花青素类色素纯化技术研究进展

花青素类色素纯化技术研究进展

尹忠平1，2上官新晨1，2黎冬明1，2吴少福1，2张月红1

（1.江西农业大学食品科学与工程学院2.江西农业大学植物资源开发与利用研究室)

【摘要】食用色素是一种重要的食品添加剂，高色价、高安全性的天然食用色素备受生产者和消费者的青睐，因而具有非常好的发展前景。本文综述了花青素类色素分离纯化的主要方法，对目前常见的几种重要的分离纯化方法进行了较为系统、详细的介绍，对其优点和存在的主要

问题进行了详细阐述，并对未来的技术发展趋势进行了分析，旨在为花青素类色素的纯化研究

提供较为全面、系统的参考。

【关键词】花青素类色素；纯化，研究进展

中图分类号：TS202．3文献标识码：A文章编号：1673-7199(2010)07-0111-05

食用色素是使食品着色、改善食品色调和色泽的可食用物质，是食品添加剂中重要的一大类。食用色素按来源可分为天然色素和人工合成色素两类。19世纪中叶前，化学水平还不发达，人们还不能合成色素，食品着色均使用天然色。1856年，英国的W.H.Perkins 合成了第一种有机色素——

—苯胺紫，开创了人类合成色素的新纪元，从此，合成色素逐步进入食品领域。合成色素具有色泽鲜艳、着色力强、稳定性高等特点，并可按照使用者的需要进行任意调色，且成本低廉、使用方便，其中许多合成色素被用作食用色素，甚至曾经占据着主导地位。随着毒理学和分析化学的不断发展，人类逐渐认识到多数合成色素品种对人体有较为严重的毒性以及致癌、致畸、致癌性等可能危害，人们开始给予其密切关注和研究。目前，世界各国严格限制在食品中使用尚未摸清其安全性的合成色素品种，一些合成色素相继被限制在食品中使用。1976年美国禁止在食品中使用人工合成色素觅菜红，之后挪威、丹麦完全禁止使用合成色素，于是人们又回过头来关注天然色素。天然色素色泽艳丽、柔和、自然，特别是安全性能高，并且具有一定的营养价值和生理保健功能，如今备受人们青睐，近年来使用量以10%的速度递增。许多天然色素具有药、食两用功能。研究表明：花色苷类色素具有抗氧化、消除自由基、调节心血管机能、抗突变、抗肿瘤等多种活性功能，广泛应用于食品行业。

但天然色素也存在一定的局限性，如对光和热不够稳定、易氧化、有一定的pH值应用范围、产量有限、受制于自然资源的限制等。由于植物源性天然色素来源植物组织，无论采取何种提取方法得到的天然色素粗提物，其中都必定会含有一些其他的组分，常常与多糖、蛋白质、多酚类物质等多种成分混杂在一起，因而色价低、杂质多，有的粗品还带有原料本身特有的气味，有些粗提物还具有强烈的吸水性，这些都直接影响到天然色素的稳定性、着色能力和使用效果，限制了它的应用。因此，对色素粗品进一步分离纯化很有必要，高色价、高稳定性色素是大势所趋，具有很好的市场前景和经济效益。

1色素纯化的主要方法

色素粗提物的纯化方法应根据色素化学成分、主要杂质成分来进行选择，常用的方法有：层析法、膜分离法、溶剂分级沉淀法、两相萃取法、酶法和结晶法等。试验室小样的分离纯化常采用两相萃取法、大孔树脂吸附法、凝胶柱层析法、纸色谱法、薄层色谱法、气相色谱法和高效液相色谱法等，其中纸色谱、薄层色谱、气相色谱和高效液相色谱法兼具分离、定

111

C

性定量分析检测等用途。工业化生产中常用的纯化方法主要有柱层析法、两相萃取法、膜分离法和溶剂分级沉淀法等，其中柱层析法因分离效果好、成本低、操作简便、易于大规模生产而被广泛采用，是最具发展前景的色素纯化方法。

2层析法

层析法是应用最为广泛的一类色素纯化技术，其基本原理是利用混合物各组成部分在某一物质中的吸附或溶解性能(分配)的不同，或其他作用性能的差异，使混合物的溶液流经固定相时进行反复的吸附或分配等作用，从而将各组分分开。根据固定相的不同，柱层析分离可分为许多种类，早期的固定相主要是氧化铝和纤维素等，目前常采用大孔树脂、离子交换树脂、凝胶、硅胶等。

