马齿苋红色素的提取及其在果冻中的应用

张帅，郑开斌*，辜春月，林宝妹，洪佳敏

1. 福建省农业科学院亚热带农业研究所（漳州 363005）；2. 集美大学食品与生物工程学院（厦门 361021）

马齿苋（Portulaca oleraceaL.）又名长命菜、猪母菜、五行菜等，茎淡绿色或带暗红色，生命力旺盛，广泛分布全世界温带和热带地区[1]。马齿苋在许多国家作为野菜食用，同时也是使用十分普遍的传统药材，其味微酸，对于治疗肠炎[2]、保护肾脏[3]、抗宫颈癌[4]和降血糖[5]等均有一定功效。关于马齿苋功效成分如生物碱[6]、多糖[7]、酚类化合物[8]、脂肪酸[9]、去甲肾上腺素和多巴胺[10]等均有大量的研究报道，但关于马齿苋红色素的研究报道十分少见。最早见于Piattelli等[11]和Imperato[12]从马齿苋茎中分离出红色素并鉴定为羧酰化的甜菜红素；杨桂芹等[13-15]报道马齿苋甜菜红素可改善小鼠认知缺陷，具有抗肿瘤和抗氧化的效果。马齿苋在中国被列于药食同源名录，其红色素食用安全且具有生理活性，有望作为天然功能性色素应用于食品工业中。因此，试验对马齿苋红色素提取工艺进行研究，并将富含红色素的马齿苋提取液添加到果冻中，以期为马齿苋红色素在食品工业中的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜马齿苋，6月份采摘于福建省漳州市；琼脂、魔芋胶、卡拉胶、蔗糖、甜菊糖、柠檬酸等均为食品级原料。

L5S型紫外可见分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司；BS110S型分析天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；WP700型微波炉，乐金电子（天津）电器有限公司；FW135型粉碎机，天津泰斯特仪器有限公司；SHZ-DIII型循环水真空泵，巩义市予华仪器有限责任公司；磁力搅拌机。

1.2 试验方法

1.2.1 马齿苋原料处理

马齿苋清洗挑拣后留取茎，切3 cm左右小段，微波高火（700 W）处理2.5 min[16]，再60 ℃热风干燥18 h。干燥后粉碎过40目筛，得马齿苋茎粉末，用自封袋装好存放于干燥器，备用。

1.2.2 红色素提取

准确称取0.50 g马齿苋茎粉末，按照一定料液比加入预热好的去离子水，振荡均匀，在一定温度下水浴浸提，浸提后抽滤，得到的紫红色透明澄清液即为马齿苋红色素提取液。

1.2.3 检测波长的确定

将马齿苋红色素提取液用去离子水稀释一定倍数，在400～700 nm进行可见光全波段扫描，将光谱显示的最大吸收峰对应的波长确定为吸光度检测波长。

1.2.4 红色素提取单因素试验

通过测定比较浸提液吸光度大小，研究不同料液比（1∶10，1∶20，1∶30，1∶40和1∶50 g/mL）、浸提温度（20，30，40，50和60 ℃）、浸提时间（10，20，30，40和50 min）对红色素提取量的影响。

