市售有色糖中色素类物质的提取和抗氧化性评价

田苗苗，马玲，朱思明

（华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州510641）

市售有色糖中色素类物质的提取和抗氧化性评价

田苗苗，马玲，朱思明*

（华南理工大学食品科学与工程学院，广东广州510641）

采用芳香族大孔吸附树脂分级提取市售有色糖中的色素，并测定其总酚含量。利用邻苯三酚自氧化法评价分级提取色素的抗氧化性，分析色素解吸液中总酚含量与抗氧化能力之间的相关性。结果表明：60%的乙醇对SD300芳香族大孔吸附树脂吸附解吸分离得到的色素中总酚含量最高；使用60%乙醇作解吸剂，市售有色糖色素中酚类物质含量大小顺序是糖蜜＞赤砂糖＞冰片糖＞黄冰糖，抗氧化能力由强到弱的顺序是糖蜜＞赤砂糖＞冰片糖＞黄冰糖。

市售有色糖；色素；提取；酚类物质；抗氧化性

制糖工业以甘蔗、甜菜等农作物为原料，生产原糖和成品食糖。目前，以白砂糖为主要甚至唯一产品的传统制糖工业已不能满足现代人对营养、健康和安全食糖的需求，中国传统制糖产业亟需产品多元化。传统制糖业还存在一些潜在食品安全问题。目前市面上存在多种有色糖如赤砂糖、黄冰糖、冰片糖等，这些有色糖生产成本低于白砂糖，富含色素类物质具有一定抗氧化活性，有助于降低白砂糖升糖指数。甘蔗是一种热带草本植物，其提取物具有多种生理活性，研究表明甘蔗中的色素物质有良好的抗氧化活性，其抗氧化活性与酚类物质有关，包括黄酮类物质、低分子量的酚酸、鞣质及单宁等一些高分子量的聚合物[1]，但有关市售有色糖的抗氧化性还鲜有报道。

植物多酚是广泛存在植物体内的一类多元酚类化合物，具有调节糖脂代谢等多种生物功能，可做食品防腐剂，具有抗癌症、抗氧化、抗辐射和降血压等多种功能活性。酚类色素能够预防心脑血管类疾病，消除人体中的自由基，因此可以抗衰老、抗癌和提高机体免疫力等，且无毒副作用[2-4]。由于生产加工、酶促褐变、非酶促褐变和微生物活动等原因，制糖色素中主要富含酚类物质色素、焦糖色素、美拉德色素和己糖碱性降解等色素[5]。本文报道了4种常见有色成品糖中色素的分级提取和抗氧化性分析，旨在明确天然有色糖功能活性的物质基础，为天然有色糖的开发提供数据和参考。

1材料与方法

1.1材料与试剂

赤砂糖和黄冰糖：太古糖业（中国）有限公司；冰片糖：康达威有限公司；糖蜜：广东翁源茂源糖业有限公司；SD300芳香型大孔吸附树脂：杭州争光树脂有限公司；NaOH和HCl：国药集团化学试剂有限公司；没食子酸和Na2CO3：天津市科密欧化学试剂有限公司；Folin-Ciocalteu、EDTA-Na2、乙醇和三羟甲基氨基甲烷：广州化学试剂厂，以上试剂均为分析纯。

1.2仪器与设备

TU-1801PC型紫外可见分光光度计：北京市普析通用仪器有限公司；锤度计：上海光学仪器五厂；HH-6型水浴锅：天津市江苏全坛市宏华仪器厂；RE-2000型旋转蒸发器：上海市亚荣生化仪器厂；SHZ-B型水浴两用振荡器：上海市悦丰仪器仪表有限责任公司。

