火龍果色素研究進展

蔣邊

（嶺南師范學院生命科學與技術學院，廣東湛江524048）

火龍果色素研究進展

蔣邊*

（嶺南師范學院生命科學與技術學院，廣東湛江524048）

色素按照來源不同分為合成色素和天然色素兩類。目前，隨著色素毒理學和生物學研究的不斷深入，發現大多數合成色素不但沒有營養，而且對人體有毒害作用，其使用已逐漸受到限制。另一方面，天然色素不僅安全性高、無毒副作用，而且有的還具有一定的生物活性和藥理作用。近年來，天然色素的研究與開發受到人們的極大關注。日本的天然食用色素年用量已經超過1.8萬t，為合成色素用量的10倍以上。美國的天然色素，近幾年的銷售額年增長率均高于10%。我國的天然色素起步較晚，目前尚處于天然色素和合成色素并存的狀況，但開發天然食用色素勢必成為色素領域的發展方向。

火龍果又名紅龍果、青龍果、情人果等，屬仙人掌科量天尺屬和蛇鞭柱屬植物，是近年來被廣泛關注的一種新興熱帶、亞熱帶水果。現已陸續引種到我國海南、福建、廣西、廣東、云南、貴州等省區種植。火龍果按其果皮果肉顏色可分為紅皮白肉、紅皮紅肉、黃皮白肉三類。紅皮火龍果的果皮和紅肉含有大量的天然色素，是天然色素的良好來源，目前已有很多研究將其作為原料來提取其中的色素。本文從火龍果色素的理化性質，提取、分離純化與鑒定，生物活性以及應用等方面進行綜述，為火龍果色素的研究和開發利用提供一定的參考。

1 理化性質

1.1 主要成分

火龍果色素呈色由玫瑰紅到紫紅色。Florian C Stinzing等首次研究了紅龍果中皮層甜菜苷色素的成分及結構，利用高效液相-光電二極管陣列檢測器分離鑒定得到10種β-花青苷。β-花青苷的主要成分是甜菜苷，即游離的甜菜紅素與葡萄糖結合成的苷，還包括游離的甜菜紅素、前甜菜紅苷、異甜菜苷、異前甜菜苷以及甜菜苷類色素的降解產物，其中甜菜苷占甜菜苷類色素的75%～95%，其分子式為C24H26N2O13，分子量是550.46。趙珍珍、煙利亞、劉小玲等也研究證實火龍果果皮、果肉紅色素均為甜菜苷類色素。研究表明，室溫（28℃）、pH2.0～9.0時，火龍果色素的最大吸收波長為532 nm～543 nm。火龍果果皮色素與果肉色素具有相同的光譜特征。

1.2 溶解性

火龍果色素主要成分是甜菜苷，甜菜苷易溶于水。研究表明，火龍果紅色素為水溶性色素，可溶于甲醇、乙醇、丙酮等極性有機溶劑，而不能溶于苯、氯仿、石油醚等非極性有機溶劑。

1.3 穩定性

火龍果色素不穩定，易發生降解。pH值、溫度、光、氧和金屬離子等均能影響火龍果色素的穩定性。

1.3.1 酸堿穩定性

總體上，火龍果色素在酸性環境中比較穩定，在堿性條件下不穩定。葉麗君等研究了火龍果色素在pH2.0～9.0條件下的降解規律，發現在pH4.0～6.0范圍內，色素穩定性較好。

1.3.2 熱穩定性

甜菜色苷在加熱的條件下發生異構化反應，形成差向異構體，隨著溫度的升高，異甜菜色苷的比例增高，導致褪色嚴重。因而，主要成分為甜菜苷的紅龍果色素在高溫條件下不穩定，會出現不同程度的降解。杜志堅等對火龍果紅色素穩定性進行研究發現，色素在80℃以下穩定，加熱1.0 h，其535 nm處吸光度值和顏色均保持基本不變，但是高于80℃就會引起吸光度值下降，顏色逐步由鮮紅變為淡黃。余莉莉研究得到，火龍果紅色素在50℃以下較為穩定，超過50℃時，吸光度隨著溫度的升高而下降，色素的穩定性下降。

1.3.3 光穩定性

光照對紅龍果色素的穩定性影響較大。果肉、果皮色素在太陽光下、散射光下和黑暗中，隨著放置時間延長，其吸光值均有所下降，并且直射光下其值下降的最大。孫軍濤等研究光照對火龍果色素的影響發現，黑暗條件下放置24 h后的火龍果果皮色素保存率稍有下降，但其顏色幾乎無變化，但在燈光、藍光、紫外光照射條件下的色素保存率下降速度依次增大，且褪色較為明顯，可能是色素物質發生光分解或光氧化反應所致。

