高粱红色素提取方法的研究进展

李金婷，王凌云，魏丕伟，2

（1.四川轻化工大学，四川 自贡 643000；2.酿酒生物技术及应用四川省重点实验室，四川 自贡 643000）

随着食品工业发展和食品出口量的增加，人们对食品色素的安全性要求也越来越高，食品色素分为人工合成色素和天然色素两大类。合成色素虽然色泽鲜艳、性质稳定，但对人体健康是有害的。而天然色素因其安全无毒、色调自然、颜色逼真，已获得了人们的青睐，合成色素被天然色素所取代是大势所趋[1-2]。高粱红色素是以高粱壳为原料提取红色素，又称高粱红、高粱色素等[3]。属于类黄酮系化合物中的异黄酮半乳糖甙，含有2种主要成分：5,4'-二羟基异黄酮-7-O-半乳糖苷和5,4'-二羟基-6,8-二甲氧基异黄酮-7-O-半乳糖苷[4]。

结构式见图1。

图1 结构式

因其具有很强的抗氧化活性、高稳定性[5-7]。且有生津止渴、消炎解热、扩张血管、降低血糖、血压，减轻疲劳等作用，而被用于着色剂、抗氧化剂、保健食品、化妆品及医药用品[8-9]。因此，开发研究和应用天然色素对保证人类的健康和发展绿色食品工业都是十分重要的。将综合阐述高粱红色素的提取工艺、方法及条件，以期为高粱红色素的大量开发利用提供参考。

1 提取工艺

吴立业等人[10]探索了高粱红色素的提取工艺，工艺流程如下：

原料选择→水洗除杂→压碎→洗涤（去除淀粉）→干燥→酸性醇萃取→加碱中和→减压蒸馏（回收乙醇）→干燥（粗产物）→乙酸乙酯萃取→减压蒸馏→干燥产物。

后续研究者改进了提取工艺[11]，具体流程如下：

原料→水洗除杂→浸提→冲洗（去除单宁）→稀盐酸浸泡（二次除杂并除色）→烘干→乙醇浸提→过滤→减压浓缩→烘干→磨碎→终产品。

李景琳等人[12]在前期提取工艺不变的情况下，强调了在原料选择方面应该选用黑紫色和棕红色的高梁壳与乙醇水溶液质量比为1∶10。干燥时选择喷雾干燥，进口温度设定为220℃，出口温度为110℃，并规范和强调了检测与包装2个方面。李传欣等人[13]分析了金属离子对高粱红色素色调的影响后，在传统工艺流程的基础上，增加了两步工艺，即在预料水洗后，先用pH值为2.5的除杂剂浸提后，再采用酸性醇浸提，以除去原料中的金属离子，降低灰分的含量。

2 提取方法

1991年，黎星树等人[14]最早尝试用溶剂提取法提取高粱中的红色素及黄色素，即取适量的高粱壳，加入溶剂甲，连续回流提取3次后，浓缩干燥提取液得到高粱红色素，得率为3%～4%，残渣以同样的方法用溶剂乙回流提取2次，浓缩干燥后得高粱黄色素，得率为5%～6%。

按照提取溶剂和提取方法分为两大类，按提取溶剂分最常用的是乙醇提取法、稀碱液提取法和碱提酸沉法；按照提取方法可分为索氏提取法、超声波提取法、逆流提取法及液泛法。

2.1 乙醇提取法

李淑芬等人[15]用自来水、乙醇、甲醇、丙酮等不同溶剂提取高粱壳，比较提取液的色调、消光度、色价、产率等指标，所得的产品差异较大，综合比较，用乙醇提取的产品得率高、色泽好且色价较高。然后，以不同体积分数的乙醇作为提取剂比较产物得率发现，60%乙醇为最优的提取剂。吴立业等人[10，16]取1 g高粱壳，加入20 mL不同体积分数的乙醇溶液在60℃下搅拌提取2 h，滤液稀释10倍后，于波长490 nm处测定吸光度，发现60%乙醇提取液颜色最深。王万森等人[17]用70%乙醇提取高粱壳，回收乙醇后再用石油醚萃取除去杂质后，再用减压蒸馏法除去石油醚后得到高粱红色素。

