（食品科学专业论文）桑椹红色素分析及稳定性研究.pdf

摘要 桑椹( m u l b e r r y ) ，桑科、桑属植物桑( m o r u s a b l al ) 的成熟果穗，果实肉质，营养丰富。 桑椹红色素则是桑椹果实中天然存在的一种色素物质，属于天然花青类色素，其着色性高，色泽 诱人且安全性好，可以用于酸性食品的着色剂使用，也可作为化妆品及保健品着色剂加以开发利 用。 本文首先以云南蒙自的“大十”和“红果”桑椹果渣为原料，分别用有机溶剂法对桑椹红色 素进行粗提；色素粗提液通 x 过a b - 8 大孔吸附树脂柱层析法纯化去杂；将色素粗提液及柱层析收集 到的各组分进行h p l c - m s 定性检测。得出结论：“大十”和“红果”桑椹红色素中所含的花色苷 成分相同，均为花青素3 葡萄糖苷和花青素3 芸香糖苷。 其次，分别对“大十”和“红果”的色素粗提液、纯化液和浓缩液进行h p l c m s 定量检测， 计算纯化、浓缩过程中的色素损失率。得出结论：“大十”红色素中两种花色苷含量高于。红果” 红色素中花色苷含量。两个品种中的花青素- 3 葡萄糖苷含量均高于花青素3 芸香糖苷含量；纯化 过程中花青素3 葡萄糖苷的损失较花青素每芸香糖苷多1 0 1 5 ，而在浓缩过程中花青素- 3 芸香 糖苷的损失比花青素3 葡萄糖苷多1 4 2 1 。 进而，对“大十”桑椹经过纯化后的红色素进行稳定性分析，研究不同外界因素如p h 值、 蔗糖、v c ，氧化剂、加热、光照等对桑椹红色素稳定性的影响，并研究加入辅色剂后光照对桑椹 红色素稳定性的影响。得出结论：桑椹红色素在低温条件下稳定性较高；随着加热时间延长、加 热温度升高损失率增大；耐氧化性差；对普通还原剂稳定；高浓度蔗糖对色素有一定影响；光照 对色素有较强的降解作用；部分金属离子对色素有护色作用，f c ”对色素有很大影响，使色素发 生沉淀变性。在色素中加入丙二酸、丁二酸和柠檬酸等辅色剂能提高色素的稳定性。 关键词：桑椹红色素，组成，含量，稳定性 a b s t r a c t m u l b e r r yi st h er i p ef r u i to f m o r u sa b l al t h ef r u i ti sf l e s h ya n dr i c hi na l i m e n t a f i o n m u l b e r r yr e d p i g m e n ti sak i n do f p i g m e n ti nm u l b e r r yf r u i t i ti sak i n do f n a t u r ea n t h o c y a n i np i g m e n tw h i c hi ss a f e ， 舶s ha n dc a nd y ee f f e c t i v e l y i tc a l lb eu s e di np i g m e n t a t i o nf o ra c i d i cf o o dc a nb eu s e di nc o s m e t i c s a n dh y g i n n i c a lf o o d sb e a j u s eo fi t sp h a r m a c o l o g i c a lf u n c t i o n f i r s t l y ，t h ea r t i c l et a k e st h em u l b e r r yp o m a c eo f “d a s h i a n d “h o n g g u o f r o mm e n g z ii ny u n n a n p r o v i n c ea sm a t e r i a l m u l b e r r yr e dp i g m e n ti se x t r a c t e db yo r g a n i cs o l v e n t sr e s p e c t i v e l y ；e x t r c t e d m u l b e r r yp i g m e n ts o l u t i o ni sp u r i f i e db ym a c r o - p o r o u sr e s i na b - 8 ；m u l b e r r yr e dp i g m e n tf r o m e x t r a c t i o na n dp u r i f i c a t i o ni sa n a l y z e dq u a l i t a t i v e l yb yh p l c - m s a sar e s u l t ，a n t h o c y a n i n si n “d a s h i ” a n d “h o n g g u o ”a r e 枷c y a n i d i n - 3 一g i n c o s i d ea n dc y a n i d i n - 3 一r u t i n o s i d e s e c o n d l y , e x t r c t e dm u l b e