蘿卜紅色素的研究進展及未來展望

◎ 熊 玥，孟余燕，張 倫，黃 鑫，吳雨軒，李 敏

（長江師范學院現代農業與生物工程學院，重慶 408000）

紅心蘿卜是重慶涪陵特產之一，常被用作泡菜原料、蘿卜干加工原料、蘿卜紅色素提取物[1]。1982年，我國首次利用紅心蘿卜提制色素成功[2]，蘿卜紅色素屬花色素苷類，為天竺葵素的葡萄糖苷衍生物，由紅心蘿卜的鮮根經清洗、切割、浸泡、富集、干燥等工藝流程加工而成[3]，是GB 2760-2014允許使用的天然著色劑之一，可使用在果醬、蜜餞、糖果、糕點等食品中。作為天然色素，蘿卜紅色素具有安全系數大、營養價值高、生產成本低的特點，被廣泛應用于食品、化妝、醫藥等領域。蘿卜紅的主要著色物質為天竺葵素的花色苷，分子式為C15H11O5。

1 蘿卜紅色素的性質研究

1.1 穩定性

蘿卜紅色素堅牢度較低，其穩定性易受到光、熱、pH、金屬離子的干擾，我國科研工作者常采用微膠囊化、添加穩定劑、化學修飾的方法，以此延緩蘿卜紅色素的顏色變化，提高蘿卜紅色素穩定性[4]。

1.1.1 在光照條件下的穩定性

蘿卜紅色素的光穩定性優于其他天然色素，幾乎不受自然光的影響，這是因為它具有穩定的雙酰基結構[4]。程威等[5]發現，蘿卜紅色素在自然光下放置1個月，吸光度僅下降5.5%，在60 W紫外燈下輻射4 h，吸光度下降了10.5%，由此可見，紫外光對其穩定性有一定影響。董楠等[6]發現，咖啡酸可以有效緩解紫外光對蘿卜紅色素的不良反應，在紫外光照射的條件下，當咖啡酸和標準液體積比為1∶3時，色素保存率達到93.7%。

除添加穩定劑、輔色劑的方法外，通過化學修飾的方法也可提高蘿卜紅色素的光穩定性。若采用環氧丙烷對蘿卜紅色素進行化學修飾，在二者比例合適的情況下，蘿卜紅色素的光穩定性有顯著的提高[7]。

1.1.2 在熱處理條件下的穩定性

加熱溫度和加熱時間對蘿卜紅色素的熱穩定性影響顯著，若加熱過程中減小加熱溫度、縮短加熱時間，可以提高色素保存率[8]。蘿卜紅色素在60 ℃時不分解，80 ℃時緩慢分解，100 ℃時加快分解，維生素C、谷氨酸、檸檬酸等穩定劑能有效地加強蘿卜紅色素的熱穩定性，避免在其加熱時分解。Wrolstad等[9]發現，咖啡酸也可增加蘿卜紅色素的熱穩定性，原因是咖啡酸酰基化，提高了花色苷類色素溶液的穩定性。盧曉蕊等[10]發現，通過酯化可提高蘿卜紅色素的穩定性，推測是糖環羥基與丁二酸酐與蘿卜紅色素中的花色苷分子發生了酯化反應，產生酯類化合物所導致。

1.1.3 在酸堿變化下的穩定性

酸堿的變化影響蘿卜紅色素顏色的變化及蘿卜紅色素的穩定性。在酸性條件到堿性條件中，蘿卜紅色素顏色從鮮紅、橘紅、淡紫紅變化到紫色、褐綠色、綠色[11]。蘿卜紅色素在酸性條件下比較穩定，中性或堿性條件下易分解。由于蘿卜紅色素的耐酸、耐熱性，可知蘿卜紅色素適用于為需要經過高溫殺菌的酸性食品著色。

