玫瑰茄紅色素研究進展

周振，李杰，韓惠娟，黃建香，林澤斌

(廣東暨晴生物醫藥科技有限公司，廣東 惠州 516081)

玫瑰茄(HibiscussabdariffaLinn.)為一年生直立草本植物，又名洛神花、羅塞耳、山茄等，主要生長在熱帶地區，20世紀50年代引入中國，在我國沿海如廣東、臺灣、福建等地均有栽培[1]。玫瑰茄以其花萼應用最為廣泛，含有多種成分，如色素、蛋白質、還原糖、有機酸等，具有一定的食用與藥用價值。其中色素含量約占花萼干重的1%～1.5%，該色素是一種新型的安全、天然紅色素[2]。

天然色素可用于多種復合調味品，如雞精、方便面調料、火鍋調味醬、醬菜等中均含有色素[3]。從18世紀開始，玫瑰茄就開始作為調味品應用于食品中，玫瑰茄醬因含色素作為調味品能賦予食品良好的口感和顏色，提升食欲。玫瑰茄紅色素著色性好，色澤亮麗，作為食品添加劑在多種食品中著色成功，如：果凍、軟糖、汽水、果汁等[4]。研究表明，玫瑰茄紅色素是一類花色苷色素，具有抗氧化、降血壓、抗菌和抗腫瘤等重要生理活性[5]。在色素提取過程中，花色苷結構易受光、熱等刺激而改變，導致花色苷品質不高，限制了它的應用。為了更充分地利用玫瑰茄資源，本文綜述了玫瑰茄紅色素的結構與性質、提取、分離純化、活性及在食品工業中的應用等方面的最新研究進展，以期為玫瑰茄紅色素在食品、調味品和保健品方面的研究和應用提供參考。

1 玫瑰茄紅色素的結構與性質

1.1 主要成分與化學結構

玫瑰茄紅色素成分在1932年被Yamamato首次分離鑒定為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷。經過近百年的發展，研究者們利用不同方法對各產地玫瑰茄紅色素進行了分離鑒定和補充，表明玫瑰茄紅色素主要成分為矢車菊素-3-O-接骨木二糖苷、飛燕草素-3-O-接骨木二糖苷以及微量的矢車菊素-3-O-葡萄糖苷和飛燕草素-3-O-葡萄糖苷[6]，還含有一些有機酸、多酚類物質，各成分含量因玫瑰茄產地不同而有差異，主要分子結構見圖1。

圖1 玫瑰茄花色苷主要成分化學結構式Fig.1 The chemical structure formula of main components of anthocyanins in roselle

1.2 理化性質

1.2.1 溶解性

玫瑰茄紅色素表現出較好的水溶性[7]，這可能與花色苷分子結構中含有多個羥基，增強了色素分子的親水性有關。

1.2.2 光穩定性

在自然光照下，玫瑰茄紅色素溶液經24 h后溶液吸光度由最初的0.165變為0.116，并觀察到色素溶液由紅色漸變成黃色且伴隨沉淀產生。可能是色素分子在光照下被氧化所致，表明玫瑰茄紅色素光穩定性較差，在使用和貯藏時應注意避光。

1.2.3 熱穩定性

研究表明，玫瑰茄紅色素在80 ℃和100 ℃條件下，色素降解速率常數分別為0.2539/h和0.6547/h，半衰期值分別為2.73 h和1.06 h[8]。可見玫瑰茄紅色素有一定的耐熱性，在提取和應用過程中應盡可能在低溫或短時間內完成。

1.2.4 酸堿性

玫瑰茄紅色素結構中存在多個酚羥基，色素溶液顯酸性。色素對酸堿變化反應靈敏，當pH<7時，色素溶液隨著酸性減弱，顏色由鮮紅色逐漸變淺，pH 2～4時色素溶液穩定性最好，呈現深紅色。當pH>7時，隨著堿性增強，色素溶液顏色轉為較深的藍色[9]。這可能是因為在不同pH條件下，色素分子存在醌型堿、黃烊鹽離子、假堿、查爾酮結構間的相互轉化，導致最大吸收波長不同而呈現不同的顏色。

2 玫瑰茄紅色素的提取方法

玫瑰茄紅色素受光、溫度、pH等外界干擾后，其結構易發生變化和降解，因此，其提取分離一般在溫和的條件下進行。研究者在考察各方法和因素對玫瑰茄紅色素提取的影響時，通常將色素吸光度、提取率和含量作為評價指標，現將文獻中具有代表性的幾種提取方法進行歸納，見表1。

