玫瑰茄红色素研究进展

周振，李杰，韩惠娟，黄建香，林泽斌

(广东暨晴生物医药科技有限公司，广东 惠州 516081)

玫瑰茄(HibiscussabdariffaLinn.)为一年生直立草本植物，又名洛神花、罗塞耳、山茄等，主要生长在热带地区，20世纪50年代引入中国，在我国沿海如广东、台湾、福建等地均有栽培[1]。玫瑰茄以其花萼应用最为广泛，含有多种成分，如色素、蛋白质、还原糖、有机酸等，具有一定的食用与药用价值。其中色素含量约占花萼干重的1%～1.5%，该色素是一种新型的安全、天然红色素[2]。

天然色素可用于多种复合调味品，如鸡精、方便面调料、火锅调味酱、酱菜等中均含有色素[3]。从18世纪开始，玫瑰茄就开始作为调味品应用于食品中，玫瑰茄酱因含色素作为调味品能赋予食品良好的口感和颜色，提升食欲。玫瑰茄红色素着色性好，色泽亮丽，作为食品添加剂在多种食品中着色成功，如：果冻、软糖、汽水、果汁等[4]。研究表明，玫瑰茄红色素是一类花色苷色素，具有抗氧化、降血压、抗菌和抗肿瘤等重要生理活性[5]。在色素提取过程中，花色苷结构易受光、热等刺激而改变，导致花色苷品质不高，限制了它的应用。为了更充分地利用玫瑰茄资源，本文综述了玫瑰茄红色素的结构与性质、提取、分离纯化、活性及在食品工业中的应用等方面的最新研究进展，以期为玫瑰茄红色素在食品、调味品和保健品方面的研究和应用提供参考。

1 玫瑰茄红色素的结构与性质

1.1 主要成分与化学结构

玫瑰茄红色素成分在1932年被Yamamato首次分离鉴定为矢车菊素-3-O-葡萄糖苷。经过近百年的发展，研究者们利用不同方法对各产地玫瑰茄红色素进行了分离鉴定和补充，表明玫瑰茄红色素主要成分为矢车菊素-3-O-接骨木二糖苷、飞燕草素-3-O-接骨木二糖苷以及微量的矢车菊素-3-O-葡萄糖苷和飞燕草素-3-O-葡萄糖苷[6]，还含有一些有机酸、多酚类物质，各成分含量因玫瑰茄产地不同而有差异，主要分子结构见图1。

图1 玫瑰茄花色苷主要成分化学结构式Fig.1 The chemical structure formula of main components of anthocyanins in roselle

1.2 理化性质

1.2.1 溶解性

玫瑰茄红色素表现出较好的水溶性[7]，这可能与花色苷分子结构中含有多个羟基，增强了色素分子的亲水性有关。

1.2.2 光稳定性

在自然光照下，玫瑰茄红色素溶液经24 h后溶液吸光度由最初的0.165变为0.116，并观察到色素溶液由红色渐变成黄色且伴随沉淀产生。可能是色素分子在光照下被氧化所致，表明玫瑰茄红色素光稳定性较差，在使用和贮藏时应注意避光。

1.2.3 热稳定性

研究表明，玫瑰茄红色素在80 ℃和100 ℃条件下，色素降解速率常数分别为0.2539/h和0.6547/h，半衰期值分别为2.73 h和1.06 h[8]。可见玫瑰茄红色素有一定的耐热性，在提取和应用过程中应尽可能在低温或短时间内完成。

1.2.4 酸碱性

玫瑰茄红色素结构中存在多个酚羟基，色素溶液显酸性。色素对酸碱变化反应灵敏，当pH<7时，色素溶液随着酸性减弱，颜色由鲜红色逐渐变浅，pH 2～4时色素溶液稳定性最好，呈现深红色。当pH>7时，随着碱性增强，色素溶液颜色转为较深的蓝色[9]。这可能是因为在不同pH条件下，色素分子存在醌型碱、黄烊盐离子、假碱、查尔酮结构间的相互转化，导致最大吸收波长不同而呈现不同的颜色。

2 玫瑰茄红色素的提取方法

玫瑰茄红色素受光、温度、pH等外界干扰后，其结构易发生变化和降解，因此，其提取分离一般在温和的条件下进行。研究者在考察各方法和因素对玫瑰茄红色素提取的影响时，通常将色素吸光度、提取率和含量作为评价指标，现将文献中具有代表性的几种提取方法进行归纳，见表1。