1.3.4 耐氧穩定性

氧氣或氧化劑等會影響火龍果色素的穩定性。宋珊珊等對火龍果果皮色素提取工藝及穩定性研究發現，純氧環境會加速色素的分解。H2O2、NaClO等氧化劑也會降低火龍果果肉及果皮色素的穩定性。

1.3.5 金屬離子穩定性

大部分研究表明，Na+、K+、Ca2+、Mg2+等金屬離子對火龍果果皮和果肉色素穩定性影響不大，而Al3+、Fe3+、Fe2+、Sn2+、Cu2+等金屬離子對火龍果色素穩定性的影響研究結果不一致，有些甚至存在相悖的結論，有待進一步研究。舒娜、鄧育平等研究得到Fe3+對火龍果色素穩定性影響不大，但王新廣、張偉鋒等研究表明Fe3+不利于火龍果色素穩定。

1.3.6 其他

有研究表明，添加葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、淀粉等糖類物質對火龍果果肉、果皮色素穩定性基本無影響；食用酸包括檸檬酸、酒石酸等會加速火龍果色素降解；還原劑、防腐劑會不同程度地降低火龍果色素的穩定性；Vc對紅龍果紅色素有一定護色作用。

2 火龍果色素提取和分離、純化與鑒定

2.1 火龍果色素的提取

2.1.1 傳統溶劑提取法

溶劑提取法是目前火龍果色素提取的主要方法，它是根據不同成分在不同溶劑中溶解度的差異來實現分離的，這種方法提取的關鍵是浸提劑的選擇。由于火龍果紅色素易溶于極性有機溶劑，而不能溶于非極性有機溶劑，并且其在酸性環境中較穩定，在堿性條件下不穩定，因此火龍果色素采用酸性極性或弱極性溶劑進行浸提具有更好的提取效果。直接水提法不易將果皮色素完全提取，且濃縮需要較高的溫度，不利于色素結構的保留，因此大部分火龍果色素的提取研究均采用一定濃度的乙醇作為提取劑。趙珍珍利用不同溶劑提取火龍果果肉和果皮色素，發現體積濃度20%乙醇提取效果最優。火龍果果肉凍干粉的最佳提取工藝條件為提取溫度30℃，時間45 min，提取溶劑為體積濃度30%乙醇，pH為6.5；火龍果果皮凍干粉的最佳提取工藝條件為溫度30℃，時間45 min，提取溶劑為體積濃度40%乙醇，pH為6.5。陳冠林利用響應面法對紅肉火龍果果皮和果肉色素的提取條件進行優化，得出果皮和果肉色素提取的最優工藝條件分別為：提取時間51 min和61 min，乙醇體積濃度為32%和27%，料液比1∶45和1∶55（g/mL），提取溶劑pH均為5.3。

2.1.2 微波輔助提取法

微波輔助提取法是利用微波能加熱樣品與溶劑，將所需化合物從樣品基體中分離，溶解在提取溶劑中。與傳統的索氏萃取、溶劑浸提法等相比，其主要特點是快速、高效、節能、節省溶劑、污染小，而且有利于提取熱不穩定的物質。李昌輝等研究得到微波提取火龍果果皮紅色素的最佳工藝條件為：以純凈水為提取溶劑，提取3次，微波功率480 W，微波時間80 s，料液比1∶3（g/mL）；與傳統浸提法相比，采用微波法提取火龍果果皮紅色素提取時間由120 min縮短至3.3 min，所得火龍果果皮紅色素顏色鮮艷，穩定性好。陳艷紅等研究得到微波提取火龍果果皮紅色素的最佳條件為：以體積濃度50%乙醇為浸提劑，微波功率為180 W，微波時間為60 s，料液比為1∶60（g/mL），微波提取火龍果色素的效果明顯優于常規溶劑浸提法。