表1 玫瑰茄紅色素的提取方法Table 1 The extraction methods for roselle red pigments

就報道的這些方法而言，更多的是考慮如何提高玫瑰茄紅色素的得率，而忽視了色素品質、穩定性以及生產成本。各方法都有其優缺點，醇提法是目前工業生產的可行方法，高濃度醇能除去水溶性雜質，提高色素得率，但提取過程中溶劑用量大，后續處理成本高，且有溶劑殘留問題，今后可考慮多種方法綜合使用來提高提取效率。在提取效果評價方面沒有統一的標準，以致無法評價各提取工藝的優劣。以提取率為評價指標會存在較大的誤差，研究者多以濃縮后固形物質量與投料量或者與花色苷在花萼中含量的比值作為提取率，但提取液中的雜質含量會對結果產生較大的干擾。以提取液中色素的吸光度為評價指標同樣不嚴謹，在不同pH條件下色素最大吸收波長不同。各提取工藝下提取液的pH值不同，研究者們均以520 nm處吸光值作為評價指標是粗糙的，并不能顯示工藝的優越性。以總花色苷含量作為評價指標是目前比較科學的，一般是利用pH示差法計算出花色苷中主成分的含量來反映總花色苷的含量，這種方法避免了提取液中雜質的干擾以及因pH不同色素吸收波長遷移而造成誤差。色價是反映色素品質的重要參數，也是目前獲得認可的指標，在以后的評價體系中可將色價或總花色苷含量作為評價參數。

3 玫瑰茄紅色素的分離純化方法

經粗提取得到的玫瑰茄紅色素一般含有較多的糖、有機酸等雜質。為了獲得高品質色素，往往需要經過諸如膜分離、大孔樹脂分離法等技術手段進行純化精制。現將文獻報道的分離純化玫瑰茄紅色素的主要方法進行歸納，見表2。

表2 玫瑰茄紅色素的分離純化方法Table 2 The purification methods for roselle red pigments

續 表

經過純化精制后色素的品質有利于后續的研究和應用，更加符合市場要求。純化方法方面，膜分離法屬于機械法，是利用壓力差和各成分間分子量大小不同來進行分離，分為微濾提純和納濾濃縮兩步，雖然有易操作、條件溫和等特點，但在操作過程中膜組件容易堵塞，需經常更換，且分離效率不高，較少應用于工業化生產中。大孔樹脂分離法利用分子間的范德華力，色素分子吸附于樹脂上，常用乙醇將色素分子洗脫下來。該方法耗時長，溶劑用量大，但是選擇性較好，是目前工業生產上應用較多的方法。新型方法諸如高速逆流色譜法是利用色素與雜質極性的不同進行分離，專一性好，得到的色素品質高，但對設備及操作人員的要求較高，不利于玫瑰茄紅色素的大規模生產。在純化效果評價方面存在的問題與前一節相似，已在上節中論述。

4 提高玫瑰茄紅色素穩定性的方法

玫瑰茄紅色素主要為花色苷類物質，為了避免花色苷直接受光、熱等刺激而引起氧化質變，需對花色苷物質進行保護處理，提高其穩定性。經過純化后的色素雖然能在一定程度上提高穩定性，但是不足以滿足實際生產應用的要求。除了低溫避光儲藏，常見提高玫瑰茄紅色素穩定性方法有微膠囊化、添加穩定劑、花色苷結構修飾等[21]。

4.1 微膠囊化

孟翔宇等[22]利用銳孔法制備了玫瑰茄紅色素的微膠囊，結果表明，色素微膠囊在4 ℃下貯藏35 d，保留率基本不變。在25 ℃貯藏35 d，保留率為93%，而對照組色素保留率僅為50%。在自然光下經膠囊化處理花色苷保留率要明顯高于對照組，說明微膠囊化能顯著提高色素穩定性。色素微膠囊在人工腸液中經210 min釋放率達100%，而同時期在人工胃液中釋放率為30%，這可能與微膠囊的包材有關。目前關于玫瑰茄紅色素微膠囊化的研究較少，在今后可以制備不同的包材、壁芯的玫瑰茄紅色素微膠囊，進一步考察微膠囊的包埋率與緩釋率，找出合適的包材制備玫瑰茄紅色素微膠囊而提高其穩定性。

