馬齒莧紅色素的提取及其在果凍中的應用

張帥，鄭開斌*，辜春月，林寶妹，洪佳敏

1. 福建省農業科學院亞熱帶農業研究所（漳州 363005）；2. 集美大學食品與生物工程學院（廈門 361021）

馬齒莧（Portulaca oleraceaL.）又名長命菜、豬母菜、五行菜等，莖淡綠色或帶暗紅色，生命力旺盛，廣泛分布全世界溫帶和熱帶地區[1]。馬齒莧在許多國家作為野菜食用，同時也是使用十分普遍的傳統藥材，其味微酸，對于治療腸炎[2]、保護腎臟[3]、抗宮頸癌[4]和降血糖[5]等均有一定功效。關于馬齒莧功效成分如生物堿[6]、多糖[7]、酚類化合物[8]、脂肪酸[9]、去甲腎上腺素和多巴胺[10]等均有大量的研究報道，但關于馬齒莧紅色素的研究報道十分少見。最早見于Piattelli等[11]和Imperato[12]從馬齒莧莖中分離出紅色素并鑒定為羧酰化的甜菜紅素；楊桂芹等[13-15]報道馬齒莧甜菜紅素可改善小鼠認知缺陷，具有抗腫瘤和抗氧化的效果。馬齒莧在中國被列于藥食同源名錄，其紅色素食用安全且具有生理活性，有望作為天然功能性色素應用于食品工業中。因此，試驗對馬齒莧紅色素提取工藝進行研究，并將富含紅色素的馬齒莧提取液添加到果凍中，以期為馬齒莧紅色素在食品工業中的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮馬齒莧，6月份采摘于福建省漳州市；瓊脂、魔芋膠、卡拉膠、蔗糖、甜菊糖、檸檬酸等均為食品級原料。

L5S型紫外可見分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司；BS110S型分析天平，北京賽多利斯儀器系統有限公司；WP700型微波爐，樂金電子（天津）電器有限公司；FW135型粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司；SHZ-DIII型循環水真空泵，鞏義市予華儀器有限責任公司；磁力攪拌機。

1.2 試驗方法

1.2.1 馬齒莧原料處理

馬齒莧清洗挑揀后留取莖，切3 cm左右小段，微波高火（700 W）處理2.5 min[16]，再60 ℃熱風干燥18 h。干燥后粉碎過40目篩，得馬齒莧莖粉末，用自封袋裝好存放于干燥器，備用。

1.2.2 紅色素提取

準確稱取0.50 g馬齒莧莖粉末，按照一定料液比加入預熱好的去離子水，振蕩均勻，在一定溫度下水浴浸提，浸提后抽濾，得到的紫紅色透明澄清液即為馬齒莧紅色素提取液。

1.2.3 檢測波長的確定

將馬齒莧紅色素提取液用去離子水稀釋一定倍數，在400～700 nm進行可見光全波段掃描，將光譜顯示的最大吸收峰對應的波長確定為吸光度檢測波長。

1.2.4 紅色素提取單因素試驗

通過測定比較浸提液吸光度大小，研究不同料液比（1∶10，1∶20，1∶30，1∶40和1∶50 g/mL）、浸提溫度（20，30，40，50和60 ℃）、浸提時間（10，20，30，40和50 min）對紅色素提取量的影響。

