紫甘薯紅色素

1、紫甘薯紅色素制作人：邯鄲學(xué)院制作人：邯鄲學(xué)院簡介紫甘薯紅色素(PSPC，purple sweet potato color)是從紫甘薯的塊根和莖葉中浸提出來的一種天然紅色素，屬于花色苷類物質(zhì)，由花青素與糖發(fā)生糖苷化反應(yīng)得到。紫甘薯紅色素色澤鮮艷自然，無毒，無特殊氣味，具有抗突變、抗氧化、緩解肝功能障礙、抗腫瘤、抗高血糖等營養(yǎng)、藥理和保健功能，是一種理想的天然食用色素資源。 1研究歷史 2組成成分 3理化性質(zhì) 4穩(wěn)定性影響因素 溫度 光照 金屬離子對 食品添加劑 NaCl 5分離提純 PSPC的提取 PSPC的純化 6作用用途 生理功能 工業(yè)應(yīng)用 7安全性評價目錄研究歷史國外對紫甘薯研究較早，大

2、約始于20世紀中期。但是，紫甘薯的結(jié)構(gòu)一直是國外學(xué)者所研究的焦點，后期則更多的研窺其生理功能和抗氧化活性。日本對PSPC的提取、鑒定和理化性質(zhì)等已作了一些研究。國內(nèi)學(xué)者陸國權(quán)等1996年即開始對該色素進行系統(tǒng)的研究，現(xiàn)已取得顯著進展。有資料報道，酰基化的色素分子可以使色素的穩(wěn)定性提高，而紫甘薯色素分子是?；纳胤肿?，所以其穩(wěn)定性較強，應(yīng)用前景廣泛。組成成分紫甘薯屬旋花科一年生草本植物，是由日本培育出的一種優(yōu)良甘薯品種，其肉質(zhì)紫紅，其中所含色素為花色素苷，稱為紫甘薯色素。紫甘薯所含的花青素為類黃酮系化合物，以C6C3C6為基本骨架，具有類黃酮的典型結(jié)構(gòu)。PSPC的主要成分為矢車菊素（Cy，C

3、yanidin）R=H,R=OH和芍藥素(Pe,Peonidin)R=H2,其中芍藥素是矢車菊素的甲基化衍生物。組成成分注：Caf 咖啡酸，F(xiàn)er 阿魏酸；PHB對羥基苯甲酸PSPC在紫甘薯細胞中以與糖縮合成糖苷的形式存在于液泡中，主要呈色成分為花青素類的氰錠酰基葡糖苷及甲基花青素?；咸擒?。理化性質(zhì)外觀和色調(diào) 紫甘薯紅色素的固態(tài)呈紫黑色，其稀酸液為鮮艷透亮的深紅色，且產(chǎn)晶中無甘藍紅色素和胡蘿卜素產(chǎn)品中難以除盡的異昧(李浩明，高藍，2003)，1%色素液呈紅色。理化性質(zhì)溶解性能 PSPC純品為紫紅色固體粉末,，是一種水溶性色素。因其結(jié)構(gòu)中含多個酚羥基，故易溶于水、無水乙醇、甲醇、丙酮,不溶于石

4、油醚和菜油等。又因PSPC所含花青素分子中的吡喃環(huán)上有一4價氧原子，具有堿性的性質(zhì)，而同時又有酚羥基，具有酸的性質(zhì)，故亦能溶于稀酸和稀堿。pH的影響 pH值對PSPC的光譜特性影響很大，在不同的介質(zhì)中呈現(xiàn)不同的光譜特性，只在酸性條件下=530nm處出現(xiàn)特征吸收峰3。隨著pH的升高，PSPC的吸收峰向長波方向移動。當pH為11時，吸收峰反而向400nm方向移動，說明介質(zhì)pH對其吸收峰位有影響。只要pH值不變，其特征吸收峰也不變。穩(wěn)定性影響因素 溫度 溫度對PSPC的影響似乎與pH有關(guān)。當pH為3時，該色素對熱表現(xiàn)出相對穩(wěn)定性；當pH為5時，且較長時間高溫，色素穩(wěn)定性有所下降，但下降幅度并不大，說

5、明其耐熱性較強。因此，為減少對色素的破壞，使用時，應(yīng)盡量避免高溫和長時間受熱。 Oliver等人認為在花色苷的結(jié)構(gòu)互變中，AHBC的反應(yīng)是一吸熱反應(yīng)，升高溫度將促使反應(yīng)向B或C方向進行。研究表明當溫度高于100時，單糖苷花色苷降解主要從脫糖苷反應(yīng)開始，隨后，脫去單糖苷的花色苷元進行開環(huán)及以后的降解反應(yīng)，最后生成棕褐色的物質(zhì)及部分沉淀物；當溫度低于100時，單糖苷花色苷降解的途徑很多，但可以肯定的是,最后都將生成棕褐色的物質(zhì)及部分沉淀物。這極有可能是發(fā)生了羰氨反應(yīng)，生成焦糖。PSPC因其所具有的酰化基團使它較一般花色苷對光、熱、空氣等的感應(yīng)要小，性質(zhì)也更為穩(wěn)定。穩(wěn)定性影響因素光照PSPC在氧化劑