2.1.3 超聲輔助提取法

超聲技術利用超聲波產生的空化效應、機械作用和熱效應使溶劑快速提取物質，促使可溶性成分溶于溶劑，是加速、強化和輔助組分提取的有效手段。超聲波法提取效率顯著優于傳統溶劑浸提法，而且兩者所得提取物的紫外分光光度（UV）和高效液相色譜（HPLC）圖譜完全一致。超聲技術在蛋白質、多酚、多糖、黃酮、膳食纖維等天然有效成分提取方面應用極為廣泛，并且仍具有更大的應用潛力。目前有不少研究利用超聲技術提取火龍果色素，并且取得較好的提取效果。藍培基等研究得到超聲提取火龍果紅色素的最佳工藝為：超聲時間40 min，超聲頻率為100 kHz，料液比1∶8（g/mL），超聲溫度40℃，提取2次；與傳統浸提法相比，時間縮減了1倍，同時色素得率也有所提高。王婭玲等利用超聲輔助技術提取火龍果果皮色素得到最優提取條件為：料液比1：30（g/mL），超聲時間25 min，超聲頻率80 Hz，提取溫度40℃；與傳統浸提法相比，超聲輔助提取用時更短，提取效率更高。

2.2 火龍果色素的純化分離與鑒定

天然色素提取液成分復雜，多含有糖、果膠、脂肪、蛋白質及無機離子等多種雜質，這些雜質對色素的溶解度、透明度、色價和品質有很大影響。目前，應用于天然色素分離純化的主要方法有固相萃取法、離子交換樹脂法、離子交換色譜法、吸附法、超濾法和酶法等，但現階段大多數研究采用固相萃取法和大孔樹脂吸附法對火龍果色素進行分離純化。趙珍珍、劉小玲等采用ODS C-18固相萃取小柱對火龍果色素進行純化，經反相高效液相色譜（HPLC）分離，再進行液質聯用（HPLC/MS），確定火龍果果肉、果皮色素同為甜菜苷類色素。宋珊珊等采用S-8、AB-8、CAD-40、D101共4種大孔樹脂對火龍果果皮紅色素進行靜態吸附和解吸試驗，篩選出對火龍果果皮紅色素純化性能好的樹脂為S-8樹脂，其純化火龍果皮色素的最佳工藝為：上樣液濃度1 g/L，上樣液pH5.2，吸附流速2 BV/h，洗脫劑為0.2%HCl-40%乙醇水溶液，洗脫流速2 BV/h，純化后色素色價提高了4倍。龔敏等比較S-8、AB-8、NKA-9、D3520、X-5共5種大孔樹脂，發現S-8型大孔吸附樹脂對火龍果色素具有較好的吸附能力，色素液濃縮17倍達以上，回收率達93.4%。楊洪元等研究發現S-8樹脂的吸附能力比D201、AB-8強。煙利亞通過對AB-8、NKA、D101、X-5、S-8、XDA-7、LSA-10、HPD-750和HPD-722共9種大孔吸附樹脂進行靜態吸附和解吸試驗，結果表明S-8大孔吸附樹脂對紅龍果紅色素具有較好的吸附和解吸能力，經過柱層析純化所得色素產品，純度為40.9%，對純化后的火龍果色素采用液相色譜-質譜聯用技術進行結構分析，確定出10種組分的甜菜苷結構。但楊昌鵬等的研究結果得到D101和D201樹脂對火龍果果皮色素的吸附分離優于D301、X-5以及S-8，與以上研究結果有所不同。

3 火龍果色素的生物活性

3.1 抗氧化活性

目前，對火龍果色素抗氧化活性的研究主要集中在測定其總抗氧化能力和DPPH·、O-2·、·OH、ABTS+·等自由基清除作用。總抗氧化能力是物質清除不同自由基或者是物質的不同活性成分清除不同自由基的有效和。DPPH·是一種很穩定的以氮為中心的自由基，若待測物能清除它則表明其具有烷自由基或過氧自由基的有效濃度，打斷脂質過氧化鏈反應、降低經自由基的作用。超氧陰離子自由基是生物體內某些生理生化反應常見的中間產物，能促進脂肪氧化、促使生物體衰老、誘發炎癥和腫瘤。羥自由基是毒性最大的活性氧，對細胞內DNA的破壞作用最大。相關研究表明，火龍果果皮色素提取液對的清除作用明顯，清除能力與色素提取液濃度呈一定的正相關關系，并且具有較強的總抗氧化能力。

3.2 預防和治療動脈粥樣硬化

紅肉火龍果果皮色素提取物能顯著降低高血脂大鼠血清中的總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇含量，升高高密度脂蛋白膽固醇含量，并能降低動脈粥樣硬化指數，因而，果皮色素具有預防和治療動脈粥樣硬化的作用。