1.3树脂预处理

量取100mL的SD300型芳香族大孔吸附树脂，置于1L的锥形瓶中以蒸馏水浸泡24 h，清水冲洗至水质清亮，以2倍树脂床体积（Bed volume，BV）的4% HCl溶液浸泡并搅拌4 h后沥尽HCl，用蒸馏水冲洗至pH为7左右，再用2BV的4%NaOH溶液浸泡并搅拌4 h后沥尽NaOH，用蒸馏水冲洗至pH为7左右[5]。采用上述树脂预处理方法共处理400mLSD300树脂，用蒸馏水浸泡待用。

1.4糖液样品的制备

称取一定量的赤砂糖、冰片糖、黄冰糖和糖蜜于500mL烧杯中，加入适量蒸馏水充分溶解得到4种锤度为15°Bx的有色糖液样品待用。

1.5树脂分级提取色素

分别量取50mL预处理好的SD300芳香族大孔吸附树脂，置于4个250mL的锥形瓶中，各加入100mL的赤砂糖液样品，置于60℃水浴中振荡2 h，振荡频率为120 r/min，蒸馏水清洗树脂至洗涤水无色，依次加入100mL浓度分别为20%、40%、60%和80%的乙醇溶液，置于60℃的水浴摇床上振荡2 h，振荡频率为120 r/min[6]。蒸馏水清洗树脂洗至洗涤水无色，旋转蒸发除去乙醇洗脱液中的乙醇，得到不同极性的色素提取液备用[7]。类似地，按上述步骤从冰片糖、黄冰糖和糖蜜提取不同极性的色素提取液备用。

1.6没食子酸标准曲线绘制

按Folin-Ciocalteu（FC）法进行，准确称取0.050 g没食子酸，用蒸馏水溶解定容至100mL，摇匀得到浓度为500μg/mL的没食子酸标准溶液。准确移取0.00、0.40、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40 mL没食子酸溶液于10mL容量瓶中，加入0.5mL Folin-Ciocalteu试剂和5mL蒸馏水，摇匀后静置2min，加入10%Na2CO3溶液0.5mL，用蒸馏水定容至10mL，室温放置2 h，充分反应显色后于750 nm处测定光密度值[8]。以样品中总酚类物质浓度为横坐标，以在750 nm测得的样品光密度值为纵坐标，绘制标准曲线，得到标准曲线的回归方程：y=0.008x-0.004（R2=0.999 5）。

1.7分级提取色素中酚类物质的测定

准确吸取1mL15°Bx糖液样品的色素提取液于10mL容量瓶中按方法1.6进行酚类物质含量测定。在750 nm处测定光密度值，按标准曲线方程计算出不同有色糖的色素提取液中酚类物质含量。

1.8超氧阴离子自由基清除能力测定

采用邻苯三酚自氧化法测定不同极性有色糖色素提取液清除超氧阴离子自由基的能力。准确量取100mL浓度为0.1mol/L的Tris溶液与44.76mL浓度为0.1mol/L的HCl溶液混匀，加入0.0149gEDTA-Na2，振荡溶解后以蒸馏水定容至200mL[9]。准确称取焦性没食子酸0.094 6 g，用10mmol/L的HCl溶液溶解并定容至250mL。配制好的邻苯三酚溶液在25℃下预热20min。

在200 nm～400 nm扫描，找到邻苯三酚自氧化积累的初始中间产物最大吸收峰所对应波长λmax[10]。邻苯三酚自氧化过程中的中间产物在206 nm和318 nm处均有吸收峰，其中318 nm处吸收值最大，故选用318 nm为检测波长。

取样后迅速用玻璃棒在离心管中上下将试剂搅匀，并迅速在318 nm处每隔30秒读取吸光度，共读取9个吸光度，反应共4.0 min结束。以光密度值（OD）对时间（t）作图，图上斜率就是邻苯三酚的自氧化速率V0[11]。

2结果和讨论

2.1解吸剂乙醇浓度对提取液色素含量的影响

准确量取100mL 15°Bx的赤砂糖、冰片糖、黄冰糖和糖蜜溶液，按照1.5所述试验方法进行色素吸附，每种糖液平行试验4次，分别以浓度为20%、40%、60%和80%的乙醇对50mL色素富集树脂样进行吸附。得到的4种色素解吸溶液，通过旋转蒸发仪去除乙醇后，按照1.6试验方法测定解吸液中总酚类物质含量结果见图1。。