6、或還原劑存在時，顏色變化不大，但光密度有所變化，添加還原劑NaHSO3光密度增加1.3%；而增加氧化劑H2O2，其光密度則減少8.2%，可初步確定該色素抗氧化性較弱，而抗還原性較強3。金屬離子對Fe2+、Al3+、Fe3+、K+、Cu2+、Mg2+、Ca2+等常見金屬離子對紫甘薯紅色素沒有顯著影響，所以在實際生產(chǎn)中可以不用考慮所用容器的材質(zhì)。但是，當加入Fe溶液呈紫褐色，但是不能得出Fe可以增強PSCP顏色的結(jié)論，因為Fe3+本身也有顏色。穩(wěn)定性影響因素 食品添加劑 在pH為3時，添加山梨酸鉀對該色素的顏色及吸收峰均不會造成影響，光密度變化也極小，這說明防腐劑在食品使用濃度范圍內(nèi)對色素的穩(wěn)定性

7、幾乎不造成影響。PSCP在氧化或還原劑存在時，顏色變化不大，但是光密度有所變化。添加NaHSO3時，顏色變化小，但光密度有所增加，添加還原劑H2O2時，同樣，其顏色變化不大，但光密度卻有所下降。由此可見，PSCP抗氧化性性較弱，而抗還原性較強。 NaCl 由于鹽可以防止新鮮原料腐爛，故在實際生產(chǎn)中常有使用。研究發(fā)現(xiàn)，隨NaCl濃度的增加，PSCP的最大吸收峰吸光強度也增大。分離提純概述花青素的提取工藝主要有三大類：（1）溶劑萃取法：用含有酒精的酸性溶液提取后，再經(jīng)過濾、濃縮等工藝得到最終的產(chǎn)品；（2）超濾法：將酸性溶液浸提、過濾后的溶液用超濾膜濃縮；（3）吸附精制法：將酸性溶液浸提、過濾后的溶

8、液用大孔吸附樹脂吸附精制后再濃縮或噴霧干燥得到最終產(chǎn)品。以上方法各有利弊，溶劑法工藝簡單，但產(chǎn)品質(zhì)量不理想，色素純度低，溶解性差；超濾法產(chǎn)品質(zhì)量好，但是對設(shè)備要求高，成本大，提取率低；吸附精制法工藝復(fù)雜，但是得到產(chǎn)品質(zhì)量好，回收率高。 PSPC的提取 紫甘薯色素的提取主要有溶劑法和發(fā)酵法。實際生產(chǎn)中大多采用溶劑法，所用提取劑有醋酸、鹽酸、硫酸、甲酸、檸檬酸、乙醇等，由于食品色素要求安全性高，而檸檬酸是食品工業(yè)中常用的酸性介質(zhì)，故使用檸檬酸作為提取劑比較合適。發(fā)酵法提取是將一定量的紫甘薯洗凈，蒸熟后冷卻、粉碎，與一定量的米調(diào)制的一次醪混合，發(fā)酵幾天，調(diào)制二次醪，過濾二次醪，減壓濃縮，可得濃縮色素

9、液。 除了常規(guī)的萃取方法外，還可以使用微波、超聲波等輔助技術(shù)，用來提高色素的提取率。分離提純PSPC的純化 紫甘薯色素粗提取液需經(jīng)過純化處理，將其中蛋白質(zhì)、淀粉等大分子物質(zhì)以及溶液中大部分糖類、金屬離子等小分子去除。常用純化方式主要有： 紫甘薯紅色素純化的目的是除去提取物中的雜質(zhì)，諸如糖類、淀粉、蛋白質(zhì)、鞣質(zhì)等。如雜質(zhì)含量較高，多呈浸膏狀，難成粉末，保質(zhì)期短。未去除雜質(zhì)的浸膏狀甘薯紅色素的色價也較低。又因其水溶性的特點，使得同樣是水溶性的糖類成為PSPC純化過程中一個很難以除掉的雜質(zhì)。因此，為了提高產(chǎn)品的色價，必須對其粗體液進行純化。 對于水溶性的色素，可采用分級醇沉法除去雜質(zhì)。但醇沉過程中會

