红甜菜根中甜菜红色素开发利用研究进展

刘文卓，雷菁清，甘生智，崔明明，肖明, *

1.青海大学（西宁 810016）；2.青海省农林科学院农村农林部农产品质量安全风险评估实验室（西宁 810016）；3.青海大垚生态农业科技发展有限公司（西宁 810000）

红甜菜根（Beta vulgarisL.）为藜科（Familia Chenopodiaceae）、甜菜属（Genus Beta）二年生草本植物，因其甜菜根红焰如火，又称火焰菜，心为艳红色呈轮纹状的肉质根作为蔬菜食用，我国现栽培品种多且引种来源杂。甜菜根的种子、根和叶富含多种活性化合物，如类胡萝卜素、皂苷、甜菜碱、多酚和黄酮类[1]。甜菜根中甜菜红色素（Beta vulgaris）是一种水溶性含氮色素，由甜菜红色素、甜菜红苷与前甜菜红苷组成，可以用于预防和治疗高血压和心血管疾病[2]，它们具有抗菌和抗病毒作用，还能抑制人肿瘤细胞的增殖[3]。红甜菜根中的甜菜红色素和甜菜黄色素能够抑制脂质过氧化[4]，在早期关于红甜菜根中的甜菜红色素的分布研究发现红甜菜根中主要存在的甜菜红色素分布在根部以及根茎。甜菜红色素与人类低密度脂蛋白结合，可增强抗氧化能力[5-6]。国外学者研究了在大鼠的饮食中加入处理的甜菜根，观察其代谢变化，结果发现甜菜根能改善大鼠血脂异常变化[7]。此外，甜菜根中水溶性含氮色素受到生长季节温度、土壤肥力、土壤湿度的影响，灌溉和采收日期也可能影响甜菜红色素的含量。如今，人们对使用天然食品色素越来越重视，与花青素和类胡萝卜素相比，甜菜红色素并不常见，但都具有天然植物色素的不稳定性。在食品加工中，甜菜根中的甜菜红色素可以被用于食品色素改善食品的外观[8]。因此，选择品质优良的甜菜根为原料，进行深加工至关重要。

1 甜菜根生理功能

甜菜根中含有多种活性物质，如甜菜红色素、总酚以及有机酸等。甜菜根中的甜菜红色素成为近几年国内外研究的热点之一。根据研究显示，甜菜红色素具有生理活性功能，比如抗氧化性[9]、保护心脏[10]、消炎[11]和抗菌素效应[12]。国外学者对组成甜菜红色素中不同的色素的稳定性的基质效应以及对其以后研究方向进行了阐述与评价[13]。与花青素类似，甜菜红色素的稳定性也受到了内部和外部环境因素的影响，在药物以及化妆品的潜在应用受到了限制，但其在更广泛的范围内具有稳定性，并且经过热处理可以恢复其一定性质[14-15]。毛状根的甜菜根与成熟的甜菜根中的甜菜红色素进行抗氧化试验，以清除自由基能力为指标，研究表明毛状根中的甜菜红色素有更强的抗氧化能力，并且甜菜红色素的含量与酚类化合物浓度有关[16]。测定加工成不同食品的甜菜根中的总酚和有机酸的含量，将甜菜根制作成薯片以及粉末其有机酸含量较高，甜菜汁中的总酚含量最高[17]。Diego等[18]研究甜菜汁中存在的NO3-转化为NO对心血管系统的影响，评估了其对NO排泄物及影响男女体重的关系。基于甜菜根开发的一种营养凝胶，对其中的抗氧化能力、硝酸盐以及总酚进行测定，结果发现甜菜根能改善心血管健康与增强机体运动性能[19]。研究表明，甜菜根组织中的提取物含有醌还原酶（与癌症预防相关的有效解毒酶）[20]，甜菜红色素为主要的醌还原酶诱导剂，具有一定的医学价值。因此，甜菜根中的活性物质在食品和制药业中具有巨大潜力，不仅是氧化应激保护剂，而且可以作为亚硝化应激保护剂。

