玫瑰红色素的理化性质、生物活性及提取应用研究进展

王慧英

(聊城大学东昌学院，山东 聊城 252000)

玫瑰(Rosa rugosaThunb.)别名刺玫、徘徊花，属蔷薇科、蔷薇属，多年生常绿或落叶小灌木。玫瑰全身是宝，根可入药、酿酒，具有理气活血的作用；玫瑰果含有大量的维生素和多种氨基酸，其中VC最为丰富；玫瑰花含有300多种化学成分，包括芳香醇、脂肪酸、酚类以及含香精的油脂等。因此，玫瑰不仅是园林绿化和水土保持的优良植物材料, 更具有重要的经济价值，在食用、药用、化工等方面有着重要的开发利用价值[1]。

近些年来，随着对玫瑰营养价值的认识逐渐深入，对其食用价值和保健价值的研究，尤其是玫瑰精油和玫瑰色素的提取应用开始成为热点。玫瑰红色素安全无毒，具有特定的生物学特性，可广泛用于食品加工和纺织印染等。本文结合国内外近10年来有关玫瑰红色素的研究成果，综述了其提取制备、结构成分、理化性质和生理活性，以期为玫瑰色素综合开发利用提供理论依据。

1 结构与性质

1.1 化学结构

玫瑰红色素为花色苷类色素，包括矢车菊素-3,5-双葡萄糖苷[2]20-24[3]、矢车菊素-3-葡萄糖苷、飞燕草花色素-3-葡萄糖鼠李糖苷和芍药色素-3-葡萄糖苷[4-6]，其中主要成分矢车菊素-3,5-双葡萄糖苷[5]，占到色素总量的94.9%，相对分子量为647，分子结构见图1。

图1 玫瑰红色素的基本结构

1.2 理化性质与稳定性

1.2.1 溶解性 玫瑰红色素属于水溶性色素，易溶于水、甲醇、乙醇、柠檬酸、酸性乙醇等极性溶剂，不溶或难溶于石油醚、乙酸乙酯等非极性溶剂[7]。考虑到食用色素的后续精制和安全性能，一般选用柠檬酸—乙醇为玫瑰色素的提取剂。

1.2.2 酸碱性及吸收光谱 玫瑰红色素对pH敏感，pH值不同，显示出不同的颜色。pH<5时，颜色为紫红色；pH>5时，颜色为粉红色；pH>7时，颜色逐渐变为黄色、黄绿色。由此可见，pH越低，颜色越红，pH逐渐升高，最大吸收波长红移，颜色随之发生变化[8]。说明酸性环境有利于玫瑰红色素的稳定性，而碱性环境会使其稳定性下降。

玫瑰红色素溶液在可见光区(500，514，516，518，520，526，530 nm等)的最大吸收波长有所不同，可能是试验中选用的玫瑰品种和溶液pH不同的原因。

1.2.3 光照和温度 文献[7]研究表明，温度低于70 ℃时，色素吸光度基本没有变化，而高于70 ℃时，吸光度明显下降，溶液颜色逐渐变浅。刘志国等[9]将色素溶液在80 ℃时加热30 min，吸光值降低，约为25 ℃时的88%。葛芹等[10]试验表明，低pH(1，2)色素溶液在110 ℃加热15 min后，溶液颜色变化不明显，吸光度分别由原来的0.947，0.877变为0.796，0.474，表现出较好的热稳定性。对于pH>3的溶液，温度超过80 ℃时，吸光值升高，溶液颜色变为黄褐色，色素品质下降。因此，玫瑰红色素的热稳定性相对较差，试验或加工时应避免超过80 ℃的高温。

李玉赜[11]将pH分别为1，2，3的色素溶液在自然散射光下密封放置28 d，溶液颜色均仍然红艳，吸光值未发生明显变化，色素残存率分别为93.38%，91.06%，92.58%。文献[10] 同样将pH分别为1，2，3的色素溶液在光照下放置84 h，色素残存率分别是93.72%，88.06%，57.50%。可见，玫瑰红色素在光照条件下稳定性相对较好，并且酸性越强越有利于色素溶液在光照下的保存。

1.2.4 氧化剂和还原剂 研究色素溶液的氧化性和还原性时，经常采用的是H2O2和Na2S2O3。有学者[11-12]认为H2O2的影响较小，Na2S2O3的影响明显，也有学者[10]认为二者的影响均较大、且浓度越大、时间越长，色素的吸光值变化越显著。

1.2.5 金属离子 大多数金属离子对玫瑰红色素没有影响，Na+、Zn2+、Al3+、Ca2+、Cu2+有一定的保色作用，可增强色素的稳定性；Fe2+影响不大，Fe3+影响明显，使色素溶液颜色和吸光值均发生明显变化，在储存或使用时应避免接触。

1.2.6 食品添加剂 蔗糖、葡萄糖、柠檬酸、可溶性淀粉、食盐在食品添加剂允许的剂量范围内对色素提取液影响较小，吸光值变化幅度很小，溶液颜色无明显变化。蔗糖、葡萄糖可一定程度增强色素的稳定性，蔗糖是浓度越大，增强效果越明显；葡萄糖与蔗糖不同，低浓度时增强效果显著，浓度增大，稳定作用反而减弱，VC的存在会使色素的稳定性下降，主要是因为VC会攻击红色素的C4位置，从而影响其稳定性[10]。