10、伴有吸附和包夾，致使色素有不同程度的損失。分級醇沉要比一次醇沉所得產(chǎn)品純度高。對PSPC進行精制純化，可采用AB28大孔吸附樹脂動態(tài)過柱法6。此法可除去糖類等水溶性雜質(zhì)及大部分脂溶性雜質(zhì)，降低PSPC的吸潮性，提高純度。70%的酸化乙醇洗脫后，經(jīng)噴霧干燥或真空冷凍干燥即可得到紫紅色固體粉末PSPC純品。其中，真空冷凍干燥的方法可減少PSPC的損失量7。 純化后的PSPC色價顯著提高，雜質(zhì)含量大大減少，性質(zhì)也較為穩(wěn)定，保質(zhì)期長。國內(nèi)有幾家色素廠已采用陸國權(quán)的方法分離提純PSPC，即采用0.5%檸檬酸作提取劑，物料比1 200，60恒溫，浸提1h。浸提得到的粗制品，經(jīng)減壓濃縮，AB28大孔樹脂吸附

11、，70%乙醇洗脫，噴霧干燥或真空冷凍干燥后得到紫紅色固體粉末PSPC純品。分離提純作用用途-生理功能生理功能 抗突變性 用精制的紫番薯花色素苷對沙門氏菌（SalmonellatyphimyriumTA98）的突變性進行了研究，發(fā)現(xiàn)提純后的紫番薯花色素苷有較強的抗突變能力。 緩解肝功能障礙 紫甘薯汁對大鼠和人肝功能障礙有緩解作用，通過對大鼠和人的體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)：紫甘薯汁能明顯緩解由四氯化碳所引發(fā)大鼠的各種肝功能障礙。有資料表明凡肝功能偏高，病程在五年以內(nèi)的患者，通過定量使用紫番薯汁，各項肝功能指標均有所下降，平均下降22%。抗氧化作用 脂類的過氧化作用和活性氧的自由基反應(yīng)，可導(dǎo)致人體細胞氧化損害、

12、老化、致癌和動脈硬化等許多疾病，這均與體內(nèi)氧化反應(yīng)有關(guān)。通過食用具有抗氧化能力的食物，可防止多種疾病發(fā)生。 花青素具有很強的抗氧化劑活性，是一種較好的氧自由基清除劑?；ㄉ湛寡趸饔玫闹饕钚曰鶊F是分子中的酚羥基8。PSPC的結(jié)構(gòu)中有多個酚羥基，是羥基供體，同時也是一種自由基清除劑。它不僅能和蛋白質(zhì)結(jié)合防止過氧化9，而且還能提供質(zhì)子，有效清除脂類自由基，切斷脂類氧化的鏈式反應(yīng)，起到防止脂質(zhì)過氧化的作用10。姜平平等對紫甘薯花色苷進行了體外抗氧化活性的研究，發(fā)現(xiàn)紫甘薯花色苷在體外活性氧模型中表現(xiàn)出相當?shù)倪€原力和清除羥自由基的能力，且與濃度呈正比關(guān)系。另外，PSPC還具有抗Fe引發(fā)的卵磷脂脂質(zhì)體過

13、氧化、抑制由H2O2引發(fā)的紅細胞溶血作用的能力。 凌關(guān)庭等人曾比較過橙色番薯（富含-胡蘿卜素）和紫番薯兩者的榨汁成份發(fā)現(xiàn)紫番薯具有很強的超氧化歧化酶（SOD）活性。比較兩者的清除游離氧O2的能力，結(jié)果證明紫番薯汁具有比富含-胡蘿卜素的橙色番薯汁更強的O2清除能力。作用用途-生理功能生理功能 抗腫瘤功能 癌癥是威脅人類生命和健康的主要疾病，人體細胞的癌變過程是一個極其復(fù)雜而且漫長的過程，受多種內(nèi)外環(huán)境和理化因子的影響，其中關(guān)鍵是體內(nèi)各種酶的變化。癌癥之所以可怕，就是因為它具有浸潤周圍組織和轉(zhuǎn)移到身體的其他部位的能力。 人類癌癥的預(yù)測在一定程度上與腫瘤的生長有關(guān)，但主要還是取決于腫瘤的入侵性和腫瘤