2 甜菜红色素提取与分离纯化

目前，对甜菜根中活性功能物质进行研究最多的是甜菜红色素，国内学者对甜菜根中甜菜红色素进行提取纯化，有一定的进展和收获。甜菜红色素的传统提取方法利用其溶于水的性质，进行热烫、切丝、浸提浓缩等进行提取分离纯化，为提高其提取得率，可以使用甲醇和乙醇等有机溶剂进行提取，可以促进甜菜红色素与溶于水中的蛋白有效分离，但有机溶剂会残留于提取物中。国外学者通过水浴提取[21]和索氏提取法[22]提取甜菜红色素。除了这些传统提取方法，超声波辅助[23]和微波辅助[24]提取甜菜根中甜菜红色素是目前常见的提取方法。对甜菜红色素提取方法进行优化[25]，根据这些学者的研究，通过水萃取比体积分数较高的甲醇或者乙醇更有效，提取物浓度更高。利用新技术提高甜菜红色素的得率，研究脉冲电场（PEF）处理在固液萃取过程中甜菜根中甜菜红色素的可提取性，提取得率达到90%[26]。通过微波辅助提取甜菜红色素，用柠檬酸晶体与乙醇（99.9%）为溶剂进行萃取，在波长535 nm下测量分析吸光度，提取结果为364.83 mg/100 g，其甜菜红色素提取得率达到了一个较高的水平[27]。在对甜菜红色素进行提取过程中，学者们添加了一定的稳定剂提高其稳定性。利用固液萃取法从红甜菜中提取甜菜红色素，经过γ射线预处理后，可以增加提取效率[28]。

表1 七种甜菜红色素提取方法及得率

初提得到的甜菜红色素含有糖类、少量的蛋白和纤维素等水溶性物质，色素品质较差，稳定性和着色性不好，为了获得较高品质和较高纯度的甜菜红色素，对其进行进一步的分离纯化。天然色素的纯化方法主要有固相萃取法、离子交换树脂法、离子交换色谱法、吸附法、超滤法和酶法[33-34]。对甜菜红色素进行分离分析，主要方法有比色法、薄层层析法、液相色谱法、气相色谱法和毛细管电泳法等[35]。

3 甜菜红色素稳定性

随着人们对天然食用色素的关注，甜菜根中的甜菜红色素的稳定性至关重要。甜菜红色素的稳定性较差，随着pH的增加、温度的升高、时间的延长，甜菜红色素的降解程度均逐渐增大[36]，天然色素的稳定性易受到周围环境以及各种提取因素的严格制约。对甜菜根中甜菜红色素的稳定性研究，可以有效地缓解甜菜红色素在食品加工、包装以及商品流通过程中引起的变色和褪色，提高稳定性，对于其食品的开发应用具有积极影响。

3.1 微胶囊化甜菜红色素

微胶囊化是一种可以有效抑制氧化和变性发生的工艺手段，其利用蛋白质、多糖等大分子作为壁材对甜菜红色素的功能性成分进行包埋，在其表面形成屏蔽层，这样就可以避免甜菜红色素中的敏感性成分直接与外界的氧气、水分以及酸性和碱性物质接触，并且有效降低环境中光照和热量等因素的不良影响，保证甜菜红色素的稳定性，延长保藏期[37]。吕晓玲等[38]以麦芽糊精和阿拉伯胶作为复合壁材，对甜菜红色素进行微胶囊化。结果表明，在最佳工艺条下，微胶囊效率为92.5%，微胶囊化后的甜菜红色素对热、光、氧等的稳定性具有明显改善。

3.2 食品添加剂对甜菜红色素稳定性的影响

食品添加剂是为改善食品色、香、味等品质，以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或者天然物质。徐菡等[39]为了提高甜菜汁中甜菜红色素遇热时的稳定性，结合工业化生产要求，对 常用食品添加剂进行了单一添加和复合添加的稳定性试验，在甜菜汁中，加入0.15%抗坏血酸和0.05% CaCl2可以极大限度提高甜菜红色素的稳定性。因此，抗坏血酸、CaCl2、柠檬酸比较适合作为甜菜浓缩汁制备过程中的稳定剂。