r r yp i g m e n ts o l u t i o n ，p u r i f i e dm u l b e r r yp i g m e n ts o l u t i o na n d c o n c e n t r a t e dm u l b e r r yp i g m e n ts o l u t i o no f “d a s h i a n d “h o n g g u o ”a r ea n a l y z e dq u a n t i f i c a t i o n a l l yb y h p l c - m s t h el o s sr a t eo fm u l b e r r yp i g m e n ti nt h ec o h r s eo fp u r i f i c a t i o na n dc o n c e n t r a t i o ni s c a l c u l a t e d a sar e s u l t ，t h ec o n t e n to ft w oa n t h o c y a n i n si n “d a s h i r e dp i g m e n ti so v e rt h a to ft h es a m e a n t h o c y a n i n si n h o n g g s o r e dp i g m e n t t h ec o n t e n to fc y a n i d i n - 3 - g l u c o s i d ei nt w ok i n d so f m u l b e r r i e si sn 帕鹏t h a nao fc y a n i d i n - 3 - m t i n o s i d e t h e r a t eo fc y a n d i n - 3 - g l u c o s i d ei s1 0 1 5 m o r et h a n i to f c y a n i d i n - 3 m t i n o s i d ed u r i n gp u r i f i c a t i o n ，h o w e v e r , t h e l o s s r a t eo f c y a n i d i n - 3 - m t i n e s i d ei s1 4 2 1 m o r e m o r et h a ni to f c y a n i d i n - 3 - g l u c o s i d ed u r i n g c o n c e n t r a t i o n t h i r d l y , s t a b i l i t yo f “d a s h i ”m u l b e r r yr e dp i g m e n ta f t e rp u r i f i c a t i o ni sa n a l y z e d e x t e r i o rf a c t o r s , s u c ha sp h 、s u c i o s c 、v c 、o x i d a n t 、m a t i n g 、i l l u m i n a t i o na n ds oo na l ed e a l tw i t h i na d d i t i o n i n f l u e n c e o fi l l u m i n a t i o nw i t hp i g m e n t - a s s i s t a n to ns t a b i l i t yo fm u l b e r r yr e dp i g m e n ti sa n a l y z e d a sar e s u l t , m u l b e r r yr e dp i g m e n ti ss t a b l ei nl o wt e m p e r a t u r e t h el o s sr a t ea u g m e n t sa st i m ep r o l o n g sa n dh e a t i n g t e m p e r a t u r eh e i g h t e n s i ti su n s t a b l ew i t ho x i d a n t ，a n ds t a b l ew i t hc o m m o nr e d u c t a n t s s u c r o s ew i t h h i g hc o n c e n t r a t i o nh a so b v i o u si n f l u e n c eo ns t a b i l i t yo fm u l b e r r yr e dp i g m e n t i l l u m i n a t i o nc a ui n d u c e m u l b e r r yr e dp i g m e n tp h o t o l y s i sr a p i d l y s o m em e t a li o n p r o t e c tm u l b