1.2.5 紅色素提取工藝優化

根據1.2.4單因素試驗結果，設計L9(34)正交試驗，以紅色素提取量為指標，對馬齒莧莖紅色素提取工藝進行優化。正交因素和水平如表1所示。

表1 紅色素提取正交因素水平表

1.2.6 添加馬齒莧紅色素的果凍制作工藝

1.2.6.1 果凍制作工藝流程

溶膠→煮膠→過濾→調配→灌裝→滅菌→冷卻→成品

1.2.6.2 操作要點

1) 溶膠：將復配凝膠劑加入適量冷水中，連續攪拌15 min，待其充分溶脹。

2) 煮膠：保持攪拌，將凝膠劑溶液加熱至沸騰并保持3 min，趁熱用100目尼龍網布過濾后待降溫至70℃，備用。

3) 調配：將檸檬酸和復配糖加入馬齒莧紅色素提取液中，攪拌溶化并預熱至50 ℃，再邊攪拌邊慢慢倒入膠液中混勻。

4) 滅菌和冷卻：在80 ℃水浴保持15 min，而后立即將果凍投入冷水中冷卻。

1.2.6.3 復配凝膠劑配比的確定

選擇四組不同復配凝膠劑配方進行比較。A組為W瓊脂∶W果膠=3∶2[17]；B組為W卡拉膠∶W魔芋膠∶W黃原膠∶W瓊脂=3∶2∶1∶1[18]；C組為W卡拉膠∶W魔芋膠=2∶1[19]；D組為W卡拉膠∶W明膠∶W魔芋膠=4∶3∶3[20]，用量均采用10 g/kg。以感官評價（透明度、彈性和軟硬度）為指標篩選其一作為此次試驗的凝膠劑配比。

1.2.6.4 復配糖配方的確定

將甜菊糖和蔗糖進行復配，在甜菊糖最大使用量不超過0.5 g/kg[21]，蔗糖最大使用量不超過50 g/kg[22]的前提下，篩選甜度適口的復配糖配比及用量。

1.2.7 馬齒莧果凍配方優化

選擇復配膠添加量、提取液添加量、復配糖添加量及檸檬酸添加量4個因素進行馬齒莧果凍配方優化研究，采用L9(34)正交試驗組合，共9個試驗組進行配方比較。根據預試驗，各因素水平選取如表2所示。

表2 果凍配方正交因素水平表

由10名品嘗員組成評價小組，采用九點喜好標度法[23]對不同配方的馬齒莧果凍進行感官評價。1～9分代表不同喜歡程度，如1分為極不喜歡，5分為中等喜歡，9分為極喜歡。

1.2.8 數據分析

樣品重復3次測定，采用Excel 2007和SPSS 22.0進行數據統計分析，并采用前者進行作圖。

2 結果

2.1 檢測波長的確定

馬齒莧莖色素水提液呈紫紅色。其在400～700 nm可見光區的紫外掃描光譜如圖1所示。在540 nm處有最大吸收峰，因此選擇540 nm為紅色素提取試驗的檢測波長。

圖1 馬齒莧紅色素水提液紫外掃描譜圖

2.2 紅色素提取的單因素試驗

2.2.1 料液比對紅色素提取的影響

將各組馬齒莧提取液用蒸餾水補足至相同體積，再稀釋至合適倍數后測定λ540處吸光度。不同料液比對紅色素提取量的影響結果如圖2所示。當料液比為1∶30（g/mL）時，紅色素的提取量最高，而其他各組的紅色素提取量較低且之間無顯著性差異，因此選擇料液比1∶30（g/mL）較合適。

圖2 料液比對馬齒莧紅色素提取量的影響

2.2.2 溫度對紅色素提取的影響

結果如圖3所示。在20～30 ℃范圍內，隨著溫度的升高，馬齒莧紅色素的提取量增大，超過30 ℃后，紅色素的提取量持續降低。盡管溫度升高有助于破壞植物細胞組織及加快分子運動，從而促進提取量增大[24]，但此次試驗結果表明馬齒莧紅色素對熱很不穩定，應采用溫和的溫度條件進行提取。

圖3 溫度對馬齒莧紅色素提取量的影響

2.2.3 時間對紅色素提取的影響

結果如圖4所示。在提取時間10～20 min內，隨著時間的延長，馬齒莧紅色素提取量增大，在20 min時提取量達到最大，之后隨著時間繼續延長，提取量不再增大，表明20 min時該樣品中的紅色素已經提取完全。

圖4 時間對馬齒莧紅色素提取量的影響

2.3 紅色素提取的正交試驗

由表3可知，最優因素水平組合為A3B3C3，即料液比1∶40（g/mL），提取溫度40 ℃，提取時間30 min。驗證試驗表明在該最優組合下馬齒莧紅色素提取液在λ540處的吸光度為0.662±0.011。由表4可知，調整后R2=0.912，模型擬合度較好，3個因素對馬齒莧紅色素提取量的影響順序依次是溫度＞時間＞料液比，其中溫度為顯著影響因子（p=0.026 64＜0.05）。

