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紅曲色素資源的利用現狀與開發(fā)展望 已有3人參與
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甘純璣彭時堯蘇金為張金彪周碧青 （福建農業(yè)大學測試中心福州 350002） 轉載http://www.100gczg.com/ExamIndex.aspx?id=6170 提 要 概述了紅曲色素的資源特點及利用現狀，報道了作者近年從事紅曲色素及其衍生物的系統(tǒng)研究和開發(fā)的結果，并對紅曲色素系列產品的進一步開發(fā)進行了展望。 關鍵詞 紅曲色素利用開發(fā) 食用色素是食品工業(yè)、制藥工業(yè)和日化工業(yè)不可缺少的一類添加劑，按其來源可分為天然色素和合成色素兩部分。近年，由于毒性問題，某些合成色素的應用受到了限制，因此，開發(fā)和利用無毒或基本無毒的天然色素，日益受到人們的重視。開發(fā)天然色素，改善食品加工品質，是我國食品添加劑工業(yè)“九五”期間的發(fā)展重點。 紅曲是具有我國特色的自然資源。我國是紅曲的主要生產國，歷史悠久，工藝成熟，生產潛力很大。近年，由于國內消費結構的變化，紅酒的消費量逐年減少，導致紅曲生產企業(yè)普遍不景氣，亟待調整產品結構。轉產色素有利于這類企業(yè)的產品升級換代和提高經濟效益。 1 紅曲色素的資源特點及其利用現狀 紅曲色素以糧食為原料，是紅曲菌培養(yǎng)過程的代謝產物，基本原料充足，可以滿足長年大規(guī)模生產的需要。一般情況下，以大米為原料，生產紅曲米的回收率可達 50%～60%，紅曲米的色素含量可達 5%～10%，而其它天然色素在原料中的含量則大多在 3% 以下。由于原料含量較高，因而有利于減少輔助原料消耗和設備占用率，降低生產成本。目前已經在浙江、廣東、寧夏、江蘇、上海等省、市形成了年產近百噸紅曲色素的生產能力，主要生產粉末狀和液體紅曲紅色素。 經過提取，制成紅曲色素商品，僅僅是近二三十年的事。隨著科學研究的不斷深入，紅曲色素的應用范圍正在逐年擴大。一般情況下，紅曲色素可用于各種肉制品、水產品、奶制品、植物蛋白、果品的著色劑和質量改良劑[1]。 2 紅曲色素衍生物的開發(fā)研究 近年，我們在對紅曲色素文獻進行系統(tǒng)檢索，對紅曲色素的成分分析、分離方法、結構改性和性能表征進行了一系列探討的基礎上[2～6]，制備了一系列紅曲色素衍生物，結果表明，紅曲色素是一種具有廣泛開發(fā)前景的天然色素品種。 2．1 水溶性紅曲紅色素的制備 紅曲菌代謝過程中產生的紅曲色素主要為水不溶性的紅斑素和紅曲紅素，它們只溶于乙醇等有機溶劑。在其分子中含有內酯鍵，將其堿解，生成羧酸鹽，有利于提高其親水性。采用這一方法，我們解決了紅曲紅色素的水溶性問題[7]。針對水溶性紅曲紅色素不耐酸的問題，我們改進了制備工藝，使其耐酸性得到改善。針對水溶性紅曲色素親水性強，容易潮解，不易干燥的問題，我們比較了多種實驗方案，探索出一種物耗低、操作簡單的制備不含載體的粉末狀水溶性紅曲紅色素的方法。通過實驗，我們確定了水溶性紅曲紅色素采用下述工藝路線制備：醇溶性紅曲紅色素—堿解—中和—過濾—濃縮—后處理—真空干燥—粉碎—包裝。 2．2 紅曲黃色素的開發(fā) 開發(fā)黃色素是擴大紅曲色素品種的重要手段。在前期工作中，我們采用硼氫化鈉還原紅曲色素，得到了黃色素。但受生產成本和安全性方面的制約，很難最終開發(fā)成工業(yè)產品[5]。在這一基礎上，我們探討了各種還原、氧化、磺化條件對紅曲色素顯色性能的影響。結果表明，這些條件在不同程度上均能使紅曲紅色素轉化成黃色素。通過對反應條件、原材料物耗、對設備配套的要求、生成物的綜合性能等多種因素的綜合比較，確定了以含硫化合物與紅曲色素反應，生成黃色素。 實驗結果表明，以含硫化合物還原紅曲色素，使紅斑素和紅曲紅素分子中的環(huán)羰基還原成羥基；以堿解使其分子中的內酯鍵打開，生成羧酸鹽，可以明顯提高其親水性，得到水溶性良好的黃色素[7]。黃色素制備工藝路線為：醇溶性紅曲紅色素—還原—過濾—濃縮—后處理—干燥—粉碎—包裝。 2．3 紅曲色素的提取方法及其工藝條件探討 紅曲色素的分離提取方法直接影響其產品及后續(xù)衍生產品的質量和效益。目前生產紅曲色素主要采用提取濃縮法或發(fā)酵液直接濃縮法，工藝復雜，產品不易干燥，而且純度較低，耐酸性也不好。我們采用濃縮結晶法從紅曲中分離紅曲色素，并探討了溶劑濃度、溫度、時間、物料用量比例等因素對色素提取率的影響[8]。