天然食用红木色素
《中国食品添加剂》 China Food Additives 2004 No.3
天然食用红木色素
黄延春 索全伶 李云霞 洪海龙 贺文智
(内蒙古工业工学化工学院, 呼和浩特010062)
摘要:本文综述了国内外对红木种子的主要着色成分——红木素和非木质红色素的结构、性质、提取技术及
应用的研究进展,为红木色素的开发利用提供参考。
关键词:食用色素,红木素,非木质红色素,超临界二氧化碳萃取,喷射床提取
Natural Food AnnaRo Pjgment
IIaIlg Yanchtm,Suo...
《中国食品添加剂》 China Food Additives 2004 No.3
天然食用红木色素
黄延春 索全伶 李云霞 洪海龙 贺文智
(内蒙古工业工学化工学院, 呼和浩特010062)
摘要:本文综述了国内外对红木种子的主要着色成分——红木素和非木质红色素的结构、性质、提取技术及
应用的研究进展,为红木色素的开发利用提供参考。
关键词:食用色素,红木素,非木质红色素,超临界二氧化碳萃取,喷射床提取
Natural Food AnnaRo Pjgment
IIaIlg Yanchtm,Suo Quanl~ ,Li Yunxia,Hong Hailong,He Wenzhi
(Chemical Engineering College,Inner Mongolia Polytechnic
University,Hohhot,010062)
Abstract:This paper reviewed the studies on structure,nature,extraction and application of the principal coloring components
— bixin and norbixin of armatto seeds,and is of value to the utilization and exploitation of bixin and norbixin.
Key words:Food paper,Bixin,Norbixin,Sporeritical fluid carbon dioxide,Extraction in spouted beds
食用色素分为天然色素和合成色素两大类。
天然色素主要来源于植物、动物及微生物,人类从
古代就开始使用天然色素为食品着色。自从 1856
年英国的 Perkins合成了第一个色素一苯胺紫以
来,合成色素因色泽鲜艳、着色力强、性质稳定、价
格低廉等优点逐渐取代了天然色素。随着人们生
活水平的提高和对人类健康的关注,人们又把目光
投向了食用天然色素的研究与开发。到目前为止,
我国经国家主管部门批准使用的天然色素品种已
达40多种L4J。由于我国植物资源十分丰富,已开
发的天然色素仅占总量的很少部分,仍有许多可开
发利用的天然色素资源等待着人们去研究和利用。
红木(Bixa Ol~llana L)是生长在热带地区的一
种灌木,其种子的皮上含有紫红色的食用色素。它
可以提供黄色、橘黄色、橘红色三种色调,世界上许
多国家早已广泛使用红木色素作为食品着色剂,而
我国对红木色素的开发仍处于起步阶段。在我国
云南、福建等省份种植着大面积的红木,这为红木
色素资源的研究、开发 、利用提供了物质保证。因
此,系统地了解红木色素有效成分的组成、结构和
性质,对我国开发出适合于工业生产的提取方法和
工艺路线具有重要意义。
1 红木色素的性质
红木色素属类胡萝 卜色素类。其主要着色成
分为红木素(bixin)及非木质红色素(norbixin),它们
均以顺反异构体的形式存在于红木种子的皮上。
在一定条件下,顺式异构体很容易转变成全反式异
构体【5 (见图 1)。
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9’-J顺式(9’一cis—isomer)
R,00
反式(trans—isomer)
CH3
图 1.bixin及 norbixin的结构图 Norbixin:Rl=R2=H:Bixin:Rl=H,R2:CH3
红木素是油溶性食用色素,能够溶于乙酸乙
酯、丙酮、无水乙醇、二氯甲烷、氯仿。顺式红木素
(cis.Bixin)是棕红色晶体,熔程:186—188℃。反式
红木素(trail.Bixin)为紫红色晶体,熔点为207%_6 J。
非木质红色素是水溶性食用色素,微溶于氯仿
及0.1M NaOH溶液。顺式非木质红色素(cis—Nor.
bixin)是橘红色针状物,在290%炭化。反式非木质
红色素(tran.Norbixin)是暗红色颗粒物,在250%下
变黑[6l。
2 红木色素稳定性的研究
红木色素在高温条件下易产生同分异构化及
48
Co0
发生热降解。早在 1911年,Van Hasselt[ J就发现
bixin在热降解过程中有m一多烯形成,随后Kuhn
和Winterstein【 发现热降解产物中除了m一多烯外
还含有甲苯和少量的m一甲苯甲酸(toluic acid).G.
