市售有色糖中色素類物質的提取和抗氧化性評價

田苗苗，馬玲，朱思明

（華南理工大學食品科學與工程學院，廣東廣州510641）

市售有色糖中色素類物質的提取和抗氧化性評價

田苗苗，馬玲，朱思明*

（華南理工大學食品科學與工程學院，廣東廣州510641）

采用芳香族大孔吸附樹脂分級提取市售有色糖中的色素，并測定其總酚含量。利用鄰苯三酚自氧化法評價分級提取色素的抗氧化性，分析色素解吸液中總酚含量與抗氧化能力之間的相關性。結果表明：60%的乙醇對SD300芳香族大孔吸附樹脂吸附解吸分離得到的色素中總酚含量最高；使用60%乙醇作解吸劑，市售有色糖色素中酚類物質含量大小順序是糖蜜＞赤砂糖＞冰片糖＞黃冰糖，抗氧化能力由強到弱的順序是糖蜜＞赤砂糖＞冰片糖＞黃冰糖。

市售有色糖；色素；提取；酚類物質；抗氧化性

制糖工業以甘蔗、甜菜等農作物為原料，生產原糖和成品食糖。目前，以白砂糖為主要甚至唯一產品的傳統制糖工業已不能滿足現代人對營養、健康和安全食糖的需求，中國傳統制糖產業亟需產品多元化。傳統制糖業還存在一些潛在食品安全問題。目前市面上存在多種有色糖如赤砂糖、黃冰糖、冰片糖等，這些有色糖生產成本低于白砂糖，富含色素類物質具有一定抗氧化活性，有助于降低白砂糖升糖指數。甘蔗是一種熱帶草本植物，其提取物具有多種生理活性，研究表明甘蔗中的色素物質有良好的抗氧化活性，其抗氧化活性與酚類物質有關，包括黃酮類物質、低分子量的酚酸、鞣質及單寧等一些高分子量的聚合物[1]，但有關市售有色糖的抗氧化性還鮮有報道。

植物多酚是廣泛存在植物體內的一類多元酚類化合物，具有調節糖脂代謝等多種生物功能，可做食品防腐劑，具有抗癌癥、抗氧化、抗輻射和降血壓等多種功能活性。酚類色素能夠預防心腦血管類疾病，消除人體中的自由基，因此可以抗衰老、抗癌和提高機體免疫力等，且無毒副作用[2-4]。由于生產加工、酶促褐變、非酶促褐變和微生物活動等原因，制糖色素中主要富含酚類物質色素、焦糖色素、美拉德色素和己糖堿性降解等色素[5]。本文報道了4種常見有色成品糖中色素的分級提取和抗氧化性分析，旨在明確天然有色糖功能活性的物質基礎，為天然有色糖的開發提供數據和參考。

1材料與方法

1.1材料與試劑

赤砂糖和黃冰糖：太古糖業（中國）有限公司；冰片糖：康達威有限公司；糖蜜：廣東翁源茂源糖業有限公司；SD300芳香型大孔吸附樹脂：杭州爭光樹脂有限公司；NaOH和HCl：國藥集團化學試劑有限公司；沒食子酸和Na2CO3：天津市科密歐化學試劑有限公司；Folin-Ciocalteu、EDTA-Na2、乙醇和三羥甲基氨基甲烷：廣州化學試劑廠，以上試劑均為分析純。

1.2儀器與設備

TU-1801PC型紫外可見分光光度計：北京市普析通用儀器有限公司；錘度計：上海光學儀器五廠；HH-6型水浴鍋：天津市江蘇全壇市宏華儀器廠；RE-2000型旋轉蒸發器：上海市亞榮生化儀器廠；SHZ-B型水浴兩用振蕩器：上海市悅豐儀器儀表有限責任公司。