e r r yr e dp i g m e n t , , b u tf 矿 h a v eo b v i o u si n f l u e n c eo ns t a b i l i t yo fm u l b e r r yr e dp i g m e n t , a n dl e a d sm u l b e r r yr e dp i g m e n td e p o s i t a n dd e n a t u r a l i z e t h es t a b i l i t yo fm u l b e r r yr e dp i g m e n tc a nb ei m p r o v e dw i t hp i g m e n t - a s s i s t a n t , s u c ha s m a i o n i ca c i d ，s u c c i n i ca c i da n dc i t r i ca c i d k e y w o r d s ：m u l b e n yr e dp i g m e n t , c o m p o n e n t , c o n t e n t , s t a b i l i t y 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名 糯隽多 时间：洳、) ， 年l 月f 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究尘签名：锄另善 帆加7 年多月步闩 导师签名： 时间：沥7 年# 月蜘 中国农业大学硕士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 食用色素是食品添加剂的重要组成部分，包括天然色素和合成色素两大类。它不仅广泛应用 于饮料、酒类、糕点、糖果等食品，以改善其外观品质，而且也普遍应用于医药和化妆品生产嗍。 人类最早使用的天然色素，有着悠久的历史，早在后魏贾思勰的 齐民要术中就有从植物 中提制色素的记录。到了十九世纪中叶。人们把一种叫藏红花香料添加到一些食物中起装饰作用 【1 5 l 。 在1 8 6 6 年，s i r w i l l i a n h e n r y p e r k i 7 0 l 发明了第一个合成色素在1 9 世纪末2 0 世纪初，未受 审批的色素添加剂广泛用于欧美市场的各种流行食物中，如番茄酱、芥末、果冻和酒类等。市场 上出现8 0 多种人工合成色素，其中一些是用于纺织业的。许多食用色素从来没有做过毒理和其 他负作用方面的测定。 从1 9 9 0 年以来，大量人工合成色素生产以苯胺为原科，这是一种有毒的石油产品。最初， 这些色素称作煤焦油色素，因为合成的原料来自于含沥青的煤。早期的色素来源于植物、动物和 矿物原料，在2 0 世纪初期仍然在食品中使用，但生产商在经济利益的驱使下逐渐将它们淘汰了 化学合成色素的生产工艺简单，价格低廉，染色性能非常理想，并且用量少，不会对食物产生不 良风味但随着合成色素使用量的增长，安全性问题逐渐引起人们的关注。结果世界各国出台了 许多法规，如美国批准的合成色素从3 0 0 多种锐减到7 种。然而食品搀假仍然持续了许多年，它 们与近年来对食用色素和健康持异议的新闻媒体，共同促进了消费者对食物中色素添加剂的关 注。 合成色素虽然具有经济、稳定、使用方便的优点，但应安全性问题，许多合成色素被禁用。 为了提高食用色素的安全性，世界各国正大力开发和利用天然色素。因此，食用色素，特别是食 用天然色素研究与开发有着广阔的发展前景和巨大潜力。 1 1 天然色素 1 1 1 天然色素的研究进展 国际上天然食用色素的研制始于7 0 年代初。1 9 7 1 - 1 9 8 1 年的1 0 年间，各国发表专利总计 1 2 6 篇，而合成色素同期仅l o 篇。进入年代后，天然色素的研究进入高潮，仅日本1 9 7 8 年一 1 9 8 9 年就发表天然色素专利1 4 2 篇。目前，国际上天然色素的研究开发方兴未艾，开发的品种越 来越多，产品质量越来越高。日本在天然色素的研究开发居于领先地位，已开发3 0 多个品种， 大量使用的也有2 0 多个品种。 我国天然色素的研究起步较晚，基本是从7 0 年代后期开始的。早期的品种主要有红曲红、 叶绿素、虫胶色等，产生了较好的经济效益和社会效益。目前，随着食品天然化趋势的发展，天 然色素的研制与应用日益增多，许多大专院校、科研单位开始介入这一领域。经过l o 多年的开 发研究，目前已有3 0 多个品种列入国家食品添加剂卫生标准，研究的品种则更多。其中主要有 南京野生植物研究所的越桔红、栀子黄、辣椒红等色素；天津师大的高粱红、玉米黄色素；成都 中国农业大学硕 一学位论文第一章文献综述 生物研究所的苋菜红色素；昆明虫胶厂的虫胶色、玫瑰茄色素；重庆天府可乐公司的焦糖色素； 天津轻工学院的甜菜红、苋菜红色素；江苏省植物所的菊黄色素；林科院林产化工研究所的可可 色素等i “ 1 1 2 天然食用色素的分类嘲 天然色素按来源的不同可分为： 植物( 包括藻类) 色素，这约占各国许可使用天然色素的9 0 以上。