新型天然色素_紫甘薯色素

随着毒理学和生物学研究工作的深入开展，合成色素对人体毒副作用日益引起人们关注，天然色素逐渐取代合成色素成为食品生产的发展趋势。

紫甘薯是近年来培育的一类集营养、保健和色素于一体的甘薯新品种，从中提取的色素作为一种天然食用色素，具有色泽鲜亮、无毒、无异味以及兼具多种营养、药理和保健功能，被人们广泛推崇，在日本已作为食品添加剂广泛使用。

２０世纪９０年代，我国从日本引种紫甘薯并获得成功。

１紫甘薯色素的结构特点紫甘薯属旋花科一年生草本植物，是由日本培育出的一种优良甘薯品种，其肉质紫红，其中所含色素为花色素苷，称为紫甘薯色素。

紫甘薯色素成分复杂，主要成分为氰定酰基葡糖和甲基花青素酰基葡糖苷，经分析现已发现的化学结构包括以下１０种：３－Ｏ－｛６－Ｏ－（Ｅ）－咖啡酰－２－Ｏ－［６－Ｏ－（Ｅ）－阿魏酰－β－Ｄ－吡喃葡糖基］－β－Ｄ－吡喃葡糖苷｝－［５－Ｏ－（β－Ｄ－吡喃葡糖苷）］矢车菊素和芍药素，３－Ｏ－（６－Ｏ－反式－咖啡酰－２－Ｏ－β－Ｄ－吡喃葡糖基－β－吡喃葡糖苷）－５－Ｏ－β－葡糖苷矢车菊素和芍药素，３－Ｏ－｛６－Ｏ－（Ｅ）－咖啡酰－２－Ｏ－［６－Ｏ－（Ｅ）－咖啡酰－β－Ｄ－吡喃葡糖基］－β－Ｄ－吡喃葡糖苷｝－［５－Ｏ－（８－Ｄ－吡喃葡糖苷）］矢车菊素和芍药素，３－Ｏ－｛６－Ｏ－（Ｅ）－咖啡酰－２－Ｏ－［６－Ｏ－（Ｅ）－对羟基苯甲酰－β－Ｄ－吡喃葡糖基］－β－Ｄ－吡喃葡糖苷｝－［５－Ｏ－（β－Ｄ－吡喃葡糖苷）］矢车菊素和芍药素，３－Ｏ－槐糖苷－５－Ｏ－葡糖苷矢车菊素和３－Ｏ－｛２－Ｏ－［６－Ｏ－（Ｅ）－ｐ－香豆酰－β－Ｄ－吡喃葡糖基］－β－Ｄ－吡喃葡糖苷｝－５－Ｏ－β－吡喃葡糖苷矢车菊素等。

紫甘薯色素呈红至紫红色粉末、糊状或液体，略有特殊气味，是一种水溶性色素，可溶于纯水、甲醇、乙醇、冰醋酸、丙酮、稀盐酸和稀氢氧化钠，不溶于石油醚等有机溶剂，因为其吡喃环上有四价氧原子，具有碱的性质，而同时又有酚羟基，具有酸的性质，所以该色素的色泽对ｐＨ值十分敏感，在酸性条件下，呈深红色，结构稳定；碱性条件能加速紫色甘薯色素的损失，通常当ｐＨ＜５时，呈稳定的红色，ｐＨ＞５时，则由红色变成紫色再变成蓝色，故其在酸性下呈鲜红色，中性时呈红至红紫色，碱性时呈紫蓝色。

食品加工的ｐＨ值多在３～５范围内，所以食品工业中使用呈稳定的红色。

紫甘薯色素与其它花色素苷类色素相比，具有较好的耐热性和耐光性。

实验表明，将紫甘薯色素配制成色素溶液，置于９０℃的水浴中加热３ｈ，取出后快速冷却至室温，其特征吸收峰处的ＡＢＳ（吸光度）值变化不大，表明它对热具有较好稳定性。

但该稳定性与溶液ｐＨ有关；ｐＨ为３时，该色素对热表现出相对稳定性；当ｐＨ＞６时，色素的热稳定性明显下降，受热温度越高、时间越长，色素的稳定性则越低。

将配制的紫甘薯色素溶液（ｐＨ＝３），置于不同光照条件和不同时间进行处理，表现出光稳定性好的特性，与紫葡萄、紫苏、黑米等植物所含的红色素比较，紫甘薯色素的光稳定性最好。

实验结果还表明，常见金属离子、食品添加剂对紫甘薯色素稳定性的影响也很小，特别是在酸性条件下，效果更稳定。

另外，紫甘薯色素粗提物的耐热性和耐光性比纯提取物好，推测是因为色素粗提物中的糖、酸、多酚类物质等可能与色素发生辅色效应而使其稳定性提高。

作者简介：肖素荣（１９６４～），女，山东潍坊人，实验师，主要从事生物技术实验教学工作。

新型天然色素——紫甘薯色素肖素荣，李京东（山东潍坊教育学院，青州２６２５００）摘要：紫甘薯色素作为一种新型天然色素，具有色泽鲜亮，无毒，无异味以及兼具多种营养、药理和保健功能等特点，适合现代人对健康、安全理念的要求。