1.3樹脂預處理

量取100mL的SD300型芳香族大孔吸附樹脂，置于1L的錐形瓶中以蒸餾水浸泡24 h，清水沖洗至水質清亮，以2倍樹脂床體積（Bed volume，BV）的4% HCl溶液浸泡并攪拌4 h后瀝盡HCl，用蒸餾水沖洗至pH為7左右，再用2BV的4%NaOH溶液浸泡并攪拌4 h后瀝盡NaOH，用蒸餾水沖洗至pH為7左右[5]。采用上述樹脂預處理方法共處理400mLSD300樹脂，用蒸餾水浸泡待用。

1.4糖液樣品的制備

稱取一定量的赤砂糖、冰片糖、黃冰糖和糖蜜于500mL燒杯中，加入適量蒸餾水充分溶解得到4種錘度為15°Bx的有色糖液樣品待用。

1.5樹脂分級提取色素

分別量取50mL預處理好的SD300芳香族大孔吸附樹脂，置于4個250mL的錐形瓶中，各加入100mL的赤砂糖液樣品，置于60℃水浴中振蕩2 h，振蕩頻率為120 r/min，蒸餾水清洗樹脂至洗滌水無色，依次加入100mL濃度分別為20%、40%、60%和80%的乙醇溶液，置于60℃的水浴搖床上振蕩2 h，振蕩頻率為120 r/min[6]。蒸餾水清洗樹脂洗至洗滌水無色，旋轉蒸發除去乙醇洗脫液中的乙醇，得到不同極性的色素提取液備用[7]。類似地，按上述步驟從冰片糖、黃冰糖和糖蜜提取不同極性的色素提取液備用。

1.6沒食子酸標準曲線繪制

按Folin-Ciocalteu（FC）法進行，準確稱取0.050 g沒食子酸，用蒸餾水溶解定容至100mL，搖勻得到濃度為500μg/mL的沒食子酸標準溶液。準確移取0.00、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40 mL沒食子酸溶液于10mL容量瓶中，加入0.5mL Folin-Ciocalteu試劑和5mL蒸餾水，搖勻后靜置2min，加入10%Na2CO3溶液0.5mL，用蒸餾水定容至10mL，室溫放置2 h，充分反應顯色后于750 nm處測定光密度值[8]。以樣品中總酚類物質濃度為橫坐標，以在750 nm測得的樣品光密度值為縱坐標，繪制標準曲線，得到標準曲線的回歸方程：y=0.008x-0.004（R2=0.999 5）。

1.7分級提取色素中酚類物質的測定

準確吸取1mL15°Bx糖液樣品的色素提取液于10mL容量瓶中按方法1.6進行酚類物質含量測定。在750 nm處測定光密度值，按標準曲線方程計算出不同有色糖的色素提取液中酚類物質含量。

1.8超氧陰離子自由基清除能力測定

采用鄰苯三酚自氧化法測定不同極性有色糖色素提取液清除超氧陰離子自由基的能力。準確量取100mL濃度為0.1mol/L的Tris溶液與44.76mL濃度為0.1mol/L的HCl溶液混勻，加入0.0149gEDTA-Na2，振蕩溶解后以蒸餾水定容至200mL[9]。準確稱取焦性沒食子酸0.094 6 g，用10mmol/L的HCl溶液溶解并定容至250mL。配制好的鄰苯三酚溶液在25℃下預熱20min。

在200 nm～400 nm掃描，找到鄰苯三酚自氧化積累的初始中間產物最大吸收峰所對應波長λmax[10]。鄰苯三酚自氧化過程中的中間產物在206 nm和318 nm處均有吸收峰，其中318 nm處吸收值最大，故選用318 nm為檢測波長。

取樣后迅速用玻璃棒在離心管中上下將試劑攪勻，并迅速在318 nm處每隔30秒讀取吸光度，共讀取9個吸光度，反應共4.0 min結束。以光密度值（OD）對時間（t）作圖，圖上斜率就是鄰苯三酚的自氧化速率V0[11]。

2結果和討論

2.1解吸劑乙醇濃度對提取液色素含量的影響

準確量取100mL 15°Bx的赤砂糖、冰片糖、黃冰糖和糖蜜溶液，按照1.5所述試驗方法進行色素吸附，每種糖液平行試驗4次，分別以濃度為20%、40%、60%和80%的乙醇對50mL色素富集樹脂樣進行吸附。得到的4種色素解吸溶液，通過旋轉蒸發儀去除乙醇后，按照1.6試驗方法測定解吸液中總酚類物質含量結果見圖1。。