表1 玫瑰茄红色素的提取方法Table 1 The extraction methods for roselle red pigments

就报道的这些方法而言，更多的是考虑如何提高玫瑰茄红色素的得率，而忽视了色素品质、稳定性以及生产成本。各方法都有其优缺点，醇提法是目前工业生产的可行方法，高浓度醇能除去水溶性杂质，提高色素得率，但提取过程中溶剂用量大，后续处理成本高，且有溶剂残留问题，今后可考虑多种方法综合使用来提高提取效率。在提取效果评价方面没有统一的标准，以致无法评价各提取工艺的优劣。以提取率为评价指标会存在较大的误差，研究者多以浓缩后固形物质量与投料量或者与花色苷在花萼中含量的比值作为提取率，但提取液中的杂质含量会对结果产生较大的干扰。以提取液中色素的吸光度为评价指标同样不严谨，在不同pH条件下色素最大吸收波长不同。各提取工艺下提取液的pH值不同，研究者们均以520 nm处吸光值作为评价指标是粗糙的，并不能显示工艺的优越性。以总花色苷含量作为评价指标是目前比较科学的，一般是利用pH示差法计算出花色苷中主成分的含量来反映总花色苷的含量，这种方法避免了提取液中杂质的干扰以及因pH不同色素吸收波长迁移而造成误差。色价是反映色素品质的重要参数，也是目前获得认可的指标，在以后的评价体系中可将色价或总花色苷含量作为评价参数。

3 玫瑰茄红色素的分离纯化方法

经粗提取得到的玫瑰茄红色素一般含有较多的糖、有机酸等杂质。为了获得高品质色素，往往需要经过诸如膜分离、大孔树脂分离法等技术手段进行纯化精制。现将文献报道的分离纯化玫瑰茄红色素的主要方法进行归纳，见表2。

表2 玫瑰茄红色素的分离纯化方法Table 2 The purification methods for roselle red pigments

续 表

经过纯化精制后色素的品质有利于后续的研究和应用，更加符合市场要求。纯化方法方面，膜分离法属于机械法，是利用压力差和各成分间分子量大小不同来进行分离，分为微滤提纯和纳滤浓缩两步，虽然有易操作、条件温和等特点，但在操作过程中膜组件容易堵塞，需经常更换，且分离效率不高，较少应用于工业化生产中。大孔树脂分离法利用分子间的范德华力，色素分子吸附于树脂上，常用乙醇将色素分子洗脱下来。该方法耗时长，溶剂用量大，但是选择性较好，是目前工业生产上应用较多的方法。新型方法诸如高速逆流色谱法是利用色素与杂质极性的不同进行分离，专一性好，得到的色素品质高，但对设备及操作人员的要求较高，不利于玫瑰茄红色素的大规模生产。在纯化效果评价方面存在的问题与前一节相似，已在上节中论述。

4 提高玫瑰茄红色素稳定性的方法

玫瑰茄红色素主要为花色苷类物质，为了避免花色苷直接受光、热等刺激而引起氧化质变，需对花色苷物质进行保护处理，提高其稳定性。经过纯化后的色素虽然能在一定程度上提高稳定性，但是不足以满足实际生产应用的要求。除了低温避光储藏，常见提高玫瑰茄红色素稳定性方法有微胶囊化、添加稳定剂、花色苷结构修饰等[21]。

4.1 微胶囊化

孟翔宇等[22]利用锐孔法制备了玫瑰茄红色素的微胶囊，结果表明，色素微胶囊在4 ℃下贮藏35 d，保留率基本不变。在25 ℃贮藏35 d，保留率为93%，而对照组色素保留率仅为50%。在自然光下经胶囊化处理花色苷保留率要明显高于对照组，说明微胶囊化能显著提高色素稳定性。色素微胶囊在人工肠液中经210 min释放率达100%，而同时期在人工胃液中释放率为30%，这可能与微胶囊的包材有关。目前关于玫瑰茄红色素微胶囊化的研究较少，在今后可以制备不同的包材、壁芯的玫瑰茄红色素微胶囊，进一步考察微胶囊的包埋率与缓释率，找出合适的包材制备玫瑰茄红色素微胶囊而提高其稳定性。

