火龙果色素研究进展

蒋边

（岭南师范学院生命科学与技术学院，广东湛江524048）

火龙果色素研究进展

蒋边*

（岭南师范学院生命科学与技术学院，广东湛江524048）

色素按照来源不同分为合成色素和天然色素两类。目前，随着色素毒理学和生物学研究的不断深入，发现大多数合成色素不但没有营养，而且对人体有毒害作用，其使用已逐渐受到限制。另一方面，天然色素不仅安全性高、无毒副作用，而且有的还具有一定的生物活性和药理作用。近年来，天然色素的研究与开发受到人们的极大关注。日本的天然食用色素年用量已经超过1.8万t，为合成色素用量的10倍以上。美国的天然色素，近几年的销售额年增长率均高于10%。我国的天然色素起步较晚，目前尚处于天然色素和合成色素并存的状况，但开发天然食用色素势必成为色素领域的发展方向。

火龙果又名红龙果、青龙果、情人果等，属仙人掌科量天尺属和蛇鞭柱属植物，是近年来被广泛关注的一种新兴热带、亚热带水果。现已陆续引种到我国海南、福建、广西、广东、云南、贵州等省区种植。火龙果按其果皮果肉颜色可分为红皮白肉、红皮红肉、黄皮白肉三类。红皮火龙果的果皮和红肉含有大量的天然色素，是天然色素的良好来源，目前已有很多研究将其作为原料来提取其中的色素。本文从火龙果色素的理化性质，提取、分离纯化与鉴定，生物活性以及应用等方面进行综述，为火龙果色素的研究和开发利用提供一定的参考。

1 理化性质

1.1 主要成分

火龙果色素呈色由玫瑰红到紫红色。Florian C Stinzing等首次研究了红龙果中皮层甜菜苷色素的成分及结构，利用高效液相-光电二极管阵列检测器分离鉴定得到10种β-花青苷。β-花青苷的主要成分是甜菜苷，即游离的甜菜红素与葡萄糖结合成的苷，还包括游离的甜菜红素、前甜菜红苷、异甜菜苷、异前甜菜苷以及甜菜苷类色素的降解产物，其中甜菜苷占甜菜苷类色素的75%～95%，其分子式为C24H26N2O13，分子量是550.46。赵珍珍、烟利亚、刘小玲等也研究证实火龙果果皮、果肉红色素均为甜菜苷类色素。研究表明，室温（28℃）、pH2.0～9.0时，火龙果色素的最大吸收波长为532 nm～543 nm。火龙果果皮色素与果肉色素具有相同的光谱特征。

1.2 溶解性

火龙果色素主要成分是甜菜苷，甜菜苷易溶于水。研究表明，火龙果红色素为水溶性色素，可溶于甲醇、乙醇、丙酮等极性有机溶剂，而不能溶于苯、氯仿、石油醚等非极性有机溶剂。

1.3 稳定性

火龙果色素不稳定，易发生降解。pH值、温度、光、氧和金属离子等均能影响火龙果色素的稳定性。

1.3.1 酸碱稳定性

总体上，火龙果色素在酸性环境中比较稳定，在碱性条件下不稳定。叶丽君等研究了火龙果色素在pH2.0～9.0条件下的降解规律，发现在pH4.0～6.0范围内，色素稳定性较好。

1.3.2 热稳定性

甜菜色苷在加热的条件下发生异构化反应，形成差向异构体，随着温度的升高，异甜菜色苷的比例增高，导致褪色严重。因而，主要成分为甜菜苷的红龙果色素在高温条件下不稳定，会出现不同程度的降解。杜志坚等对火龙果红色素稳定性进行研究发现，色素在80℃以下稳定，加热1.0 h，其535 nm处吸光度值和颜色均保持基本不变，但是高于80℃就会引起吸光度值下降，颜色逐步由鲜红变为淡黄。余莉莉研究得到，火龙果红色素在50℃以下较为稳定，超过50℃时，吸光度随着温度的升高而下降，色素的稳定性下降。

1.3.3 光稳定性

光照对红龙果色素的稳定性影响较大。果肉、果皮色素在太阳光下、散射光下和黑暗中，随着放置时间延长，其吸光值均有所下降，并且直射光下其值下降的最大。孙军涛等研究光照对火龙果色素的影响发现，黑暗条件下放置24 h后的火龙果果皮色素保存率稍有下降，但其颜色几乎无变化，但在灯光、蓝光、紫外光照射条件下的色素保存率下降速度依次增大，且褪色较为明显，可能是色素物质发生光分解或光氧化反应所致。