它们大多来自可食资源， 尤其是人们长期食用的蔬菜、水果等。例如如蔬菜的绿色( 叶绿素) ，胡萝h 的橙红色( 胡萝h 素) ， 草毒、苹果的红色( 花青素) 等； 动物色素，这类色素较少，如牛肉、猪肉的红色色素( 斑红素) ，虾、蟹的表皮颜色( 类胡萝 p 素) 等； 微生物色素，这类色素亦较少，目前广泛应用的是将红曲霉接种于蒸熟的大米所制成的红曲 米，以及进一步提取制得的红曲色素。 按化学结构不同可分为： ( 1 ) 毗咯色素 毗咯色素一般称为叶绿素，叶绿素是一原子镁和叶琳构成的化合物。研究得较多的是叶绿素 a 和叶绿素b 。 ( 2 ) 多烯色素 多烯色素是由异戊二烯残基为单元组成的共扼双键相连为基础的一类色素。这类色素又称为 类胡萝h 素。类胡萝h 素按其结构和溶解性分为两大类：一类是胡萝h 索类，此类色素结构中舍 有大量共扼双键。如番茄红色素及是此类色素。另一类是叶黄素类，此类色素的结构是共扼多烯 烃的加氧衍生物。玉米黄素、月因脂树橙色素，藏花素等都是此类色素。 ( 3 ) 酚类色素 酚类色素是多元酚的衍生物，它又可分为如下两类色素。花青素类，这类色素的基本结构 是2 一苯基苯并毗哺，即花色素基元。天竺葵色素，矢车菊色素，飞燕草色素，黄刺玫色素等都 属于花青素类。花黄素类( 黄酮素) 。此类色素中一般具有2 一苯基苯并毗喃酮结构。高粱色素、 菊花色素、红花素、圣草素等都属于此类色素。 ( 4 ) 酮、醒类色素 酮、醒类色素中含有酮类结构或酮类结构。散洙花，胡桃酮、白花丹素、芒果叶素都属于此 类色素。 ( 5 ) 其他天然植物色素 自然界中还有许多在结构上不同于上述物质，但属于色素的化合物。即使已经知道属于哪一 种化学结构类型，但由于来源不同，化学结构上某些差异，所表现出来的性质也不同。在天然植 物色素管理上，也往往作为一个新品种加以研究。例如狐衣酸色素、毗咯y 一毗喃酮类等。 1 1 3 天然食用色素的特点 与食用合成色素相比，食用天然色素主要优点是 2 中国农业大学硕卜学位论文 第一章文献综述 ( 1 ) 绝大多数天然色素无毒和无副作用，安全性高； ( 2 ) 很多天然色素中含有人体必须的营养物质，或其本身就是维生素或具有维生素性质的物 质； ( 3 ) 有的天然色素具有一定的药理功效，对疾病有预防治疗作用； ( 4 ) 天然色素的着色色调比较自然，更接近于天然物质的颜色。 诚然，食用天然色素也不是完美无缺的，与食用合成色素相比，也存在一些需要改进的缺陷： ( 1 ) 大部分天然色素对光、热、氧、金属等敏感，稳定性较差； ( 2 ) 绝大多数天然色素染着力差，染着不易均匀； ( 3 ) 天然色素对p h 值变化十分敏感，色调会随之发生很大变化； ( 4 ) 天然色素种类繁多、性质复杂，就一种天然色素而言，应用时专用性较强，运用范围较 窄。 天然色素的变色、褪色是一个很复杂的问题，解决这一问题首先要了解天然色素的特征，考 虑其自身结构的性质，以及加工条件的影响。天然色素在食品加工及流通过程中易受到外界条件 如光、温度、p h 值等多方面因素的影响。且天然色素提取工艺的不同，亦影响到色素的色泽稳定 和提取率。由于上述原因，使天然色素在使用上受到一定的限制。故此，如何提高天然色素的稳 定性和寻找较好的提取工艺，是目前推广使用天然色素的关键。天然色素还有一些其他的缺点： 不同色素间配合使用困难；在取得色素后废弃物较多；比起一般的合成色素，增长率低，着色成 本较贵等。 1 1 4 天然色素的常规制备方法 植物中天然化合物成分十分复杂，要想取得其中的色素成分，必须根据植物种类、组分的不 同，通过实验确定其中的色素类型，再选择适当的提取分离方法及合适的工艺路线，以获得收率 高，质量好的天然色素产品。根据天然色素的特点和性质，常规的加工方法可以分为四类粉 碎法、溶剂萃取法、酶反应法、培养法。 粉碎法适用于制取色素样品，如最初的姜黄色素就是采月；i 粉碎法。工艺路线为：原料一筛选 一水洗干燥一粉碎一成品 溶剂萃取法是目前普遍采用的加工方法，绝大多数天然色素都是采用萃取法生产，所用的溶 剂主要有热水、乙醇，石油醚等，适用的色素有越桔红、栀子黄、玉米黄、高粱红、辣椒红、玫 瑰茄色素等。工艺路线为：原料一筛选一水洗干燥一破碎一萃取一过滤一浓缩一千燥制成粉剂( 或 加溶剂) 一成品。 酶反应法是一种特殊的方法，主要适用于一些需要经过酶催化反应发生结构变化，产生新的 分子才能显色的品种，如栀子蓝、红色素的生产。工艺路线为：原料一筛选一水洗干燥一破碎一 萃取一酶反应一萃取一浓缩一千燥制成粉剂( 或加溶剂) 一成品。 培养法是一种新的天然色素生产方法，代表着将来的发展方向。早期的有红曲红色素，它是 微生物发酵产生的色素。近期的有紫草色素，是通过植物细胞组织培养产生的色素。植物细胞组 织培养法是生产天然色素的新技术、新方向，其大规模工业化生产将带来一次天然色素生产革命， 推动天然色素产业的发展。工艺路线为：培养基植菌( 或活细胞) 一培养一筛选、分离一除去溶 3 中同农业大学硕士学位论文 第一章文献综述 剂一干燥制成粉剂( 或加溶剂) 一成品。 