G.McKEOWN 卜8J利用纸层析技术分离了红木素在
125cc下的热降解产物和同分开构体,通过元素分
析,紫外一可见吸收光谱及核磁共振谱数据确定,
该热降解产物中主要是不对称的二甲基一十四烷
基六烯二羧酸(dimethyl—tetradecahexaenedioic acid)
的单甲基酯。Michael J.Scotter等人_9 J主要研究了
9 一cis—bixin的热降解机理,并给出了如图2所示
的降解机理。
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H3C
CH3
S.V.Najar等人ImJ考察了光、空气、抗氧化剂
及助氧化剂对红木色素的影响,结果
明:红木色
素对光最敏感,光对红色素的破坏随着光强度的增
加而加强;其次是自由基促进剂的破坏作用,色素
中加入任何自由基促进剂(例如过氧化苯甲酰),都
会加快色素的损失;在无光的条件下,红木色素不
易被空气氧化;当红木色素中加入抗氧化剂(例如
抗坏血酸棕榈酯)时能够提高色素的稳定性。
P.G.Prahakam Rao等人l1l_研究了水溶性色素
一 非木质红色素的使用和贮存条件,结果表明,在
7—10℃的条件下,贮存于琥珀色瓶中的非木质红
色素较稳定,非木质红色素适合于在酸性饮料中使
用。
Mafia Beatriz A.G16ria等人Il2 J在 21±1℃,将红
木提取物贮存于红木提取物——微晶纤维素模型
系统中,考察了在光或空气存在或不存在的条件
下,水活度对红木素稳定性的影响。研究结果表
明,在氮气保护和黑暗的条件下,贮存于水活度为
0.97饱和盐溶液的干燥器中的红木素样品最稳
定,它的半衰期为 115.5天。
谭红琳等人-1。j对 norbixin粗品的稳定性进行
了研究。通过观察红木色素外观色泽的变化,考察
了pH值、光照、干热及湿热对它的影响。研究结
果表明:在酸性溶液中,光照、干热及湿热使红木色
素溶液轻微混浊;在碱性溶液中,红木色素的溶解
性好,干热、湿热稳定性好,光照对它无影响,颜色
的稳定性好。
Michae J.Scotter等人l1 J利用 GC—MS分析仪
检测了某些含有红木色素食品的受热降解情况,测
定了热降解产物的含量。研究结果表明,在正常的
图2
加热过程中,norbixin热降解速度很慢,乳蛋粉末、
压缩饼干、黄油和面包屑中 In一多烯的含量较低,
只有 1O~50ttg,/kg。鲑鱼中含量较高,达到 150~
200p.g/kg。在所考察的食品中,没有发现含量超过
200ttg/kg。的芳香类化合物。
3 红木色素的提取技术
目前我国对红木色素中的油溶性成分一红木
素的研究开发很少,而国外对红木素的开发应用已
有几十年的历史。近些年来,提取红木素主要是利
用有要溶剂、植物油、超临界二氧化碳及喷射床等
萃取技术,其中有机溶剂萃取是较传统的提取工
艺,这里不再赘述。
3.1 植物油提取
这一技术通常能提供不同色调的食用色素。
据国外文献报道l5 J,商业上主要采用植物油提取红
木素。此工艺是在真空的条件下,逐渐加热红木种
子的悬浮液至 130℃,利用热油提取,其主要产物
是 9,.cis.bixin、al1.trans.bixin和 C17一式多稀。
3。2 超临界二氧化碳萃取
有机溶剂及植物油提取均需在高温下进行,易
产生低着色力的黄色衍生物,而超临界二化碳萃取
避免了在高温条件下的操作,可用于萃取对热敏感
的色素。Roy R.CHAO等人I J在 345bar,50%的操
作条件下,利用超临界 CO:萃取红木种子,得到了
红木色素溶液,并采用反相一薄层色技术对红木色
素溶液进行了进一步的分离。结果表明,提取物中
有bixin,四甲基十六碳 四烯醇 (geranylgeranio1)和
norbixin,其中主要是 bixin。虽然超临界二氧化碳
萃取技术得到的红木色素有机溶剂残留量低,并能
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避免产生低着色力的红木色素,但是它的缺点是直
接萃取的效率较低。为了提高萃取率,A.J.Deg—
