紫甘薯色素

紫甘薯色素主要分布于紫甘薯塊根中。紫甘薯又名蕃薯、紅薯、甘薯、山芋、番芋、紅苕、線苕、白薯、金薯、甜薯、朱薯、枕薯等。常見的多年生雙子葉植物，草本，其蔓細長，莖匍匐地面。

紫甘薯色素成分復雜，主要成分為氰定酰基葡糖和甲基花青素酰基葡糖苷。其所含的花青素為類黃酮系化合物，以C6-C3-C6為基本骨架，具有類黃酮的典型結構，即2-苯基苯并吡喃陽離子[R=HOHOCH]。PSPC的主要成分為矢車菊素（Cy，Cyanidin）[R=H,R’=OH]和芍藥素(Pe,Peonidin)[R=H] [2]  ，其中芍藥素是矢車菊素的甲基化衍生物。

紫甘薯紅色素的固態呈紫黑色，其稀酸液為鮮艷透亮的深紅色，且產品中無甘藍紅色素和胡蘿卜素產品中難以除盡的異味，1%色素液呈紅色。

純品為紅至紫紅色粉末，因其結構中含多個酚羥基，是一種水溶性色素，可溶于純水、甲醇、乙醇、冰醋酸、丙酮、稀鹽酸和稀氫氧化鈉，不溶于石油醚等有機溶劑。又因紫甘薯色素所含花青素分子中的吡喃環上有一4價氧原子，具有堿性的性質，而同時又有酚羥基，具有酸的性質，故亦能溶于稀酸和稀堿  。

紫甘薯色素在不同介質中呈現不同的光譜特性。只有在酸性介質中，波長在520nm處才出現特征吸收峰。

花青素類色素對pH值十分敏感，隨著pH的升高，花青素由紅色的黃鹽陽離子向無色的醇型假堿變化。紫甘薯色素屬于花青素類色素，其結構中吡喃環上有四價氧原子，具有堿的性質，而同時又有酚羥基，具有酸的性質，因此顏色受介質酸堿度的影響較大，隨著pH值的變化而變化：當pH≤5時，該色素呈穩定的紅色；而在pH>5時，其顏色則由紅色變成紫色再變成藍色。
此外，當pH為5.0~6.0時，最大吸收波長λmax（nm）下的吸光值最低；其最大吸收波長隨著pH的升高而向長波方向移動，但當pH為11時，最大吸收波長反而向400nm移動，說明介質pH對其吸收峰位有影響

由于其所具有的酰化基團，紫甘薯色素與其它花色素苷類色素相比，具有較好的耐熱性和耐光性。

實驗表明，將紫甘薯色素配制成色素溶液，置于90"C的水浴中加熱3h，取出后快速冷卻至室溫，其特征吸收峰處的ABS(吸光度)值變化不大，表明它對熱具有較好穩定性。但該穩定性與溶液pH有關；pH為3時，該色素對熱表現出相對穩定性，當pH>6時，色素的熱穩定性明顯下降，受熱溫度越高、時間越長，色素的穩定性則越低。因此，為減少對色素的破壞，使用時，應盡量避免高溫和長時間受熱。

將配制的紫甘薯色素溶液(pH=3)，置于不同光照條件和不同時間進行處理，表現出光穩定性好的特性，與紫葡萄、紫蘇、黑米等植物所含的紅色素比較，紫甘薯色素的光穩定性最好。

另外，氧化劑或還原劑存在時，顏色變化不大，但光密度有所變化，添加還原劑NaHSO3光密度增加1.3%；而增加氧化劑H2O2，其光密度則減少8.2%，可初步確定該色素抗氧化性較弱，而抗還原性較強。

Fe2+、Al3+、Fe3+、K+、Cu2+、Mg2+、Ca2+等常見金屬離子對紫甘薯色素沒有顯著影響，所以在實際生產中可以不用考慮所用容器的材質。但是，當加入Fe溶液呈紫褐色，但是不能得出Fe可以增強紫甘薯色素顏色的結論，因為Fe3+本身也有顏色。

