王惠琴，林太凤，张丽华，张淑芬，郑大威（.北京工业大学生命科学与生物工程学院，北京0024；2.北京市饮料及食品添加剂质量监督检验站，北京0024）

红薯皮色素的提取及其对条件的稳定性

王惠琴1，2，林太凤1，2，张丽华1，张淑芬1，2，郑大威1，2
（1.北京工业大学生命科学与生物工程学院，北京100124；2.北京市饮料及食品添加剂质量监督检验站，北京100124）

摘要：以红薯加工过程中产生的废弃物红薯皮为原料，提取分离红薯皮红色素，不但能够增加红薯深加工产品的附加值，而且能够解决红薯皮作为废弃物造成的环境污染问题，并且可以为食品行业提供一种新的具有保健功能和一定营养价值的天然色素。采用常规的提取方法，在酸性条件下提取制得红薯皮红色素。对制得的红薯皮红色素进行了稳定性研究，考察了温度、pH以及加入相关的金属离子、氧化剂、还原剂、盐、葡萄糖、淀粉、苹果酸等因素的影响，结果表明，制得的色素溶液，在（18～100）℃和pH为2.0～4.0时稳定性良好；氧化剂种类不同，影响效果也不同；盐和Mg2+，Al3+，Na+，Ca2+，Fe3+五种金属离子以及淀粉可使色素色度增加，有一定的增色作用。

关键词：红薯皮色素；提取；稳定性

天然食用色素是源于天然资源的色素，主要包括从动、植物组织中提取的色素，以及微生物色素。天然色素不仅安全性好[1]，而且许多品种还保留了动植物体内丰富的部分天然成分，含有人体必须的营养物质，或者其本身就是维生素或具有维生素性质的物质，如核黄素[2]、β-胡萝卜素[3]等；有的天然色素具有一定的生理活性和医疗保健价值，具有抗癌和降低癌症发病几率的作用，如番茄红素[4-5]、玉米黄素[6-7]等；另外，天然色素的着色色调比较自然，更接近于天然物质的颜色。因此，天然色素在食品、药品、饮料、化妆品等领域有广阔的应用前景。

红薯营养价值丰富，含有多种人体所必须的营养成分，具有抗癌防癌等多种保健功效。红薯皮是红薯加工的副产品，其中含有大量的维生素和矿物质，还有丰富的色素和纤维素等。以红薯皮为原料，提取分离红薯皮红色素，不但能够增加红薯深加工产品的附加值，而且能够解决红薯皮作为废弃物造成的环境污染问题，并且可以为食品行业提供一种新的具有保健功能和一定营养价值的天然色素，具有重要的经济价值和社会意义。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

红薯皮（市售红薯、洗净后取其表皮），无水乙醇（分析纯）、柠檬酸、盐酸、氢氧化钠、高锰酸钾、重铬酸钾、双氧水（H2O2）、亚硫酸钠、氯化钠、葡萄糖、淀粉、苹果酸、金属离子溶液（其中Al3+、Mg2+的浓度为100 μg/mL，Ca2+、Na+、Fe3+的浓度为1 000 μg/mL）。

1.2仪器与设备

UV-3010型紫外可见分光光度计；LABOROTA4000型旋转蒸发仪；Z323K型离心机；TC88-1型真空干燥箱、BT-214D型电子天平、C-MAG HS7型磁力搅拌器等，以及各种玻璃仪器。

1.3方法

1.3.1提取方法

将红薯皮洗净干燥后粉碎，称取一定量后置于锥形瓶中，加入用柠檬酸调节至pH=2.0～4.0的质量分数为70%的乙醇溶液，使红薯皮完全浸没于溶液中，液料质量比约为10∶1。室温下浸提30 min，过滤，滤渣用上述方法继续浸提两次，将此三次粗提滤液合并，用旋转蒸发仪使其浓缩，之后置于真空干燥箱中干燥，制得红薯皮红色素。提取流程如图1。

图1　色素提取流程图Fig.1　Extraction process of pigment

1.3.2吸光度测定

称取0.5 g红薯皮色素，用去离子水将其充分溶解，配制成质量分数为0.3%的色素溶液。然后，以去离子水做参比，用紫外可见分光光度计进行波长扫描，并测定其最大吸收波长处的吸光度值。

1.3.3稳定性测定

取质量分数为0.3%的色素溶液，于不同条件（温度、pH、氧化剂、还原剂、盐、金属离子、葡萄糖、淀粉、苹果酸）下，用紫外可见分光光度计测定吸光度A，并计算其色价保存率（保存率=A/A0，A0是初始吸光度，A为试验后吸光度），在整个实验过程中观察溶液的颜色变化情况。

