櫻桃紅色素的研究進展

蘇金歌，孫玉剛，吳 澎*

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018；2.山東省果樹研究所，山東 泰安 271000）

櫻桃主要分為4 類，即中國櫻桃、毛櫻桃、甜櫻桃以及酸櫻桃[1-2]，其中甜櫻桃和酸櫻桃在食品加工中利用較多。甜櫻桃（Prunus aviumL.）的經(jīng)濟效益好，被越來越多的種植戶重視，近幾年，國內(nèi)甜櫻桃栽培面積迅速增加，2021 年已發(fā)展到23 萬hm2[3]。酸櫻桃（Prunus cerasusL.）在食品工業(yè)中發(fā)揮著顯著的作用，常被用來加工成果醬、糖果等[4]。櫻桃目前多作為新鮮水果食用，也常被加工成櫻桃酒、櫻桃蜜餞等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的開發(fā)有利于延長櫻桃產(chǎn)業(yè)鏈，提高其經(jīng)濟價值。櫻桃色素資源豐富，對櫻桃經(jīng)釀酒等加工后剩余的皮渣進行綜合利用，以充分利用資源并促進產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展。櫻桃皮渣中含有花青素，經(jīng)提取純化后可保護人體細胞免受氧化脅迫[5]?；ㄇ嗨赜纸谢ㄉ兀瑢儆邳S酮類化合物，具有清除活性氧、抑制脂蛋白氧化等功效[6-8]。不同植物中的花青素與各類單糖形成糖苷，稱為花色苷（anthocyanin）。近年來，國內(nèi)外對各種植物中的花色苷類物質(zhì)進行了大量的研究[9-11]。花色苷類物質(zhì)作為食品著色劑可用于護膚品、化妝品、藥品、功能性食品的生產(chǎn)中，由于花色苷類物質(zhì)的市場還未飽和，因此未來具有巨大的發(fā)展空間。

櫻桃紅色素屬于水溶性的花色苷色素。水溶性的花色苷色素廣泛存在于植物細胞液中，往往呈紅色、深紅色、紫色等，現(xiàn)階段對其生理功能的研究主要集中在抗氧化、抗突變、對心血管疾病的作用[12]等方面。櫻桃紅色素易溶于水，在櫻桃加工、貯藏等過程中紅色素的穩(wěn)定性相對較低，易受到pH 值、溫度等因素的影響。國內(nèi)外學(xué)者對櫻桃紅色素的分離、鑒定等進行過研究。櫻桃中曾被鑒別出來的花色苷色素有矢車菊素-3-葡糖苷[13]、矢車菊素-3-蕓香苷、芍藥素-3-葡糖苷、矢車菊色素[14]、芍藥色素[15]等。目前關(guān)于櫻桃紅色素的利用研究多見于對其加工貯藏過程中的穩(wěn)定性探索、作為食品添加劑以及其抗氧化、防癌等功效方面的[16-18]。其作為一種天然食用色素，具有較高的利用價值和發(fā)展前景。

本文對櫻桃紅色素的提取與穩(wěn)定性研究進行了分析總結(jié)，概括了櫻桃紅色素的保健功效，分析了當(dāng)前存在的問題，并結(jié)合發(fā)展趨勢對其前景進行了展望，以期為櫻桃紅色素的開發(fā)應(yīng)用及副產(chǎn)品的綜合利用提供依據(jù)。

1 櫻桃紅色素的制備提取

1.1 直接粉碎法

韓元豐[19]、霍書香等[20]曾提出采用直接粉碎法制備紅色素。目前直接粉碎法的過程中多見研磨法及冷凍干燥法，具體流程如圖1 所示。直接粉碎法操作簡單，成本低，但得到的紅色素量少且著色能力差，此方法適用局限性大，目前在櫻桃紅色素提取中使用較少。

圖1 直接粉碎法流程圖Fig.1 The flow chart of direct crushing method

1.2 乙醇浸提法

乙醇浸提法是比較傳統(tǒng)的浸提方法，目前在櫻桃紅色素的提取中應(yīng)用較多。用酸性乙醇對處理過的櫻桃皮渣進行浸提，通過過濾、減壓濃縮、干燥等步驟[21]得到櫻桃紅色素并計算紅色素的色價[22]。鄭恒等[23]在研究中指出，結(jié)合Ongkowijoyo 等[24]的研究，根據(jù)pH 示差法，用矢車菊素-3-葡萄糖甙來表示，測定出櫻桃紅色素中單體花色苷的含量。并對提取的櫻桃紅色素質(zhì)量進行評價。色價越高、單體花色苷含量越高，櫻桃紅色素的質(zhì)量越好。

