高粱紅色素的研究進展

◎ 李盛艷

（江西丹霞生物科技股份有限公司，江西 鷹潭 335200）

色素是一種食品添加劑，能夠賦予食品豐富的顏色，改善食物的感官特性。相較于合成色素，安全性高且具有生物活性的天然色素深受廣大消費者的喜愛。廣義的天然色素指自然界中有顏色的物質(zhì)，狹義的天然色素指從動植物、微生物及其代謝產(chǎn)物中提取的色素[1]。天然色素按其來源劃分，可分為植物色素、動物色素和微生物色素；按照結(jié)構(gòu)劃分，有黃酮類、多酚類、類胡蘿卜素類等9 個類別[2]。常見的天然色素有梔子黃、高粱紅色素、葉綠素等。

高粱紅色素屬于黃酮類，其提取原料主要為高粱外果皮、種皮。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，高粱紅色素除具備色調(diào)自然、著色性能佳、安全無毒、無特殊氣味等特點外，還具有抗氧化、抗菌、抗過敏等生理功能[3]。該色素主要應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、飼料、化妝品等領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于熟肉制品、糕點的彩裝、餅干的著色，也可以用于醫(yī)用膠囊等的著色。本文概述高粱紅色素的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、功能應(yīng)用、制備方法等，重點總結(jié)對比高粱紅色素的提取方法，為后續(xù)產(chǎn)品的研究開發(fā)和生產(chǎn)銷售提供理論指導(dǎo)。

1 高粱紅色素的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

1.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)

高粱紅色素，主要為5,7,4'-三羥基黃酮（C15H10O5）和3,5,3',4'-四羥基黃酮-7-葡萄糖苷（C21H20O12）兩種成分，其屬于類黃酮系化合物[4]，結(jié)構(gòu)式如圖1。

圖1 高粱紅色素結(jié)構(gòu)式圖

1.2 理化性質(zhì)

高粱紅色素呈深紅棕色，略有特殊氣味，主要呈粉末、液體或者膏狀的形態(tài)。其易溶于水、稀堿、乙醇、乙酸乙酯等極性溶劑，微溶于稀酸、丙酮、環(huán)己醇等，不溶于油脂、苯、氯仿、石油醚等[5]。

1.3 穩(wěn)定性

高粱紅色素對熱穩(wěn)定，對光比較穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)，高粱紅色素較易受到日光照射的影響，因此在儲存中應(yīng)避免陽光直射，最好避光存放；色素在低于60 ℃的條件下穩(wěn)定性較好，在使用過程中應(yīng)避免溫度過高。

高粱紅色素易受pH值的影響，當(dāng)pH值在2～6時，顏色呈橙紅色；pH 值在6～11 時呈深紅色；pH 值超過12 后呈紫褐色。同時，部分金屬離子會影響其性質(zhì)，高粱紅色素易與Fe2+形成紫紅色沉淀，與Fe3+形成茶褐色沉淀，與Cu2+形成紫紅色沉淀，易與Zn2+、Al3+發(fā)生增色作用，但與K+、Na+、Ca2+共存比較穩(wěn)定[6]。

2 高粱紅色素的功能

2.1 抑制肥胖

WU 等[7]研究高粱紅色素的抗肥胖作用，發(fā)現(xiàn)高粱紅色素能顯著降低喂食高熱量食物小鼠的重量，降低血清總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇水平。與接受12 周高脂肪飲食的小鼠相比，高粱紅色素使小鼠體重下降23.47%。高譽芳等[8]發(fā)現(xiàn)高粱紅色素能降低食物利用率，極顯著調(diào)節(jié)肝臟基因的相對表達(dá)量，且能調(diào)節(jié)腸道菌群失衡。

2.2 抗氧化作用

吳瓊[3]發(fā)現(xiàn)，高粱紅色素具有較好的抗氧化能力，能夠延緩豬油、芝麻油的氧化程度和清除自由基。朱耀華等[9]發(fā)現(xiàn)高粱紅色素能較好地清除1,1-二苯基-2-苦基肼自由基和羥基自由基，對超氧自由基的清除能力高于維生素C，而且穩(wěn)定性更好，安全性比BHT 高，說明高粱紅色素的抗氧化活性高。

3 高粱紅色素的應(yīng)用

3.1 著色劑

根據(jù)食品國家安全標(biāo)準(zhǔn)《食品安全標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB 2760ü 2014）規(guī)定[10]，可按實際生產(chǎn)需要在熟肉制品、果凍、糕點、飲料等食品中適量添加高粱紅色素。梁成云等[11]在香腸加工過程中添加高粱紅色素來減少亞硝酸鈉的使用量，發(fā)現(xiàn)高粱紅色素具有無毒無味、性質(zhì)穩(wěn)定等特點，對蛋白質(zhì)的著色力強，具有較好的發(fā)色作用。李傳欣等[12]采用高粱紅色素國內(nèi)7 號作為火腿等肉制品的著色劑，發(fā)現(xiàn)著色效果接近紅曲色素，并且耐光、耐熱，可以有效解決肉灌制品加工中的褪色問題。

