天然色素的提取及其生理功能

收稿日期:2005-03-29

作者简介:徐清海(1968-),男,吉林长春人,沈阳农业大学副教授,学士,从事天然产物的提取与开发研制工作。电话:

(024)88493096,E -mail :xqh81069686@

天然色素的提取及其生理功能

徐清海,明　霞

(沈阳农业大学基础部,辽宁沈阳　110161)

摘　要:介绍了天然色素的提取和精制方法,讨论了溶剂萃取法、超临界CO 2萃取法、微波辐射提取法、酶法、吸附解吸法、膜分离法的特点。针对天然色素不稳定的特点,介绍了天然色素的稳定化方法。综述了天然色素的生理功能,对类胡萝卜素、叶黄素类、黄酮类、花色苷类等色素的抗氧化活性、抗菌活性及保健功能进行了介绍。开发功能性的天然色素具有广阔的应用前景。关键词:天然色素;天然色素提取;生理功能

中图分类号:T S 202.3 文献标识码:A 文章编号:1671-3206(2005)05-0268-03

Extraction on natural pigment and its physiological functions

X U Qing -hai ,MING X ia

(Department of Basic Science ,Sheny ang Ag riculture University ,Shenyang 110161,China )

A bstract :The extracting and purifying technologies on natural pig ments were introduced .The charac -teristics of every kind of prog ress such as solvent ex traction ,supercritical CO 2extraction ,microw ave

radiation extraction ,enzy matic extraction ,adso rbent separation technology and membrane separation technology w ere discussed .The stabilization technologies of natural pigments w ere introduced based on its characteristics of lability .The phy siological functions of some natural pigments w ere reviewed ,some natural pigments such as caro tenoid ,xanthophy lls ,flavano nes and anthocyanin w ere introduced on an -tio xidant activities ,antibacterial activities and health protection .It showed wide application prospect to exploit functional natural pigments .

Key words :natural pigment ;natural pigment extraction ;phy siolog ical functions 食用色素是食品添加剂的一个重要分支,广泛应用于食品、日化、医药等行业。国际上对食品安全问题日益重视,回归天然、崇尚绿色成为发展的潮流。随着医学毒理学和生物学试验工作的进展,陆续发现化学合成色素中不少品种具有严重的慢性毒性和致癌性,而逐渐被天然色素替代

[1]

。天然色素

作为食品添加剂,具有安全性高、色泽自然鲜艳的特点,而且有些天然色素对人体的多种疾病还具有治疗、预防等药理作用和保健功能。现对天然色素的提取和生理功能介绍如下。

1　天然色素的提取、精制及稳定化

1.1　天然色素的提取1.1.1　溶剂萃取法　对水溶性、醇溶性的花色苷类、黄酮类、脂溶性色素的生产多采用有机溶剂浸提,再经过滤、减压浓缩、真空干燥的工艺。花色苷

在中性或弱碱性溶液中不太稳定,提取过程中通常采用酸化乙醇。溶剂萃取法的缺点是溶剂需回收、

产品质量差、纯度低、有异味和溶剂残留。1.1.2　超临界CO 2萃取法　此法特别适于萃取挥发性、热敏性或脂溶性色素,如辣椒红素、β-胡萝卜素、胭脂树橙、叶黄素和番茄红素[2]

。与溶剂萃取法相比,无化学溶剂的消耗、残留和污染,并可避免萃取物在高温下分解,保护生理活性物质的活性及保持萃取物的天然风味。1.1.3　微波辐射提取法　借助微波提取天然色素是近年来发展的新技术[3]。对番茄红素等脂溶性色素,有机溶剂不易渗透细胞壁和细胞膜,不能很好地将提取物从细胞器中溶出,使提取时间延长。而采用微波辐射萃取可大大缩短时间,降低生产能源,溶剂的消耗以及废物的产生,从而可以提高萃取效

第34卷第5期2005年5月

应　用　化　工Applied Chemical I ndustry

Vol .34No .5M ay .2005

率。将叶黄素以微波加热提取,还可避免在温度过高的情况下发生氧化降解反应。

1.1.4　酶法提取　纤维素酶可使纤维素、半纤维素等物质降解,引起细胞壁和细胞间质结构发生局部疏松、膨胀等变化,从而增大胞内有效成分向提取介质的扩散,促进色素提取效率的提高。应用纤维素酶提取红花中的红花黄色素,与传统水浸提取工艺相比,提取率提高了9.40%～13.35%。具有提取条件温和、有效成分理化性质稳定等优点[4]。应用酶促反应还可改变天然栀子黄色素中的栀子苷的结构,生产出栀子红、蓝色素[5]。

1.2　天然色素的精制

经浓缩或干燥方法得到的天然色素大多是粗制品,其中仍含有胶质、淀粉、糖类、脂肪、有机酸碱、无机盐、重金属离子等,甚至具有特殊的异味。这直接影响到天然色素的稳定性和染色力。这是天然色素未能得到推广、应用的主要原因之一。因此,色素的分离及其浓缩是天然色素生产加工中的一个重要环节。

