高粱紅色素提取方法的研究進展

李金婷，王凌云，魏丕偉，2

（1.四川輕化工大學，四川 自貢 643000；2.釀酒生物技術及應用四川省重點實驗室，四川 自貢 643000）

隨著食品工業發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、性質穩定，但對人體健康是有害的。而天然色素因其安全無毒、色調自然、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]。

結構式見圖1。

圖1 結構式

因其具有很強的抗氧化活性、高穩定性[5-7]。且有生津止渴、消炎解熱、擴張血管、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、化妝品及醫藥用品[8-9]。因此，開發研究和應用天然色素對保證人類的健康和發展綠色食品工業都是十分重要的。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利用提供參考。

1 提取工藝

吳立業等人[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（粗產物）→乙酸乙酯萃取→減壓蒸餾→干燥產物。

后續研究者改進了提取工藝[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→終產品。

李景琳等人[12]在前期提取工藝不變的情況下，強調了在原料選擇方面應該選用黑紫色和棕紅色的高梁殼與乙醇水溶液質量比為1∶10。干燥時選擇噴霧干燥，進口溫度設定為220℃，出口溫度為110℃，并規范和強調了檢測與包裝2個方面。李傳欣等人[13]分析了金屬離子對高粱紅色素色調的影響后，在傳統工藝流程的基礎上，增加了兩步工藝，即在預料水洗后，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%，殘渣以同樣的方法用溶劑乙回流提取2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、消光度、色價、產率等指標，所得的產品差異較大，綜合比較，用乙醇提取的產品得率高、色澤好且色價較高。然后，以不同體積分數的乙醇作為提取劑比較產物得率發現，60%乙醇為最優的提取劑。吳立業等人[10，16]取1 g高粱殼，加入20 mL不同體積分數的乙醇溶液在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，發現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，增加了設備及操作難度，并且高粱分子式顯示其為酸性，可與堿反應生成鹽。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量分數對提取率的影響，研究結果表明，當氫氧化鈉質量分數為0.2%時，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現，2種不同質量分數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、浸提時間、溫度、料液比做了單因素試驗，并以響應面法優化了高粱紅色素提取工藝參數為氫氧化鈉質量分數1.0%，溫度60℃，時間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，導致高粱紅色素純度不高。金靈芬等人[20]設計了堿提酸沉、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、工藝和設備簡單、生產周期短、產品品質高。

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行連續提取。當提取筒中回流下的溶劑液面超過索氏提取器的虹吸管時，提取筒中的溶劑流回圓底燒瓶內，即發生虹吸。張海容等人[21]設計試驗將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行提取，其特點為能量大，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]將原料進行超聲波預處理后，采用單因素試驗和正交試驗，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，單因素試驗法研究了超聲功率、超聲時間對高粱紅色素提取效果的影響，并優化了提取工藝，最終確定為超聲功率180 W，超聲時間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品得率，并保證了其天然品質。

2.7 液泛提取法

伍明等人[25]考慮到粉碎會造成過濾困難的問題，同時會致產品含雜過高，故設計了液泛提取法。而液泛法與傳統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品。該方法與傳統工藝相比具有色值高、提取時間短、溶劑用量少等特點。

3 工藝參數

在高粱紅色素的提取過程中，工藝參數對產物得率的影響也至關重要，較為關鍵的工藝參數有乙醇體積分數（乙醇是選擇最多的提取劑）、提取溫度、溶劑pH值、提取時間、料液比等。

浸提溫度一般設定在55～80℃，因溫度過低會導致提取不充分，溫度過高則會導致萃取率降低（溫度升高使得雜質的提取率增加）。萃取時間也不宜過長，一般控制在2 h左右，時間越長，越接近萃取終點，色素成分擴散變慢，導致雜質的溶解度上升。乙醇體積分數為60%～80%為宜，pH值2左右。料液比則會隨著提取方法的不同而有所差異。潘訓海[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，設定最佳料液比為1∶100。

4 結語

隨著釀酒產業的不斷壯大，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勢，將會是染料行業的新寵兒。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，嚴重阻礙了高粱紅色素的規模化生產及應用。因此，需要積極研究高粱紅色素的提取新方法，為提高產物得率提供理論依據。