甜菜红色素的研究进展

摘要：本文结合国内外研究的最新进展，介绍了甜菜红色素的组成、理化性质、提取与纯化、检测方法、应用及其展望，为甜菜红色素的进一步开发利用提供一定的参考依据。

关键词：甜菜红　理化性质　提取纯化　应用

1　引言

食品中使用到的色素分为合成色素和天然色素两类。近年来由于合成色素在安全性方面尚有争议，人们对安全性高、无毒副作用且兼有营养保健功效的天然色素颇为青睐，天然色素顺势成为色素行业发展的主要方向。甜菜红色素以其安全，无毒副作用且具有改善肝功能、促进消化吸收的作用，成为取代合成红色素最理想的天然红色素之一。

2　色素来源及组分

甜菜红色素广泛存在于藜科、苋科、仙人掌科、商陆科等多种植物中，其中藜科最为人们熟悉的是红甜菜。甜菜红色素就是从藜科植物红甜菜中提取的水溶性天然食用色素，属于吡啶类衍生物，基本发色团为1,7-二偶氮庚甲碱。是红甜菜中所有的有色化合物的总称，由红色的甜菜花青和黄色的甜菜黄素所组成。甜菜花青的主要成分为甜菜苷(Beranin)，占红色素的75％～95％，其余尚有异甜菜苷、前甜菜苷和异前甜菜苷。甜菜黄素包括甜菜黄素Ｉ和甜菜黄素Ⅱ。

3　理化性质

3.1　溶解性

甜菜红色素易溶于水和含水溶剂，为水溶性色素，难溶于醋酸、丙二醇，不溶于无水乙醇、甘油、丙酮、氯仿、油脂、乙醚等有机溶剂。

3.2　酸碱环境反应特性

甜菜红色素呈红色或深紫色液体、块或粉末或糊状物，色泽鲜艳，但其色调受pH值影响，当pH在3.0～7.0时为红色，且较稳定；pH在4.0～5.0时最稳定；当pH＜4.0和pH＞7.0时，颜色有红色变成紫色；当pH＞10.0时，甜菜红色素中的甜菜色苷转化为甜菜黄质，溶液颜色迅速变黄。由此说明甜菜红色素在酸性和中性条件下较稳定。由于绝大多数食品的pH值都在3.0～7.0之间，而甜菜苷的颜色在此pH范围内不会发生变化，故含有甜菜苷的食品，其颜色一般不会受pH值影响。

3.3　光对色素稳定性的影响

卢秉福等研究发现自然光对甜菜红水溶液的稳定性会有所影响，长时间在自然光下放置，颜色会变淡，直至黄色。而自然光对甜菜红色素的50％乙醇溶液影响较小；武成荣等将甜菜红色素配成一定浓度，在40W的紫外光下分别照射1h、3h、4h、6h、10h，对其吸光度比的残存量进行统计，发现甜菜红色素的损失率很小，说明紫外光对甜菜红色素稳定性影响较小。

3.4　热对色素稳定性的影响

甜菜红在pH4.5时热稳定性最好，同时总体上甜菜红热稳定性较差，耐热性随温度的升高而降低。浸提时为减少色素损失，同时达到充分的提取效果，一般选取25℃左右进行。

3.5　金属离子对色素稳定性的影响

金属离子对甜菜苷稳定性有定的影响。过多的Fe3+、Cu2+、Mn2+、Ca2+等可促使甜菜苷的降解，降低甜菜红的色调。故应用中，必要时加入适当的金属螯合剂来去除金属离子。

3.6　食品添加剂对色素稳定性的影响

采用H2O2对甜菜红色素进行耐氧化性实验，随着H2O2添加量的增加和作用时间的延长，甜菜红色素损失率加快，说明甜菜红色素易被氧化，用不同浓度的亚硫酸钠对甜菜红色素进行耐还原性实验，实验表明高浓度的还原剂对甜菜红色素影响较大，得出甜菜红色素耐还原性较差，因此在生产及应用时应避免与氧化剂和还原剂接触Ⅲ。另外葡萄糖、柠檬酸、苯甲酸钠等添加剂对甜菜红色素稳定性及颜色的影响较小，可以在食品中同时使用。Vc对甜菜红色素具有降解作用，因此在使用不同食品添加剂时应区分使用。

4　提取及纯化

4.1　提取

目前比较普及的工艺方法是应用含水有机溶剂或水提取，经硅藻土过滤纯化，进步精制浓缩得到甜菜红色素。卢秉福、武成荣等研究对清洗后的红甜菜原料在90℃条件下热烫15min，切丝后加水在室温下萃取。该过程采用热烫工艺钝化甜菜中的多酚氧化酶及食用甜菜花青褪色酶，减少加工过程中的氧化，增加甜菜红色素的稳定性，同时在室温条件下浸提，克服了以往高温提取过程中甜菜红色素的损失。陈连文等人研究提出红甜菜在室温下用稀酸溶液作为提取剂或在60℃用水作为提取剂提取效果较好。另外有部分实验及生产中采用纯水配置的柠檬酸溶液对红甜菜浸提，同样能达到理想的浸提效果。王长泉等发现如果甜菜中含有叶绿素，可用含水的甲醇预提，能有效的纯化甜菜素，同时为增加色素的稳定性和防止多酚氧化酶对色素的氧化，可在提取液中添加适量的抗坏血酸。