1.2.1　吸附解吸法　采用大孔树脂吸附精制天然色素是提高色素纯度的有效方法,精制过程易于控制,并且树脂洗脱后可反复使用。如AB-8大孔树脂对紫甘薯色素具有较好的吸附能力,可采用70%乙醇溶液解脱[6]。

1.2.2　膜分离法　将纤维素超滤膜和反渗透膜、微孔滤膜技术联用,可简化工艺流程,提高效率。在对栀子黄色素的提取过程中,采用无机陶瓷微滤膜对浸提液进行精密过滤,用聚酰胺卷式膜进行反渗透浓缩过滤液,工艺过程简单,又可保证色素的质量[7]。此外,还尝试采用壳聚糖膜对天然色素进行富集,2%壳聚糖膜对萝卜红色素的富集率达84%[8]。

1.2.3　酶法　天然色素粗制品中的杂质可以通过酶反应除去。酶的催化作用一般在常温、近中性的条件下进行,这对耐热性不强的天然色素特别适合。用水作溶剂提取姜黄色素时,提取物中的淀粉可用淀粉酶降解成麦牙糖和葡萄糖等色素吸附力较小的小分子物质,并能在酸性溶液中保持溶解状态并与沉淀的姜黄色素相分离[9]。

1.3　天然色素的稳定化

1.3.1　微胶囊技术　天然色素含量低,稳定性不好。在加工流通中易受光、温度、pH、金属离子、盐类、氧等外界因素的影响,使用受到了一定的限制。若将天然色素用微胶囊包裹,不仅可以防止直接受光和热的影响,同时也能掩盖其不良风味,并兼具作缓释剂,是解决天然色素不稳定性的一项可行方法。如类胡罗卜素是脂溶性的,稳定性差。选用喷雾干燥法包埋胡罗卜素,微胶囊包埋率>90%[10]。栀子黄色素和β环糊精可形成1∶1包合物[11]。对油溶性的辣椒红色素,采用混合乳化剂进行改性后用琼脂、阿拉伯胶进行赋型,可获得具有良好水溶性的产品[12]。

1.3.2　色素的结构修饰　花色苷颜色易随pH变化,这是由其C-2位水化引起的,通过掩盖C-2位,就可以抑制水化反应,稳定花色苷。稳定化作用可添加多糖类、配糖体、酚类以及有机酸,其中研究最多的是添加有机酸进行酰化掩盖C-2位,所用的酸有4-香豆酸、阿魏酸、咖啡酸以及芥子酸等[13]。

2　天然色素的种类及生理功能

天然食用色素是从植物、微生物、动物材料的可食部分用物理方法提取、精制而得到的食用着色剂,具有较高安全性,而且其中很多品种具有防腐作用和抗氧化活性[14,15]。

2.1　类胡萝卜素色素

类胡萝卜素按其化学结构和溶解性,又可分为类胡萝卜素和叶黄素两类,均是具有生理活性的功能性抗氧化剂,这与其本身的多烯烃结构有关。

2.1.1　类胡萝卜素　系共轭烯烃,能有效防止自由基对脂质内侧生物膜的损害。β-胡萝卜素是维生素A的前体,可提高机体的免疫功能,抵御紫外线辐射、预防V A缺乏症,并可防治中风、心肌梗塞等心血管疾病,并具有抗癌作用[16];番茄红素存在于成熟的红色果实中,清除自由基能力在类胡萝卜素中最强[17],能有效预防前列腺癌、消化道癌的发生,还具有激活免疫细胞、防止心脑血管疾病的作用。

2.1.2　叶黄素类　系共轭多烯烃的含氧衍生物,是有效的氧自由基捕获剂[18]。其中玉米黄色素存在于玉米、辣椒、柑橘中,是单线态氧及自由基的清除剂,可与氧以及由亚油酸氧化而产生的自由基快速反应,阻止脂质过氧化反应的链式传递,其抗氧化效果与BH T相当,将成为新一代营养抗氧化剂;叶黄素存在于万寿菊属植物金盏花中,能清除膜内自由基,维持生物膜的完整性。近年发现高摄入量叶黄素能减少发生年龄相关性视网膜黄斑退化和白内障的危险水平。叶黄素还可通过其抗氧化功能而表现抗癌活性,可降低动脉粥样硬化和冠心病的发病率;从辣椒中提取的辣椒红素具有抗氧化作用,可用来治疗脑血管硬化症;从栀子果实中提取的栀子黄色素具有抗氧化能力和消炎、解热、利胆的作用[19]。2.2　类黄酮类色素

黄酮类色素是带C6-C3-C6的水溶性酚类物质,

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第5期徐清海等:天然色素的提取及其生理功能