14、細胞數(shù)目的轉(zhuǎn)移。一般認為，抑制膠原降解的試劑可能起到抑制腫瘤細胞的入侵和轉(zhuǎn)移作用。因花色苷類物質(zhì)可促進膠原的合成，增加膠原的抵抗性，抑制膠原酶的活性，而PSPC屬于花色苷物質(zhì)，所以推測PSPC能起到抑制腫瘤細胞的入侵及轉(zhuǎn)移效果，具有抗腫瘤的功能。 抗高血糖功能 日本學(xué)者從紫甘薯I pomoea batatas L.c v. A yamurasaki的塊根中分離出來的一種二酰基花青素能夠通過-葡糖苷酶的抑制作用而達到降低血糖的作用。10mg/kg最小劑量的這種二?；ㄇ嗨丶纯山档腿梭w內(nèi)的血糖水平。對心血管疾病也有一定的作用。作用用途-生生理理功功能能 食品行業(yè)上的應(yīng)用食品行業(yè)上的應(yīng)用 在消費者眼

15、中，具有誘人的色澤，是食品的重要感官指標。在消費者眼中，具有誘人的色澤，是食品的重要感官指標。它可以通過刺激消化液的分泌、增加食欲來吸引消費者。但是天它可以通過刺激消化液的分泌、增加食欲來吸引消費者。但是天然食品在加工保存的過程中極易褪色或變色，因此為了改善食品然食品在加工保存的過程中極易褪色或變色，因此為了改善食品的色澤，常常在加工的過程中添加食用色素，以改善其感官性質(zhì)。的色澤，常常在加工的過程中添加食用色素，以改善其感官性質(zhì)。 由于化學(xué)合成色素的毒副作用越來越受到重視，使得天由于化學(xué)合成色素的毒副作用越來越受到重視，使得天然色素的應(yīng)用成為必然的發(fā)展趨勢。然色素的應(yīng)用成為必然的發(fā)展趨勢。PS

16、PC在從紫甘薯直接浸提在從紫甘薯直接浸提的過程中未采用任致使色素產(chǎn)生有害變化的手段或藥劑，為天然的過程中未采用任致使色素產(chǎn)生有害變化的手段或藥劑，為天然無毒制品。根據(jù)聯(lián)合無毒制品。根據(jù)聯(lián)合FAO/WHO的規(guī)定，可用作安全無毒的食品的規(guī)定，可用作安全無毒的食品添加劑，其用量未作限量性規(guī)定，以滿足所需要的著色度為限。添加劑，其用量未作限量性規(guī)定，以滿足所需要的著色度為限。因其耐熱性好，能夠經(jīng)受食品工業(yè)上的巴氏法消毒，且具有醇溶因其耐熱性好，能夠經(jīng)受食品工業(yè)上的巴氏法消毒，且具有醇溶及水溶性的特點，可用作食品的紅色至紫紅色著色劑而添加到水及水溶性的特點，可用作食品的紅色至紫紅色著色劑而添加到水基的食

17、品如冰淇淋、奶制品飲料、果汁飲料、奶酪、水產(chǎn)品、果基的食品如冰淇淋、奶制品飲料、果汁飲料、奶酪、水產(chǎn)品、果凍、谷物等食品中以及用于色拉裝飾等。凍、谷物等食品中以及用于色拉裝飾等。 另外，服用天然植物提取物作為調(diào)節(jié)身體健康的補充劑已另外，服用天然植物提取物作為調(diào)節(jié)身體健康的補充劑已成為時尚。紫甘薯紅色素具有抗氧化、抗腫瘤等生理作用，因而成為時尚。紫甘薯紅色素具有抗氧化、抗腫瘤等生理作用，因而可以作為保健食品的功能配料來使用?？梢宰鳛楸＝∈称返墓δ芘淞蟻硎褂谩Ｗ饔糜猛?工業(yè)應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用u制藥行業(yè)中的應(yīng)用 在生產(chǎn)中有時由于某種原因，需要添加人工色素，使得藥品更加容易識別和區(qū)分。常用的醫(yī)用藥片著色劑有

18、芥菜紅、胭脂紅、靛藍等。雖然這些化學(xué)合成色素經(jīng)國際衛(wèi)生部門批準許可，但這些均為合成色素，對人體有一定的危害，長期服用，必定產(chǎn)生一定的副作用。因此，可以使用天然紫甘薯紅色素來代替合成色素生產(chǎn)有色藥片。作用用途-工業(yè)應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用 化妝品行業(yè)上的應(yīng)用 化妝品加工業(yè)中使用的著色劑，既要求美觀，又要求安全無毒害。由于面部皮膚受環(huán)境影響較大，又處于血液循環(huán)末端，營養(yǎng)供應(yīng)不足，因而是人體最先老化的組織。造成皮膚老化、彈性下降以及干燥的主要原因是自由基及過量蛋白酶、彈性酶、透明質(zhì)酸酶攻擊或分解生物分子，使皮膚的支撐能力、保水能力大大下降。而紫甘薯紅色素具有抗氧化、清除自由基能力等作用，因此含紫甘薯紅色素的護膚品可抑制由于紫外線照射產(chǎn)生的氧自由基引