来自原料及制糖过程产生的色素有酚类色素、美拉德色素、焦糖色素等，其中酚类色素和美拉德色素都具有抗氧化活性，且糖液中大部分色素类非糖分带弱的负电荷，能通过离子交换或大孔吸附树脂得到分离。离子交换树脂具有离子交换和吸附的双重作用，能对物质进行有效的分离、纯化和浓缩[12]。有色糖（蜜）中色素分极性和非极性色素。极性色素一般由10%碱性食盐水溶液洗脱，此时树脂通过离子交换作用对带弱的富电荷的色素进行分离；而极性相对弱的色素可由不同浓度的乙醇对树脂进行再生，此时树脂主要通过大孔吸附对色素进行分离和富集。

图1 乙醇浓度对解吸液中色素含量的影响Fig.1 Effectof ethanolconcentration on the contentof pigment in the desorption liquid

由图1可见，当乙醇浓度在20%至80%范围内，四种糖液样品色素的吸光度呈现相同的趋势，即吸光度随着乙醇浓度的增加先增大再减小，当乙醇浓度为60%时，色素提取液吸光度值最大，60%的乙醇溶液极性接近糖品中的色素极性，根据相似相溶原理，60%的乙醇溶液最有利于糖液样品中功能色素的解析。四种样品中色素含量由高到低的顺序依次为糖蜜、赤砂糖、冰片糖、黄冰糖，当乙醇浓度为60%时，黄冰糖中的色素含量仅为赤砂糖的10%。

2.2解吸剂乙醇浓度对提取液中酚类物质含量的影响

不同浓度乙醇解吸剂对提取液中酚类物质含量的影响见图2。可知，有色糖的4种色素提取液中的总酚含量同样随乙醇浓度的增加呈现先上升后下降的变化趋势。在20%至80%乙醇浓度范围内，乙醇浓度为60%时色素中酚类物质含量最高。对应于赤砂糖、冰片糖、黄冰糖、糖蜜的60%的乙醇解吸液中酚类物质含量分别为123.38、117.63、11.63、181.38μg/mL。4种有色糖色素的提取液中酚类物质含量由高到低的顺序依次为糖蜜、赤砂糖、冰片糖和黄冰糖，和色素含量的高低顺序一致，这是因为酚类物质主要存在于醇溶色素中，随色素含量的改变而改变。

图2 乙醇浓度对解吸液中总酚含量的影响Fig.2 Effectofethanolconcentration on totalphenolcontent in desorption liquid

加工工艺不同，不同糖品的色素和酚类物质含量不同。黄冰糖由白砂糖通过溶解后再重新结晶生成的，色素含量较低；赤砂糖通常是由甘蔗的压榨汁在经过简单处理后浓缩，不进行分蜜操作形成的带蜜糖，所以红糖会含有95%左右的蔗糖，保留了蔗汁中的几乎全部天然活性成分；冰片糖是将生产冰糖时留下的结晶母液和从成品中被淘汰的次品加热溶解后再加入酸液使其转化为单糖，经过浓缩、煮糖和一系列成型过程得到的茶红色产品；糖蜜是煮糖后的副产物，生产白砂糖时色素类物质大部分作为非糖分进入糖蜜中，故其所含的不同极性的色素都比其他有色糖品高。

2.3有色糖品中提取色素物质对邻苯三酚自氧化速率的影响

邻苯三酚在碱性条件下会发生自氧化反应，产生超氧阴离子自由基和在紫外有吸收的邻苯三酚氧化中间产物[13]。按照1.8中的试验方法进行试验，得出邻苯三酚自氧化积累的初始中间产物最大吸收峰所对应波长λmax为318 nm，此处有特征吸收峰，所以318 nm作为检测波长。作为对比，图3为无氧化剂存在时邻苯三酚自氧化速率。白砂糖和有色糖对邻苯三酚自氧化速率的影响见图4～图5。