4.2 添加穩定劑

任建軍[23]以溶液吸光度作為評價指標，考察了不同濃度的檸檬酸、木糖醇、食鹽、金屬離子作用下玫瑰茄紅色素的穩定性。結果表明，檸檬酸能明顯影響玫瑰茄紅色素的穩定性，隨著檸檬酸的加入，溶液的吸光度明顯升高；質量分數為6%的木糖醇也能增強玫瑰茄紅色素的穩定性；在添加食鹽后，溶液吸光度基本無變化，說明玫瑰茄紅色素穩定性與食鹽無關；Fe3+、Al3+、Cu2+3種金屬離子的加入，色素溶液吸光度變化明顯，表明色素穩定性受這3種金屬離子影響，猜測這幾種金屬離子與色素分子間發生了螯合反應，而K+、Ca2+、Zn2+3種金屬離子加入后溶液吸光度基本無變化，因此在玫瑰茄紅色素提取與貯藏過程中可適量添加檸檬酸以增加其穩定性，同時應注意避免與鐵器、銅器、鋁器等接觸。

4.3 花色苷結構修飾

花色苷分子結構修飾可增加其在外界環境和食品加工中的穩定性，使其在較大pH值范圍呈現良好的色澤。花色苷結構修飾常用的方法有酰基化、酯基化及形成吡喃類衍生物等。

目前關于玫瑰茄紅花色苷結構修飾的文獻鮮有報道，但其他類色素花色苷結構修飾研究較多，Giusti等[24]用月桂酸和丙二酸對蘿卜、紅甘藍花青素進行酰基化反應，考察了溫度、pH值和光照作用下酰基化花青素的穩定性，結果表明，酰基化后的花青素在各條件下穩定性較高。張媛媛等[25]通過對蘿卜紅色素進行酯化修飾，自然光照射酯化色素溶液，5 d后色素損失率僅為21.69%，色素吸光值檢測結果表明酯化色素在100 ℃內具有較強的穩定性，表明色素經酯化修飾后提高了其耐溫度和光的能力。鄺敏杰[26]對葡萄皮紅色素(錦葵花色苷)進行了甲基吡喃化合成，測得吡喃化色素在乙醇溶液中的降解半衰期為257 d，而錦葵花色苷在乙醇溶液中的半衰期僅為131 d。可見花色苷結構修飾是提高其穩定性行之有效的手段之一，在今后可加強玫瑰茄紅色素結構修飾研究，為提高色素穩定性提供新方法和新途徑。但存在的問題是花色苷結構修飾使其結構發生改變，勢必改變其生理功能，在實際應用過程中應注意。

5 玫瑰茄紅色素的活性

從玫瑰茄花萼中提取的紅色素主要由花色苷以及多酚類物質組成，具有較好的抗氧化活性和抑菌作用，同時有研究表明玫瑰茄紅色素物具有降血壓和一定的抗腫瘤作用。

5.1 抗氧化

玫瑰茄花萼提取物中主要成分為紅色素，大量研究表明玫瑰茄紅色素具有優異的抗氧化功能。郝純青研究了不同濃度的玫瑰茄紅色素對DPPH自由基的清除能力，結果表明，玫瑰茄紅色素的自由基清除能力與色素濃度呈正比，當色素濃度為1.25%時，其對自由基的清除率為82%，相同濃度的抗壞血酸對自由基的清除率為90%，表明玫瑰茄紅色素的抗氧化活性與抗壞血酸相當。劉迪等[27]研究了矢車菊素-3-O-葡萄糖苷(C3G)對氧化應激細胞的抗氧化作用，結果表明濃度為1.25～20 μmol/L的C3G可提高氧化應激細胞如細胞抗氧化酶類的細胞活力。

5.2 降血壓

玫瑰茄花萼提取物中含有豐富的酚類色素。Ojeda等[28]研究發現玫瑰茄花色苷可通過競爭血管緊張素轉化酶(ACE)活性位點來降低ACE活性，ACE可影響血管擴張進而影響血壓，在84.5 μg/mL玫瑰茄花色苷作用下，采用體外生物測定法測定ACE活性，與對照組相比，ACE活性明顯降低，表明玫瑰茄紅色素具有降血壓作用。

5.3 抑菌作用

玫瑰茄紅色素花色苷含有多個酚羥基，這些基團以氫鍵的方式與細菌體內的酶或蛋白結合，導致菌體酶結構變化而失活，從而解體、死亡。王圣[29]研究了玫瑰茄紅色素等9種花色苷對3種細菌的抑菌作用，結果表明，玫瑰茄紅色素具有顯著的抑菌性能，可不同程度抑制大腸桿菌、枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的生長，這可能與色素分子能干擾細菌的復制和轉錄有關，玫瑰茄紅色素對上述3種細菌的最大抑菌圈直徑分別為8.90，8.38，6.57 mm。