2 玫瑰红色素的生物活性及其应用

2.1 抗氧化作用

2.2 抑菌作用

文献[14]30-31研究表明玫瑰红色素对白色念珠菌、金黄色葡萄球菌、铜铝假单胞菌、肺炎白式克雷菌等菌种生长的抑制作用较明显，尤其是对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌的抑制作用最为突出。试验结果显示，30 mg/L的玫瑰红色素溶液抑菌效果非常明显，在抑制白色念珠菌、金黄色葡萄球菌、肺炎白式克雷菌方面，强于2 000 U/mL的青霉素钠，并且抑菌效果较稳定。因此，玫瑰红色素既可以开发抗菌消炎药物，还兼具有食品防腐剂、增色剂的作用，开发前景广阔。

2.3 调节血脂作用

何熹等[16]对大鼠进行高脂饲料喂养试验，受试组给予不同剂量的玫瑰色素，取其尾血进行总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白(HDLC)含量的测定比较。发现大鼠经高脂饲料喂养后，血清TC、TG均有明显升高，然后按1.25，2.50，5.00 g/kg体重的不同剂量对受试组大鼠进行玫瑰色素灌胃，发现36 d后，TC、TG、HDLC都有不同程度的改变。其中，5.00 g/kg剂量玫瑰色素使TC明显降低，尤其是2.50 g/kg剂量受试组，TC明显下降，由84.5 mg/dL下降为36.2 mg/dL，TG下降效果明显，HDLC则出现不同程度的升高。由此可见，玫瑰红色素具有一定的降低血脂、防治动脉硬化的保健功能[17]。

2.4 纺织染色作用

曹机良[18]用FeSO4和ZnSO4·7H2O作媒染剂，以羊毛和蚕丝织物为材料，对玫瑰色素的染色性能进行了探讨，结果表明低剂量的Fe2+、Zn2+就可使玫瑰红色素的染色特征值发生明显变化，使羊毛和蚕丝织物呈现出不同的颜色，玫瑰红色素10 mL、媒染温度90 ℃、媒染时间60 min、媒染剂FeSO4和ZnSO4·7H2O的剂量为2 g/L时，染色效果最好，颜色最深，染色牢度能满足服装标准。吴志奔[19]认为最佳染色工艺为媒染剂选用5%的FeSO4，色素提取液15 mL，染色时间120 min，染色温度90 ℃，对羊毛织物具有较好的上染能力，色牢度较好，适合于蛋白质纤维染色。

3 玫瑰红色素的制备

3.1 玫瑰红色素的提取

1993年，刘纪正等[20]利用玫瑰花提取精油后的花渣为原料，对玫瑰红色素的提取进行了研究，开启了中国对玫瑰红色素研究的先例。发展至今玫瑰红色素的常用提取工艺流程为：原料→清洗→晾干→破碎→提取→抽滤→浓缩→精制→干燥→成品。玫瑰红色素常用的提取方法有酸—醇提取法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法等。

3.1.1 酸—乙醇提取法 玫瑰红色素作为一种可以食用的天然色素，最常采用的提取方法是溶剂萃取法。提取溶剂的种类、pH值、提取时间、提取温度、提取次数等均会影响提取效果。科研人员分别以不同品种的玫瑰为原料进行了玫瑰色素提取的研究，最佳提取工艺参数见表1。

由表1可看出，提取原料不同，最佳提取工艺有所区别，实际生产中可以对上述工艺参数进行再优化，以提高提取效率。

表1 酸—乙醇提取玫瑰红色素最佳工艺比较

3.1.2 超声波提取法 超声波是一种高频机械波，具有较强的空化效应和震动效应。超声波技术应用于植物色素的提取，可打破细胞壁，加速细胞内色素等物质的释放渗透，提高提取率。李子江等[28]通过响应面法对玫瑰红色素的提取条件进行了优化，结果表明超声波功率500 W、超声波时间10 min、温度40 ℃、乙醇体积分数55%时，色素的提取率为6.23 mg/g·干重。谢秋涛等[29]用超声波辅助法提取玫瑰花渣红色素，结论则是超声波功率400 W、超声时间120 min、提取温度70 ℃、料液比1∶20 (g/mL)、乙醇体积分数65%、pH 1时提取效果最佳。徐宛璐等[30]则用超声辅助法提取玫瑰色素，在料液比1∶160 (g/mL)、65%乙醇、超声波功率500 W、超声时间30 min的条件下，玫瑰色素的获得率较高。同样是超声波辅助提取玫瑰色素，文献[17]发现，在料液比1∶10 (g/mL)、乙醇体积分数50%的条件下，选择40 ℃、300 W的超声辅助提取20 min，玫瑰色素提取率高且性能稳定。超声波辅助提取玫瑰色素的技术安全可靠、时间短、效率高，在工业化生产中具有较大发展潜力。

