主题:【资料】CNS_08.101_甜菜红

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关于食品添加剂甜菜红的研究

陈双慧


摘要:甜菜红(beet root red)亦称甜菜根红,甜菜红色素是以食用红甜菜为原料,通过浸提、分离、浓缩、干燥而成的天然色素,主要成分为甜菜花青素和甜菜黄素。同时甜菜红也是重要的食品添加剂,在食品工业方面应用广泛。

关键词:食品添加剂,甜菜红,色素提取

引言

    本位红甜菜起源于欧美,以紫红色的根肉作蔬菜用,是欧洲和美洲一些国家重要的蔬菜之一,在欧美许多国家是传统的普通蔬菜,几乎每日必餐,波兰每年食用红甜菜50多万吨。民间除食用外,还可以药用,几年前,世界卫生组织对人们日常饮食中涉及的各种食品进行了分析和研究,评选出得13种最佳蔬菜中就有红甜菜。红甜菜还被美国防癌协会列为30种有防癌作用的果蔬之一。

由于人民生活水平的提高,人们不但对蔬菜的种类、品质、风味的要求提高,而且向营养型、保健型、药用型方向转变,营养丰富、有益健康、有预防和治某些疾病的蔬菜受到广大消费者的青睐。红甜菜的营养价值和药用价值满足了人们对这类蔬菜的需求。
    本文主要从甜菜红的理化性质,生产方法,限量,检测,标准,以及目前的应用这几个方面出发,去详细介绍有关于甜菜红色素的内容。

1.甜菜红的理化性质[1]

  甜菜红色素是以食用红甜菜为原料,通过浸提、分离、浓缩、干燥而成的天然色素,主要成分为甜菜花青素,甜菜红为红紫至深紫色液体、粉末状,易溶于水、水溶液呈现红色至紫红色,色泽鲜艳。其色泽鲜艳,着色均匀,无异味,具有较好的着色功能。

  甜菜红色素广泛存在于藜科、苋科、仙人掌科、商陆科等多种植物中,其中藜科最为人们熟悉的是红甜菜。甜菜红色素就是从藜科植物红甜菜中提取的水溶性天然食用色素,属于吡啶类衍生物,基本发色团为1,7-二偶氮庚甲碱。是红甜菜中所有的有色化合物的总称,由红色的甜菜花青和黄色的甜菜黄素所组成。甜菜花青的主要成分为甜菜苷(Beranin),占红色素的75%~95%,其尚有异甜菜苷、前甜菜苷和异前甜菜苷。甜菜黄素包括甜菜黄素Ⅰ和甜菜黄素Ⅱ[2]

甜菜红色素广泛应用于饮料、冰淇淋、部分酒类、糖果、糕点、肉制品等多种食品的着色。对食品的着色性好,且由于绝大多数食品的pH值都在3.0~7.0之间,而其颜色在此pH值区间不发生变化,故用甜菜红作为食品着色剂时,食品的色泽不会受pH值的影响。在生产低水分活性食品时,使用甜菜红可收到满意的染着和色泽持久的效果。与其他着色剂比较,在食品加工和储存过程中,甜菜红是比较稳定的。甜菜红能使食品着成杨梅或玫瑰的鲜红颜色。维生素C存在时略稳定,在多糖存在时可防止褪色,应用于不受热和光影响的冷果,特别是酸乳酪、乳饮料和草莓饮料,软冰及任何食品。

在用甜菜红色素与壳寡糖清除香肠中亚硝酸盐的研究发现,壳聚糖有良好的水分保持能力,但清除烟硝酸盐的能力比较热。而甜菜红色素具有很好的清除亚硝酸盐的能力,因此在生产香肠过程中,减少壳聚糖一般的用量,用甜菜红色素来加以补充,即可作为香肠的着色剂,又可作为亚硝酸盐的清除剂。

甜菜红又称甜菜紫宁,甜菜苷(用糊精稀释的红甜菜根的提取物),英文名称为BETANIN。其分子式为C12H26N2O13。分子量为550.47;CAS号为7659-95-2;EINECS号为231-628-5,其分类类别可分至食品添加剂;着色剂;食用色素(着色剂);食用色素与护色剂;食用色素类;中药对照品;Miscellaneous Natural Products等范围中去。分子结构如图1所示:

1 甜菜红的分子结构示意图

对于其物理性质而言:甜菜红色素易溶于水和含水溶剂,为水溶性色素,难溶于醋酸、丙二醇,不溶于无水乙醇、甘油、丙酮、氯仿、油脂、乙醚等有机溶剂。甜菜红色素呈紫红色的液体、粉末或颗粒状固体,但其色调受PH值影响,当PH值在3.0-7.0时为红色,且较稳定;PH在4.0-5.0时最稳定;当PH<4.0或PH>Chemicalbook7.0,颜色由红色变成紫色;当PH>10.0时,甜菜红色素中的甜菜色苷转化为甜菜黄质,溶液颜色迅速变黄,由此说明甜菜红色素在酸性和中性条件下较稳定。由于绝大多数食品的PH值都在3.0-7.0之间,而甜菜苷的颜色在此PH范围内不会发生变化,所以含有甜菜苷食品,其颜色一般不受PH值影响。下表列出了其他一些有关于甜菜红的物理性质(见图2):