5.4 抗腫瘤

Hou等[30]以人類白血病細胞(HL-60)為靶點，研究從玫瑰茄花萼中分離得到的飛燕草素-3-O-接骨木二糖苷對HL-60的抑制作用，結果顯示當飛燕草素-3-O-接骨木二糖苷濃度為0.7 μmol/mL時，HL-60在24 h死亡率達到50%，證實了玫瑰茄紅色素有一定的抗腫瘤作用。

6 玫瑰茄紅色素的應用

天然色素顏色鮮艷，功能眾多，且多數不受用量限制而得以廣泛應用[31]。玫瑰茄紅色素天然、安全、易著色且兼具抑菌作用，近年來常將玫瑰茄紅色素作為食品添加劑、酸性調味料及食品保鮮劑。

6.1 食品添加劑

將玫瑰茄紅色素作為著色劑早有研究，曾華庭等比較了玫瑰茄紅色素與合成色素在硬糖與軟糖上的著色效果，結果表明經玫瑰茄紅色素著色后的糖果色澤鮮艷，品質與經合成色素處理的糖果接近，可代替合成色素作為天然著色劑使用，軟糖經儲藏8個月穩定性良好。但要注意調色溫度與受熱時間，溫度過高或受熱時間過長易使色素不穩定而影響著色效果。玫瑰茄紅色素已應用于多種食品中，如：果凍、果汁、飲料、糕點等，色素制品呈酸性，可用于酸性食品、藥品的著色。玫瑰茄紅色素色澤鮮艷，著色性好且具有一定的營養價值，具有綠色、安全等特點，已被納入食品添加劑名錄(GB 28312—2012)中。

6.2 食品調味品

由于玫瑰茄紅色素含有大量的有機酸，因此可作為酸性調味品加入到食品中，以玫瑰茄花萼為主要原料制作的玫瑰茄醬酸甜可口、顏色鮮艷，作為調味品在國外非常受歡迎。玫瑰茄紅色素作為調味品制作的酸奶顏色誘人，品質和口感極佳。Iwalokun和Shittu[32]的研究表明色素中的有機酸還可加速酸奶中蛋白質的凝聚，縮短酸奶的發酵時間。玫瑰茄醋不僅是一種調味品，因含有玫瑰茄紅色素，還賦予了玫瑰茄醋保健價值。索良敏[33]研制的玫瑰茄保健醋風味獨特，保健作用強，具有提神作用，可供運動員和老年群體使用。玫瑰茄紅色素顏色鮮艷、功能獨特且易于著色，作為調味料開發具有極大空間。

6.3 食品保鮮

基于玫瑰茄紅色素具有良好的抑菌性能且兼具安全、無毒的特性，近年來研究學者們將其應用到食品保鮮中。王圣等用玫瑰茄紅色素智能包裝膜保鮮豬肉，4 ℃下貯藏6 d后，測得豬肉中揮發性鹽基氮為0.154 mg/g，豬肉仍處于次新鮮級，在貯藏10 d后，檢測豬肉細菌總數為6.801 g CFU/g，表明玫瑰茄紅色素的釋放可有效抑制細菌對豬肉蛋白質的分解，同時延緩脂肪被氧化速率，具有明顯的抑菌作用。玫瑰茄紅色素作為新型食品保鮮原料展現出了一定潛力，有一定的開發價值。

7 結語和展望

關于玫瑰茄紅色素的研究主要集中在提取與分離純化上，對提高其穩定性和功能研究方面相對欠缺，今后可在這些方面加大研究力度。玫瑰茄紅色素目前主要作為食品添加劑使用，并在多種食品中成功應用，此外還作為調味料應用于食品中，但對其精深加工的研究不足，在現有研究基礎上，可開發玫瑰茄紅色素系列產品如玫瑰茄紅速溶茶、玫瑰茄紅復合保健酒(醋)、復合調味品等，充分發揮其營養保健功能，以滿足市場需求。

玫瑰茄紅色素作為天然的功能性色素具有安全、環保、適用性強等特色，在食品、調味品中展現出較好的開發前景。隨著科技的進步，新技術的突破，玫瑰茄紅色素制品品質越來越高，給玫瑰茄紅色素在食品工業上的應用帶來了新的機遇。