国外近年来甜菜红提取有了些新的技术，利用低压直流电场和高压脉>中电场进行提取实验。Zvitov等人在场强为40V/cm的直流电场中进行甜菜红色素的提取；Mustafa Fincan等人用脉冲电场进行提取试验并建立提取的数学模型。以上两种提取方法在常温下进行，减少了高温工艺下的损失，但因脉冲提取对脉冲波及发生器的要求较高，设备投入及维护成本较高，限制了其在生产中的拓宽应用。

4.2　纯化

天然色素由天然有机物提取所得，成分复杂，除含有发色物质外，还有胶质、淀粉、糖类、脂肪、无机盐和重金属等。甜菜红色素纯化的目的就是为去除影响色素溶解性和透明度的果胶、蛋白等大分子，提高色素色价和色素品质，滤除溶液中部分的糖类、金属离子等。一般国内外采取的纯化方法有酶法纯化、微生物发酵法纯化、膜分离纯化、离子交换树脂纯化和吸附解析纯化等。

国内赫崇岩等人采用超滤一纳滤两次膜分离对色素进行分离、浓缩，超滤截留了大部分的蛋白质等大分子，纳滤将溶液浓缩三倍左右，糖分等杂质滤除率达36％，金属离子滤除率达95％左右，无机盐离子全部滤除，改善了色素品质。龚敏等用S-8型、AB-8型、NKA-9型、D3520型和X-5型五种大孔吸附树脂对色素纯化进行研究，最终确定用S-8型树脂对粗提液去杂，经盐酸化乙醇交换和浓缩制得色素成品，提高了色素回收率，同时降低了纯化工艺的能耗，避免了色素的降解和变性。

郑同安等介绍用聚酰胺吡咯烷酮类多孔树脂进行吸附，再用烯酸和多糖酸的铝盐或镁盐解析，该方法中阳离子交换树脂具有独特的选择性，达到了浓缩、分离、纯化的目的，去除了糖及其杂质，提高了色素的稳定性，增强了产品品质。另外利用吸附解析来精制甜菜红色素。将调好pH值的萃取液通过装有吸附剂的固定柱，然后用洗脱液淋洗树脂柱，实验研究发现用80％的水和20％异丙醇组成洗脱液从树脂中解析色素最为有效。另外采用微生物发酵法同样能够有效

的去除粗提取液中的糖、硝酸盐和亚硝酸盐。Drdak用7种啤酒酵母对巴氏杀菌后的甜菜红提取液接种进行发酵，甜菜红色素保持理想的水平，而糖的含量有较大的降低；Grajek用反硝化细菌进行清除硝酸盐以及亚硝酸的研究表明Paracoccus denitrificans ATCC 19367和Ochrobactrum anthropi ATCC 21909这两种菌株清除硝酸盐、亚硝酸盐的效率较高；但是Czapski、Walkowiak-Tomczak研究认为用反硝化细菌发酵对甜菜红色素中的红色素是不利的，而黄色素基本不受影响，同时对色素的气味也有一定的影响。

5　甜菜红色素检测方法

甜菜红色素在提取纯化后往往还有杂质，成分较复杂，难于对其进行鉴定，只有将各组分进行分离纯化成单体后，才能进行鉴定，确定其化学结构。国内外已研究过的食品中甜菜红色素的分离分析方法有比色法、薄层层析法、液相色谱法、气相色谱法、毛细管电泳法等。目前的主流方法有两种：分光光度法和高效液相色谱(HPLC)法。

5.1　分光光度法

早在上个世纪70年代，人们在研究甜菜红色素的提取和稳定性方面，就采用分光光度法，1993年，Strack对光度计分析检测甜菜红色素进行了综述，说明了分光光度法能够快速的来分析甜菜红色素。我国食品添加剂甜菜红标准(QB/T3791-1999)使用分光光度法对甜菜红色素进行测定，PH5.4乙酸-乙酸钠缓>中液做参比，以535nm处样品溶液的吸光度来计算甜菜红色素中甜菜苷的含量。目前国内有较多的报道是用分光光度法来研究甜菜红色素的理化性质、提取工艺及稳定性。