來自原料及制糖過程產生的色素有酚類色素、美拉德色素、焦糖色素等，其中酚類色素和美拉德色素都具有抗氧化活性，且糖液中大部分色素類非糖分帶弱的負電荷，能通過離子交換或大孔吸附樹脂得到分離。離子交換樹脂具有離子交換和吸附的雙重作用，能對物質進行有效的分離、純化和濃縮[12]。有色糖（蜜）中色素分極性和非極性色素。極性色素一般由10%堿性食鹽水溶液洗脫，此時樹脂通過離子交換作用對帶弱的富電荷的色素進行分離；而極性相對弱的色素可由不同濃度的乙醇對樹脂進行再生，此時樹脂主要通過大孔吸附對色素進行分離和富集。

圖1 乙醇濃度對解吸液中色素含量的影響Fig.1 Effectof ethanolconcentration on the contentof pigment in the desorption liquid

由圖1可見，當乙醇濃度在20%至80%范圍內，四種糖液樣品色素的吸光度呈現相同的趨勢，即吸光度隨著乙醇濃度的增加先增大再減小，當乙醇濃度為60%時，色素提取液吸光度值最大，60%的乙醇溶液極性接近糖品中的色素極性，根據相似相溶原理，60%的乙醇溶液最有利于糖液樣品中功能色素的解析。四種樣品中色素含量由高到低的順序依次為糖蜜、赤砂糖、冰片糖、黃冰糖，當乙醇濃度為60%時，黃冰糖中的色素含量僅為赤砂糖的10%。

2.2解吸劑乙醇濃度對提取液中酚類物質含量的影響

不同濃度乙醇解吸劑對提取液中酚類物質含量的影響見圖2。可知，有色糖的4種色素提取液中的總酚含量同樣隨乙醇濃度的增加呈現先上升后下降的變化趨勢。在20%至80%乙醇濃度范圍內，乙醇濃度為60%時色素中酚類物質含量最高。對應于赤砂糖、冰片糖、黃冰糖、糖蜜的60%的乙醇解吸液中酚類物質含量分別為123.38、117.63、11.63、181.38μg/mL。4種有色糖色素的提取液中酚類物質含量由高到低的順序依次為糖蜜、赤砂糖、冰片糖和黃冰糖，和色素含量的高低順序一致，這是因為酚類物質主要存在于醇溶色素中，隨色素含量的改變而改變。

圖2 乙醇濃度對解吸液中總酚含量的影響Fig.2 Effectofethanolconcentration on totalphenolcontent in desorption liquid

加工工藝不同，不同糖品的色素和酚類物質含量不同。黃冰糖由白砂糖通過溶解后再重新結晶生成的，色素含量較低；赤砂糖通常是由甘蔗的壓榨汁在經過簡單處理后濃縮，不進行分蜜操作形成的帶蜜糖，所以紅糖會含有95%左右的蔗糖，保留了蔗汁中的幾乎全部天然活性成分；冰片糖是將生產冰糖時留下的結晶母液和從成品中被淘汰的次品加熱溶解后再加入酸液使其轉化為單糖，經過濃縮、煮糖和一系列成型過程得到的茶紅色產品；糖蜜是煮糖后的副產物，生產白砂糖時色素類物質大部分作為非糖分進入糖蜜中，故其所含的不同極性的色素都比其他有色糖品高。

2.3有色糖品中提取色素物質對鄰苯三酚自氧化速率的影響

鄰苯三酚在堿性條件下會發生自氧化反應，產生超氧陰離子自由基和在紫外有吸收的鄰苯三酚氧化中間產物[13]。按照1.8中的試驗方法進行試驗，得出鄰苯三酚自氧化積累的初始中間產物最大吸收峰所對應波長λmax為318 nm，此處有特征吸收峰，所以318 nm作為檢測波長。作為對比，圖3為無氧化劑存在時鄰苯三酚自氧化速率。白砂糖和有色糖對鄰苯三酚自氧化速率的影響見圖4～圖5。