1 1 5 天然色素的精制方法 常规方法生产的天然色素大多是粗制品，其中仍含有大量的胶质、淀粉、糖类、脂肪、有机 酸碱、无机盐、重金属离子等物质，产品色价低，杂质含量高，直接影响到天然色素的稳定性、 染色性，限制了应用的范围。因此，用常规方法生产的天然色素必须使用先进的分离技术进行精 制，才能大幅度地提高产品质量，改善天然食用色素的性能，扩大其应用范围。天然食用色素的 精制技术主要有三种：离子交换树脂提纯技术、吸附树脂解吸精制技术、酶法精制技术。 离子交换技术是用固体离子交换剂处理溶液，使溶液中某种离子与固体中含有的离子相互交换， 从而除去溶液中所不希望含有的离子的技术。离子交换分为阳离子交换和阴离子交换。近几十年 来，离子交换技术得到了飞速发展，离子交换树脂的独特选择性可以达到浓缩，分离、提纯、净 化等目的。 应用实例：葡萄红色素是从葡萄汁及皮中浸提出的花色苷类红色色素的混合物。将浸提浓缩 后的糍制品用磺酸型阳离子交换树脂进行纯化，可除去浓缩液中糖及有机酸，使精制后的产品中 色素的纯度、色泽、稳定性得到较大的提高。 吸附是利用多孔性的固体吸附剂处理流体混合物，使其中含有的一种或多种组分被吸附于固 体表面，从而达到分离纯化的目的。选择不同吸附剂及解吸附剂，可以用于分离不同的组分。 应用实例：萝h 红色素是从红心萝p 中提取出来的天竺葵素的葡萄糖苷衍生物，租制品中含 有大量的杂质，采用吸附解吸法精制工艺，使制品纯度提高了1 0 倍以上，降低了其中的萝h 气味， 改善了色素的性能，扩大了其应用范围。 酶是生物体内特有的专一性高效催化剂，催化条件温和，可在常温、近中性的条件下进行， 专一性很强，适用于耐热性较差的天然色素品种的精制。酶法精制即通过加入某些酶( 如蛋白酶、 脂肪酶等) ，利用其专一性催化作用，将粗制品中的杂质通过酶反应除去，达到精制提纯的目的。 应用实例：蚕砂中提取的| 绿素粗品人多气味不佳，影响了使用价值。采用酶法精制，可得 到优质叶绿素，即在p h 的缓冲溶液中加入脂肪酶制剂，在3 0 c 下搅拌3 0 分钟，进行活化，再把活 化的脂肪酶液加到3 7 的粗制叶绿素中，搅拌反应1 小时，即可除去其中令人不快的刺激性气味， 得到质量优良的叶绿素。 1 1 6 天然色素组分分析测定 食用色素的定性，定量分析测定一般用以下几种方法： 紫外一可见光谱法，这种方法主要用于对色素的定性测定，原理是根据其光谱图的特征吸收 ( 包括吸收峰的数目、最大吸收波长、晟小吸收波长、吸光值) 与各种标准色素特征吸收光谱图 进行比较，来判断是否为同种色素，以及色素的纯度是否与样品相一致 柱色谱+ 薄层层析法，这种方法可以用于对天然色素的定性、定量测定。原理是用硅藻土和 聚酰胺为柱材料吸附色素，再用不同的洗脱剂洗脱，得到的混合样品经薄层层析或纸层析定性测 定。 高效液相色谱法，主要依据色素的极性、吸附性、羟基环氧基的数目和最大吸收峰来选择相 4 中国农业大学硕t 学位论文第一章文献综述 应的色谱柱和流动相，这种方法快速、简便、灵敏、准确，逐步被广泛地应用与色素研究分析中。 1 1 7 影响天然色素应用的因素 天然食用色素一般比合成色素稳定性差，作为天然食用色素产品来说，要求稳定性要好，这 样在使用过程中色素的化学结构、色泽都不会发生变化。影响天然色素稳定性的因素通常包括： 1 1 7 ，体态 天然色素可有液体、膏状、固体和悬浮液等不同状态。使用时液体通常比固体便宜、方便， 但为了便于贮存可控制一定质量，常制成膏状或固体这在使用时常需要适当溶解。当以悬浮液 应用时，需了解其色调是否会因分散、溶解而改变。 ， 7 2 色素含量 食用天然色素含色素量不等，尤其是某些抽提物含量低，用量较多，含量高者用量少。 1 1 7 3 溶解性 某些色素是水溶性的，如甜菜红、花色素苷；另一些如辣椒红、姜黄素是油溶性的，需针对 不同食品予以应用。 1 1 7 4p h 大多数食用天然色素的色调和稳定性容易受p h 影响，如花色素苷在酸性时变红，碱性时变 蓝。应用时需根据着色食品的特点和需要有所选择。 1 1 7 5 加工条件 加热常可使某些天然色素降解、褪色，如甜菜红即不适宜长时间高温加工食品的着色。 1 1 7 6 食品组成 除了油脂含量高的食品需选用脂溶性色素着色外，其它食品组分如单宁、蛋白质亦可影响某 些色素如花色素苷的使用。金属离子也可有一定影响。 1 1 7 7 其它配科 某些油溶性色素如姜黄素和b 一胡萝h 素的使用，有时需添加适当的稳定剂和乳化剂，如食物 胶等以使其呈水混溶性，且使被添加的配料与加用色素的食品体系一致。 1 1 7 8 微生物质量 油溶性色素的水分含量低，通常不易因微生物腐败变质，而水溶性色素如甜菜红、花色素苷 等可含有较多的水和糖类，应防止微生物变质。 1 i 7 9 包装条件 许多天然色素易受光、氧等的破坏，故应有适当包装并注意保质期。 1 1 8 天然色素的稳定化技术进展 为了解决天然色素的稳定性问题。科研工作者进行了多方面的探索，取得了以下几方面的进 展【4 】。 1 1 8 1 分离精制技术的采用 天然色素中含有较多的杂质，而杂质的存在往往降低色素的稳定性，因此采用适当的精制技 术可提高色素的稳定性。目前色素的精制方法主要有离子交换法、膜分离法和综合法等，如有文 5 中国农业大学硕卜学位论文第一章文献综述 献报道用超滤法提纯葡萄皮色素和甜菜红色素，稳定性得到了较大的提高。 