2.2 稀碱液提取法

考虑到用乙醇提取需要回收乙醇，增加了设备及操作难度，并且高粱分子式显示其为酸性，可与碱反应生成盐。王毅民等人[18]用氢氧化钠为溶剂，溶液颜色呈鲜深红色，并探索了氢氧化钠质量分数对提取率的影响，研究结果表明，当氢氧化钠质量分数为0.2%时，提取率最高，为8.4%。罗欣月[19]用水、乙醇、丙酮、0.1%氢氧化钠、1%氢氧化钠等10种溶剂作提取剂，在同一条件下浸提发现，2种不同质量分数的氢氧化钠提取液颜色较深，故选择氢氧化钠作提取剂，并以不同浓度的氢氧化钠、浸提时间、温度、料液比做了单因素试验，并以响应面法优化了高粱红色素提取工艺参数为氢氧化钠质量分数1.0%，温度60℃，时间1 h，料液比1∶10。

2.3 碱提酸沉法

通常采用的浸提方法在提取过程中都存在多糖、单宁和醇溶性杂质，导致高粱红色素纯度不高。金灵芬等人[20]设计了碱提酸沉、柱层析精制新工艺。先用氢氧化钠浸提2次并合并滤液，加入10%的氯化氢溶液调至pH值6，使高粱红色素析出。用该方法提取高粱红色素成本低、工艺和设备简单、生产周期短、产品品质高。

2.4 索氏提取法

索氏提取法是利用溶剂的回流和虹吸原理，对固体混合物中所需成分进行连续提取。当提取筒中回流下的溶剂液面超过索氏提取器的虹吸管时，提取筒中的溶剂流回圆底烧瓶内，即发生虹吸。张海容等人[21]设计试验将0.1 g粉碎高粱壳放入盛有70%乙醇溶液的索氏提取器中浸提，离心、过滤后收集滤液，测定其吸光度，最终的产品得率为16.5%。

2.5 超声波提取法

超声波提取是采用超声波辅助溶剂进行提取，其特点为能量大，具有一定的穿透能力和搅拌作用，能更加充分地将有效成分溶解在溶剂中。刘博等人[22]将原料进行超声波预处理后，采用单因素试验和正交试验，确定了最佳工艺为超声波频率20～25 kHz，功率100 W，每次30 s，间隔10 s，料液比1∶8，提取温度60℃，时间1 h，提取率15.36%。梁娟等人[23]采用超声波辅助提取高粱红色素，单因素试验法研究了超声功率、超声时间对高粱红色素提取效果的影响，并优化了提取工艺，最终确定为超声功率180 W，超声时间30 min。

2.6 逆流式提取法

卞建钧[24]采用了逆流式提取法提取高粱壳中的红色素，该方法不仅提高了产品得率，并保证了其天然品质。

2.7 液泛提取法

伍明等人[25]考虑到粉碎会造成过滤困难的问题，同时会致产品含杂过高，故设计了液泛提取法。而液泛法与传统工艺比较省去了过滤的工艺，其提取工艺为：先将高粱壳洗净并干燥后，放入液泛器中分别用水和乙醇提取，浓缩并减压干燥得到产品。该方法与传统工艺相比具有色值高、提取时间短、溶剂用量少等特点。

3 工艺参数

在高粱红色素的提取过程中，工艺参数对产物得率的影响也至关重要，较为关键的工艺参数有乙醇体积分数（乙醇是选择最多的提取剂）、提取温度、溶剂pH值、提取时间、料液比等。

浸提温度一般设定在55～80℃，因温度过低会导致提取不充分，温度过高则会导致萃取率降低（温度升高使得杂质的提取率增加）。萃取时间也不宜过长，一般控制在2 h左右，时间越长，越接近萃取终点，色素成分扩散变慢，导致杂质的溶解度上升。乙醇体积分数为60%～80%为宜，pH值2左右。料液比则会随着提取方法的不同而有所差异。潘训海[26]用60%乙醇，在70℃水浴中提取2 h，确定最佳料液比为1∶15；张宏宇等人[27]则是选取在60℃水浴中提取4 h，料液比为1∶5；李竹英等人[28]用回流提取法提取高粱红色素，设定最佳料液比为1∶100。

4 结语

随着酿酒产业的不断壮大，我国高粱资源也越来越丰富，对于高粱壳的充分利用也成了关键的话题。从高粱壳中提取的高粱红色素，作为一种天然色素，有着比人工合成色素更安全的优势，将会是染料行业的新宠儿。然而从1990年至今，人们一直致力于研究高粱红色素的提取方法，提取率却较低，严重阻碍了高粱红色素的规模化生产及应用。因此，需要积极研究高粱红色素的提取新方法，为提高产物得率提供理论依据。