3.2 紡織品染色

梁娟等[13]利用高粱紅色素對陽離子改性真絲織品進行染色，上染率93%，并通過固色劑輔助，使織物的顏色豐富，顯著提升了耐摩擦色牢度和耐洗色牢度。LIU 等[14]用高粱紅色素對人造絲織物進行染色，發(fā)現(xiàn)該色素對織物染色性能好，摩擦色牢度和洗滌色牢度均達(dá)到要求。

3.3 天然染發(fā)劑

尚曉玥等[15]利用高粱紅色素和表面活性劑復(fù)配得到天然植物染發(fā)劑，相比于化學(xué)合成染發(fā)劑，高粱紅色素和表面活性劑復(fù)配得到染發(fā)劑具有低過敏、無毒、安全可靠等優(yōu)點。袁奇娟等[16]公開了一種含超聲聚合多酚納米粒的染發(fā)劑，以高粱紅色素為染色劑，可以在保證抗氧化效果的同時，不存在潛在生物毒性。

4 高粱紅色素的制備方法研究

4.1 高粱紅色素的提取方法

高粱紅色素多數(shù)通過乙醇、堿等溶劑浸提廢棄高粱殼取得，在此基礎(chǔ)上結(jié)合索氏提取法、超聲波輔助等方法可以提高浸提效率。張宏宇等[17]用乙醇提取高粱紅色素，最佳工藝為料液比1 ∶5（g ∶mL）、乙醇濃度65%、浸提溫度60 ℃、浸提時間4 h。羅欣月等[18]用響應(yīng)面法優(yōu)化高粱紅色素提取工藝，提取方案為氫氧化鈉1.8%、浸提時間4 h、浸提溫度70 ℃、料液比1∶10，最終得到色價26.9 的色素粗品，粗品率24.5%。

4.1.1 索氏提取法

索氏提取法主要利用溶劑回流和虹吸的原理，在索氏提取器中連續(xù)多次浸提樣品。米智等[19]采用索氏提取法提取高粱紅色素，提取率25.2%，色價27.1。張海容等[20]用索氏提取法提取高粱紅色素，其用體積分?jǐn)?shù)70%、pH 值為3 的酸性乙醇萃取，液固比100 ∶1（mL ∶g），溫度75 ℃，時間240 min，產(chǎn)率16.5%。

4.1.2 超聲波提取法

超聲波提取法主要利用空化作用產(chǎn)生剪切力，使細(xì)胞破碎，提高浸提效率。劉博等[21]采用超聲波提取法輔助乙醇萃取高粱紅色素，最佳提取率為15.36%，提取率相較于未使用超聲波輔助提取方法的結(jié)果高出6.83%。梁娟等[13]利用稀堿法結(jié)合超聲波法提取高粱紅色素，得到最佳提取工藝為料液比1 ∶50、碳酸鈉用量0.5 g、超聲波功率180 W、超聲時間30 min。

4.1.3 其他方法

除上述方法外，高粱紅色素提取還有微波萃取、雙水相萃取等方法。張海容等[20]采用微波萃取提取高粱紅色素，所需時間僅是索氏提取法的1/160，是超聲波萃取法的1/40，提取產(chǎn)率15.03%。張麗等[22]利用聚乙二醇/（NH4）2SO4組成的雙水相體系萃取分離高粱紅色素，萃取效果達(dá)98.25%。

4.2 高粱紅色素的純化方法

有關(guān)高粱紅色素純化方法的研究較少，向明峰等[23]利用大孔樹脂耦合硅膠柱層析法對高粱紅色素進行分離純化，經(jīng)過兩級純化后，將廢水中高粱紅色素的純度從10.9%提高至90.0%，總回收率達(dá)67.2%。劉鐘棟等[24]用HPD-600、AB-8、H103 大孔吸附樹脂分離純化高粱紅色素，其中HPD-600 和AB-8 吸附率高達(dá)59%。

5 結(jié)語

高粱紅色素，色澤自然、性質(zhì)穩(wěn)定、安全無毒，具有抗氧化、抑制肥胖等功效，其應(yīng)用前景廣闊。在今后的研究中，可以嘗試采用行業(yè)內(nèi)的先進技術(shù)提取，提高色素的提取效率；加強對高粱紅色素純化的研究，增加色素的純度；對高粱紅色素進行性質(zhì)分析，考慮研究其生產(chǎn)過程中的有益副產(chǎn)物，拓寬高粱紅色素的應(yīng)用領(lǐng)域。