图3显示，按照1.8中的试验方法，在无抗氧化剂存在条件下，得到时间和光密度值的线性回归方程y= 0.086 1x+0.009 1，相关系数R2=0.993 7，邻苯三酚自氧化速率V0=0.086 1S-1。

图3 无抗氧化剂存在条件下邻苯三酚自氧化速率Fig.3 Auto-oxidation velocity of pyrogallolw ithoutantioxidants

图4 白砂糖对邻苯三酚自氧化速率的影响Fig.4 Effectofwhitesugar on theauto-oxidation velocity of pyrogallol

图5赤砂糖对邻苯三酚自氧化速率的影响Fig.5 Effectof red sugar on theauto-oxidation velocity of pyrogallol

图4 和图5显示，白砂糖和赤砂糖存在时对邻苯三酚自氧化速率的影响，时间和光密度值的线性回归方程分别为y=0.061 1x+0.093 7和y=0.059 7x+0.080 5，相关系数都为0.999 3；加入了1mg白砂糖溶液样品的试验组的邻苯三酚自氧化速率为0.061 1S-1，小于邻苯三酚自氧化速率，故白砂糖中也存在一定的抗氧化活性物质；而加入1mg赤砂糖溶液样品的试验组的邻苯三酚自氧化速率为0.059 7S-1。可见，加入白砂糖溶液样品的试验组的邻苯三酚自氧化速率是大于加入了赤砂糖溶液样品的试验组的邻苯三酚自氧化速率，故加入赤砂糖溶液样品的试验组抗氧化性大于加入白砂糖溶液样品的试验组的抗氧性。初步推断，白砂糖有一定的抗氧化性，有色糖抗氧化活性更强，而且可能会随着色值的增加而增大；赤砂糖比白糖颜色深，赤砂糖中抗氧化活性物质比白糖中抗氧化活性物质含量大；赤砂糖和白砂糖的纯度都非常高，因此色素类非糖分含量小，色素类物质若能分离富集，将会有更好的抗氧化活性。

2.4有色糖品中提取色素物质的抗氧化性

邻苯三酚发生自氧化反应生成超氧阴离子自由基，若加入抗氧化剂时，该过程受阻，超氧阴离子自由基的生成受到抑制，溶液在318 nm处吸收减弱，故通过测定吸光值的变化计算自氧化速率来评价样品对超氧阴离子自由基的清除作用。有色糖品中提取色素物质的抗氧化性见图6。

图6 不同有色糖色素的抗氧化能力Fig.6 Antioxidant capacity of pigments from different colored sugar

按照文中和文献[9]所述方法，进行试验，测定赤砂糖、冰片糖、黄冰糖和糖蜜四种糖品（蜜）中分级提取色素的吸光度。为保证良好的线性关系，有色糖色素提取物抗氧化实验只取各级分自氧化过程中的OD值对时间作图，并对各个曲线做线性回归，回归直线的斜率即是各样品中邻苯三酚的自氧化速率VC。样品对超氧阴离子自由基的的消除率计算公式η/%=（1-VC/V0）×100，式中：VC为回归直线的斜率即是各样品中邻苯三酚的自氧化速率；V0为无抗氧化剂存在条件下邻苯三酚自氧化速率。