2　结果与分析

2.1最大吸收波长

取质量分数为0.3%的色素溶液进行测定，用紫外可见分光光度计进行波长扫描，如图2。

图2　红薯皮色素溶液的波长扫描图Fig.2　Wavelength scanning of sweet potato skin pigment solution

结果显示色素溶液的最大吸收峰在波长524 nm处，吸光度值为0.561。

2.2色素稳定性研究

2.2.1温度对色素稳定性的影响

由于食用色素在食品加工中应用时，加工温度一般都在100℃以下，因此，选择18℃到100℃为实验的温度范围。将样品液分别置于不同温度（18、25、50、80、90、100℃）下30 min，取出后冷却至室温，测定其吸光度并计算其色价保存率。表1是样品溶液在不同温度下的吸光度值和色价保存率值。

表1　温度对色素稳定性的影响Table 1　Effect of temperature on the stability of the pigment

由表1可以看出，随着加热温度升高，色价保存率变化不明显，表明在室温到100℃时色素溶液热稳定性好。

2.2.2pH对色素稳定性的影响

将相同体积的样品液用HCl、NaOH调节pH分别为2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0，静置30 min，观察溶液颜色变化，并用紫外分光光度计分别测定6个pH环境下，色素溶液的吸光度并计算其色价保存率。表2是样品溶液在不同pH下的吸光度值和色价保存率值，随着pH的增加，色素溶液的颜色由红色逐渐变为无色、浅绿色、绿色。从表2可知，色素溶液在pH为2.0～4.0时，保存率变化不明显，说明稳定性良好，但是在pH>4.0时，保存率大幅度降低，说明色素溶液的稳定性受到破坏。

表2　pH对色素稳定性的影响Table 2　Effect of pH value on the stability of the pigment

2.2.3氧化剂对色素稳定性的影响

向相同体积的样品液中依次加入不同量的高锰酸钾、重铬酸钾及双氧水溶液，再定容至相同的体积，静置30 min后，测定其吸光度并计算其色价保存率。表3是样品溶液在氧化剂影响下的吸光度值和色价保存率值。

表3　氧化剂对色素稳定性的影响Table 3　Effect of oxidant on the stability of the pigment

从表3可知，加入高锰酸钾、重铬酸钾及双氧水3种氧化剂后，溶液中高锰酸钾及重铬酸钾浓度的升高对色素溶液在524 nm处的吸光度影响不大。但随着双氧水浓度的升高，色素溶液524 nm处的吸光度逐渐降低。说明氧化剂高锰酸钾和重铬酸钾对色素溶液的稳定性好，而氧化剂双氧水对色素溶液有破坏作用，稳定性降低。

2.2.4还原剂对色素稳定性的影响

向相同体积的样品液中依次加入不同质量的亚硫酸钠，完全溶解后，再定容至相同的体积，静置30 min后，测定其吸光度并计算其色价保存率。表4是样品溶液在还原剂影响下的吸光度值和色价保存率值。

由表4可知，亚硫酸钠的加入使色素溶液的保存率明显降低，并且保存率随着亚硫酸钠加入量的增加而逐渐降低，说明还原剂会较大程度的破坏红薯皮色素的稳定性。

表4　还原剂（亚硫酸钠）对色素稳定性的影响Table 4　Effect of deoxidizer（NaNO2）on the stability of the pigment

2.2.5盐对色素稳定性的影响

向相同体积的样品液中依次加入不同质量的氯化钠，再定容至相同的体积，静置30min后，测定其吸光度并计算其色价保存率。表5是样品溶液在食盐影响下的吸光度值和色价保存率值。

表5　盐（NaCl）对色素溶液的影响Table 5　Effect of salt（NaCl）on the stability of the pigment

从表5可知，随着氯化钠加入量的增加，色素溶液在524 nm处的吸光度逐渐增加，保存率升高。说明氯化钠不会破坏色素的稳定性，还可使色素的色度小幅度提高，有微量的增色作用。

2.2.6金属离子对色素稳定性的影响

向相同体积的样品液中依次加入一定量的Mg2+、Al3+、Na+、Ca2+、Fe3+溶液，摇匀，静置30 min后，观察色素溶液颜色的变化，测定其吸光度并计算其色价保存率。表6是样品溶液在不同金属离子影响下的吸光度值和色价保存率值。