1 1 8 2 消除金属离子的影响 金属离子( 特别是f d + 、s n ”等) 对很多色素有影响，因此在色素的生产、贮藏和使用时应尽 量避免使用金属容器，所用的水应进行离子交换，或者加入金属离子封闭剂。如刘巍报道1 1 2 1 姜黄 色素溶液中加入三磷酸钠就可消除f 矿+ 对该色素的影响 1 1 8 3 添加色素稳定剂，可提高色素稳定性 近年来曾有文献报道了花青素类色素的一系列稳定剂。黄慧淑报道 5 l _ e d t 埘栀子黄色素有 稳定效果。辣椒红色素可用咖啡豆、燕麦芽的提取物进行稳定i l ”。利用环糊精等具有特异结构的 物质来稳定色素的研究也正在进行中。 1 1 8 4 添加抗氧化剂，可提高抗氧化性差的色素的稳定性 目前研究较多的抗氧化剂有黄酮类和单宁类化合物，如日本三荣株式会社研制的黄酮类抗氧 化剂“三麦力”产品对多种胡萝b 素、花青素类色素、醌类色素等有明显的稳定作用。抗坏血 酸对胡萝h 素、醌类色素有较好的防退色和变色效果。 1 1 8 5 对不稳定的色素的化学结构进行改造，可加强色素的稳定性 如将叶绿素制成叶绿素铜和叶绿素锌，稳定性大大提高。将芸香苷改性成金属盐可提高色素 的色价和稳定性用有机酸使花青类色素酰化制成“酰化花色苷”可提高花青类色素的稳定性。 1 1 8 6 在加工、包装，流通过程中防止色素变色 有效手段是消除引起色素变色、退色的根源，保持在色素稳定的p h 值范围，采用低温加热、 与酶隔绝、低温流通、充氮保存、开发专用包装材料等措施。 1 1 9 食用天然色素的营养保健价值 天然色素的用途并不仅仅局限于食品的着色，有的品种还兼有营养、保健的功能，因为它们 保留了植物体内丰富的多种天然物质，如：维生素、氨基酸、核苗酸、小分子活性肽、芳香物质 以及某些必须元素等。在天然色素的功能性研究中，主要集中在b 一胡萝1 - 素、番茄红素、姜黄 色素、花青素、叶黄素、叶绿素的研究。 b 一胡萝b 素不仅具有维生素a 的活性，而且具有抗氧化能力，在防癌和抗衰老方面可以起 到有益的作用。这是因为胡萝h 素类在氧分压较低( 2 0 2 4 x 1 0 5 p a 以下) 时具有抗氧化剂的作用， 可清除单线态氧、羰基自由基、超氧基自由基和过氧自由基。在发挥抗氧化作用时，胡萝b 素或 被降解，或在发挥作用后又复原 番茄红素具有抗氧化、消除自由基、诱导细胞间信息传递、调控肿瘤增殖、明显减轻由体内 过氧化引起的对淋巴细胞d n a 的氧化损害、减缓动脉粥样硬化形成等功能。 花青素属于酚类化合物，有证据表明，它不仅无毒和无诱变作用，而且有治疗特性。花青素 在眼科学及治疗各种血液循环失调疾病、发炎性疾病、减少冠心病方面有疗效【1 q 【驯【叫。对它的研 究主要集中在红葡萄酒和葡萄皮，发现红葡萄酒中有一种物质，能减少心脏病和癌症的发病率。 红葡萄酒中的这些物质是很强的抗氧化剂，具有广泛的生化和药理作用，包括抗致癌物质、抗发 炎和抗微生物，还能阻止l d l ( 低密度脂蛋白) 氧化和心血管病的发生i 帅】。 历史上姜黄已经用于疾病治疗，它有抗炎症和抗菌的属性，也用来做香料，姜黄色素是一种 6 中国农业大学硕 一学位论文第一章文献综述 强的抗氧化剂，可以保护细胞组分免遭氧化伤害，已经发现姜黄色素能够阻止癌症的发生、发展 和扩散、提高消化酶的活性，可以作抗细菌剂，促进肝脏的解毒作用，甚至有报道它有抗艾滋病 的特性嗍。 叶黄素是一种类胡萝h 色素。它是一种抗氧化剂。叶黄素是在眼睛视觉斑区发现的两种类胡 萝h 色素之一，能够减缓因视觉斑降解引起的衰老。饮食中富含叶黄素可以减少白内障的发生率， 越来越多的证据也表明叶黄素有抗癌作用1 4 0 l 。 叶绿素有三方面的属性：促进伤口愈合、抗基因毒性和抗基因突变，它也是一种除臭剂。 1 1 1 0 食用天然色素的应用 食品中所用的天然色素有水溶性、油溶性、乳浊型和固体粉末型等四大类，每类色素的制备 方法有所不同，在食品中的适用范围也不一样。 水溶性天然色素一般用水、酸碱水溶液或乙醇溶剂等萃取后经过滤、浓缩后制取的。水溶性 天然色素一般用于水基类的食品中，如冰激凌、奶制品饮料、果汁饮料，奶酪、谷物食品以及色 拉装饰等。 油溶性天然色素常用植物油直接浸出或溶剂萃取的方法制备。此类色素可用于黄油、起酥油， 色拉油、糖果涂层、糖霜、各种饼、派类食品以及微波加工食品等。 乳浊天然色素是通过添加乳浊剂用特殊的加工方法生产的。常用的乳浊剂有丙烯二醇、多山 梨醇酯以及单酸甘油酯等，可直接将其加入水基或油基食品中，如黄油、麦淇淋、乳酸酪，果汁 饮料、烘焙食品以及糖果食品等。 粉末天然色素是萃取后的色素经浓缩、干燥后制备的。主要用于固体含量高，不依赖于水的 食品系统或需要高浓度色素的食品中，如干混食品、某些干燥食品，谷物食品、速冻食品以及烘 焙食品等。 1 2 花色苷 花色苷是人们最熟悉的水溶性天然食用色素，在自然界广泛分布，构成了植物王国中绝大多 数品种的蓝色、红色、紫色鹤黄色等。花色苷作为一种天然食用色素，安全、无毒、资源丰富， 而且具有一定营养和药理作用，在食品、化妆品、医药领域有着巨大应用潜力。 