5.2　高效液相色谱(HPLC)法

虽然分光光度法操作简单，可以较快速的来分析甜菜红色素，但在色素测定方面也存在一定的缺陷，因为大多数有机化合物在紫外可见光区的吸收光谱比较简单，谱带宽且缺乏精细结构，特征不强，不宜对未知化合物进行准确的鉴定，只要其它物质有吸收就会对色素测定产生干扰，不能保证其准确性，人们近年来开始采用高效液相色谱法来分离检测甜菜红色素。

孙世萍等人对高效液相色谱法测定甜菜红色素进行了研究，并提出高效液相色谱是一种以液体做流动相和固体微粒做固定相，待测组分在柱内的两相之间进行高速分配和高效分离的柱液体色谱方法：进而也确定了高效液相色谱法检测甜菜红色素的最佳色谱条件：反相Shim-pack vp-ODS C12(150mm×4.6mm i.d，5um)色谱柱；波长为535nm；流动相：甲醇与2％冰醋酸缓冲液(PH=2.7)的比值为20:80；流动相的流速为：0.8mL/min。

另外还有研究报道的分析方法有高速逆流色谱法，是种最新发展的液液分配分离方法，它不用任何固态的支撑物或载体，可分离组分复杂的天然产物。另傅立叶变换离子回旋共振质谱仪与其他分析方法联用也可以很好的鉴定甜菜红色素的组分。

6　开发和利用

甜菜红色素由于色泽鲜艳自然，无毒副作用，无特殊气味，且具有定的保健功能，是一种理想的天然红色素资源，因此广泛应用于食品、保健品、医药、化妆品等领域。

6.1　食品着色方面

甜菜红色素是从食用蔬菜-红甜菜中提取的天然色素，所以无毒、无副作用，色泽鲜艳且含有人体建成、新陈代谢和生长发育所必须的营养成分，所以广泛应用于各种饮料、果味粉、果汁路、汽水、糖果、糕点、夹心、冰淇淋、罐头、浓缩果汁、雪糕、果冻、香肠食品的着色，及增加了食品的美好外观有提高了食品的营养价值。

6.2　医药保健品方面的应用

吕晓玲等人对甜菜红色素主要成分抗氧化能力进行了研究，并最终确定甜菜红色素的主要抗氧化部分为红色部分，及甜菜红苷。Tesoriere等(2004，2005)发现食用含有甜菜素的刺梨果实后，可以明显降低过氧化胁迫造成的脂质损害，提高人体的抗氧化水平；离体红血球在甜菜素溶液中培养一段时间也可以明显延迟由于氧化剂异丙基苯过氧化氢物(cumene hydroperoxide)造成的溶血作用。其次，甜菜红色素中含有甜菜碱，它对肝脏疾病(如慢性肝炎、肝硬化、中毒性肝炎、代谢性肝脏病及胆道疾病引起的肝功能障碍等)有一定的疗效。所以甜菜红色素不仅可以美化特殊人群药品的外观有利于服用：在药品的区分方面也可以用甜菜红色素代替人工合成色素来对药品进行很好的区分，而且在人体抗氧化方面和肝脏疾病的治疗方面也有不可磨灭的作用。另外，Kapadia等(1996)发现，甜菜根对老鼠的皮肤癌和肺癌具有显著的抑制作用。由于甜菜红色素具有以上作用，所以可以用于药品、保健品等的研制开发。

6.3　在化妆品方面的应用

许多化妆品的生产需要添加色素，如唇膏、洗发水、染发剂等，由于国内化妆品生产过程中添加的色素大多是合成色素，所以一些皮肤比较敏感的人群在使用的过程中会出现过敏症状，对于他们来说天然色素无疑是一个很好的选择；而甜菜红色素是天然色素，无毒无害，而且还具有医疗和保健功能，因此用于有色化妆品、抗衰老化妆品的生产，具有较大的开发潜力。

6.4　在其他方面的应用

甜菜红色素除了用于食品着色、医药、化妆品、保健品方面外，最近研究还可以用于羊毛染色，羊毛染色宜在低温和较强的酸性条件下进行。染色后，不仅羊毛的品质有了明显的提高，而且甜菜红色素是天然色素色泽鲜艳，无毒无害，不会污染环境，所以甜菜红色素作为一种着色染料应用前景也是非常广阔的。为了提高甜菜的综合利用价值，提取后的甜菜渣可以用于生产酒精、发酵做复合肥料、做动物饲料等。

7　展望

由于甜菜产量高，价格便宜，又随着新品种的不断引进并在我国广阔的土地上推广种植，为甜菜红色素的提取提供了充足的原料。又因甜菜红色素的提取工艺简单，所以甜菜红色素在我国有非常优越的生产条件。目前甜菜红色素存在的最大问题是对热较为敏感，且极不稳定，因此限制了其在各领域中的应用。所以在提高甜菜红色素稳定性方面是一个需要进一步深入研究的领域，从而拓宽甜菜红色素的使用领域，并且能在食品、保健品、医药、化妆品、染料等领域发挥更好的作用。