結果表明，采用濃縮結晶法，避免了高濃度時紅曲中溶解性糖類對濃縮干燥過程的干擾，減少了雜質夾帶，降低了物耗，提高了產品純度。實踐證明，這是一條切實可行的工藝路線，其工藝流程如下：紅曲米—浸提—過濾—預濃縮—脫雜質—濃縮—結晶—分離—粉碎—干燥—包裝。 2．4 紅曲色素衍生物的理化性能測定及穩(wěn)定性比較 經測試表明，我們制備的一系列紅曲色素可適用于多種用途，其性能指標如表 1 所示。 表 1 紅曲色素衍生物性能比較 Table 1 The comparison of properties in Monascus pigments derivatives 指標 醇溶性紅色素 水溶性紅色素 耐酸水溶性紅色素 水溶性黃色素 λmax（nm） 500 488 488 476 溶解性 溶于乙醇、丙酮 溶于水（pH≥5．5）、乙醇 溶于水（pH≥3．0） 溶于水（pH≥3．0）、乙醇 色調 色調均不隨 pH 變化 耐熱性 于 100℃下加熱 2h，吸光度下降率均低于 5% 耐光性 光照對色素穩(wěn)定性有一定影響，堿性條件下的光穩(wěn)定性高于酸性條件下 金屬離子的影響 對各種離子穩(wěn)定 Sn2＋、Al3＋、Fe3＋ 基本上不影響穩(wěn)定性 Sn2＋、Ca2＋、Fe3＋、Al3＋ 不影響其穩(wěn)定性 將開發(fā)的水溶性黃色素的穩(wěn)定性與現已規(guī)模生產的天然黃色素梔子黃和β－胡蘿卜素進行了比較，結果表明，水溶性黃色素的主要優(yōu)點是著色能力較強，熱穩(wěn)定性、耐氧化劑和耐還原劑的性能較好，但是其耐光性較差。其基本性能與β－胡蘿卜素相近，而優(yōu)于梔子黃[9]。 2．5 水溶性紅曲黃色素毒性試驗 我們按照“食品安全毒理學試驗方法”，進行了 LD50 小鼠蓄積毒性試驗，小鼠精子畸形試驗，小鼠微核試驗和 Ames 試驗，結果表明，開發(fā)的水溶性黃色素可以達到無毒水平。 2．6 試生產產品的應用 通過比較可以發(fā)現，開發(fā)的水溶性黃色素的λmax 與合成色素日落黃十分接近，因而有可能取代這種合成色素。將黃色素試用于芒果汁、水蜜桃汁等飲料，紅色素試用于西瓜汁、肉松及其它飲料。結果表明，無論在著色性能上，還是在穩(wěn)定性上，均有良好的效果。 3 紅曲色素資源開發(fā)展望 目前，我國已經開發(fā)利用的天然食用色素品種較少，大多受生產條件和季節(jié)的限制，原料來源不穩(wěn)定，而且原料成分復雜，色素含量不高，生產成本高，不利于廣泛推廣。 調節(jié)有機物分子中共軛鏈的長度，改變分子中助色基的種類，可能改變其顯色性能。不同極性的基團，則可能改變其溶解性。實驗結果表明，紅曲色素分子中的內酯鍵很容易由堿解打開，生成羧酸鹽。若將其進一步酯化，形成一系列羧酸酯，就有可能降低其分子極性，提高其親酯性，得到一系列不同溶解性的色素。采用還原法使紅曲色素分子中的環(huán)羰基轉化成羥基，改變共軛鏈的長度和助色基的類型，得到黃色素。將這些方法結合，有可能得到一系列脂溶性的紅色素或黃色素。色淀法制備不同分散性色素制品有助于改善色素的使用性能和穩(wěn)定性。開發(fā)紅曲色素色淀產品，也有助于拓寬這一產品的應用范圍。 研究和開發(fā)紅曲色素系列產品，提供具有我國特色的、溶解性配套的、穩(wěn)定無毒的紅曲紅、黃色素產品的生產方法，以便取代安全性較差的合成色素，對于保障人民身體健康，提高農副產品的經濟價值，均具有積極深遠的意義。 參考文獻 1 甘純璣．紅曲色素在食品工業(yè)中的應用．精細化工，1988，5（6）：42～43 2 劉麗紅，蔡樂爭，甘純璣．屏南紅曲色素的分離與鑒定．福建化工，1989（1）：45～48 3 甘純璣．紅曲黃色素的熱穩(wěn)定性．福建師范大學學報（自然科學版），1988，4（3）：63～67 4 甘純璣，蔡春燕．薄層色譜法分離紅曲色素．精細化工，1989，6（5）：51～53 5 甘純璣，鄭繩池．水溶性紅曲黃色素的合成與表征．中國糧油學報，1991，6（1）：31～34 6 甘純璣．紅曲色素系列產品的開發(fā)前景．精細化工，1991，8（1）：27～28 7 甘純璣，彭時堯，蘇金為等．水溶性紅曲紅色素和黃色素的制備．中國發(fā)明專利申請?zhí)?96122279．4（1996） 8 甘純璣，黃明真，張金彪等．紅曲色素提取條件及結構表征．天然產物研究與開發(fā)，1997，9（2）：59～62 9 謝曉瓊，甘純璣，蘇金為等．水溶性紅曲黃色素與 2 種天然黃色素的穩(wěn)定性比較．福建農業(yè)大學學報，1997，26（3）：378～381 |
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