1 2 1 花色素苷的结构 由于花色苷像其它天然黄酮类化合物一样，具有特征性很强的c 6 c 3 c 6 碳骨架和相同的生化 合成来源，因此，人们也将花色苷视为黄酮类化合物。但花色苷因强烈吸收可见光而区别于其它 天然黄酮类化合物。花色苷的颜色与连接在母体c 6 c 3 c 6 核上的取代基和环境有关。 花色苷的配基为花色素( 又名花青素) ，如图所示 3 6 1 。 7 中国农业大学硕十学位论文 第一章文献综述 图卜1 花色素基本结构 商参1 - 1t h cb a s i c 咖咖托蝴a n i n s 已知有2 0 种花色素，但在食品中重要的仅6 种，分别是天竺葵色素( p g ) ，矢车菊色素( c y ) 、 飞燕草色素( d p ) 、芍药色素( p n ) 、牵牛花色素( p t ) 和锦葵色素( m v ) 【坼l 。与花色素成苷 的糖主要有葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖和由这些单糖构成的均匀或不均匀二糖和 三糖，其中，3 一单糖苷、5 双糖苷、3 ，5 - 二糖苷和3 ，7 - 二糖苷是最常见的。花色素及其糖苷也 存在甲氧基化形式。甲氧基化的位置多数位于g 3 和。花色苷也经常以酰化的形式存在， 引起酰化的主要有机酸有咖啡酸、对香豆酸、芥子酸、对羟基苯甲酸、阿魏酸、丙二酸、苹果酸、 琥珀酸和乙酸，最常见的酰化形式是酰化取代基与位的糖键合，或与c - 6 位的羟基酯化【5 5 l 。 花色素与各种糖结合形成不同的配糖体。除了3 脱氧形式的稳定的黄色花色素之外，在植物组织 中则很少存在游离形式的花色苷。 1 2 2 不同外界环境对花色素苷的影响 花色素苷在食品着色工艺方面有着特殊作用，当其作为染色剂对食品、酒或饮料进行染色时， 需要考虑到它对外界环境的稳定性，这样才能更有效的对之进行开发和利用。为此，科学家们对 花色素苷在不同外界环境下所表现的不同反应作了较为仔细的研究。花色素苷对某些外界环境表 现出极不稳定的特性。当外界环境改变，如在加工某种含花色素苷的植物或食品时，在其中加入 醋或某种酸，那么随着植物组织的变化，该有色植物本身所显现出的色彩就会发生变化。通常情 况下，在酸性环境，花色素苷一般呈红色；在中性环境，呈紫色；碱性环境，呈蓝色。花色素苷 在不同外界环境所显现出来的色泽的变化不仅取决于它的组成( 羟基数目、甲基化和糖基化) ，而 且和它的解离状态以及是否与金属离子( 如f 矿+ ，胛+ ) 络合有关。例如，花青苷( 3 ，5 二葡糖 基化花青素) 在酸性溶液中呈红色，但当其4 - o h 解离则变为紫色，在更高的p h 值条件下由于其 它的羟基解离并与金属离子配位而变为蓝色。 影响花色素苷生成的环境因素有很多，其中光照( 光照强度、波长、蓝光、紫外光) 、温度、 植物体内的含水量、含糖量以及氮元素的浓度、生蚝环境中磷和硼的含量都会影响花色素苷的生 成。光照能诱使花色素苷的生成，强光导致高水平表达，其中生成蓝色素最为广泛，弱光也能诱 使一些类黄酮色素的形成；由于花色素苷的合成受光敏色素系统的控制，因此光谱中红光部分的 作用是最有效的；同时，低温也促进花色素苷的生成；此外，营养胁迫也是一种环境因子，它能 影响花色素营的表达水平；植物生长在n 、p 、k 低水平时显示出较高的色素含量。 8 ， 中国农业大学硕十学位论文第一章文献综述 许多因素对花色素苷含量的稳定性也有很大影响p 4 】。由于热敏感和光敏感，花色素苷在水果 和蔬菜的加工过程中很容易被破坏，特别一些含塘量高的植物。所以一般加工过的含糖量较高的 食品比未加工过的食品其色素含量要低。 1 2 3 花色苷的提取和纯化 1 2 3 1 花色苷的提取 花色昔提取方法的选择取决于提取目的和花色苷本身的组成。如果提取出来的色素随后还要 进行定性或定量分析，那么应该选择一种使色素尽可能处于天然状态的提取方法。如果提取出来 的色素要用于食物着色，那么就更应关注色素的最大产率、着色力和稳定性 花色苷在高光强、高温和水溶液中都是不稳定的。不宜用水溶剂。故常选择甲、乙醇提取； 丙醇以上的醇则罕用。甲醇沸点低，还需维持介质酸性，以防花色素转换成无色假碱，故常用1 h a 甲醇溶液提取( h o 浓度自然亦有例9 1 1 3 刀) 。c r o s s i ”疑出，在某种情况下，定量提取只有 在低温下保持一夜方能达到，如果溶液浑浊，还需过滤或离心分离。纯粹用于层析分析之样品， 可取少许鲜果或干果研细，只需提取1 0 - - 1 5 r a i n 。若处于制备性目的，则需取大量样品。 另一种提取方法【6 2 l 是：将果实压榨成汁，再向果汁中加入六倍体积的丙酮，使高相对分子质 量的有机化合物沉淀下来，过滤除去。向滤液中加入饱和碱式醋酸铅溶液，花色苷以蓝或绿色沉 淀吸附在碱式醋酸铅表面。用2 h a 将花色苷洗脱下来，此时溶液迅速转变为红色。 1 2 3 2 花色苷的纯化 欲从提取液中分离出花色苷，首先必须将提取液浓缩。由于花色素类不耐高温，浓缩过程应 在4 0 以下，最好在真空或氮气中进行，时间亦不宜过长 提取液浓缩至小体积后，可加3 - - 5 倍乙醚反复沉淀花色苷进行脱脂处理。