nan[ ]及 Simon G.Anderson_l 7_等人分别以大豆油和
乙腈(0.05%三氟代醋酸trifluoroacetic acid)作为夹
带剂进行萃取,使萃取效率显著提高。
3.3 喷射床提取
目前使用的喷射装置中的主要部件是带引流
管的锥形喷射床_l ,其原理是将红木种子置于
电加热器中,用适当温度的空气将其干燥,然后随
着空气通过引流管喷射床。在喷射床内,干燥的红
木种子互相磨擦、碰撞从而将种子皮上的色素提取
出来。此技术可以大大提高红木色素的产量及纯
度,降低生产成本,是一种很有发展潜力的提取技
术。
3.4 非木质红色素的提取
由于非木质红色素在有机溶剂中的溶解度很
小,因此国内外主要采用一定浓度的碱(NaOH和
KOH)液水解红木色素,使之生成水溶性盐,再用稀
盐酸酸化来制备非木质红色素。
黄森科_l 9_给出了提取及纯化 norbixin的最佳
条件:固液比 1/10,温度6oqC,碱浓度 10%,提取时
间40分钟,酸浓度 5%;用丙酮作萃取剂进行纯
化,萃取的固液比1/20,萃取次数4次,萃取温度
55qC。采用这种方法可以方便地制得 norbixin精
品。
4 红木色素的应用
红木色素不仅可以作为日用品、食品、化妆品
着色剂Ll2],而且还具有一定的药理作用。Cecilia
Rodrigues Silva等人【 ]研究了红木色素对一种抗癌
药物 一顺铂(cisplatin)引起的严重副作用的影响。
顺铂在治疗癌症过程中,易引发尿毒症、染色体变
异。在给小白鼠注射 cisplatin之前,注射一定剂量
的红木素,结果发现染色体变异的总量减少了,并
且脂类过氧化及肾脏谷胱甘肽的损耗也得到了抑
制。Andressa A.A.S肌t 231向喂食了导致动脉粥样
硬化的小鼠体注射 norbixin发现,它能够改变血脂
水平和对氧磷脂酶的活性。
在我国,红木色素的开发应用仍处于起步阶
段,对红木色素的开发研究工作主要集中水溶性的
非木质红色素提取、纯化及稳定性研究[ 一 ,因
此对油溶性红木素的研究仍有大量工作要做。红
50
木素对光比较敏感,如何提高红木色素的光稳定
性,从而拓宽它的应用领域将是今后一项重要研究
工作。
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(下转96页)
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品肌肉的pH值至9.0~9.5之间“远离等电点”。
并裂解海产品的肌动球蛋白,以增加其与水的亲和
力,使其肌内组织尽可能地恢复至海产品捕打捞死
亡时的肌肉结构。在裂解肌内的缝隙中,使天然水
分吸入并与肌肉蛋白紧紧结合,有效地防止或降低
海产品在冰冻时。以及在烹调蒸煮和翻动时肉质
因脱水纤维性韧化。最大限度地将海产品原有的
天然营养成份。磷酸盐还具有与金属离子发生络
合作用的特性,不同种类的磷酸盐对不同金属粒子
的络合性不一样,复合磷酸盐综合了其独特伍配的
络合性能。可使海产品肌肉中的金属离子钙、镁、
铁、铜等结合形成复合物。防止和降低海产品在加
工与贮存过程中发生的氧化作用。减少肉体因氧
化作用而变色、变味.使其肌肉组织有更佳的保水
力,呈味更好,并在解冻时提高其持水性I19]。
4 结束语
与其它添加剂一样,品质改良剂必将向复配型
的方向发展,即由几种品质改良剂按一定配方复合
而成复配型品质改良剂。这类品质改良剂近几年
在国内外发展十分迅速,而且经实践证明非常方便
有效。如在美国,卡拉胶一磷酸盐添加剂已成功地
用来生产低脂、低盐、低热量和高蛋白的具有保健
作用的禽肉食品。这种添加剂主要用于保持禽肉
中的水分,并使产品中盐含量比原来减少50%,此
外还有增加蒸煮禽肉产品体积、保持产品香味、改
良结构、提高可切性等特点。磷酸盐一抗坏血酸复
配型改良剂可有效地用于抑制肉类脂肪的氧化。
复配型磷酸盐品质改良剂将为促进磷酸盐在食品
工业中的应用开辟更加广泛的前景⋯1。
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