3.3 抗癌

火龍果色素的主要成分為甜菜苷，煙利亞通過體外細胞培養試驗發現，紅龍果紅色素對人急性白血病細胞HL-60的增殖起到顯著的抑制作用，還可引起該細胞呈現明顯的凋亡形態甚至死亡。甜菜苷可以防止由DMBA和TPA引發的腫瘤，甜菜根對老鼠的皮膚癌及肺癌有顯著的抑制作用。在美國，已有以甜菜紅素為主要成分的抗癌藥物問世，并獲得了專利。

3.4 其他

研究表明，甜菜苷還具有改善肝功能、預防胃潰瘍、抗疲勞、抗輻射等多種生物活性。目前，就火龍果色素中的甜菜苷是否也具有以上生物活性還有待進一步深入研究。

4 開發與應用前景

4.1 食品著色與保健食品開發

我國規定甜菜紅素可應用在果味飲料、果汁飲料、配制酒、罐頭、冰淇淋、雪糕、甜果凍等食品中，可按正常生產需要量添加。火龍果色素作為甜菜紅素的來源之一，也可用于食品著色，以改變食品的外觀品質。與花色苷相比，火龍果所含的甜菜紅素在pH3～7內的著色力更好，應用范圍更廣；而且它沒有甜菜根中的甜菜紅素具有的土臭味、吡嗪等，因而更具優越性。陳艷紅等研究表明，添加火龍果果皮紅色素制作出來的果凍色澤鮮艷，口感好。隨著經濟的發展，人們生活水平的提高，生活方式的改變，保健意識的增強以及社會老齡化等問題，功能明確的保健食品市場越來越廣闊，火龍果色素作為一種安全、健康的天然抗氧化劑，可以用于相關功能性產品的開發。

4.2 醫藥及化妝品行業

火龍果色素不僅能抑制癌細胞增殖和引起其死亡，具有一定的抗癌作用，而且也具有很強的抗氧化能力和清除自由基能力，可以預防和治療心血管疾病。進一步研究火龍果色素的藥理作用以及相關藥品的研制，可以促進其在醫藥行業的應用。另外，火龍果色素顏色深，著色力好，可用于口紅、腮紅、染發劑等化妝品的研制開發，因甜菜紅色素具有抗氧化和抗輻射特性，其也可用于抗衰老、抗輻射護膚品的研制開發。

5 結語

火龍果具有豐富的營養價值、藥用價值和保健功能，具有良好的市場前景和經濟效益，發展前景廣闊。以火龍果果肉和果皮為原料提取色素可以為火龍果的深加工，提高產品的附加值提供可行的途徑。目前，火龍果色素的提取技術已逐漸成熟，但是其分離純化技術仍需要進行全面、系統和深入的研究，如何高效獲得高純度的火龍果色素是深入研究和綜合利用火龍果色素的前提。現階段，火龍果色素的生物活性價值及功能研究雖然有了一定的進展，但是許多研究尚需要進一步深入，如火龍果色素的抗腫瘤、抗癌、抗疲勞、抗輻射等活性作用及其作用機制。另外，關于紅龍果紅色素穩定性的研究，還不夠系統全面，與實際生產結合也不夠緊密，需要進一步研究，以更好地對紅龍果深加工及紅色素的生產與使用起到指導作用。火龍果色素作為一種天然色素，其穩定性和著色性都不及合成色素。火龍果色素對pH、熱、光、金屬離子等敏感性較高，容易被氧化，因而研究色素的降解機制及其穩定性技術是實現火龍果色素廣泛應用的基礎，也是天然色素的發展方向。

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Research progress ofpitaya pigment

JIANGBian*
（School of Life Science and Technology,Lingnan Normal University，Guangdong Zhanjiang524048，China）

綜述了火龍果色素的理化性質，提取、分離純化與鑒定方法，生物活性及應用研究進展，為火龍果色素的研究與開發利用提供一定參考，并探討了研究中存在的問題及其未來的研究與應用方向。

火龍果；色素；理化性質；提取；生物活性；應用

A review on the physical and chemical properties,extraction,purification and identification，biological activity and application research progress of the pitaya pigment was summarized and the existing problems and its future direction of research and application was discussed,which might provide certain reference for the research and utilization ofpitaya pigment.

pitaya；pigment；physical and chemical properties；extraction；biological activity；application

TS255.4

A

1673-6044（2015）04-0006-05

10.3969/j.issn.1673-6044.2015.04.003

*蔣邊，女，1989年出生，2014年畢業于江蘇大學食品與生物工程學院糧食、油脂及植物蛋白工程專業，碩士，助理實驗師。

2015-10-30