在浸提過程中，浸提條件對浸提效果影響很大，為了確定最佳提取條件，研究者們對櫻桃紅色素的提取條件進行過研究[23,25-26]，優(yōu)化后的提取條件見表1。關(guān)于提取過程中的影響因素，有實驗表明溫度對提取效果的影響最大[25-26]，也有實驗表明溶劑濃度的影響最大[27]?？梢娞崛l件的最佳方案需要根據(jù)具體實驗進行調(diào)整，最終提取效果以浸提液中花色苷含量為標(biāo)準(zhǔn)。

表1 櫻桃紅色素的最佳提取條件Table 1 Optimum extraction conditions of cherry red pigment

1.3 水浸提-樹脂吸附法

大孔樹脂在分離純化各種天然產(chǎn)物中生物活性成分方面受到了廣泛的關(guān)注[28-32]。在提取櫻桃紅色素的實驗中，選擇AB-8 大孔吸附樹脂作為提純材料[33-34]。前處理的樣品經(jīng)樹脂吸附后進行清水淋洗、酸性乙醇洗脫、減壓濃縮、干燥等步驟得到櫻桃紅色素。

由表2 知，乙醇浸提法能有效沉淀果糖、蛋白質(zhì)等，有初步精致的作用。水浸提-樹脂吸附法與傳統(tǒng)乙醇浸提法相比，能有效分離純化櫻桃皮渣中的紅色素，但成本較高。現(xiàn)階段，在櫻桃皮渣紅色素的提取中樹脂吸附法的應(yīng)用越來越廣泛。

表2 乙醇浸提法與水浸提-樹脂吸附法的不同Table 2 The difference between ethanol extraction and water extraction-resin adsorption method

1.4 其他方法

櫻桃紅色素的提取還有超臨界流體萃取[25]、超聲波提取[35]等方法，但這些方法多應(yīng)用于去核后櫻桃紅色素的提取，在櫻桃皮渣中的應(yīng)用并不成熟，有望進行深入探索。

2 紅色素穩(wěn)定性的影響因素

櫻桃紅色素在提取、加工、貯存等過程中,其穩(wěn)定性會受到影響。現(xiàn)階段對于櫻桃紅色素穩(wěn)定性影響因素研究較多的涉及pH 值、溫度、光照、金屬離子、食品添加劑、氧化劑和還原劑、天然復(fù)合色素等方面。

2.1 pH 值對櫻桃紅色素穩(wěn)定性的影響

pH 值會影響櫻桃紅色素的顏色、溶液吸收光譜，改變紅色素中花色苷的結(jié)構(gòu)，對櫻桃紅色素的影響較大。Molaeafard 等[4]研究表明，pH 值在6 以下時，紅色素顏色鮮艷；pH 值在6 以上時，吸光度的變化明顯，色素性能不穩(wěn)定。趙彥杰[33]通過實驗指出，紅色素在酸性（pH≤5）條件下較為穩(wěn)定，在中性及堿性條件下顏色會發(fā)生變化。因此，櫻桃紅色素適合在酸性果汁、果凍、飲品等食品中應(yīng)用。

2.2 溫度對櫻桃紅色素穩(wěn)定性的影響

櫻桃紅色素在一定溫度下會受到破壞、易被氧化。楊青珍等[26]的研究指出，實驗溫度在100 ℃以內(nèi)時，隨著溫度的升高，樣液吸光度變化不大，櫻桃紅色素的顏色基本不變；但溫度超過100 ℃甚至更高時會引起色素的分解。付紅等[36]的研究表明，在100 ℃時對櫻桃紅色素溶液加熱，隨著溫度的升高，溶液吸光度上升、顏色加深。因此為保證其穩(wěn)定性要注意溫度不能過高。

2.3 光照對櫻桃紅色素穩(wěn)定性的影響

強光和室內(nèi)自然光線對櫻桃紅色素的穩(wěn)定性不同[26]。付紅等[36]的研究表明，自然光下紅色素溶液降解速度較慢，強光則會加速降解。郭元平等[21]的研究表明，自然光下紅色素溶液吸光度變化不大，紫外光下隨著時間變長吸光度逐漸下降。