由图6可知，随着乙醇浓度的变化，四种有色糖色素的超氧阴离子自由基消除率呈现相同的变化趋势。在乙醇浓度为20%至60%之间，有色糖色素的抗氧化性能力呈上升的趋势，60%的醇解吸条件下色素抗氧化性最强，赤砂糖、冰片糖、黄冰糖、糖蜜的超氧阴离子自由基消除率分别达到88.39%、53.54%、27.53%、91.28%。在60%至80%的乙醇浓度条件下，提取色素的消除率整体呈下降的趋势。这说明：赤砂糖在煮糖过程中未进行分蜜操作，保留了糖蜜中较多的色素部分，其色素提取液的抗氧化活性和糖蜜中色素提取液的抗氧化活性最为接近，60%乙醇溶液的极性和赤砂糖中色素中抗氧化活性最强部分的极性最为接近；冰片糖中色素类非糖分以极性和60%乙醇接近部分抗氧化活性最强，不同极性冰片糖色素类非糖分整体对超氧阴离子自由基的清除活性整体比赤砂糖色素类非糖分弱，这可能和冰片糖的制作工艺有关；但醇提浓度对黄冰糖色素抗氧化性影响不大，消除率的变化幅度在4%左右，可能因为黄冰糖相对于赤砂糖、冰片糖和糖蜜，其生产原料本身是抗氧化活性较弱、色素含量较少的白砂糖，所以其所含色素较少，导致乙醇浓度的变化对提取色素的含量影响不大；糖蜜中色素类非糖分，以极性和60%乙醇接近的部分抗氧化活性最强，煮糖时色素类非糖分的主要汇聚至糖蜜中，因此其中总酚类物质含量高，外观色值远比赤砂糖、冰片糖和黄冰糖大。

3结论

试验利用SD300芳香族大孔吸附树脂分离富集赤砂糖、冰片糖、黄冰糖和糖蜜中的色素，再用浓度为20%、40%、60%和80%的乙醇分级解吸色素。

1）对于赤砂糖、冰片糖、黄冰糖和糖蜜等四种糖品（蜜），60%乙醇对于色素类非糖分的解吸附分离效果最好，提取液中色素含量和酚类物质含量最大。从极性角度考虑，SD300树脂对极性接近60%乙醇的色素富集性能最好，而此时色素解吸性能最好。

2）4种有色糖酚类物质的保留情况和其生产工艺有关，赤砂糖保留的酚类物质约占糖蜜所含酚类物质的68%，冰片糖次之，黄冰糖所含酚类物质最少，酚类物质含量由多到少的顺序是赤砂糖＞冰片糖＞黄冰糖。

3）有色糖中色素类非糖分，以极性和60%乙醇接近部分抗氧化活性最强，四种有色糖的色素解析液抗氧化性强弱顺序为糖蜜＞赤砂糖＞冰片糖＞黄冰糖。这说明市售有色糖均有一定的抗氧化性和生理功能，抗氧化能力与其酚类物质含量呈正相关。

4）有色糖色值越大，保留的酚类物质越多，抗氧化能力越强。

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Analysis of Extraction and Anti-oxidation of Pigments from Commercially Available Colored Sugars

TIANMiao-miao，MA Ling，ZHUSi-ming*
（Schoolof Food Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510641，Guangdong，China）

The pigmentsof commercially available colored sugarswere extracted bymacroporous resin and the totalpolyphenolcontentsofpigmentswere determined.Theantioxidantactivity ofextracted pigmentswasevaluated using the pyrogallol auto-oxidationmethod，and the correlation between the total polyphenol content and the antioxidant activity of each sample was studied.Results indicated that the highest total phenol content for SD300 aromaticmacroporousadsorption resinwas in the sampleeluted using60%ethanol.In extracted samples using 60%ethanolasextracting agent，the total polyphenol content changes in thematerialorder ofmolasses，brown sugar，borneol sugar and yellow rock sugar from large to small，correspondingly the antioxidant activity changes in the sameorder.

commerciallyavailablecolored sugars；pigments；extraction；polyphenol；antioxidantactivity

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.05.001

2016-06-22

国家自然科学基金项目（U1203183）；广东省科技计划项目（2013B020310006，2014A020209019，2015A020210039）；华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（2014ZZ0050）

田苗苗（1992—），女（汉），硕士研究生，研究方向：天然产物化学。

*通信作者：朱思明（1976—），男（汉），教授，博士，研究方向：功能性碳水化合物。