1.1.4 在金屬離子作用下的穩定性

金屬離子的濃度、與金屬離子接觸的時間都會影響蘿卜紅色素的穩定性。高濃度的Al3+、Cu2+加入蘿卜紅色素，或蘿卜紅色素與Al3+、Cu2+、Zn2+長時間接觸，蘿卜紅色素的吸光度會下降；若與Fe3+長期接觸，蘿卜紅色素溶液會變得渾濁，推測是Fe3+與蘿卜紅色素反應產生金屬配合物[12]；Na+、K+、Ca2+、Mg2+幾種金屬離子幾乎不會影響蘿卜紅色素的穩定性[5]。因此，蘿卜紅色素不適用于為含有Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+的食物著色，不適用于用鐵罐、銅罐貯藏用蘿卜紅色素上色的食物，在運輸、銷售的過程中不得與Fe3+、Cu2+、Al3+、Zn2+接觸。

1.2 抗氧化能力

蘿卜紅色素是一種多酚類色素，具有良好的抗氧化功能[13]，蘿卜紅色素的抗氧化能力體現在它對羥自由基的清除能力、對DPPH·的清除能力、對超氧陰離子自由基的清除能力、對單線態氧的清除能力等方面。程威等[5]向蘿卜紅色素樣液中加入FeSO4、水楊酸-乙醇溶液、H2O2，37 ℃水浴加熱0.5 h，用蒸餾水作為空白對照測試吸光度，測試在512 nm時的吸光度。結果發現，蘿卜紅色素能夠有效地清除羥基自由基，抗氧化能力略高于抗壞血酸。根據鄰苯三酚在堿性條件下自氧化生成超氧陰離子自由基后產生化學發光現象的原理，趙芳等[14]通過加入自由基清除劑后發光強度變化，以此預測自由基清除效果。結果發現，蘿卜紅色素清除自由基的作用顯著，濃度越高，清除自由基的作用則越強。

2 蘿卜紅色素的提取

自1983年涪陵釀酒廠首次進行紅心蘿卜中蘿卜紅色素的提取開始，為得到更多的天然色素蘿卜紅色素，提高產率，增大經濟效益，我國科研工作者傾入大量精力對蘿卜紅色素的提取進行研究[15]。常采用酸水浸提法、有機溶劑浸提法，隨著研究推進，現采用超臨界CO2萃取法、大孔樹脂吸附法、柱層析法、層色譜法、酶工程法、高速分離法、超濾法等高新技術[16-17]。其中，浸提法因成本低、能耗低，被廣泛使用。影響浸提法效果的因素主要有浸提液、浸提液濃度、浸提環境的酸堿性、浸提溫度、浸提時間、浸提料液比和浸提次數[18]。

閆亞茹等[19]通過單因素實驗篩選提取蘿卜紅色素的最佳條件，結果發現，當提取溫度達到65 ℃、提取時間為100 min、提取料液比達到35∶1時，提取的效率最高，三者對蘿卜紅色素的提取效率影響效果為提取時間＞提取料液比＞提取溫度。朱衛平等[20]通過單因素實驗優化了低果膠蘿卜紅色素提取工藝，比較靜態提取和逆流提取在蘿卜紅色素提取上的差異性。結果表明，在提取體系pH=3、提取時間5 h、提取液乙醇濃度65%時，提取料液比1∶6時提取效果最佳，多級逆流提取比靜態提取的溶劑利用和提取效率更好。司軍[21]比較了檸檬酸、丙乙醇、乙醚、水、乙醇5種浸提液對蘿卜紅色素的浸提效果，結果表明，50%的乙醇的浸提效果最佳，并且易于回收。劉海軍等[22]采用溶劑浸提法輔助超聲波提取蘿卜紅色素，采用單因素實驗和正交試驗考察了料液比、浸提時間、浸提溫度、浸提液濃度四個因素對蘿卜紅色素的提取效果。結果發現，浸提液乙酸濃度30%、浸提溫度40 ℃、浸提時間20 min、液比1∶1時，蘿卜紅色素提取量達7.295 μg/g。張媛媛[23]比較單次提取及逆流提取的提取效率，當料液比1∶20、提取時間2.5 h時，單次提取的效果最佳，當料液比為1∶20、提取級數為5級、提取時間間隔為20 min時，逆流提取的效果最佳。結果發現，逆流提取率比單次提取率高37%，更能降成本、省能耗。