表6　不同种类金属离子对色素溶液的影响Table 6　Effect of metal ion on the stability of the pigment

从表6可知，加入金属离子后，色素溶液的吸光度值有大幅度的提升。说明Mg2+、Al3+、Na+、Ca2+、Fe3+五种金属离子可使该色素的色度大幅提升，起到增色作用。

2.2.7葡萄糖对色素稳定性的影响

向相同体积的样品液中依次加入不同质量的葡萄糖，摇匀充分溶解后，静置30 min，观察色素溶液颜色的变化，测定其吸光度并计算其色价保存率。表7是样品溶液在不同质量葡萄糖影响下的吸光度值和色价保存率值。

表7　葡萄糖对色素溶液的影响Table 7　Effect of glucose on the stability of the pigment

从表7可知，加入不同质量葡萄糖后，色素溶液的吸光度值没有明显的变化。说明加入不同质量的葡萄糖对色素溶液的稳定性无明显影响。

2.2.8淀粉对色素稳定性的影响

向相同体积的样品液中依次加入不同质量的淀粉，摇匀后，静置30 min，观察色素溶液颜色的变化，取上清液，测定其吸光度并计算其色价保存率。表8是样品溶液在不同质量淀粉影响下的吸光度值和色价保存率值。

表8　不同质量淀粉对色素的影响Table 8　Effect of starch on the stability of the pigment

从表8可知，随着加入淀粉量的增加，色素溶液的吸光度值有明显的提高。说明加入淀粉可以使色素溶液的色度大幅度提升，有增色作用。

2.2.9苹果酸对色素稳定性的影响

向相同体积的样品液中依次加入不同质量的苹果酸，摇匀充分溶解后，静置30 min，观察色素溶液颜色的变化，测定其吸光度并计算其色价保存率。表9是样品溶液在不同质量苹果酸影响下的吸光度值和色价保存率值。

从表9可知，随着加入苹果酸的增加，色素溶液的吸光度值有明显的提高。说明加入苹果酸可以使色素溶液的色度大幅度提升，有增色作用。

表9　不同浓度苹果酸溶液对色素的影响Table 9　Effect of malic acid on the stability of the pigment

3　结论

1）利用常规提取方法，以酸性乙醇水溶液为溶剂，制得红薯皮红色素。用紫外可见分光光度计进行波长扫描，色素溶液的最大吸收峰在波长524 nm处。

2）制得的色素溶液，在（18～100）℃时稳定性良好；在pH为2.0～4.0时，溶液显示红色，但是在pH>4.0时，色素溶液的颜色随着pH的增大，逐渐由红色逐渐变为绿色，色素的稳定性受到破坏；氧化剂高锰酸钾和重铬酸钾对色素溶液的稳定性影响不大，而氧化剂双氧水对色素溶液有破坏作用，稳定性降低；还原剂会较大程度的破坏红薯皮色素的稳定性；氯化钠不但不会破坏色素的稳定性，还可使色素的色度小幅度提高，有微量的增色作用；Mg2+、Al3+、Na+、Ca2+、Fe3+五种金属离子可使该色素的色度大幅提升，起到增色作用；加入葡萄糖后，随着葡萄糖加入量的增加，色素溶液的稳定性无明显变化；随着加入淀粉量的增加，色素溶液的色度大幅度提升，有明显的增色作用。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.20.039

收稿日期：2013-10-18

作者简介：王惠琴（1976—），女（汉），助理研究员，硕士研究生，研究方向：饮料和食品添加剂的检测研究，以及大型仪器设备的管理和实验室管理。

Extraction of Sweet Potato Peel Pigment and Stability on Different Conditions

WANG Hui-qin1，2，LIN Tai-feng1，2，ZHANG Li-hua1，ZHANG Shu-fen1，2，ZHENG Da-wei1，2
（1.College of Life Science and Bioengineering of Beijing University of Technology，Beijing100124，China；2.Quality Supervision and Inspection Station of Beverages and Food Additives of Beijing；Beijing 100124，China）

Abstract：Functional and natural pigment was prepared using the conventional extraction method from waste sweet potato peals which produced in the sweet potato processing under acidic conditions，in which the added value of sweet potato was increased and environmental pollution could be reduced.The stability of the sweet potato skin pigment was studied through the effects of temperature，pH value and the influence of added metal ions，oxidant，reducing agent，salt，starch，glucose，malic acid and other factors.The result showed that the pigment was stable at room temperature～100℃and 2.0～4.0 pH value，different kinds of oxidant can affect the stability，moreover，salt Mg2+，Al3+，Na+，Ca2+，Fe3+and starch can increase the pigment's color in a way.

Key words：sweet potato peel pigment；extraction；stability