2.4 金屬離子對櫻桃紅色素穩(wěn)定性的影響

孫麗英[25]的研究指出，F(xiàn)e3+、Cu2+對紅色素在一定波長下的吸光度和顏色有明顯影響。趙彥杰[33]的研究指出，F(xiàn)e3+、Cu2+對櫻桃色素溶液具有增色和變色作用。于澤源等[37]的研究指出，櫻桃紅色素溶液遇到一定濃度的Fe3+、Cu2+時，溶液發(fā)生了不良的顏色變化。因此在放置、保存樣品時，最好應(yīng)避免其接觸Fe3+和Cu2+。

2.5 食品添加劑對櫻桃紅色素穩(wěn)定性的影響

常用的食品添加劑對櫻桃紅色素溶液的顏色變化影響不大[26]。常用的一些食品添加劑如味精、檸檬酸等對色素穩(wěn)定性影響很小。低濃度的苯甲酸鈉對色素的影響較小[23]，要注意使用的苯甲酸鈉濃度不宜過高[37]。

2.6 氧化劑、還原劑對櫻桃紅色素的影響

孫麗英[25]以H2O2溶液為氧化劑的實驗研究結(jié)果表明，H2O2濃度越高越不利于紅色素的穩(wěn)定。趙彥杰[33]的研究指出，氧化劑和還原劑會加速色素降解。于澤源等[37]的實驗結(jié)果也表明，一定濃度的H2O2、Na2SO3對櫻桃紅色素都有一定程度的破壞作用。因此在紅色素貯存加工等過程中要盡量避免與氧化劑、還原劑接觸。

2.7 天然復(fù)合色素對櫻桃紅色素穩(wěn)定性的影響

Malienaubert 等[38]提到，協(xié)同色素沉著可以提高花青素的穩(wěn)定性。Kübra 等[7]提出添加天然復(fù)合色素與甜味劑對酸櫻桃花蜜花青素的穩(wěn)定性有顯著影響。將不同的共色素來源，如沒食子酸（GA）、綠茶提取物（GTE）、石榴皮提取物（PRE）、櫻桃莖提取物（CSE）、玫瑰葉提取物（RLE）添加到含有蔗糖（SCNS）、蜂蜜（SCNH）等甜味劑的酸櫻桃花蜜花青素中，觀察花青素穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，為了提高SCNS 和SCNH 中花青素的穩(wěn)定性，GA 和PRE是較好的選擇。但目前關(guān)于天然復(fù)合色素與甜味劑對櫻桃果實、皮渣中花青素穩(wěn)定性的研究尚未成熟，在之后的研究中有待進一步研究深化，有利于提高櫻桃紅色素的穩(wěn)定性。

3 櫻桃紅色素的功效及作用

櫻桃紅色素作為一種花色苷類色素，目前的研究中多見于抗氧化、防癌、抗炎、防治糖尿病等保健功效方面。陶弘景《名醫(yī)別錄》上記載，櫻桃可入藥且主治風(fēng)濕腰疼等癥狀[25]。有研究指出，痛風(fēng)患者若連續(xù)兩天及以上食用櫻桃，痛風(fēng)發(fā)作的風(fēng)險比未吃櫻桃者降低35%[39]。Blando 等[40]研究表明，食用櫻桃后有利于抗炎，指出櫻桃的花青素與抗炎、抗風(fēng)濕有一定的聯(lián)系。這些說法可推測櫻桃花色苷在治療風(fēng)濕腰疼方面有一定的作用。

3.1 抗氧化

櫻桃紅色素的抗氧化性體現(xiàn)在對DPPH 自由基的清除作用、對羥基自由基的清除作用、對超氧陰離子的清除作用上[41]。劉杰超等[42]提出，櫻桃紅色素提取物對DPPH自由基有明顯的清除作用。櫻桃紅色素含有多種花色苷及一些酚類物質(zhì)，花色苷的分子結(jié)構(gòu)中有很多羥基基團，這些基團能夠提供氫質(zhì)子中斷自由基的反應(yīng)，使物質(zhì)表現(xiàn)出抗氧化性質(zhì)。櫻桃紅色素對羥基自由基有較好的清除作用，孫麗英[25]通過用櫻桃紅色素提取物和維生素C 分別做樣品，探究對羥基自由基的清除作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)櫻桃紅色素的清除能力要優(yōu)于維生素C。一定濃度范圍內(nèi)的甜櫻桃紅色素對光照核黃素體系產(chǎn)生的超氧陰離子自由基有顯著的清除作用[42]。