2.4 復配凝膠劑配比的確定

卡拉膠與魔芋膠復配是常見的果凍凝膠劑配方，制得的果凍感官品質較好，通過與其他凝膠劑復配，能夠協同增效。各組不同復配凝膠劑制作的馬齒莧果凍皆質地均一、風味清淡，帶有馬齒莧色素特有的紫紅色。具體感官評價差異如表5所示。A組配比的果凍質地軟爛，咀嚼性較差；B組在透明度、彈性和軟硬度的評價均較好；C組比B組質地稍硬；D組透明度較差，是因為明膠為蛋白質，明膠-多糖凝膠體系的透明度受酸堿的影響很大，果凍中添加的檸檬酸使得凝膠透明度降低[25]。因此選擇B組配比進行馬齒莧色素果凍的優化試驗。

表3 馬齒莧紅色素提取正交試驗結果

表4 方差分析表

表5 對不同復配凝膠劑配方的感官評價

2.5 復配糖配方的確定

甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍，但具有后苦味，通過二者復配可以減少蔗糖的用量，制作出低糖的健康食品。甜菊糖和蔗糖不同質量比（1∶40，1∶80，1∶120，1∶160，1∶200和1∶240）試驗發現，當甜菊糖與蔗糖質量比為1∶160時，甜菊糖苦味不明顯，1∶200時口感較接近純蔗糖。進一步試驗表明，當甜菊糖添加量0.2 g/kg，蔗糖添加量40 g/kg時，復配糖的甜度適中。

2.6 馬齒莧果凍配方正交試驗

由表6可知，最優因素水平組合為A2B3C3D1，即復配膠添加量8 g/kg，提取液添加量200 g/kg，復配糖添加量48.2 g/kg，檸檬酸添加量1.0 g/kg，恰好與試驗號5組合相同，喜好度評價8.00±0.67分。各因素中，色素提取液添加量的極差R最小，表明不同添加量的馬齒莧色素提取物均能呈現消費者較喜歡的色澤，且不引起風味、口感和質地等品質方面較大的變化，馬齒莧紅色素具有開發為天然食品色素添加劑的潛力。

表6 馬齒莧果凍配方正交試驗結果

3 討論與結論

此次試驗提取的馬齒莧紅色素為水溶性色素，在540 nm處有最大吸收峰，符合甜菜紅素的特征，與文獻[11]的報道一致。最大吸收波長與文獻[26-27]曾報道的680和320 nm均有較大差異，可能是因為所用的提取原料不同引起的。馬齒莧紅色素主要分布在莖，此次試驗以莖為紅色素提取原料，同時在提取前進行了微波滅酶預處理，減少酶促褐變可能引起的試驗誤差。此外，據研究報道，在馬齒莧的莖、葉和花中，莖的總酚含量、多糖含量及總抗氧化活性最高[28-29]，此次試驗的馬齒莧紅色素提取液即馬齒莧莖水提物，除了具有鮮艷的紫紅色外，還可能具有豐富的生理活性。將馬齒莧紅色素提取液應用于低糖果凍制作中，不同添加量的馬齒莧色素提取物均能呈現消費者較喜歡的色澤，且不引起風味、口感和質地等品質方面較大的變化，表明馬齒莧紅色素具有開發為天然食品色素添加劑的潛力。

馬齒莧莖紅色素提取的最優工藝為：料液比1∶40（g/mL），提取溫度40 ℃，提取時間30 min。其中，溫度是顯著影響因子（p=0.026 64＜0.05）。將色素提取液應用于低糖果凍制作，優化配方為即復配膠（W卡拉膠∶W魔芋膠∶W黃原膠∶W瓊脂=3∶2∶1∶1）添加量8 g/kg，提取液添加量200 g/kg，復配糖（W甜菊糖∶W蔗糖=1∶240）添加量48.2 g/kg，檸檬酸添加量1.0 g/kg。制得的馬齒莧果凍質地均勻，口感爽滑，彈性、韌性好，酸甜可口，無不良風味，且具有鮮艷的紫紅色。