圖3顯示，按照1.8中的試驗方法，在無抗氧化劑存在條件下，得到時間和光密度值的線性回歸方程y= 0.086 1x+0.009 1，相關系數R2=0.993 7，鄰苯三酚自氧化速率V0=0.086 1S-1。

圖3 無抗氧化劑存在條件下鄰苯三酚自氧化速率Fig.3 Auto-oxidation velocity of pyrogallolw ithoutantioxidants

圖4 白砂糖對鄰苯三酚自氧化速率的影響Fig.4 Effectofwhitesugar on theauto-oxidation velocity of pyrogallol

圖5赤砂糖對鄰苯三酚自氧化速率的影響Fig.5 Effectof red sugar on theauto-oxidation velocity of pyrogallol

圖4 和圖5顯示，白砂糖和赤砂糖存在時對鄰苯三酚自氧化速率的影響，時間和光密度值的線性回歸方程分別為y=0.061 1x+0.093 7和y=0.059 7x+0.080 5，相關系數都為0.999 3；加入了1mg白砂糖溶液樣品的試驗組的鄰苯三酚自氧化速率為0.061 1S-1，小于鄰苯三酚自氧化速率，故白砂糖中也存在一定的抗氧化活性物質；而加入1mg赤砂糖溶液樣品的試驗組的鄰苯三酚自氧化速率為0.059 7S-1。可見，加入白砂糖溶液樣品的試驗組的鄰苯三酚自氧化速率是大于加入了赤砂糖溶液樣品的試驗組的鄰苯三酚自氧化速率，故加入赤砂糖溶液樣品的試驗組抗氧化性大于加入白砂糖溶液樣品的試驗組的抗氧性。初步推斷，白砂糖有一定的抗氧化性，有色糖抗氧化活性更強，而且可能會隨著色值的增加而增大；赤砂糖比白糖顏色深，赤砂糖中抗氧化活性物質比白糖中抗氧化活性物質含量大；赤砂糖和白砂糖的純度都非常高，因此色素類非糖分含量小，色素類物質若能分離富集，將會有更好的抗氧化活性。

2.4有色糖品中提取色素物質的抗氧化性

鄰苯三酚發生自氧化反應生成超氧陰離子自由基，若加入抗氧化劑時，該過程受阻，超氧陰離子自由基的生成受到抑制，溶液在318 nm處吸收減弱，故通過測定吸光值的變化計算自氧化速率來評價樣品對超氧陰離子自由基的清除作用。有色糖品中提取色素物質的抗氧化性見圖6。

圖6 不同有色糖色素的抗氧化能力Fig.6 Antioxidant capacity of pigments from different colored sugar

按照文中和文獻[9]所述方法，進行試驗，測定赤砂糖、冰片糖、黃冰糖和糖蜜四種糖品（蜜）中分級提取色素的吸光度。為保證良好的線性關系，有色糖色素提取物抗氧化實驗只取各級分自氧化過程中的OD值對時間作圖，并對各個曲線做線性回歸，回歸直線的斜率即是各樣品中鄰苯三酚的自氧化速率VC。樣品對超氧陰離子自由基的的消除率計算公式η/%=（1-VC/V0）×100，式中：VC為回歸直線的斜率即是各樣品中鄰苯三酚的自氧化速率；V0為無抗氧化劑存在條件下鄰苯三酚自氧化速率。