图2 其他有关甜菜红的物理性质

  对于其化学性质而言:红色至紫红色膏状或粉末,无臭,水溶液呈红色至紫红色。可溶于水,不溶于乙醇。碱性溶液中变黄,Ph值3~7比较稳定;染着性好,但耐热性较差;光和氧会促进其降解。Ph值5.0时,半衰期为:1150min±100min(25℃),14.5min±2min(100℃);最大吸收波长为537~538nm。ADI不需特殊规定(FAO/WHO,1994)。

  (以上内容来源于Chemicalbook查询得到)

2.甜菜红的生产方法

目前比较普及的工艺方法是应用含水有机溶剂或水提取[3],经硅藻土过滤纯化,进一步精制浓缩得到甜菜红色素。卢秉福、武成荣等研究对清洗后的红甜菜原料在90℃条件下热烫15min,切丝后加水在室温下萃取。该过程采用热烫工艺钝化甜菜中的多酚氧化酶及食用甜菜花青褪色酶,减少加工过程中的氧化,增加甜菜红色素的稳定性,同时在室温条件下浸提,克服了以往高温提取过程中甜菜红色素的损失。陈连文等人研究提出红甜菜在室温下用稀酸溶液作为提取剂或在60℃用水作为提取剂提取效果较好。另外有部分实验及生产中采用纯水配置的柠檬酸溶液对红甜菜浸提,同样能达到理想的浸提效果。王长泉等发现如果甜菜中含有叶绿素,可用含水的甲醇预提,能有效的纯化甜菜素,同时为增加色素的稳定性和防止多酚氧化酶对色素的氧化,可在提取液中添加适量的抗坏血酸。

国外近年来甜菜红提取有了一些新的技术,利用低压直流电场和高压脉冲电场进行提取实验。Zvitov等人在场强为40V/cm的直流电场中进行甜菜红色素的提取;Mustafa Fincan等人用脉冲电场进行提取试验并建立提取的数学模型。以上两种提取方法在常温下进行,减少了高温工艺下的损失,但因脉冲提取对脉冲波及发生器的要求较高,设备投入及维护成本较高,限制了其在生产中的拓宽应用。

除此之外的生产方法还有:

由食用红甜菜(Betavulgarisvar.rubra)的根茎(俗称紫菜头),用水萃取,萃取前宜先用2%亚硫酸氢钠液在95~98℃热烫10~15min以灭酶,提取液经浓缩得深红色浆料或红色粉末。制造过程中应除去天然存在的盐类、糖类及蛋白质。可添加食品级酸(如柠檬酸、乳酸、L-抗坏血酸)作为pH调节剂和稳定剂及载体(如麦芽糊精)和粉状成品的填充剂等。

鲜甜菜在80℃的水中加热10min,切成3~5mm丝状后在室温下的水中浸泡40min,袋滤并压榨后滤渣再浸提一次,第二次滤液作第一次浸提用。滤液减压浓缩至1/3体积(含干物质40%左右),再喷雾(或真空)干燥得粉末产品,收率为60,含甜菜苷0.45%~0.8%。

将红甜菜清洗去皮切块后与提取溶剂混合,用匀浆机匀浆进行提取,将提取液调节pH值后用大孔吸附树脂进行吸附,吸附后的大孔吸附树脂用去离子水冲洗至目测洗液无颜色,然后用乙醇溶液对大孔吸附树脂进行洗脱,洗脱液进行减压浓缩后得到浓缩液,将浓缩液进行干燥得到甜菜红素。本发明方法具有工艺流程简单,溶剂用量少,所用溶剂无毒或低毒、易于工业化生产等优点,

3.甜菜红色素的测定[4]

  高效液相色谱法操作条件温和,对复杂混合物全波或大部分可出峰。因此能分离测定复杂混合物,且可以采用的流动相种类多,极性调整范围宽,选择余地大,故可以较准确的进行定性、定量分析。

利用反相高效液相色谱法,选择甲醇-Hac为流动相,紫外检测波长为535nm,流速为1.0ml/min,测定食品中甜菜红色素的含量。结果表明:甜菜红对照品在0.06213~3.1064mg/ml内线性关系良好,r=0.9999,方法检出限为8μg/ml。加样回收率为97.58-102.10%,RSD为2.26%。稳定性良好。本方法操作简便、灵敏、可靠、适用于甜菜红色素的分析测定。

4.甜菜红的食品安全国家标准

在中华人民共和国国家标准中的食品安全国家标准对于甜菜红有如下要求(见图3,摘自食品安全国家标准):