本文主要论述了紫甘薯色素结构特点、生物学特性及应用前景。

关键词：紫甘薯；天然色素；结构；生物学特性中国食物与营养Food and Nutrition in ChinaＮｏ．０６，２００９２００９年第６期２紫甘薯色素的生物学特性２．１抗突变性用紫甘薯色素对沙门氏菌　（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ　ｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍＴＡ９８）的突变性实验研究发现，紫甘薯色素具有较强的抗突变效果，可抑制杂环胺、３－氨基－１，４－二甲基－５氢－吡哆－（４，３－ｂ）吲哚、３－氨基－１－甲基－５氢－吡哆－（４，３－ｂ）吲哚和２－氨基－３－甲基咪唑（４，５－ｆ）喹啉等引起的突变作用。

实验证明，特别是酰化的花色素苷抗突变作用较强，而脱酰基花色素苷的抗突变能力明显下降。

２．２抗氧化以及清除自由基抗氧化活性是花色素苷类色素显著的生理功能，用紫甘薯提取物试验，其对脂类过氧化作用，以及对ＢｕＯＯ基（特丁基氢氧化物／氯高铁血红素／氨基苯二酰一肼）所导致的化学发光能力均具有抑制作用，说明紫甘薯色素具有很强的抗氧化能力。

实验还表明，不同植物提取物中花色素苷类色素，多数酰化的花色素苷都具有同α－生育酚相同的抗氧化活性，紫甘薯色素与丁基羟基茴香醚（ＨＢＡ）抗氧化活性相似，能有效阻止亚麻酸自动氧化引起的脂质过氧化，这与其分子中具有多个抗氧化作用的活性基团酚羟基有关，它除与蛋白质结合防止过氧化外，还能够提供质子，有效清除脂类自由基，切断脂类氧化的链式反应，起防止脂质过氧化的作用。

实验表明，紫甘薯色素对叔丁基过氧自由基的清除活性最强，是一种较好的氧自由基清除剂。

采用荧光化学发光法研究紫甘薯色素对活性氧的清除作用，结果表明，对・ＯＨ、Ｈ２Ｏ２等活性氧均具有清除和抑制作用，尤其对・ＯＨ的清除能力强于抗坏血酸，比β－胡萝卜素效果更好，清除作用与浓度呈剂量关系。

另外，在较高的浓度（样品质量浓度为２．６１ｍｇ／ｍｌ）时，紫甘薯色素对由・ＯＨ引起的溶血反应有明显的抑制。

２．３缓解动物肝功能障碍通过对大鼠试验发现，紫甘薯色素能明显缓解由四氯化碳所引发的各种肝功能障碍，在给予大鼠四氯化碳连续５ｄ饲养后，导致试验动物出现急性肝功能障碍，引发各种肝功能指标改变，而在食用含有紫甘薯色素制作的饮料后，能明显抑制病鼠血清中的谷草转胺酶（ＧＯＴ）和谷丙转胺酶（ＧＰＴ）的上升，并对血清中的乳酸脱氢酶（ＬＤＨ）、硫化巴比土酸反应物（ＴＢＡ－Ｒｓ），肝脏中的ＴＢＡ－Ｒｓ及氧化脂蛋白的增加都有一定的抑制能力，从而减轻四氯化碳引起的肝损伤。

有资料表明，人体肝功能指标偏高，病程在５年以内的患者，通过定量使用紫甘薯提取物，各项肝功能指标均有所下降，平均下降达２０％左右。

２．４抗高血糖用从紫甘薯提取出的３－Ｏ－｛６－Ｏ－（Ｅ）－咖啡酰－２－Ｏ－［６－Ｏ－（Ｅ）－阿魏酰－β－Ｄ－吡喃葡糖基］－β－Ｄ－吡喃葡糖苷｝－［５－Ｏ－（β－Ｄ－吡喃葡糖苷）］－芍药素及麦芽糖对雄性小鼠进行的试验，３０ｍｉｎ后小鼠体内的血糖浓度下降１６．５％，即便是ｌ０ｍｇ／ｋｇ最小剂量的二酰基花色素苷都可降低体内的血糖水平。