由圖6可知，隨著乙醇濃度的變化，四種有色糖色素的超氧陰離子自由基消除率呈現相同的變化趨勢。在乙醇濃度為20%至60%之間，有色糖色素的抗氧化性能力呈上升的趨勢，60%的醇解吸條件下色素抗氧化性最強，赤砂糖、冰片糖、黃冰糖、糖蜜的超氧陰離子自由基消除率分別達到88.39%、53.54%、27.53%、91.28%。在60%至80%的乙醇濃度條件下，提取色素的消除率整體呈下降的趨勢。這說明：赤砂糖在煮糖過程中未進行分蜜操作，保留了糖蜜中較多的色素部分，其色素提取液的抗氧化活性和糖蜜中色素提取液的抗氧化活性最為接近，60%乙醇溶液的極性和赤砂糖中色素中抗氧化活性最強部分的極性最為接近；冰片糖中色素類非糖分以極性和60%乙醇接近部分抗氧化活性最強，不同極性冰片糖色素類非糖分整體對超氧陰離子自由基的清除活性整體比赤砂糖色素類非糖分弱，這可能和冰片糖的制作工藝有關；但醇提濃度對黃冰糖色素抗氧化性影響不大，消除率的變化幅度在4%左右，可能因為黃冰糖相對于赤砂糖、冰片糖和糖蜜，其生產原料本身是抗氧化活性較弱、色素含量較少的白砂糖，所以其所含色素較少，導致乙醇濃度的變化對提取色素的含量影響不大；糖蜜中色素類非糖分，以極性和60%乙醇接近的部分抗氧化活性最強，煮糖時色素類非糖分的主要匯聚至糖蜜中，因此其中總酚類物質含量高，外觀色值遠比赤砂糖、冰片糖和黃冰糖大。

3結論

試驗利用SD300芳香族大孔吸附樹脂分離富集赤砂糖、冰片糖、黃冰糖和糖蜜中的色素，再用濃度為20%、40%、60%和80%的乙醇分級解吸色素。

1）對于赤砂糖、冰片糖、黃冰糖和糖蜜等四種糖品（蜜），60%乙醇對于色素類非糖分的解吸附分離效果最好，提取液中色素含量和酚類物質含量最大。從極性角度考慮，SD300樹脂對極性接近60%乙醇的色素富集性能最好，而此時色素解吸性能最好。

2）4種有色糖酚類物質的保留情況和其生產工藝有關，赤砂糖保留的酚類物質約占糖蜜所含酚類物質的68%，冰片糖次之，黃冰糖所含酚類物質最少，酚類物質含量由多到少的順序是赤砂糖＞冰片糖＞黃冰糖。

3）有色糖中色素類非糖分，以極性和60%乙醇接近部分抗氧化活性最強，四種有色糖的色素解析液抗氧化性強弱順序為糖蜜＞赤砂糖＞冰片糖＞黃冰糖。這說明市售有色糖均有一定的抗氧化性和生理功能，抗氧化能力與其酚類物質含量呈正相關。

4）有色糖色值越大，保留的酚類物質越多，抗氧化能力越強。

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Analysis of Extraction and Anti-oxidation of Pigments from Commercially Available Colored Sugars

TIANMiao-miao，MA Ling，ZHUSi-ming*
（Schoolof Food Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510641，Guangdong，China）

The pigmentsof commercially available colored sugarswere extracted bymacroporous resin and the totalpolyphenolcontentsofpigmentswere determined.Theantioxidantactivity ofextracted pigmentswasevaluated using the pyrogallol auto-oxidationmethod，and the correlation between the total polyphenol content and the antioxidant activity of each sample was studied.Results indicated that the highest total phenol content for SD300 aromaticmacroporousadsorption resinwas in the sampleeluted using60%ethanol.In extracted samples using 60%ethanolasextracting agent，the total polyphenol content changes in thematerialorder ofmolasses，brown sugar，borneol sugar and yellow rock sugar from large to small，correspondingly the antioxidant activity changes in the sameorder.

commerciallyavailablecolored sugars；pigments；extraction；polyphenol；antioxidantactivity

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.05.001

2016-06-22

國家自然科學基金項目（U1203183）；廣東省科技計劃項目（2013B020310006，2014A020209019，2015A020210039）；華南理工大學中央高校基本科研業務費專項資金資助項目（2014ZZ0050）

田苗苗（1992—），女（漢），碩士研究生，研究方向：天然產物化學。

*通信作者：朱思明（1976—），男（漢），教授，博士，研究方向：功能性碳水化合物。