紫甘薯色素的提取及纯化研究

程林润，郭入安，朱 璞，俞金龙，钱秋平

(1.浙江省金华市农业科学研究院，浙江 金华 321000;2.永康市阳光天然色素厂，浙江 永康 321300)

1856年英国人发明第1种合成色素苯紫胺，由于其色泽鲜艳，着色力强、稳定性高，合成色素被大量应用于食品中，但随着人们对合成色素的安全性的深入研究，发现很多合成色素对人体有害，其安全性受到质疑，并确认部分合成色素具有潜在的致畸致癌及其他毒副作用［1-4］。美国1976年禁止使用合成色素苋菜红之后，就已逐步重视对天然色素的开发和应用。

食用天然着色剂 (天然色素)是由天然资源获得的食品用色素。主要从动物和植物组织及微生物 (培养)中提取的色素，其中植物性着色剂占多数。天然色素不仅具有给食品着色的作用，而且，相当部分天然色素具有生理活性。截至2008年5月，我国经国家主管部门批准使用的天然食用色素，已有43种，是目前世界上允许使用天然色素最多的国家之一。

目前市售的天然色素价格昂贵，因此，寻找一种优质高产、价廉的天然色素资源是生产的迫切需要。紫甘薯不仅富含天然红色素，价格低廉，而且有抗病、抗旱等优点，是一种很好的安全性高的水溶性天然色素原料。最重要是紫甘薯色素不像萝卜红、紫甘蓝色素那样有难以除掉的异味，可以用在很多种食品上的着色。紫甘薯色素是从紫甘薯中提取出来的，其主要成分为花色苷类化合物，是天然水溶性食用色素。我们就紫甘薯色素的提取与精制作了初步研究，现将有关结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

紫甘薯品种为绫紫，种植于金华市农科院科研基地。大孔吸附树脂购自沧州宝恩化工有限公司。

仪器有UV-2501紫外可见分光光度计 (日本岛津)，HH-4电子恒温水浴锅 (金坛市江南仪器厂)，PHS-3C酸度计 (上海精密科学仪器厂)，AL-104电子天平 (梅特勒.托利多仪器 (上海)有限公司)，R-201旋转薄膜蒸发器 (上海申胜生物技术有限公司)。试剂有95% 乙醇，HCl，柠檬酸，NaOH，均为分析纯。

1.2 方法

洗净紫甘薯用刀切成0.3mm左右粗细丝，备用。

提取溶液的确定。根据紫甘薯所含的花青素色素为类黄酮系化合物，具有类黄酮的典型结构，即2-苯基苯并吡喃阳离子，采用极性的酸化水酸性乙醇或乙醇来提取。根据所用溶剂提取物质时选用溶剂的相似相溶原理，在提取达到动态平衡后，极性合适的溶剂对所提取物质的溶解度大的方法来选择提取溶剂。分别精确称取紫甘薯丝4份，每份2 g(精确至0.0002 g)，至4个100mL容量瓶中，分别用0.2% HCl水溶液，0.2%柠檬酸水溶液，0.2%HCl和95%乙醇液，95%乙醇溶液定溶至100mL。于50℃水浴中提取，提取时间2 h。提取时间完成后，冷却定容，过滤后测定。

HCl浓度 (pH值)的确定。分别精确称取紫甘薯丝4份，每份10 g(精确至0.0002 g)分别至4个250mL三角瓶中，分别添加0.1%HCl水溶液(pH值3.5)100mL，0.2%HCl水溶液 (pH值3.0)100mL，0.3%HCl水溶液 (pH值2.5)100mL，0.4%HCl水溶液 (pH值2.0)100mL。于50℃水浴中提取，提取时间2 h。提取时间完成后，冷却过滤稀释测定。

提取温度与时间的确定。分别精确称取紫甘薯丝3份，每份10 g(精确至0.1 g)分别至3个250mL三角瓶中，用0.3%HCl水溶液定溶至100mL。分别于常温，50℃，80℃下，每30min测定1次水浴中的提取物，提取时间4 h结束。

色素的精制。紫甘薯的色素粗提取液，内含有淀粉、果胶、糖类等杂质，必须进行精制。对于淀粉、果胶类杂质可采用沉降的方法去除，而糖类杂质须经过大孔吸附树脂进行纯化。取经预处理的HPD-100、HPD-722、HZ-816、HZ-820的大孔吸附树脂各1 g于250mL三角杯中，加入100mL紫甘薯提取液，摇动吸附24 h，根据吸附前后提取液吸光值的变化计算出树脂的吸附色素量，然后用70%的乙醇解析后，分别测其吸光度值。根据吸附容量和解吸液的吸光度值，选择大孔吸附树脂。

2 结果与分析

2.1 提取溶剂

用0.2%HCl水溶液，0.2%柠檬酸水溶液，0.2%HCl和95%乙醇溶液，95%乙醇溶液提取紫甘薯，结果 (表1)紫甘薯用0.2%HCL和95%乙醇液提取效果最好，0.2%HCL水溶液提取效果次之，两者差别不是很大，但是用0.2%HCl水溶液提取，因其价格低廉，更适合于大规模生产，所以选用HCl的水溶液作为提取溶剂。

2.2 HCl浓度

从表2可以看出，紫甘薯用0.4%HCl水溶液提取效果最好，但是其加入的酸量较多，pH值很低，对设备有一定的腐蚀性，所以对设备的要求高，另外其在600 nm处的吸光值偏高，说明其对紫甘薯中的杂质溶解较多。综合考虑，选用0.2%的HCl水溶液为提取溶剂。

表1 不同溶剂提取紫甘薯色素的效果

表2 不同浓度HCl水溶液提取紫甘薯色素的效果

2.3 提取温度与时间

从表3可以看出，常温下提取溶液的吸光度值上升变化比较缓慢，达到最大值时所需时间比较长，而在以50℃温度条件下提取的较为合适，达到最大值时所需时间比较理想，在80℃时，提取色素达到最大值所用时间短，但同时由于色素受高温的影响，随着提取时间的延长，色价降低。所以提取时温度过高过低都不理想。综合考虑以提取温度50℃，提取时间2 h为宜。

表3 不同提取温度和时间提取紫甘薯色素的效果

2.4 精制

从表4可以看出，HPD-100大孔吸附树脂有着优良的吸附与解析性能，无论是吸附量还是解析量，均比较理想，这种树脂可以用在紫甘薯色素的纯化工艺中。

表4 不同吸附树脂的吸附与解析效果

3 小结与讨论

试验结果表明，以0.2%的盐酸水溶液为提取溶剂，在料液比1∶5，提取温度50℃，提取时间2 h的条件下可获得最大的提取收率，粗提物经过滤后上PDA-100大孔吸附树脂吸附，然后用70%的乙醇解析，解析液浓缩干燥后可得到色价E1%1cm530 nm=100的高色价紫甘薯色素的粉状产品。

紫甘薯色素生产工艺简单可行，且其原料来源广泛，价格低廉，值得大力推广，因此其有很好的开发前景。

［1］Goda Y，Shimizut，Kato Y.Two acylaled anthocyanins of purple sweetpotato ［J］.Phytochemistry，1997，44(1):183-186.

［2］尹晴红，刘邮洲，谢一芝，等.紫甘薯花色苷的提取条件［J］.江苏农业学报，2002，18(4):236-240.

［3］凌关廷.天然食品添加手册 ［M］.北京:化学工业出版社，2009.

［4］刘雅春.食品添加剂品种优化选择与性能分析检测标准及应用工艺实用手册 ［M］.长春:吉林出版发行集团，2004.