1.3.4 耐氧稳定性

氧气或氧化剂等会影响火龙果色素的稳定性。宋珊珊等对火龙果果皮色素提取工艺及稳定性研究发现，纯氧环境会加速色素的分解。H2O2、NaClO等氧化剂也会降低火龙果果肉及果皮色素的稳定性。

1.3.5 金属离子稳定性

大部分研究表明，Na+、K+、Ca2+、Mg2+等金属离子对火龙果果皮和果肉色素稳定性影响不大，而Al3+、Fe3+、Fe2+、Sn2+、Cu2+等金属离子对火龙果色素稳定性的影响研究结果不一致，有些甚至存在相悖的结论，有待进一步研究。舒娜、邓育平等研究得到Fe3+对火龙果色素稳定性影响不大，但王新广、张伟锋等研究表明Fe3+不利于火龙果色素稳定。

1.3.6 其他

有研究表明，添加葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉等糖类物质对火龙果果肉、果皮色素稳定性基本无影响；食用酸包括柠檬酸、酒石酸等会加速火龙果色素降解；还原剂、防腐剂会不同程度地降低火龙果色素的稳定性；Vc对红龙果红色素有一定护色作用。

2 火龙果色素提取和分离、纯化与鉴定

2.1 火龙果色素的提取

2.1.1 传统溶剂提取法

溶剂提取法是目前火龙果色素提取的主要方法，它是根据不同成分在不同溶剂中溶解度的差异来实现分离的，这种方法提取的关键是浸提剂的选择。由于火龙果红色素易溶于极性有机溶剂，而不能溶于非极性有机溶剂，并且其在酸性环境中较稳定，在碱性条件下不稳定，因此火龙果色素采用酸性极性或弱极性溶剂进行浸提具有更好的提取效果。直接水提法不易将果皮色素完全提取，且浓缩需要较高的温度，不利于色素结构的保留，因此大部分火龙果色素的提取研究均采用一定浓度的乙醇作为提取剂。赵珍珍利用不同溶剂提取火龙果果肉和果皮色素，发现体积浓度20%乙醇提取效果最优。火龙果果肉冻干粉的最佳提取工艺条件为提取温度30℃，时间45 min，提取溶剂为体积浓度30%乙醇，pH为6.5；火龙果果皮冻干粉的最佳提取工艺条件为温度30℃，时间45 min，提取溶剂为体积浓度40%乙醇，pH为6.5。陈冠林利用响应面法对红肉火龙果果皮和果肉色素的提取条件进行优化，得出果皮和果肉色素提取的最优工艺条件分别为：提取时间51 min和61 min，乙醇体积浓度为32%和27%，料液比1∶45和1∶55（g/mL），提取溶剂pH均为5.3。

2.1.2 微波辅助提取法

微波辅助提取法是利用微波能加热样品与溶剂，将所需化合物从样品基体中分离，溶解在提取溶剂中。与传统的索氏萃取、溶剂浸提法等相比，其主要特点是快速、高效、节能、节省溶剂、污染小，而且有利于提取热不稳定的物质。李昌辉等研究得到微波提取火龙果果皮红色素的最佳工艺条件为：以纯净水为提取溶剂，提取3次，微波功率480 W，微波时间80 s，料液比1∶3（g/mL）；与传统浸提法相比，采用微波法提取火龙果果皮红色素提取时间由120 min缩短至3.3 min，所得火龙果果皮红色素颜色鲜艳，稳定性好。陈艳红等研究得到微波提取火龙果果皮红色素的最佳条件为：以体积浓度50%乙醇为浸提剂，微波功率为180 W，微波时间为60 s，料液比为1∶60（g/mL），微波提取火龙果色素的效果明显优于常规溶剂浸提法。