1.2.5 红色素提取工艺优化

根据1.2.4单因素试验结果，设计L9(34)正交试验，以红色素提取量为指标，对马齿苋茎红色素提取工艺进行优化。正交因素和水平如表1所示。

表1 红色素提取正交因素水平表

1.2.6 添加马齿苋红色素的果冻制作工艺

1.2.6.1 果冻制作工艺流程

溶胶→煮胶→过滤→调配→灌装→灭菌→冷却→成品

1.2.6.2 操作要点

1) 溶胶：将复配凝胶剂加入适量冷水中，连续搅拌15 min，待其充分溶胀。

2) 煮胶：保持搅拌，将凝胶剂溶液加热至沸腾并保持3 min，趁热用100目尼龙网布过滤后待降温至70℃，备用。

3) 调配：将柠檬酸和复配糖加入马齿苋红色素提取液中，搅拌溶化并预热至50 ℃，再边搅拌边慢慢倒入胶液中混匀。

4) 灭菌和冷却：在80 ℃水浴保持15 min，而后立即将果冻投入冷水中冷却。

1.2.6.3 复配凝胶剂配比的确定

选择四组不同复配凝胶剂配方进行比较。A组为W琼脂∶W果胶=3∶2[17]；B组为W卡拉胶∶W魔芋胶∶W黄原胶∶W琼脂=3∶2∶1∶1[18]；C组为W卡拉胶∶W魔芋胶=2∶1[19]；D组为W卡拉胶∶W明胶∶W魔芋胶=4∶3∶3[20]，用量均采用10 g/kg。以感官评价（透明度、弹性和软硬度）为指标筛选其一作为此次试验的凝胶剂配比。

1.2.6.4 复配糖配方的确定

将甜菊糖和蔗糖进行复配，在甜菊糖最大使用量不超过0.5 g/kg[21]，蔗糖最大使用量不超过50 g/kg[22]的前提下，筛选甜度适口的复配糖配比及用量。

1.2.7 马齿苋果冻配方优化

选择复配胶添加量、提取液添加量、复配糖添加量及柠檬酸添加量4个因素进行马齿苋果冻配方优化研究，采用L9(34)正交试验组合，共9个试验组进行配方比较。根据预试验，各因素水平选取如表2所示。

表2 果冻配方正交因素水平表

由10名品尝员组成评价小组，采用九点喜好标度法[23]对不同配方的马齿苋果冻进行感官评价。1～9分代表不同喜欢程度，如1分为极不喜欢，5分为中等喜欢，9分为极喜欢。

1.2.8 数据分析

样品重复3次测定，采用Excel 2007和SPSS 22.0进行数据统计分析，并采用前者进行作图。

2 结果

2.1 检测波长的确定

马齿苋茎色素水提液呈紫红色。其在400～700 nm可见光区的紫外扫描光谱如图1所示。在540 nm处有最大吸收峰，因此选择540 nm为红色素提取试验的检测波长。

图1 马齿苋红色素水提液紫外扫描谱图

2.2 红色素提取的单因素试验

2.2.1 料液比对红色素提取的影响

将各组马齿苋提取液用蒸馏水补足至相同体积，再稀释至合适倍数后测定λ540处吸光度。不同料液比对红色素提取量的影响结果如图2所示。当料液比为1∶30（g/mL）时，红色素的提取量最高，而其他各组的红色素提取量较低且之间无显著性差异，因此选择料液比1∶30（g/mL）较合适。

图2 料液比对马齿苋红色素提取量的影响

2.2.2 温度对红色素提取的影响

结果如图3所示。在20～30 ℃范围内，随着温度的升高，马齿苋红色素的提取量增大，超过30 ℃后，红色素的提取量持续降低。尽管温度升高有助于破坏植物细胞组织及加快分子运动，从而促进提取量增大[24]，但此次试验结果表明马齿苋红色素对热很不稳定，应采用温和的温度条件进行提取。

图3 温度对马齿苋红色素提取量的影响

2.2.3 时间对红色素提取的影响

结果如图4所示。在提取时间10～20 min内，随着时间的延长，马齿苋红色素提取量增大，在20 min时提取量达到最大，之后随着时间继续延长，提取量不再增大，表明20 min时该样品中的红色素已经提取完全。

图4 时间对马齿苋红色素提取量的影响

2.3 红色素提取的正交试验

由表3可知，最优因素水平组合为A3B3C3，即料液比1∶40（g/mL），提取温度40 ℃，提取时间30 min。验证试验表明在该最优组合下马齿苋红色素提取液在λ540处的吸光度为0.662±0.011。由表4可知，调整后R2=0.912，模型拟合度较好，3个因素对马齿苋红色素提取量的影响顺序依次是温度＞时间＞料液比，其中温度为显著影响因子（p=0.026 64＜0.05）。