4.2 添加稳定剂

任建军[23]以溶液吸光度作为评价指标，考察了不同浓度的柠檬酸、木糖醇、食盐、金属离子作用下玫瑰茄红色素的稳定性。结果表明，柠檬酸能明显影响玫瑰茄红色素的稳定性，随着柠檬酸的加入，溶液的吸光度明显升高；质量分数为6%的木糖醇也能增强玫瑰茄红色素的稳定性；在添加食盐后，溶液吸光度基本无变化，说明玫瑰茄红色素稳定性与食盐无关；Fe3+、Al3+、Cu2+3种金属离子的加入，色素溶液吸光度变化明显，表明色素稳定性受这3种金属离子影响，猜测这几种金属离子与色素分子间发生了螯合反应，而K+、Ca2+、Zn2+3种金属离子加入后溶液吸光度基本无变化，因此在玫瑰茄红色素提取与贮藏过程中可适量添加柠檬酸以增加其稳定性，同时应注意避免与铁器、铜器、铝器等接触。

4.3 花色苷结构修饰

花色苷分子结构修饰可增加其在外界环境和食品加工中的稳定性，使其在较大pH值范围呈现良好的色泽。花色苷结构修饰常用的方法有酰基化、酯基化及形成吡喃类衍生物等。

目前关于玫瑰茄红花色苷结构修饰的文献鲜有报道，但其他类色素花色苷结构修饰研究较多，Giusti等[24]用月桂酸和丙二酸对萝卜、红甘蓝花青素进行酰基化反应，考察了温度、pH值和光照作用下酰基化花青素的稳定性，结果表明，酰基化后的花青素在各条件下稳定性较高。张媛媛等[25]通过对萝卜红色素进行酯化修饰，自然光照射酯化色素溶液，5 d后色素损失率仅为21.69%，色素吸光值检测结果表明酯化色素在100 ℃内具有较强的稳定性，表明色素经酯化修饰后提高了其耐温度和光的能力。邝敏杰[26]对葡萄皮红色素(锦葵花色苷)进行了甲基吡喃化合成，测得吡喃化色素在乙醇溶液中的降解半衰期为257 d，而锦葵花色苷在乙醇溶液中的半衰期仅为131 d。可见花色苷结构修饰是提高其稳定性行之有效的手段之一，在今后可加强玫瑰茄红色素结构修饰研究，为提高色素稳定性提供新方法和新途径。但存在的问题是花色苷结构修饰使其结构发生改变，势必改变其生理功能，在实际应用过程中应注意。

5 玫瑰茄红色素的活性

从玫瑰茄花萼中提取的红色素主要由花色苷以及多酚类物质组成，具有较好的抗氧化活性和抑菌作用，同时有研究表明玫瑰茄红色素物具有降血压和一定的抗肿瘤作用。

5.1 抗氧化

玫瑰茄花萼提取物中主要成分为红色素，大量研究表明玫瑰茄红色素具有优异的抗氧化功能。郝纯青研究了不同浓度的玫瑰茄红色素对DPPH自由基的清除能力，结果表明，玫瑰茄红色素的自由基清除能力与色素浓度呈正比，当色素浓度为1.25%时，其对自由基的清除率为82%，相同浓度的抗坏血酸对自由基的清除率为90%，表明玫瑰茄红色素的抗氧化活性与抗坏血酸相当。刘迪等[27]研究了矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(C3G)对氧化应激细胞的抗氧化作用，结果表明浓度为1.25～20 μmol/L的C3G可提高氧化应激细胞如细胞抗氧化酶类的细胞活力。

5.2 降血压

玫瑰茄花萼提取物中含有丰富的酚类色素。Ojeda等[28]研究发现玫瑰茄花色苷可通过竞争血管紧张素转化酶(ACE)活性位点来降低ACE活性，ACE可影响血管扩张进而影响血压，在84.5 μg/mL玫瑰茄花色苷作用下，采用体外生物测定法测定ACE活性，与对照组相比，ACE活性明显降低，表明玫瑰茄红色素具有降血压作用。

5.3 抑菌作用

玫瑰茄红色素花色苷含有多个酚羟基，这些基团以氢键的方式与细菌体内的酶或蛋白结合，导致菌体酶结构变化而失活，从而解体、死亡。王圣[29]研究了玫瑰茄红色素等9种花色苷对3种细菌的抑菌作用，结果表明，玫瑰茄红色素具有显著的抑菌性能，可不同程度抑制大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的生长，这可能与色素分子能干扰细菌的复制和转录有关，玫瑰茄红色素对上述3种细菌的最大抑菌圈直径分别为8.90，8.38，6.57 mm。