2.1.3 超声辅助提取法

超声技术利用超声波产生的空化效应、机械作用和热效应使溶剂快速提取物质，促使可溶性成分溶于溶剂，是加速、强化和辅助组分提取的有效手段。超声波法提取效率显著优于传统溶剂浸提法，而且两者所得提取物的紫外分光光度（UV）和高效液相色谱（HPLC）图谱完全一致。超声技术在蛋白质、多酚、多糖、黄酮、膳食纤维等天然有效成分提取方面应用极为广泛，并且仍具有更大的应用潜力。目前有不少研究利用超声技术提取火龙果色素，并且取得较好的提取效果。蓝培基等研究得到超声提取火龙果红色素的最佳工艺为：超声时间40 min，超声频率为100 kHz，料液比1∶8（g/mL），超声温度40℃，提取2次；与传统浸提法相比，时间缩减了1倍，同时色素得率也有所提高。王娅玲等利用超声辅助技术提取火龙果果皮色素得到最优提取条件为：料液比1：30（g/mL），超声时间25 min，超声频率80 Hz，提取温度40℃；与传统浸提法相比，超声辅助提取用时更短，提取效率更高。

2.2 火龙果色素的纯化分离与鉴定

天然色素提取液成分复杂，多含有糖、果胶、脂肪、蛋白质及无机离子等多种杂质，这些杂质对色素的溶解度、透明度、色价和品质有很大影响。目前，应用于天然色素分离纯化的主要方法有固相萃取法、离子交换树脂法、离子交换色谱法、吸附法、超滤法和酶法等，但现阶段大多数研究采用固相萃取法和大孔树脂吸附法对火龙果色素进行分离纯化。赵珍珍、刘小玲等采用ODS C-18固相萃取小柱对火龙果色素进行纯化，经反相高效液相色谱（HPLC）分离，再进行液质联用（HPLC/MS），确定火龙果果肉、果皮色素同为甜菜苷类色素。宋珊珊等采用S-8、AB-8、CAD-40、D101共4种大孔树脂对火龙果果皮红色素进行静态吸附和解吸试验，筛选出对火龙果果皮红色素纯化性能好的树脂为S-8树脂，其纯化火龙果皮色素的最佳工艺为：上样液浓度1 g/L，上样液pH5.2，吸附流速2 BV/h，洗脱剂为0.2%HCl-40%乙醇水溶液，洗脱流速2 BV/h，纯化后色素色价提高了4倍。龚敏等比较S-8、AB-8、NKA-9、D3520、X-5共5种大孔树脂，发现S-8型大孔吸附树脂对火龙果色素具有较好的吸附能力，色素液浓缩17倍达以上，回收率达93.4%。杨洪元等研究发现S-8树脂的吸附能力比D201、AB-8强。烟利亚通过对AB-8、NKA、D101、X-5、S-8、XDA-7、LSA-10、HPD-750和HPD-722共9种大孔吸附树脂进行静态吸附和解吸试验，结果表明S-8大孔吸附树脂对红龙果红色素具有较好的吸附和解吸能力，经过柱层析纯化所得色素产品，纯度为40.9%，对纯化后的火龙果色素采用液相色谱-质谱联用技术进行结构分析，确定出10种组分的甜菜苷结构。但杨昌鹏等的研究结果得到D101和D201树脂对火龙果果皮色素的吸附分离优于D301、X-5以及S-8，与以上研究结果有所不同。

3 火龙果色素的生物活性

3.1 抗氧化活性

目前，对火龙果色素抗氧化活性的研究主要集中在测定其总抗氧化能力和DPPH·、O-2·、·OH、ABTS+·等自由基清除作用。总抗氧化能力是物质清除不同自由基或者是物质的不同活性成分清除不同自由基的有效和。DPPH·是一种很稳定的以氮为中心的自由基，若待测物能清除它则表明其具有烷自由基或过氧自由基的有效浓度，打断脂质过氧化链反应、降低经自由基的作用。超氧阴离子自由基是生物体内某些生理生化反应常见的中间产物，能促进脂肪氧化、促使生物体衰老、诱发炎症和肿瘤。羟自由基是毒性最大的活性氧，对细胞内DNA的破坏作用最大。相关研究表明，火龙果果皮色素提取液对的清除作用明显，清除能力与色素提取液浓度呈一定的正相关关系，并且具有较强的总抗氧化能力。

3.2 预防和治疗动脉粥样硬化

红肉火龙果果皮色素提取物能显著降低高血脂大鼠血清中的总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇含量，升高高密度脂蛋白胆固醇含量，并能降低动脉粥样硬化指数，因而，果皮色素具有预防和治疗动脉粥样硬化的作用。