3.1.3 微波提取法 微波也称为超高频电磁波，可透过溶剂介质到达物料内部，使其温度迅速升高破裂，加速色素等有效成分的渗透流出。文献[2]20-24探讨了微波辅助提取玫瑰色素的工艺条件，并与传统溶剂法进行了比较，表明在60%乙醇、5.00 V微波、微波时间20 min、料液比1∶20 (g/mL)、提取1次的条件下提取效果最佳，提取率为1.59%，远高于传统溶剂法的1.01%。樊爱萍等[33]用微波辅助法提取玫瑰红色素，通过正交试验优化提取工艺，以乙醇体积分数40%、料液比1∶5 (g/mL)、微波功率560 W、提取时间35 s为最佳条件，相比于传统的热回流提取法，提取时间大大缩短，提取率增大8.10%，具有明显的优势。微波提取法大大缩短了提取时间，但在工业化层面的应用还缺乏相应的设备，目前难以实现真正的工业化和规模化。

3.1.4 超临界流体提取法 超临界流体是介于气液之间的一种既非气态又非液态的物态，高密度，低黏度，具有较强的溶解力。文献[16]用CO2超临界萃取技术提取玫瑰黄酮类色素，得到紫红色粉末，含量为63 mg/g·干重，提取率是0.55%。相对于传统的色素提取方法，此法提取工艺简单，安全无毒。但因为设备昂贵，运行成本较高等原因，CO2超临界萃取技术在玫瑰色素上的运用受到一定限制，只限于实验室内色素的研究分析。

3.1.5 冻结—融解辅助水浸提法 徐青梅[32]将玫瑰花原料的水混合物放入-30～-4 ℃冰箱，完全冻结后取出迅速搅拌溶解，来回重复2～3次。然后加入去离子水和乙醇进行萃取浓缩，得到红色膏状色素固体。经冻结—融解处理，细胞壁破碎，色素等细胞内溶解物快速渗透溶解，缩短了浸提时间，提取率较高，可达8.65%。柳滢春[33]在传统工艺的基础上进行优化改进，增加冻结—研磨的步骤，与原工艺相比，玫瑰花色素的提取量增加了24.50%。

3.1.6 其他新型提取技术 应用于提取植物色素的新型技术还有酶法和双水相萃取法等。酶法提取色素是利用一些生物酶如纤维素酶、果胶酶等分解破坏细胞壁，加速细胞内色素的溶解扩散，达到提取目的。褚盼盼等[34]用双酶法(果胶酶+纤维素酶)提取黑豆皮中的红色素，结果显示，该技术提取条件温和，有效成分稳定，简单高效，应该是一种有前途的色素提取新型技术。信璨等[35]采用双水相萃取法对月季花色素进行了分离纯化，萃取率可达到98.45%。作为一种新兴的色素分离技术，双水相萃取法能够保证色素的生物活性，不存在有机溶剂残留，易于扩大工程规模，被广泛用于生物酶、蛋白质、食用色素等的分离提纯。目前这些技术还未见到用于玫瑰红色素的提取，但对于优化、探索玫瑰色素的研究会有重要的参考作用。

3.2 纯化

大孔树脂是一类人工合成的、多孔立体结构的聚合物吸附剂，具有吸附能力强、易于解吸附、再生处理简单等优点，可有效除去色素提取液中的蛋白质、糖类等杂质。文献[22]35-50考察了AB-8、X-5、NK-9、D-101、S-8、ADS-86种大孔树脂对玫瑰花渣色素的吸附和解吸效果，发现D-101有较好的吸附和解吸效果。在吸附温度30 ℃时，pH为2、浓度为0.45 mg/mL的上样液以2 mL/min的速度流经Φ 2 cm×20 cm树脂柱，吸附量最大，为16.875 mg/g；再以pH 1、170 mL的 90%酸性乙醇为洗脱剂、洗脱流速1 mL/min 时，解析效果最佳，色素纯度显著提高，色价由41变为97。赵垒等[36]对AB-8树脂动态解吸玫瑰色素的各种影响因素进行了探讨，认为最佳吸附条件是上样液色素浓度15.63 mg/mL、pH 1.92、吸附速度7.19 BV/h；最佳解吸工艺参数是pH 1.1、3.45 BV的67%乙醇为洗脱剂、解吸流速2.72 BV/h，此时色素的解吸率为99.19%。鉴于大孔树脂纯化玫瑰花红色素安全无毒、简单高效的优点，具有较高的工业化价值。

4 结语

玫瑰红色素具有降脂、抑菌、染色等作用，可用于药品、保健品、食品、化妆品等加工行业，是一种多功能天然食用色素，开发前景十分广阔。至今，对玫瑰红色素的认识已经积累了大量数据，但多集中在实验室的小试阶段，局限于实验室的提取纯化以及稳定性研究，有关分子结构、含量测定、生物活性、生理保健和工厂化生产的研究很少，限制了其开发应用。因此，应加快对玫瑰红色素的深入研究，为其广泛地开发利用提供科学理论依据。