3 蘿卜紅色素的脫味

紅心蘿卜中含有蘿卜苷，蘿卜苷在酶的作用下會降解成小分子含硫化合物，在酸性和堿性條件會發生降解，使蘿卜紅色素產生臭味[24]。主要的脫味方法有加入調節劑、樹脂化法、水蒸氣蒸餾法、高壓鍋法、膜分離法和超臨界CO2脫臭法等。

程威等[25]利用殼聚糖吸附硫苷，結果發現，殼聚糖不僅能夠有效吸附硫苷，還可以讓蘿卜紅色素溶液變得澄清，當吸附時間1 h、pH=4、濃度為5 g/mL時，對硫苷的吸收率最大，高達75%。朱詩優等[26]用超臨界CO2法萃取蘿卜紅色素，結果發現，處理溫度、壓力、時間都會影響萃取的效率，當萃取溫度40 ℃、萃取時間90 min、萃取壓力25 MPa時，萃取效率最高且對蘿卜紅色素的穩定性影響最小。羅合春等[27]采用利用殼聚糖澄清蘿卜紅色素溶液，調節pH值、溫度、殼聚糖濃度、時間，確定最佳的絮凝沉降參數。結果發現，當pH=4、溫度45 ℃、殼聚糖濃度為0.3 g/L時，溶液最為澄清，且蘿卜異味大幅度降低。陳文田[24]研究了pH以及加熱時間對蘿卜紅色素異味去除的影響，結果發現，在pH=2.5、加熱時間5 min時，蘿卜異味和蘿卜硫味較輕。吳風池等[28]比較了酶解法、雙水相萃取法、大孔樹脂吸附法對蘿卜紅色素中異味的去除能力，結果表明，雙水相萃取法結合大孔樹脂吸附法使蘿卜紅色素中異味成分清楚效果顯著，清除了94%的異硫氰酸酯。汪照等[29]對提取蘿卜紅色素的干燥工藝參數進行優化后，通過正交試驗發現熱風溫度對蘿卜紅色素的提取量有顯著的影響，當熱風溫度60 ℃、加熱風速0.8 m/s時，蘿卜紅色素的提取率高達3.12%。

4 蘿卜紅色素的檢測

目前，對于天然色素的檢測方法主要有層析法、分光光度法、色譜法、液相色譜-質譜聯用法、瑞麗光散射法等。

劉浩等[30]利用高效液相色譜檢測法，對蘿卜紅色素進行檢測，結果表明，檢測的相對標準偏差為6.3%，方法簡單、重復性好。游輝等[31]用天竺葵-3-O-葡萄糖苷作為標準品，利用高效液相色譜法測定蘿卜紅色素中花色苷的含量，結果表明，當采用UltimateXB-C18色譜柱、流速1 mL/min、柱溫25 ℃時，標準曲線的擬合度可達0.999，該法可用于蘿卜紅色素中花色苷的檢測。

5 存在不足及未來展望

我國動植物、微生物品種資源豐富，天然色素種類繁多，科研工作者為之傾入大量精力，使之工業化。蘿卜紅素著色能力強，具有極高的生理活性和營養價值，市場前景是廣闊的[32-33]。蘿卜紅色素自首次提取成功開始，科研工作者們對它的研究不斷深入，研究了其穩定性的影響因素及控制方法，優化了蘿卜紅色素提取、除味、檢測的方法。近年來興起的高新技術，如超臨界流體萃取法、超濾技術法、凝膠過濾法、酶工程法等不僅產率高、純度高，且有利于保護色素的穩定性[34]。蘿卜紅色素的異味去除研究也逐漸深入，相關研究近年來逐年增多。

但關于蘿卜紅素的研究方法不夠廣泛，因本身色調不穩定、純化難度大、異味難去除，因加工過程中工藝、設備落后，限制了蘿卜紅色素更進一步的發展[35-36]。相信在不久的將來，蘿卜紅色素將會突破這些限制，為天然色素領域的研究開啟一扇新的大門。