2.4 复配凝胶剂配比的确定

卡拉胶与魔芋胶复配是常见的果冻凝胶剂配方，制得的果冻感官品质较好，通过与其他凝胶剂复配，能够协同增效。各组不同复配凝胶剂制作的马齿苋果冻皆质地均一、风味清淡，带有马齿苋色素特有的紫红色。具体感官评价差异如表5所示。A组配比的果冻质地软烂，咀嚼性较差；B组在透明度、弹性和软硬度的评价均较好；C组比B组质地稍硬；D组透明度较差，是因为明胶为蛋白质，明胶-多糖凝胶体系的透明度受酸碱的影响很大，果冻中添加的柠檬酸使得凝胶透明度降低[25]。因此选择B组配比进行马齿苋色素果冻的优化试验。

表3 马齿苋红色素提取正交试验结果

表4 方差分析表

表5 对不同复配凝胶剂配方的感官评价

2.5 复配糖配方的确定

甜菊糖的甜度是蔗糖的300倍，但具有后苦味，通过二者复配可以减少蔗糖的用量，制作出低糖的健康食品。甜菊糖和蔗糖不同质量比（1∶40，1∶80，1∶120，1∶160，1∶200和1∶240）试验发现，当甜菊糖与蔗糖质量比为1∶160时，甜菊糖苦味不明显，1∶200时口感较接近纯蔗糖。进一步试验表明，当甜菊糖添加量0.2 g/kg，蔗糖添加量40 g/kg时，复配糖的甜度适中。

2.6 马齿苋果冻配方正交试验

由表6可知，最优因素水平组合为A2B3C3D1，即复配胶添加量8 g/kg，提取液添加量200 g/kg，复配糖添加量48.2 g/kg，柠檬酸添加量1.0 g/kg，恰好与试验号5组合相同，喜好度评价8.00±0.67分。各因素中，色素提取液添加量的极差R最小，表明不同添加量的马齿苋色素提取物均能呈现消费者较喜欢的色泽，且不引起风味、口感和质地等品质方面较大的变化，马齿苋红色素具有开发为天然食品色素添加剂的潜力。

表6 马齿苋果冻配方正交试验结果

3 讨论与结论

此次试验提取的马齿苋红色素为水溶性色素，在540 nm处有最大吸收峰，符合甜菜红素的特征，与文献[11]的报道一致。最大吸收波长与文献[26-27]曾报道的680和320 nm均有较大差异，可能是因为所用的提取原料不同引起的。马齿苋红色素主要分布在茎，此次试验以茎为红色素提取原料，同时在提取前进行了微波灭酶预处理，减少酶促褐变可能引起的试验误差。此外，据研究报道，在马齿苋的茎、叶和花中，茎的总酚含量、多糖含量及总抗氧化活性最高[28-29]，此次试验的马齿苋红色素提取液即马齿苋茎水提物，除了具有鲜艳的紫红色外，还可能具有丰富的生理活性。将马齿苋红色素提取液应用于低糖果冻制作中，不同添加量的马齿苋色素提取物均能呈现消费者较喜欢的色泽，且不引起风味、口感和质地等品质方面较大的变化，表明马齿苋红色素具有开发为天然食品色素添加剂的潜力。

马齿苋茎红色素提取的最优工艺为：料液比1∶40（g/mL），提取温度40 ℃，提取时间30 min。其中，温度是显著影响因子（p=0.026 64＜0.05）。将色素提取液应用于低糖果冻制作，优化配方为即复配胶（W卡拉胶∶W魔芋胶∶W黄原胶∶W琼脂=3∶2∶1∶1）添加量8 g/kg，提取液添加量200 g/kg，复配糖（W甜菊糖∶W蔗糖=1∶240）添加量48.2 g/kg，柠檬酸添加量1.0 g/kg。制得的马齿苋果冻质地均匀，口感爽滑，弹性、韧性好，酸甜可口，无不良风味，且具有鲜艳的紫红色。