5.4 抗肿瘤

Hou等[30]以人类白血病细胞(HL-60)为靶点，研究从玫瑰茄花萼中分离得到的飞燕草素-3-O-接骨木二糖苷对HL-60的抑制作用，结果显示当飞燕草素-3-O-接骨木二糖苷浓度为0.7 μmol/mL时，HL-60在24 h死亡率达到50%，证实了玫瑰茄红色素有一定的抗肿瘤作用。

6 玫瑰茄红色素的应用

天然色素颜色鲜艳，功能众多，且多数不受用量限制而得以广泛应用[31]。玫瑰茄红色素天然、安全、易着色且兼具抑菌作用，近年来常将玫瑰茄红色素作为食品添加剂、酸性调味料及食品保鲜剂。

6.1 食品添加剂

将玫瑰茄红色素作为着色剂早有研究，曾华庭等比较了玫瑰茄红色素与合成色素在硬糖与软糖上的着色效果，结果表明经玫瑰茄红色素着色后的糖果色泽鲜艳，品质与经合成色素处理的糖果接近，可代替合成色素作为天然着色剂使用，软糖经储藏8个月稳定性良好。但要注意调色温度与受热时间，温度过高或受热时间过长易使色素不稳定而影响着色效果。玫瑰茄红色素已应用于多种食品中，如：果冻、果汁、饮料、糕点等，色素制品呈酸性，可用于酸性食品、药品的着色。玫瑰茄红色素色泽鲜艳，着色性好且具有一定的营养价值，具有绿色、安全等特点，已被纳入食品添加剂名录(GB 28312—2012)中。

6.2 食品调味品

由于玫瑰茄红色素含有大量的有机酸，因此可作为酸性调味品加入到食品中，以玫瑰茄花萼为主要原料制作的玫瑰茄酱酸甜可口、颜色鲜艳，作为调味品在国外非常受欢迎。玫瑰茄红色素作为调味品制作的酸奶颜色诱人，品质和口感极佳。Iwalokun和Shittu[32]的研究表明色素中的有机酸还可加速酸奶中蛋白质的凝聚，缩短酸奶的发酵时间。玫瑰茄醋不仅是一种调味品，因含有玫瑰茄红色素，还赋予了玫瑰茄醋保健价值。索良敏[33]研制的玫瑰茄保健醋风味独特，保健作用强，具有提神作用，可供运动员和老年群体使用。玫瑰茄红色素颜色鲜艳、功能独特且易于着色，作为调味料开发具有极大空间。

6.3 食品保鲜

基于玫瑰茄红色素具有良好的抑菌性能且兼具安全、无毒的特性，近年来研究学者们将其应用到食品保鲜中。王圣等用玫瑰茄红色素智能包装膜保鲜猪肉，4 ℃下贮藏6 d后，测得猪肉中挥发性盐基氮为0.154 mg/g，猪肉仍处于次新鲜级，在贮藏10 d后，检测猪肉细菌总数为6.801 g CFU/g，表明玫瑰茄红色素的释放可有效抑制细菌对猪肉蛋白质的分解，同时延缓脂肪被氧化速率，具有明显的抑菌作用。玫瑰茄红色素作为新型食品保鲜原料展现出了一定潜力，有一定的开发价值。

7 结语和展望

关于玫瑰茄红色素的研究主要集中在提取与分离纯化上，对提高其稳定性和功能研究方面相对欠缺，今后可在这些方面加大研究力度。玫瑰茄红色素目前主要作为食品添加剂使用，并在多种食品中成功应用，此外还作为调味料应用于食品中，但对其精深加工的研究不足，在现有研究基础上，可开发玫瑰茄红色素系列产品如玫瑰茄红速溶茶、玫瑰茄红复合保健酒(醋)、复合调味品等，充分发挥其营养保健功能，以满足市场需求。

玫瑰茄红色素作为天然的功能性色素具有安全、环保、适用性强等特色，在食品、调味品中展现出较好的开发前景。随着科技的进步，新技术的突破，玫瑰茄红色素制品品质越来越高，给玫瑰茄红色素在食品工业上的应用带来了新的机遇。