紫甘薯色素具有降低血糖的作用，分析原因可能是紫甘薯色素通过对α－葡糖苷酶产生抑制作用，导致血糖浓度的降低。

２．５调节血压研究表明，紫甘薯色素具有抑制血管紧张素转换酶（ＡＣＥ）活性，ＡＣＥ具有血管末稍收缩功能，降低血管外周阻力，从而起到降低血压功效。

在对４５名志愿者服用紫甘薯提取液的试验中，其中有１２名收缩压＞１８．７　ｋＰａ（１４０　ｍｍＨｇ）、舒张压＞１２．０　ｋＰａ（９０　ｍｍＨｇ）者，经饮用４４ｄ、每天１２０　ｍｌ后，收缩压平均下降１０～２０ｍｍＨｇ，舒张压平均下降约５　ｍｍＨｇ，降压效果明显。

２．６抗肿瘤胶原降解的试剂可能起到抑制肿瘤细胞的入侵和转移作用，花色素苷类物质可促进胶原的合成，增加胶原的抵抗性，抑制胶原酶的活性。

而紫甘薯色素属于花色素苷类物质，所以推测其能起到抑制肿瘤细胞的入侵及转移效果，具有抗肿瘤的功能。

２．７高安全性有人将紫甘薯色素按饲料量０．０６％、１．２３％和５．０％比例混入饲料，对大鼠实验结果在１３周内无可见影响，即其无影响量可达饲料量的５．０％，故其安全性较高。

３紫甘薯色素的提取紫甘薯色素的提取主要有溶剂法和发酵法。

目前大多采用溶剂法，所用提取剂有醋酸、盐酸、硫酸、甲酸、柠檬酸、乙醇等，由于食品色素要求安全性高，而柠檬酸是食品工业中常用的酸性介质，故使用柠檬酸作为提取剂比较合适。

发酵法提取是将一定量的紫甘薯洗净，蒸熟后冷却、粉碎，与一定量的米调制的一次醪混合，发酵几天，调制二次醪，过滤二次醪，减压浓缩，可得浓缩色素液。

紫甘薯色素粗提取液需经过纯化处理，将其中蛋白质、淀粉等大分子物质以及溶液中大部分糖类、金属离子等小分子去除。

常用纯化方式主要有：中国食物与营养３０（１）树脂法：将色素粗提取液经阳离子交换树脂处理去杂，经盐酸化乙醇交换和浓缩制得色素纯品。

　（２）超滤法：用柠檬酸的粗提液，经树脂纯化，乙醇洗脱后，将色素液用超滤膜处理除去蛋白质、淀粉等杂质胶体物质，最后再用反渗透膜浓缩得到色素纯品。

（３）醋酸铅沉淀法：粗提取液用少量水溶解后，加５％醋酸铅搅拌使色素物质沉淀，将沉淀物用盐酸化食用酒精溶解后，过滤除去白色氯化铅沉淀，将红色溶液蒸馏后干燥，得精制产品。

（４）分级醇沉法：在提取和纯化等加工过程中往往会发生天然色素的大量损失，发达国家多采用真空冷冻干燥法来减少色素损失。

但对设备的要求高，同时费用昂贵。

产品中紫甘薯色素含量测定可以用色价法或产率法测定，前者用普通分光光度计测定，快速准确，简便易行，且不需要标准样品；后者测定结果更为合理精确，不仅可以较准确地反映色素总含量，而且还可以测定并计算出色素各组分含量，但它需要标准样品　。

４紫甘薯色素的应用前景紫甘薯色素作为一种天然食用色素，色彩鲜艳、安全无毒、资源丰富，与其它同类色素相比性质更稳定，具有营养和药理兼备特性，在食品、化妆品、医药方面有着较大的应用潜力。

在食品工业中，由于紫甘薯色素耐热性好，能够经受食品工业上的巴氏消毒温度，同时其受金属离子、食品添加剂影响很小，并溶于醇和水溶液。

在日本主要用作食品的红色至紫红色着色剂使用，添加到冰淇淋、奶制品饮料、奶酪、水产品、果汁饮料、果冻、腌渍品、饴糖制品、谷物等食品中，因属天然无毒制品，用量无限制性规定，以满足所需着色度为限。

同时，由于紫甘薯色素有抗氧化、抗突变等生理作用，因此可以作为保健食品的功能配料使用，并已开始在护肝营养保健品中试用。

在化妆品行业中，将紫甘薯色素抗氧化、清除自由基能力应用于生产抑制紫外线照射产生的氧自由基引起过氧化物的护肤品，对改善皮肤炎症、增强皮肤抗氧化能力等有一定的作用；紫甘薯色素还可代替工业中现在使用的合成色素，广泛应用于口红、胭脂、洗发水等化妆品。

紫甘薯提取了色素后的残渣还可以用于生产淀粉、酿造酒精、用做动物饲料等，有较高的综合利用价值，合理开发紫甘薯色素，加强原料的综合利用，具有重要的现实意义。

目前国内对紫甘薯色素的研究还处于起步阶段，紫甘薯产量高、成本低、营养丰富的特性还有待于进一步开发。