3.2 防癌

亞硝胺是一類對人體危害極大的致癌物，亞硝胺及其前體污染物質(zhì)存在于自然環(huán)境中。植物源提取物近年來逐漸成為抗癌研究的熱點，有研究提到可利用植物花青素阻礙亞硝胺的生成或降低其危害[43]。櫻桃紅色素在低濃度下對亞硝基的清除作用不明顯，隨著樣品濃度的提高，對亞硝基的清除效率能達到96%左右[42]。說明櫻桃紅色素是一種較好的亞硝基清除劑，在防癌方面能起到一定的作用。若要進一步論證它的防癌作用，需要進行體內(nèi)實驗加以證明，但目前的研究還停留在體外實驗，有待進一步深化。

3.3 抗炎

目前研究已發(fā)現(xiàn)，櫻桃色素提取物具有強烈的抗氧化活性和抗炎作用。何穎輝等[44]通過實驗研究了櫻桃紅色素對佐劑性關(guān)節(jié)炎大鼠免疫功能和炎癥相關(guān)細胞因子的影響。結(jié)果表明櫻桃花青素苷能對大鼠的關(guān)節(jié)炎癥起到保護作用。Wang 等[45]研究發(fā)現(xiàn)，從酸櫻桃中提取出來的花青素在體外試驗中有較好的抗炎作用，若要明確紅色素在人體內(nèi)是否能發(fā)揮此作用，還需經(jīng)過一系列的體內(nèi)實驗加以探究。

3.4 防治糖尿病

劉丹等[46]的研究表明，植物中的原花青素可能會通過促進葡萄糖吸收、調(diào)節(jié)胰島素的合成與分泌等方面調(diào)控糖尿病。Jayaprakasam 等[47]通過進行酸櫻桃花青素的體外實驗發(fā)現(xiàn)，酸櫻桃花青素能促進胰腺蘭氏小島的細胞胰島素的分泌，使胰島素的分泌量達50%，得到食用含一定量酸櫻桃花色苷的食品能預(yù)防Ⅱ型糖尿病的結(jié)論。但此結(jié)論還需進行進一步的實驗探究。

4 結(jié)論與展望

近年來，關(guān)于櫻桃紅色素的研究在逐漸成熟并在一些方面取得了一定的成績。在提取對象方面，多以甜櫻桃和酸櫻桃為原料，以櫻桃釀酒皮渣為對象進行紅色素提取的研究將不斷成熟，成為研究的熱點。在提取方法方面，多用樹脂吸附法、酸化乙醇浸提法，此法能有效分離純化紅色素。在穩(wěn)定性影響因素方面，對pH、溫度等因素的研究較成熟，且為了提高紅色素產(chǎn)量、保證其質(zhì)量，正在不斷探究其它的影響因素。在作用功效方面，目前不僅局限于研究其著色作用，還在不斷地深入研究其抗氧化、防癌等保健功效。

關(guān)于櫻桃紅色素的研究，目前還存在一些問題，如（1）對比櫻桃黃酮、多糖等功能因子的研究深度和廣度，紅色素的研究有待深入。不同種類櫻桃、櫻桃不同部位的紅色素研究對比將是今后的研究重點。（2）紅色素的提取方法還比較單一，且提取過程中條件的優(yōu)化還缺乏全面、成熟的研究。（3）櫻桃紅色素作為一種天然食用色素，其穩(wěn)定性不如人工合成色素，目前其穩(wěn)定性影響因素探究還不全面，不利于保證紅色素的質(zhì)量，影響其應(yīng)用發(fā)展。因此對于櫻桃紅色素的提取、貯存穩(wěn)定性的探索也是今后著重研究的方向。（4）對櫻桃紅色素的保健功效雖有一定的研究，但其作用機理研究不夠透徹，還需經(jīng)過更加權(quán)威的論證。近幾年來，多種合成色素已經(jīng)被禁止或者嚴(yán)格限量使用，櫻桃紅色素因安全、無毒的優(yōu)勢，憑借特殊的營養(yǎng)價值和功效，今后的應(yīng)用發(fā)展必定會有新的突破。