他純化方法

凝膠層析分離法是一種液相層析法，主要依賴分子篩效應(yīng)，可在很大的溫度范圍下進(jìn)行，并能夠使分離成分的理化性質(zhì)基本保持不變[46]。甜菜紅素純化時(shí)一般采用Sephadex G-25或Sephadex LH-20，使用時(shí)，用去離子水溶脹凝膠即可[47]。Schliemann等[48]發(fā)現(xiàn)在分離美洲商陸細(xì)胞培養(yǎng)物中的甜菜紅素時(shí)，用Sephadex LH-20代替離子交換色譜法，可以避免不穩(wěn)定的甜菜紅素異構(gòu)體的分解。離子交換色譜法是以離子交換劑作為固定相，以含特定離子的溶液作為流動(dòng)相，用于分離混合物各組分。雙水相萃取法易于連續(xù)操作，處理量大且能耗低，故可大規(guī)模應(yīng)用。Chethana等[49]在較高的拉線長(zhǎng)度(34%)的水相提取中，實(shí)現(xiàn)了甜菜和糖的差異分配，其中甜菜紅素（約70%～75%）和糖（約＞90%）分別在頂部和底部分配。從聚合物中成功分離出的甜菜紅素濃度增加了3.4倍。Ahmadi等[50]采用正相柱色譜法(NPC)對(duì)紅甜菜根提取物中的甜菜紅素進(jìn)行純化。從100 g紅甜菜根中獲得(500±22)mg甜菜紅素，其凈化效率大約是其他研究中已報(bào)道的最大值的5倍。Goncalves等[51]對(duì)甜菜紅素的7種純化方法進(jìn)行比較，結(jié)果表明離子交換色譜法最高效，能夠從100 g新鮮甜菜根中純化89.1 mg甜菜紅素，但這種方法比較耗時(shí)，且純化后的物質(zhì)中仍含有大量的鹽，顯示出了高電導(dǎo)率。另外反相高效液相色譜法和反相柱層析法在效率和得率上表現(xiàn)出了最佳平衡。

3 甜菜紅素的應(yīng)用

近些年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)甜菜紅素諸多益處的發(fā)掘，這種天然色素已經(jīng)應(yīng)用到日常生產(chǎn)中。而甜菜紅素也是唯一一種被FDA批準(zhǔn)用于食品、化妝品中的天然添加劑[52]。

3.1 食品

甜菜紅素?zé)o毒無(wú)害，色澤明艷，具有許多特殊營(yíng)養(yǎng)成分，現(xiàn)已成功作為著色劑、天然膳食補(bǔ)充劑和食品添加劑代替合成色素應(yīng)用于食品中。作為著色劑，它能夠?qū)⑹称泛惋嬃先境煞奂t色、紅色或紫色。一般在熱環(huán)境下甜菜紅素性狀不穩(wěn)定，因此常用于乳制品染色[53]（如酸奶、沙拉醬、冰淇淋、明膠甜點(diǎn)、淀粉布?。?。肉類會(huì)發(fā)生脂質(zhì)過氧化，這會(huì)對(duì)其感官特性、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保質(zhì)期產(chǎn)生不利影響，并可能產(chǎn)生對(duì)健康有害的化合物，而甜菜紅素具有著色劑和抗氧化劑的優(yōu)勢(shì)，加入可以改善這些危害（如在香腸、熟火腿中加入甜菜紅素）[54]。另外，甜菜紅素還應(yīng)用于制作飲料、營(yíng)養(yǎng)面、油炸零食、餅干等食品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年紅甜菜紅色素占全球食品著色劑的10%[55]。但是Khan[56]建議甜菜紅素每人每日最大攝入量不應(yīng)超過100 mg。

