天然色素的提取、纯化技术
摘要：开发和利用植物源天然食用色素是世界食用色素的发展趋势。
综述植物源天然食用色素的发展概况和分类, 洋细介绍几种常用提取和分离纯化技术的基本原理、适用范围及优缺点, 并展望了植物源天然食用色素的开发利用前景。
关键词：天然色素提取纯化
作为一种为食品着色的添加剂, 食用色素已广泛应用于食品、日化、医药等行业。
天然食用色素不仅可为食品着色, 有的品种由于保留了植物体内的多种天然活性物质, 如维生素、氨基酸、核昔酸、小分子活性肤、芳香物质及某些必需元素等, 因此, 还兼有营养保健功能。
近年来, 随着人类对健康生活品质要求的提高, 植物源天然食用色素的开发和应用越来越受到人们的重视, 逐渐成为世
界食用色素发展的总趋势。
1.提取技术
植物中的天然化合物成分十分复杂, 要提取其中的色素成分, 必须根据植
物种类和其组分的不同, 通过试验确定色素类型, 再选择适当的提取分离方法
及工艺路线, 以获得收率高、质量好的色素产品。
目前常用的提取方法主要有以下几种：
1.1溶剂提取法
常用的溶剂提取方法有浸渍、渗流、回流及连续回流等。
此类方法常用于水溶性、醇溶性的花青素类和黄酮类脂溶性色素的提取。
根据色素性质的差异, 选择不同的提取溶剂, 再经过滤、减压浓缩、真空干燥得到色素粗品。
选用的溶剂要对色素溶解度大而对杂质溶解度小。
水是提取水溶性色素最常用的溶剂, 常用的有酸水和碱水2种。
碱水可提取黄酮、葱醒、酚类等色素成分, 酸水或酸性乙醋常用于提取花色素类色素。
此外,溶剂提取法与其他方法结合, 可有效提高产品质量和得率。
孙培冬[7]等人闭用高压法提取植物中的天然色素,先将番茄进行高压处理, 再用有机溶剂提取番茄红素, 使提取效率提高了4.8倍。
但溶剂提取法也存在一些缺点, 如溶剂用量大、回收困难、生产成本高、产品质量不佳、色素溶解性差等。
1.2压榨法
利用挤压方法将粉碎后的新鲜植物的叶、果、皮中色素成分随植物浆液挤压出来。
该法适用于提取水溶性色素, 但提取的色素杂质含量较高,需进一步精制。
1.3粉碎法
植物样品干燥后, 粉碎制成色素制品,如可可豆色素。
粉碎法的简易工艺路线为原料-筛选-水洗干燥-粉碎-成品[1]。
1.4酶反应法
酶反应法是通过酶反应产生所需要的颜色, 如桅子黄色素经酶处理可产生
桅子蓝色素、红色素。
酶反应法工艺路线为原料-筛选-水洗千燥-破碎-萃取-酶反应-萃取、浓缩-千燥制成粉剂或加溶剂-成品。
1.5超临界流体萃取法
超临界流体萃取是一项新兴的萃取分离技术, 即利用流体在临界点附近某
区域内对原料中的目标物质有独特的溶解能力和传质速率等特点, 通过对压力
和温度的调控, 对目标物质进行选择性的提取与分离。
生产中常用的萃取剂是超流体。
该技术适合提取分离非挥发性、热敏性、脂溶性色素, 如辣椒红临界CO
2
素、胡萝卜素、胭脂树橙、叶黄素、番茄红素等。
左爱仁等人[2]的研究表明用超临界CO
提取番茄红素, 提取率可达93.58%, 100g干料可以获得29.15g纯度为
2
提取法从成熟番茄中提1.37%的番茄红素。
Cadoni等人[3]研究也现, 用超临界CO
2
取番茄红素及胡萝卜素, 产品得率理想。
1.6超声波提取法超
声波提取法就是利用超声波产生的强烈振动、很高的加速度、强烈的空化效应、搅拌等特殊作用来破坏植物细胞, 使溶媒渗透到被提取物的细胞中, 以使被提取物的化学成分溶于液体之中, 再通过化学分离提纯得到所需成分。
超声提取的主要动力是声空化。
超声波强化萃取技术现已用于叶绿素、姜黄色素、桅子黄色素、板栗壳棕色素、桑套红色素等多种天然食用色素的提取。
岳辉吉等人[4]的研究表明, 用超声波提取绿色植物中的叶绿素, 可以增大提取率, 缩短提取时间。
1.7微波萃取法[5]
微波强化萃取技术是将微波激活与传统的溶剂萃取法结合起来而形成的新
型萃取技术。
其基本原理是利用微波场中吸收微波能力的差异, 使萃取体系中的某些区域或某些组分被选择性加热, 从而使目标组分从原料中溶出。