3.3 抗癌

火龙果色素的主要成分为甜菜苷，烟利亚通过体外细胞培养试验发现，红龙果红色素对人急性白血病细胞HL-60的增殖起到显著的抑制作用，还可引起该细胞呈现明显的凋亡形态甚至死亡。甜菜苷可以防止由DMBA和TPA引发的肿瘤，甜菜根对老鼠的皮肤癌及肺癌有显著的抑制作用。在美国，已有以甜菜红素为主要成分的抗癌药物问世，并获得了专利。

3.4 其他

研究表明，甜菜苷还具有改善肝功能、预防胃溃疡、抗疲劳、抗辐射等多种生物活性。目前，就火龙果色素中的甜菜苷是否也具有以上生物活性还有待进一步深入研究。

4 开发与应用前景

4.1 食品着色与保健食品开发

我国规定甜菜红素可应用在果味饮料、果汁饮料、配制酒、罐头、冰淇淋、雪糕、甜果冻等食品中，可按正常生产需要量添加。火龙果色素作为甜菜红素的来源之一，也可用于食品着色，以改变食品的外观品质。与花色苷相比，火龙果所含的甜菜红素在pH3～7内的着色力更好，应用范围更广；而且它没有甜菜根中的甜菜红素具有的土臭味、吡嗪等，因而更具优越性。陈艳红等研究表明，添加火龙果果皮红色素制作出来的果冻色泽鲜艳，口感好。随着经济的发展，人们生活水平的提高，生活方式的改变，保健意识的增强以及社会老龄化等问题，功能明确的保健食品市场越来越广阔，火龙果色素作为一种安全、健康的天然抗氧化剂，可以用于相关功能性产品的开发。

4.2 医药及化妆品行业

火龙果色素不仅能抑制癌细胞增殖和引起其死亡，具有一定的抗癌作用，而且也具有很强的抗氧化能力和清除自由基能力，可以预防和治疗心血管疾病。进一步研究火龙果色素的药理作用以及相关药品的研制，可以促进其在医药行业的应用。另外，火龙果色素颜色深，着色力好，可用于口红、腮红、染发剂等化妆品的研制开发，因甜菜红色素具有抗氧化和抗辐射特性，其也可用于抗衰老、抗辐射护肤品的研制开发。

5 结语

火龙果具有丰富的营养价值、药用价值和保健功能，具有良好的市场前景和经济效益，发展前景广阔。以火龙果果肉和果皮为原料提取色素可以为火龙果的深加工，提高产品的附加值提供可行的途径。目前，火龙果色素的提取技术已逐渐成熟，但是其分离纯化技术仍需要进行全面、系统和深入的研究，如何高效获得高纯度的火龙果色素是深入研究和综合利用火龙果色素的前提。现阶段，火龙果色素的生物活性价值及功能研究虽然有了一定的进展，但是许多研究尚需要进一步深入，如火龙果色素的抗肿瘤、抗癌、抗疲劳、抗辐射等活性作用及其作用机制。另外，关于红龙果红色素稳定性的研究，还不够系统全面，与实际生产结合也不够紧密，需要进一步研究，以更好地对红龙果深加工及红色素的生产与使用起到指导作用。火龙果色素作为一种天然色素，其稳定性和着色性都不及合成色素。火龙果色素对pH、热、光、金属离子等敏感性较高，容易被氧化，因而研究色素的降解机制及其稳定性技术是实现火龙果色素广泛应用的基础，也是天然色素的发展方向。

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Research progress ofpitaya pigment

JIANGBian*
（School of Life Science and Technology,Lingnan Normal University，Guangdong Zhanjiang524048，China）

综述了火龙果色素的理化性质，提取、分离纯化与鉴定方法，生物活性及应用研究进展，为火龙果色素的研究与开发利用提供一定参考，并探讨了研究中存在的问题及其未来的研究与应用方向。

火龙果；色素；理化性质；提取；生物活性；应用

A review on the physical and chemical properties,extraction,purification and identification，biological activity and application research progress of the pitaya pigment was summarized and the existing problems and its future direction of research and application was discussed,which might provide certain reference for the research and utilization ofpitaya pigment.

pitaya；pigment；physical and chemical properties；extraction；biological activity；application

TS255.4

A

1673-6044（2015）04-0006-05

10.3969/j.issn.1673-6044.2015.04.003

*蒋边，女，1989年出生，2014年毕业于江苏大学食品与生物工程学院粮食、油脂及植物蛋白工程专业，硕士，助理实验师。

2015-10-30