高粱红色素的研究进展

◎ 李盛艳

（江西丹霞生物科技股份有限公司，江西 鹰潭 335200）

色素是一种食品添加剂，能够赋予食品丰富的颜色，改善食物的感官特性。相较于合成色素，安全性高且具有生物活性的天然色素深受广大消费者的喜爱。广义的天然色素指自然界中有颜色的物质，狭义的天然色素指从动植物、微生物及其代谢产物中提取的色素[1]。天然色素按其来源划分，可分为植物色素、动物色素和微生物色素；按照结构划分，有黄酮类、多酚类、类胡萝卜素类等9 个类别[2]。常见的天然色素有栀子黄、高粱红色素、叶绿素等。

高粱红色素属于黄酮类，其提取原料主要为高粱外果皮、种皮。经研究发现，高粱红色素除具备色调自然、着色性能佳、安全无毒、无特殊气味等特点外，还具有抗氧化、抗菌、抗过敏等生理功能[3]。该色素主要应用于食品、医药、饲料、化妆品等领域，广泛应用于熟肉制品、糕点的彩装、饼干的着色，也可以用于医用胶囊等的着色。本文概述高粱红色素的结构性质、功能应用、制备方法等，重点总结对比高粱红色素的提取方法，为后续产品的研究开发和生产销售提供理论指导。

1 高粱红色素的结构和性质

1.1 化学结构

高粱红色素，主要为5,7,4'-三羟基黄酮（C15H10O5）和3,5,3',4'-四羟基黄酮-7-葡萄糖苷（C21H20O12）两种成分，其属于类黄酮系化合物[4]，结构式如图1。

图1 高粱红色素结构式图

1.2 理化性质

高粱红色素呈深红棕色，略有特殊气味，主要呈粉末、液体或者膏状的形态。其易溶于水、稀碱、乙醇、乙酸乙酯等极性溶剂，微溶于稀酸、丙酮、环己醇等，不溶于油脂、苯、氯仿、石油醚等[5]。

1.3 稳定性

高粱红色素对热稳定，对光比较稳定。研究发现，高粱红色素较易受到日光照射的影响，因此在储存中应避免阳光直射，最好避光存放；色素在低于60 ℃的条件下稳定性较好，在使用过程中应避免温度过高。

高粱红色素易受pH值的影响，当pH值在2～6时，颜色呈橙红色；pH 值在6～11 时呈深红色；pH 值超过12 后呈紫褐色。同时，部分金属离子会影响其性质，高粱红色素易与Fe2+形成紫红色沉淀，与Fe3+形成茶褐色沉淀，与Cu2+形成紫红色沉淀，易与Zn2+、Al3+发生增色作用，但与K+、Na+、Ca2+共存比较稳定[6]。

2 高粱红色素的功能

2.1 抑制肥胖

WU 等[7]研究高粱红色素的抗肥胖作用，发现高粱红色素能显著降低喂食高热量食物小鼠的重量，降低血清总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇水平。与接受12 周高脂肪饮食的小鼠相比，高粱红色素使小鼠体重下降23.47%。高誉芳等[8]发现高粱红色素能降低食物利用率，极显著调节肝脏基因的相对表达量，且能调节肠道菌群失衡。

2.2 抗氧化作用

吴琼[3]发现，高粱红色素具有较好的抗氧化能力，能够延缓猪油、芝麻油的氧化程度和清除自由基。朱耀华等[9]发现高粱红色素能较好地清除1,1-二苯基-2-苦基肼自由基和羟基自由基，对超氧自由基的清除能力高于维生素C，而且稳定性更好，安全性比BHT 高，说明高粱红色素的抗氧化活性高。

3 高粱红色素的应用

3.1 着色剂

根据食品国家安全标准《食品安全标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760ü 2014）规定[10]，可按实际生产需要在熟肉制品、果冻、糕点、饮料等食品中适量添加高粱红色素。梁成云等[11]在香肠加工过程中添加高粱红色素来减少亚硝酸钠的使用量，发现高粱红色素具有无毒无味、性质稳定等特点，对蛋白质的着色力强，具有较好的发色作用。李传欣等[12]采用高粱红色素国内7 号作为火腿等肉制品的着色剂，发现着色效果接近红曲色素，并且耐光、耐热，可以有效解决肉灌制品加工中的褪色问题。