还可以用乙酸乙 酯萃取溶液数次，除去黄酮1 4 j ；再在室温下减压除去水相中的乙酸乙酯，供进一步纯化用。 为分析目的而纯化花色营时，主要采用色谱技术。传统方法是纸色谱。但纸色谱很耗时，相 比而言，制备薄层色谱( p t l c ) p q 则能够用一半的时间即达到与纸色谱同样的纯化效果。在色 谱技术中只有反相高效液相色谱( h p l c ) 5 9 j 4 9 1 l 研i 叼【删的分辨能力能超过纸色谱。最流行的 色谱技术是那些在色谱柱中填充有弱阳离子交换树脂及聚乙烯毗咯烷酮( p v p ) 的技术。它的卓 越之处在于这些树脂具有与多酚羟基形成很强的氢键的能力，因而它对这些色素能显示出一定的 选择性。最近，微滴逆流色谱( d c c c ) 1 3 5 也开始用于纯化花色苷。 如果工业化生产纯化花色苷，利用吸附树脂纯化比较经济。国内许多学者利用大孔吸附树脂 对花色苷的纯化进行了研究【l o l 。为分析目的纯化花色苷时，花色苷纯化的传统方法是纸色谱 5 5 1 ， 薄板色谱和柱色谱也用于花色苷的纯化【4 5 】p 1 。z a p s a j i sa n df r a n c i s 曾用乙酸铅沉淀法和离子交换 树脂法纯化花色苷p 哪，f r a n c i sa n d a n d e r s e n 曾用微滴逆流色谱( d c c c ) 纯化花色苷。目前， 国外许多学者利用s e p p a k f t r i d g c c l 8 柱、反相高效液相色谱( r p i t p l c ) 和半制备高效液相色 谱对花色苷成功地进行了纯化1 4 7 5 3 1 。 1 2 4 花色苷的分离鉴定 1 2 4 1 分离鉴定方法的一般步骤 9 中国农业大学硕卜学位论文 第一章文献综述 ( 1 ) 利用酸化甲醇，乙醇或丙二醇粗提花色素苷； ( 2 ) 利用乙酸乙酯对粗提的花色素苷进行初步纯化； ( 3 ) 利用离子交换吸附剂层析对花色素苷进一步的纯化； ( 4 ) 利用薄层层析和紫外分光光度计测定花色素苷物质的种类； ( 5 ) 利用高效液相色谱仪对花色素苷的组份含量进行测定； ( 6 ) 利用核磁共振及电子喷射质谱法对花色素苷物质的结构进行测定。 1 2 4 2 分离鉴定的研究现状 a n t o t 2 2 1 等利用l i p l c 对两种碧冬茄属植物花中的花色素苷进行了分析确定，分离出了3 种 花色素苷 n y m a n n a s * j 等利用h p l c 法对欧洲越橘、草莓和卡百内葡萄酒中的翠雀定、花青定，矮 牵牛苷配基、天竺葵定、甲基花青定、锦葵定的含量进行了测定；花色素总量测定结果为：草莓 ( 2 3 8 0 4 ) m e d l 0 0 9 ：欧洲越橘( 3 6 0 _ + 3 ) m g 1 0 0 9 ：卡百内葡萄酒( 2 6 1 * _ 1 ) m g l c a n t o se 嘲等利用h p l c - d a d m s 技术对一种栽培葡萄果皮中的花色素苷，包括锦葵定3 葡萄苷、花青定3 葡萄苷、甲基花青定3 葡萄苷、矮牵牛配基3 葡萄苷和翠雀定3 - 葡糖苷进行了测 定，此外对槲皮苷3 葡糖苷、3 葡糖苷酸、白藜芦醇等也进行了测定；实验结果显示冷藏和紫外 线照射能提高有益健康的酚类化合物含量 t e r a h a r an 6 3 1 等从来自紫色白薯栽培品种a y a m u r a s a k i 贮：藏根，薯色较深的愈伤组织分离出 2 种花色素苷，通过化学和光谱分析对2 种花色素苷结构进行了确定。 t e r a h a r an 咿】等通过化学方法及光谱分析对匍匐筋骨草中的花色素苷进行了结构测定；它 们的结构被分别确定为翠雀定3 一槐二糖苷5 丙二酰葡糖苷，翠雀定3 槐二糖苷5 丙二酰葡糖苷， 花青定3 槐二糖苷5 丙二酰葡糖苷，另外两种暂时确定为翠雀定3 槐二糖苷5 - 丙二酰葡糖苷和花 青定3 槐二糖苷- 5 丙二酰葡糖苷；同时还进行了匍匐筋骨草细胞培养，并认为细胞培养获得的花 色素苜是具有满在价值的天然食品着色荆。 f o s s e n t 3 3 1 等利用同核和异核二维核磁共振及电喷射质谱法对玉米花中花色素苷进行了分 析；在髓种植物材料中具有相同的花青定- 3 葡糖苷。花青定3 睁丙二酰葡糖苷) ，花青定3 0 7 6 二丙二酰葡糖苷) ，甲基花青定3 葡糖苷，甲基花青定3 - ( 6 丙二酰葡糖苷) ，甲基花青定3 一( 3 6 二丙二酰葡糖苷) 。 c h a n d r aa 瞄i 等以酸樱桃和接骨木为实验材料，利用h p l c 和l c p e s - m s 技术，以花青定- 3 葡糖苷作为外标测定花色素苷；该方法获准在植物性添加物产业中，作为单个花色素苷以及花色 素苷总量的定性及定量的检测方法。 综上所述，国外学者目前对花色素苷的分离鉴定多采用h p l c 和光谱分析法，也是比较准确、 可行的方法。 1 2 5 花色苷的分析方法 1 2 5 1 花色苷的定性分析 花色苷结构最早g h b a t es m “h 引入纸色谱方法进行鉴定【3 “，后来，h a r b o r n e 系统地总结了花 色营利用纸色谱定性地方法，并提