该法适用于对番茄红素等脂溶性色素的辅助提取, 有利于提高萃取效率。
李巧玲[6]采用微波萃取袖皮色素的研究表明, 与传统加热法相比, 该法既提高了得率, 又大大缩短了提取时间。
黎或等[7]采用微波技术提取紫荆花色素的研究表明, 与溶剂浸提法相比, 微波法的每次提取时间可由24h减小为30s, 提取率从90.2%增
加到92.1%。
Dabiri等应用微波萃取法从茜草属植物中提取茜草素和紫色素, 其
提取效果明显优于传统提取方法。
2.分离纯化技术
粗制天然植物色素因含有其他成分, 直接影响色素的稳定性、染着性及应用范围, 因此必须进一步加以纯化、分离精制。
2.1溶剂分离法
该法是根据色素与杂质在不同溶剂中溶解度的差异, 选择不同溶剂, 由低
极性到高极性分步进行提纯分离, 除去杂质。
如色素水提液中常含蛋白质、树胶、粘液质等, 可加人一定量乙醇来沉淀杂质, 还可以利用不同酸碱进一步分离。
2.2两相萃取法
该法是利用色素与杂质在两相溶剂中分配系数的不同而加以分离。
水提取液中的脂溶性杂质, 可用亲脂性溶剂石油醚、正已烷等去除提取黄酮类色素时, 多采用乙酸乙醋-水两相萃取提取亲水性强的昔类则采用正丁醇一水两相萃取。
为
了提高分离效果, 也可采用逆流连续萃取和逆流分配。
2.3酶精制法
酶是具有专一性的高效催化剂, 其催化作用多在常温、近中性的条件下进行, 适合耐热性不强的天然色素的精制。
酶精制法利用酶催化分解作用, 通过酶反应除去杂质。
如蚕纱提取叶绿素, 利用酶精制方法, 可除去令人不快的气味, 得到优质的叶绿素日本采用酶精制法, 将桅子黄色素制成桅子蓝色素、桅子绿色素等[8]。
2.4膜分离法
膜分离是指借助膜的选择渗透作用, 在外界能量或化学位差的推动下对混
合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。
与其他传统的分离方法相比, 膜
分离技术具有过程简单、经济性好、节能、高效、无二次污染、可在常温下连续操作等优点。
在天然食用色素的生产中, 采用超滤膜可有效脱除色素提取液中的多糖、果胶、蛋白质等大分子杂质采用反渗透膜可将其中大量的水去除, 使色素溶液得到精制和浓缩。
宋常春等人的研究表明, 2%壳聚糖膜对萝卜红色素有较好的富集作用, 富集程度达84%。
2.5柱层析纯化法
该法根据不同色素的性质选择相应的吸附剂, 用吸附解析的方法精制色素。
用磺酸型阳离子交换树脂分离纯化葡萄皮色素, 可除去糖、有机酸等杂质聚酞胺层析适用于黄酮类、酿类、酚类色素的分离, 如红花黄色素、红色素硅胶柱层析适用于小分子脂溶性色素如黄酮醇的分离。
参考文献
[1]陈铭,李燕.天然植物食用色素的开发利用[J].中国野生植物资源, 2005(5):111-112.
[2] 左爱仁, 范青生, 周洁等.天然番茄红素超临界萃取和定量的研究[J].中国食品添加剂, 2003(5):36-39
[3] CADONI ENZO,RITA GIORGI,ELENA MEDDA.et al. Supercritical CO
2 extraction of lycopene and B-carotene from rip tomatoes[J]. Dys and Pigments,1999,44(1:27-32)
[4] 辉吉, 朱杰天然色素的超声提取研究[J].现代生物医学进展,2006,6(5:11-13)
[5] 李巧玲, 陈学武微波强化浸取天然色素的研究[J].食品科学,2002,23(2):49-52
[6] 李巧玲微波辐射下抽皮中天然食用色素的浸取[D].广州华南理工大学,2001
[7] 黎或, 高虹,欧步青应用微波技术提取紫荆花色素的研究[J].林产化学与工业,2004,24(2):80-82
[8] 罗金岳, 安鑫南植物精油和天然色素加工工艺[M].北京北学化工出版社,2004,24(2):80-82。