在pH為3時，添加山梨酸鉀對該色素的顏色及吸收峰均不會造成影響，光密度變化也極小，這說明防腐劑在食品使用濃度范圍內對色素的穩定性幾乎不造成影響。紫甘薯色素在氧化或還原劑存在時，顏色變化不大，但是光密度有所變化。添加NaHSO3時，顏色變化小，但光密度有所增加，添加還原劑H2O2時，同樣，其顏色變化不大，但光密度卻有所下降。由此可見，紫甘薯色素抗氧化性性較弱，而抗還原性較強。

由于鹽可以防止新鮮原料腐爛，故在實際生產中常有使用。研究發現，隨NaCl濃度的增加，紫甘薯色素的最大吸收峰吸光強度也增大。

紫甘薯紅色素除可以作為一種天然的著色劑之外，還具有一定的生理功能，例如，抗突變性、抗氧化作用、抗腫瘤功能等。

用紫甘薯色素對沙門氏菌(Salmonella typhimuriumTA98)的突變性實驗研究發現，紫甘薯色素具有較強的抗突變效果，可抑制雜環胺、3-氨基-1，4-二甲基-5氫-吡哆-(4，3-b)吲哚、3-氨基-1-甲基-5氫-吡哆-(4，3-b)吲哚和2-氨基-3-甲基咪唑(4，5-f)喹啉等引起的突變作用。實驗證明，特別是酰化的花色素昔抗突變作用較強，而脫酰基花色素苷的抗突變能力明顯下降。

脂類的過氧化作用和活性氧的自由基反應，可導致人體細胞氧化損害、老化、致癌和動脈硬化等許多疾病，這均與體內氧化反應有關。通過食用具有抗氧化能力的食物，可防止多種疾病發生。

花青素具有很強的抗氧化劑活性，是一種較好的氧自由基清除劑。花色苷抗氧化作用的主要活性基團是分子中的酚羥基。紫甘薯色素的結構中有多個酚羥基，是羥基供體，同時也是一種自由基清除劑。它不僅能和蛋白質結合防止過氧化，而且還能提供質子，有效清除脂類自由基，切斷脂類氧化的鏈式反應，起到防止脂質過氧化的作用。姜平平等對紫甘薯花色苷進行了體外抗氧化活性的研究，發現紫甘薯花色苷在體外活性氧模型中表現出相當的還原力和清除羥自由基的能力，且與濃度呈正比關系  。另外，紫甘薯色素還具有抗Fe引發的卵磷脂脂質體過氧化、抑制由H2O2引發的紅細胞溶血作用的能力 。

凌關庭等人曾比較過橙色番薯（富含β-胡蘿卜素）和紫番薯兩者的榨汁成份發現紫番薯具有很強的超氧化歧化酶（SOD）活性。比較兩者的清除游離氧·O2的能力，結果證明紫番薯汁具有比富含β-胡蘿卜素的橙色番薯汁更強的·O2清除能力。

通過對大鼠試驗發現，紫甘薯色素能明顯緩解由四氯化碳所引發的各種肝功能障礙，在給予大鼠四氯化碳連續5天飼養后，導致試驗動物出現急性肝功能障礙，引發各種肝功能指標改變，而在食用含有紫甘薯色素制作的飲料后，能明顯抑制病鼠血清中的谷草轉胺酶(GOT)和谷丙轉胺酶(GPT)的上升，并對血清中的乳酸脫氫酶(LDH)、硫化巴比土酸反應物(TBA-Rs)，肝臟中的TBA-Rs及氧化脂蛋白的增加都有一定的抑制能力，從而減輕四氯化碳引起的肝損傷。有資料表明，人體肝功能指標偏高，病程在5年以內的患者，通過定量使用紫甘薯提取物，各項肝功能指標均有所下降，平均下降達20%左右。 

用從紫甘薯提取物對雄性小鼠進行的試驗，30min后小鼠體內的血糖濃度下降16.5%，即便是10mg/kg最小劑量的二酰基花色素苷都可降低體內的血糖水平。紫甘薯色素具有降低血糖的作用，分析原因可能是紫甘薯色素通過對α-葡糖苷酶產生抑制作用，導致血糖濃度的降低。