图3 感官要求和理化指标

国家安全标准对于其检验方法也有规定,鉴别检验方法如下(图4):

图4 鉴别试验

除此之外还有其他的测定标准






















5.甜菜红的应用研究

目前食用甜菜色素的运用十分普遍,尤其是国外对甜菜色素的提取和使用,中国对甜菜红素的研究目前还处于初级阶段。虽然民间很早就有用红甜菜汁食品着色的记录,但在食品染色市场甜菜色素的应用率仍然很低,合成色素占有绝对的优势地位,所以天然甜菜色素甚至全部天然色素的研究任重而道远。从 1938年从甜菜的根中制备出甜菜红甙开始,甜菜色素在欧美日已经完全商品化。1960年美国立法允许红甜菜汁或甜菜粉作为食品着色剂,FAO/WHO食品添加剂联合委员会规定甜菜红色素是由红甜菜所得的压榨液,浓缩物或是粉末,欧美和日本都已制定了甜菜红色素的检测标准.

甜菜红色素是从食用蔬菜-红甜菜中提取的天然色素[5],所以无毒、无副作用,色泽鲜艳且含有人体建成、新陈代谢和生长发育所必须的营养成分,所以广泛应用于各种饮料、果味粉、果汁路、汽水、糖果、糕点、夹心、冰淇淋、罐头、浓缩果汁、雪糕、果冻、香肠食品的着色,及增加了食品的美好外观有提高了食品的营养价值。

吕晓玲等人对甜菜红色素主要成分抗氧化能力进行了研究,并最终确定甜菜红色素的主要抗氧化部分为红色部分,及甜菜红苷。Tesoriere 等(2004, 2005)发现食用含有甜菜素的刺梨果实后, 可以明显降低过氧化胁迫造成的脂质损害, 提高人体的抗氧化水平;离体红血球在甜菜素溶液中培养一段时间也可以明显延迟由于氧化剂异丙基苯过氧化氢物(cumene hydroperoxide)造成的溶血作用。其次,甜菜红色素中含有甜菜碱,它对肝脏疾病(如慢性肝炎、肝硬化、中毒性肝炎、代谢性肝脏病及胆道疾病引起的肝功能障碍等)有一定的疗效。所以甜菜红色素不仅可以美化特殊人群药品的外观有利于服用;在药品的区分方面也可以用甜菜红色素代替人工合成色素来对药品进行很好的区分,而且在人体抗氧化方面和肝脏疾病的治疗方面也有不可磨灭的作用。另外,Kapadia等(1996)发现,甜菜根对老鼠的皮肤癌和肺癌具有显著的抑制作用。由于甜菜红色素具有以上作用,所以可以用于药品、保健品等的研制开发。

许多化妆品的生产需要添加色素,如唇膏、洗发水、染发剂等,由于国内化妆品生产过程中添加的色素大多是合成色素,所以一些皮肤比较敏感的人群在 使用的过程中会出现过敏症状,对于他们来说天然色素无疑是一个很好的选择;而甜菜红色素是天然色素,无毒无害,而且还具有医疗和保健功能,因此用于有色化妆品、抗衰老化妆品的生产,具有较大的开发潜力

6.总结与展望

从甜菜红色素在红甜菜中提取出来开始,甜菜色素研究已经进行了70多年,天然色素的使用率越来越高。科学界关注的焦点从提取到纯化,从植物精制到化学合成,从简单的萃取到色谱、高效液相色谱和质谱以及更加先进的仪器的使用,研究方法逐渐丰富而科学,研究范围越来越大,涉及的研究领域也渐渐趋于宽广。目前国内甜菜色素的研究和加工整体趋于落后,提取、纯化和稳定性方面的研究居多,深入研究偏少,分析方法趋同,研究范围狭窄。希望中国甜菜色素研究:(1)丰富研究方法,提高加工纯化效率;(2)扩大研究范围,从更大范围的植物中获得甜菜色素;(3)拓展研究领域,深入研究甜菜色素的利用价值;(4)天然甜菜色素在中国食品、医药乃至更加广阔的领域得到普遍的开发利用。参考文献

[1]于明,张谦,过利敏,王成.甜菜红素理化性质及其稳定性研究[J].新疆农业科学,2002(06):331-334.

[2]高彦祥,刘璇.甜菜红色素研究进展[J].中国食品添加剂,2006(01):65-70.

[3]王成. 甜菜红色素的提取工艺及其理化性质研究[D].南京工业大学,2003.

[4]孙世萍,洪成林,代斌,张苗. 甜菜红色素测定方法的建立[A]. 中国化工学会、化学工程专业委员会、生物化工专业委员会.第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C].中国化工学会、化学工程专业委员会、生物化工专业委员会:中国化工学会,2004:1.

[5]高彦祥,刘璇.甜菜红色素研究进展[J].中国食品添加剂,2006(01):65-70.

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