3.2 纺织品染色

梁娟等[13]利用高粱红色素对阳离子改性真丝织品进行染色，上染率93%，并通过固色剂辅助，使织物的颜色丰富，显著提升了耐摩擦色牢度和耐洗色牢度。LIU 等[14]用高粱红色素对人造丝织物进行染色，发现该色素对织物染色性能好，摩擦色牢度和洗涤色牢度均达到要求。

3.3 天然染发剂

尚晓玥等[15]利用高粱红色素和表面活性剂复配得到天然植物染发剂，相比于化学合成染发剂，高粱红色素和表面活性剂复配得到染发剂具有低过敏、无毒、安全可靠等优点。袁奇娟等[16]公开了一种含超声聚合多酚纳米粒的染发剂，以高粱红色素为染色剂，可以在保证抗氧化效果的同时，不存在潜在生物毒性。

4 高粱红色素的制备方法研究

4.1 高粱红色素的提取方法

高粱红色素多数通过乙醇、碱等溶剂浸提废弃高粱壳取得，在此基础上结合索氏提取法、超声波辅助等方法可以提高浸提效率。张宏宇等[17]用乙醇提取高粱红色素，最佳工艺为料液比1 ∶5（g ∶mL）、乙醇浓度65%、浸提温度60 ℃、浸提时间4 h。罗欣月等[18]用响应面法优化高粱红色素提取工艺，提取方案为氢氧化钠1.8%、浸提时间4 h、浸提温度70 ℃、料液比1∶10，最终得到色价26.9 的色素粗品，粗品率24.5%。

4.1.1 索氏提取法

索氏提取法主要利用溶剂回流和虹吸的原理，在索氏提取器中连续多次浸提样品。米智等[19]采用索氏提取法提取高粱红色素，提取率25.2%，色价27.1。张海容等[20]用索氏提取法提取高粱红色素，其用体积分数70%、pH 值为3 的酸性乙醇萃取，液固比100 ∶1（mL ∶g），温度75 ℃，时间240 min，产率16.5%。

4.1.2 超声波提取法

超声波提取法主要利用空化作用产生剪切力，使细胞破碎，提高浸提效率。刘博等[21]采用超声波提取法辅助乙醇萃取高粱红色素，最佳提取率为15.36%，提取率相较于未使用超声波辅助提取方法的结果高出6.83%。梁娟等[13]利用稀碱法结合超声波法提取高粱红色素，得到最佳提取工艺为料液比1 ∶50、碳酸钠用量0.5 g、超声波功率180 W、超声时间30 min。

4.1.3 其他方法

除上述方法外，高粱红色素提取还有微波萃取、双水相萃取等方法。张海容等[20]采用微波萃取提取高粱红色素，所需时间仅是索氏提取法的1/160，是超声波萃取法的1/40，提取产率15.03%。张丽等[22]利用聚乙二醇/（NH4）2SO4组成的双水相体系萃取分离高粱红色素，萃取效果达98.25%。

4.2 高粱红色素的纯化方法

有关高粱红色素纯化方法的研究较少，向明峰等[23]利用大孔树脂耦合硅胶柱层析法对高粱红色素进行分离纯化，经过两级纯化后，将废水中高粱红色素的纯度从10.9%提高至90.0%，总回收率达67.2%。刘钟栋等[24]用HPD-600、AB-8、H103 大孔吸附树脂分离纯化高粱红色素，其中HPD-600 和AB-8 吸附率高达59%。

5 结语

高粱红色素，色泽自然、性质稳定、安全无毒，具有抗氧化、抑制肥胖等功效，其应用前景广阔。在今后的研究中，可以尝试采用行业内的先进技术提取，提高色素的提取效率；加强对高粱红色素纯化的研究，增加色素的纯度；对高粱红色素进行性质分析，考虑研究其生产过程中的有益副产物，拓宽高粱红色素的应用领域。