研究表明，紫甘薯色素具有抑制血管緊張素轉換酶(ACE)活性，ACE具有血管末稍收縮功能，降低血管外周阻力，從而起到降低血壓功效。在對45名志愿者服用紫甘薯提取液的試驗中，其中有12名收縮壓>18．7 kPa(140 mmHg)、舒張壓>12.0 kPa(90 mmHg)者，經飲用44天、每天120 ml后，收縮壓平均下降10-20mmHg，舒張壓平均下降約5 mmHg，降壓效果明顯。

膠原降解的試劑可能起到抑制腫瘤細胞的入侵和轉移作用，花色素苷類物質可促進膠原的合成，增加膠原的抵抗性，抑制膠原酶的活性。而紫甘薯色素屬于花色素苷類物質，所以推測其能起到抑制腫瘤細胞的入侵及轉移效果，具有抗腫瘤的功能。

花青素的提取工藝主要有三大類：（1）溶劑萃取法：用含有酒精的酸性溶液提取后，再經過濾、濃縮等工藝得到最終的產品；（2）：將酸性溶液浸提、過濾后的溶液用超濾膜濃縮；（3）

以上方法各有利弊，溶劑法工藝簡單，但產品質量不理想，色素純度低，溶解性差；超濾法產品質量好，但是對設備要求高，成本大，提取率低；吸附精制法工藝復雜，但是得到產品質量好，回收率高。

紫甘薯色素的提取主要有溶劑法和發酵法。目前大多采用溶劑法，所用提取劑有醋酸、鹽酸、硫酸、甲酸、檸檬酸、乙醇等，由于食品色素要求安全性高，而檸檬酸是食品工業中常用的酸性介質，故使用檸檬酸作為提取劑比較合適。發酵法提取是籽一定量的紫甘薯洗凈，蒸熟后冷卻、粉碎，與一定量的米調制的一次醪混合，發酵幾天，調制二次醪，過濾二次醪，減壓濃縮，可得濃縮色素液。

紫甘薯色素粗提取液需經過純化處理，將其中蛋白質、淀粉等大分子物質以及溶液中大部分糖類、金屬離子等小分子去除。常用純化方式主要有：(1)樹脂法：將色素粗提取液經陽離子交換樹脂處理去雜，經鹽酸化乙醇交換和濃縮制得色素純品。(2)超濾法：用檸檬酸的粗提液，經樹脂純化，乙醇洗脫后，將色素液用超濾膜處理除去蛋白質、淀粉等雜質膠體物質，最后再用反滲透膜濃縮得到色素純品。(3)醋酸鉛沉淀法：粗提取液用少量水溶解后，加5%醋酸鉛攪拌使色素物質沉淀，將沉淀物用鹽酸化食用酒精溶解后，過濾除去白色氯化鉛沉淀，將紅色溶液蒸餾后干燥，得精制產品。(4)分級醇沉法：在提取和純化等加工過程中往往會發生天然色素的大量損失，發達國家多采用真空冷凍干燥法來減少色素損失 。但對設備的要求高，同時費用昂貴。

產品中紫甘薯色素含量測定可以用色價法或產率法測定，前者用普通分光光度計測定，快速準確，簡便易行，且不需要標準樣品；后者測定結果更為合理精確，不僅可以較準確地反映色素總含量，而且還可以測定并計算出色素各組分含量，但它需要標準樣品。

凌關庭曾將紫甘薯紅色素按飼料量0.06%、1.23%和5.0%比例混入飼料，對F344系大鼠經口飼養13周，無可見影響，即其無影響量可達飼料量的5.0%。

紫甘薯色素作為一種天然食用色素，色彩鮮艷、安全無毒、資源豐富，與其它同類色素相比性質更穩定，具有營養和藥理兼備特性，在食品、化妝品、醫藥方面有著較大的應用潛力。

在食品工業中，由于紫甘薯色素耐熱性好，能夠經受食品工業上的巴氏消毒溫度，同時其受金屬離子、食品添加劑影響很小，并溶于醇和水溶液。在日本主要用作食品的紅色至紫紅色著色劑使用，添加到冰淇淋、奶制品飲料、奶酪、水產品、果汁飲料、果凍、腌漬品、飴糖制品、谷物等食品中，因屬天然無毒制品，用量無限制性規定，以滿足所需著色度為限。同時，由于紫甘薯色素有抗氧化、抗突變等生理作用，因此可以作為保健食品的功能配料使用，并已開始在護肝營養保健品中試用。