3.3 不同溶剂浸提对甜菜红色素的影响

不同的浸提溶剂会对甜菜红色素的稳定性产生影响。李伟等[40]研究了不同溶剂浸提的红叶甜菜红色素在不同温度及光照条件下的稳定性。结果表明，红叶甜菜色素在自然光照射下较为稳定，80%乙醇浸提液在光照4 h后颜色发生变化，水提液在8 h后才发生很小的变化。当温度小于70 ℃时2种溶剂浸提的红叶甜菜色素基本上是稳定的。红叶甜菜色素的水提液相对于醇提液有较好的耐光性和耐热性，并且成本要大大低于乙醇。

3.4 不同加工环境对甜菜红色素稳定性的研究

色素在加工过程中常常会由于各种因素而发生变化，了解并且掌握影响色素稳定性的因素，对提高色素的利用率具有重要的意义。李达等[41]通过甜菜红色素在不同加工环境中稳定性的研究，发现糖溶液对色素溶液的稳定性有一定影响。维生素C溶液浓度越大，其吸光度越低，对色素稳定性破坏越大。国内学者对甜菜红色素进行稳定性研究发现，pH对红叶甜菜红色素的稳定性影响不是很大，但在碱性条件下色素不稳定，并且当温度高于70 ℃时甜菜红色素会遭到破坏[42]。甜菜红色素还会受到自身氧化酶（多酚氧化酶、过氧化物酶、甜菜红色素氧化酶）的影响加速甜菜红色素的降解[43]。在实际生产中，应根据生产工艺需要，避免高温长时间加热，选择合适的温度。甜菜红色素光照时的稳定性不佳，在加工、运输中应注意避光保存。

4 食品开发应用

甜菜根具有很强的食用性。将甜菜根通过油炸加工成甜菜片，可以保留较高的甜菜红色素及其对油炸甜菜片的感官及其性质（含油量、断裂力和颜色）[44]。目前，甜菜根的开发食品方式多种多样，国外学者研发了一种甜菜根压缩棒的即食食品[45]，以花生粉、甜菜汁和精制面粉为材料，可以开发成一种营养面食[46]。甜菜根粉碎处理是目前对甜菜根加工成食品所采用较多的方法[47]，同时国内外对其干燥方式也进行研究[48]。国外学者将甜菜根提取物添加于生姜糖果并进行工艺优化[49]，使糖果更具有营养物质成分。国外研究人员制作了梨和苹果果酱，在没有添加任何添加剂的情况下，将煮沸的甜菜根中的水加入其中，并测定了其中的脂肪和抗氧化活性[50]，结果发现其具有较好的抗氧化功能。甜菜根也可以作为水果沙拉，是一种较好的用于减肥的蔬菜。

同时甜菜红色素作为天然色素在食品添加剂中被广泛应用[51]。Synthite公司开发一种用甜菜根提取物制成的天然着色剂，该产品可替代用昆虫制成的胭脂红色素。

通过这些学者们的研究，将甜菜根加工成不同的方式，在提高食用性的同时，也使其具有一定的生理活性功能。除了对食品方面的开发，甜菜根中的甜菜红色素也被应用于化妆品与染料方面[52]。对高寒地区红甜菜根中甜菜红色素的深入研究，利用其生物活性开发保健品，对于发展地域性经济也具有一定的积极意义。

5 结语

通过学者研究表明，红甜菜根中含有多种生理活性物质，甜菜红色素具有抗衰老、保护心脏、消炎和抗菌素效应的功能，具有一定的食用价值和药用价值。红甜菜根加工形式多样，可以制成面食、饮料、糖果、油炸甜菜片等。通过新技术加工方法，甜菜红色素提取得率能达到90%以上。对甜菜根中甜菜红色素进行稳定性研究，可以有效地提高其稳定性，对于其食品的开发应用具有积极影响。