3.2 藥品及保健品

甜菜紅素在醫(yī)藥的應(yīng)用上，目前最多的是將其作為著色劑，一是為了便于區(qū)分藥品，二是美化藥品外觀，吸引兒童服用。如在糖衣藥片中加入5%的甜菜紅素就能和胭脂紅效果相同[57]。另外，加入甜菜紅素有助于保護(hù)藥物的生理活性。美國(guó)利用甜菜紅素的抗氧化性，在液體藥劑中加入一定量的甜菜紅素后，藥劑的保質(zhì)期得以延長(zhǎng)。甜菜紅素還作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑應(yīng)用在幼兒奶粉、老人保健品、功能性飲料和食品中。

3.3 工業(yè)

市面上有很多日化品像沐浴露、洗發(fā)水、香皂、彩妝等都需要豐富的色彩美化，但是合成色素不僅有致癌風(fēng)險(xiǎn)，還有很多過敏源，對(duì)易過敏人群不友好。而甜菜紅素這種天然色素不僅色澤鮮艷、安全無(wú)毒、穩(wěn)定性強(qiáng)，還含有抗氧化成分和抗癌性，廣受各大日化品公司青睞。羊毛[58]、蠶絲[59]等的染色也依賴于它。另外，由于其吸收光的特性和轉(zhuǎn)移電子的能力，在作為染料敏化太陽(yáng)能電池的光敏劑上也表現(xiàn)出一定的價(jià)值與潛力[60]；利用其抗氧化的特性應(yīng)用于食品包裝，既健康安全，還能延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期[61]；當(dāng)其作為綠色緩蝕劑時(shí)，具有成本低、技術(shù)要求低、利于可持續(xù)發(fā)展等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[62]。

4 展望

自發(fā)現(xiàn)甜菜紅素至今，人們已不斷發(fā)掘出其抗菌、抗炎、抗病毒、抗氧化、抗腫瘤活性、提升免疫力、改善認(rèn)知障礙等生理功能；有研究指出它在肝損傷、間質(zhì)性肺炎緩解上也有顯著作用[63-66]。因此，近些年甜菜紅素被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品、工業(yè)等領(lǐng)域，其中食品方面應(yīng)用最多，而醫(yī)藥領(lǐng)域僅限于功能性食品及保健品。甜菜紅素的廣泛使用帶來(lái)的問題是如何進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)甜菜紅素，其生產(chǎn)包括提取和純化。傳統(tǒng)萃取技術(shù)收率低、穩(wěn)定性差、污染環(huán)境且批次之間存在差異。而新興技術(shù)是在傳統(tǒng)技術(shù)上增加了一些輔助方法，如超聲波、微波、高壓脈沖電場(chǎng)等技術(shù)，這些技術(shù)可以作為預(yù)處理或與環(huán)境友好和安全的有機(jī)溶劑聯(lián)合使用。不僅提高了加工步驟的安全、環(huán)保性，還提供了更高的回收率和更均勻的產(chǎn)品。綜合來(lái)看，在未來(lái)對(duì)甜菜紅素的研究中，需著重考慮：（1）目前仍然需要開展更多的臨床試驗(yàn)，以進(jìn)一步研究甜菜紅素的藥理作用以及相關(guān)藥品的研制，從而促進(jìn)其在醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用。（2）傳統(tǒng)和新興技術(shù)的結(jié)合使用將成為提取技術(shù)的主要方向，另外還要不斷優(yōu)化工藝參數(shù)，只有工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，技術(shù)才能廣泛應(yīng)用于規(guī)模化生產(chǎn)。（3）經(jīng)過粗提的初成品中仍然存在許多影響色素溶解度、透明度、色價(jià)和穩(wěn)定性的雜質(zhì)，必須經(jīng)過純化工藝除去這些雜質(zhì)，才能得到品質(zhì)較好的色素成品。大孔樹脂吸附法操作簡(jiǎn)單、節(jié)省能源、產(chǎn)品純度高、不吸潮、色價(jià)好且樹脂可重復(fù)使用，是目前最常用的純化方法。（4）甜菜紅素在未來(lái)具有巨大的發(fā)展前景，建議開發(fā)更多的甜菜紅素來(lái)源植物，進(jìn)一步研究其他來(lái)源植物的甜菜紅素濃度、穩(wěn)定性及可提取性，以確保甜菜紅素的廣泛應(yīng)用。