2.1大孔树脂吸附层析

大孔吸附树脂为吸附性和筛选性原理相结合的分离材料，是近10年来发展起来的一类有机高分子聚合物吸附剂，其吸附实质为表面分子受作用力不均等而产生的表面吸附现象，这种吸附作用是由于范德华引力或生成氢键的结果，同时由于大孔吸附树脂的多孔结构使其对分子大小不同的物质具有筛选作用。通过这种吸附和筛选，有机化合物根据吸附力的不同及分子量的大小，经一定溶剂洗脱而达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的。一般来说，对非极性大孔树脂，洗脱剂极性越小，洗脱能力越强；对极性大孔树脂和极性较大的化合物，则用极性强的溶剂能更好地分离。

王华等人采用Amberlite XAD-7HP大孔吸附树脂对葡萄果皮花色苷的纯化进行了研究，确定的最优工艺条件为：色素溶液浓度1.2mg/m L，吸附时间60min，吸附流速1.5BV/h，pH值2.0，5%甲酸甲醇为解析剂，动态洗脱流速1.5BV/h；优化条件下所得产品的纯度可达90.05%。尹忠平等人以X-5树脂对玫瑰茄红粗提色素进行了纯化，纯化后色素色价从5.1提高到了32.2，树脂经8次重复使用，吸附性能无明显减弱，可以循环使用。上官新晨等人以X-5树脂纯化紫红薯色素，确定了上柱液pH值、吸附流速、解吸液、解吸液流速等优化工艺条件，为紫红薯色素工业化纯化生产提供了理论依据。陈美红等人选用NKA大孔树脂对桑甚红色素进行纯化，优化了纯化工艺，树脂重复使用8次后吸附率仅降低2.8%，经纯化后的色素为紫黑色粉末，其色价为452，是未纯化的48.7倍。王锋等人以HP-20型大孔树脂对黑花生衣色素进行了纯化研究，优化了上柱量、上样液pH值、上样花色苷浓度、吸附温度、洗脱剂等工艺参数，经纯化色素的纯度提高1倍。党蕊叶等人以X-5树脂纯化矮牵牛花红色素、何志伟等人以D-101树脂纯化乌饭树果色素、唐纯翼等人以HPD-600树脂纯化爬山虎红色素均取得了较好的分离纯化效果和较高的回收率。

总体来看，大孔树脂具有物理化学稳定性高、吸附选择性强、不受无机物存在的影响、再生简便、解析条件温和、使用周期长、易于构成闭路循环、可循环使用、节省费用等优点，避免了有机溶剂提取分离造成的有机溶剂回收难、损耗大、成本高、易燃易爆以及对环境造成污染等缺点。因此，大孔树脂广泛应用于天然产物分离。

2.2离子交换树脂层析

离子交换柱层析是以离子交换树脂为固定相的层析分离方法，该法利用固载在聚合物骨架上的功能基团所带的可交换的离子在溶液中能发生解离，且可在较大的范围内自由移动并扩散到溶液中，而溶液中的同类型离子也能从溶液中扩散到聚合物的网络和孔内，当这两种离子的浓度差较大时，就产生一种交换的推动力使它们之间发生交换作用，浓度差越大，交换速度越快，利用这种浓度差的推动力使树脂上的可交换离子发生可逆交换反应。离子交换树脂层析技术设备简单，操作方便，生产连续化程度高，而且得到的产品往往纯度高，同时成本低廉，因此在天然产物提取分离研究与生产中的应用将日益广泛。

离子交换树脂不仅用于水处理，而且广泛应用于天然产物的分离纯化，在天然色素的纯化中有着广泛的应用。由于花青素类色素是水溶性的，通常多以水或乙醇水溶液为提取液，因而粗提物中常见的杂质是多糖类、蛋白质类、有机酸类等，色素的纯化就是要除去这些杂质。离子交换树脂可除去糖、有机酸、无机盐等，并可提高精制后色素的稳定性，因而常用于纯化虎杖黄色素、葡萄皮色素等花青素类色素。钟瑞敏等人以弱酸性阳离子树脂D152纯化葡萄花色苷，结果表明吸附率超过95%，95%乙醇洗脱速度较快、洗脱率高。

2.3凝胶层析

凝胶层析也称排阻层析，其工作原理是利用具有

112