東北特色堅果殼色素研究進展

朱世龍,于艷玲,程大友

(哈爾濱工業大學 化工與化學學院,哈爾濱 150001)

0 前言

隨著新時代的到來,人們的生活消費水平不斷提高,廣大人們群眾對美好生活的要求不斷提高,綠色健康逐漸成為人們最為關心的問題。人工合成色素危害人們身體健康的案例層出不窮,例如有研究表明人工合成色素如赤蘚紅對人體甲狀腺有所損害[1]。然而大部分天然色素成分多樣、無副作用、安全性高,就染色而言顏色自然,就食品添加劑而言有增強人體功能、保健防病等功效[2],所以天然色素取代人工合成色素不僅是人民所盼亦是市場所趨[3]。

1 東北特色堅果種類

東北獨特的地理位置和氣候條件造就了獨具特色的林產品產品,其中包括但不局限于以下幾種特色堅果:

紅松:松科松屬植物,常綠喬木、裸子植物,耐寒,宜種植與微酸性土地中,其樹干紋理筆直,材質輕軟,松針含有可以直接或間接促進抗炎、抗菌和抗氧化活性的活性物質[4];多酚是松仁中的主要生物活性成分,可增強體質和預防癌癥[5];

山核桃:胡桃科山核桃屬植物,落葉喬木,葉中含有大量的揮發性活性物質[6];山核桃仁中富含飽和脂肪酸、氨基酸、鎂、鉀、鈣等礦質元素有多種功效,含油脂且具有良好的氧化穩定性[7]。

榛子:樺木科榛屬落葉,灌木或小喬木,榛子果仁出油率高[8],被譽為“堅果之王”,目前中國平榛面積約111 333 hm2,產量大約2 600萬kg[9]。

蒙古櫟:殼斗科櫟屬,落葉喬木,抗風、抗凍、對干旱具有一定的耐受性,生長在各種各樣的土壤類型上,從貧瘠和干燥的沙土,pH值范圍從4.3到7.3[10]。蒙古櫟橡子中含有多種氨基酸、蛋白質、礦物質,具有很高的營養價值[11]。

2 東北特色堅果殼色素理化性質

理化性質是評價色素穩定性的重要參考。理化性質不僅對色素提取工藝條件提出要求,而且限制了色素的應用場景,一個性質穩定、顏色鮮艷的色素將擁有更廣闊的應用場景。理化性質包括:熱穩定性、光穩定性、pH值穩定性、金屬離子影響等,目前對東北特色堅果殼色素理化性質的研究有以下內容:

王孟歌等以吸光度為指標探究紅松松子殼色素光穩定性:室溫放置自然光下2個月,置于暗處8個月色素能吸光度基本不變說明光穩定性較好;在100℃下加熱3 h吸光度沒有明顯變化,說明熱穩定性較好;穩定pH范圍是6～14之間;色素受Ca2+、Cu2+影響較大,目測溶液顏色加深成褐色[12]。文攀等發現多種食品添加劑對紅松松子殼色素的吸光度有較大影響,苯甲酸鈉的影響最明顯,但是沒有改變顏色[13]。

邵婧等研究發現:山核桃殼色素pH穩定范圍為3～12;山核桃殼棕色素在超過80℃的環境下吸光度顯著增大,說明溫度超過80℃時色素不穩定;色素受Cu2+影響較大;受苯甲酸(防腐劑)的影響較大,所以應用山核桃殼色素在食品添加劑中應避免加入苯甲酸[14]。

金玲等通過實驗對比不同條件對色素溶液吸光度的影響,得出榛子殼棕色素熱穩定性、光穩定性較好,受Fe3+、Cu2+、Al3+、Zn2+影響較大,尤其是Fe3+[15]。付沁璇等通過對比發現榛子殼棕色素受高濃度的食品添加劑如山梨酸鈉、葡萄糖、蔗糖影響較大[16]。

3 東北特色堅果殼色素提取工藝

高效的提取方法不僅提高實驗的準確性而且可以提高效率節約資源,是色素的研究前提。經過前人的不懈努力,總結出以下幾種東北特色堅果殼色素提取技術。

3.1 溶劑提取法

溶劑提取法是一種比較傳統的提取方法,通過相似相溶原理將活性物質萃取出來。用溶劑提取法提取東北特色堅果殼色素的例子有很多,本文整理成表1,方便查看比較。

表1 溶劑提取法提取東北特色堅果殼色素

3.2 超聲輔助法

超聲輔助法是天然活性物質提取中最常見的方法,其原理是利用超聲波輻射壓強產生的空化作用和次級效應,使細胞破裂從而加快溶質運動、提高溶劑穿透能力。超聲波輔助法具有提取效率高,用時短,綠色安全等優點。

用超聲輔助法提取東北特色堅果殼色素的例子眾多,整理成表2,方便查看比較。

表2 超聲輔助法提取東北特色堅果殼色素

3.3 微波輔助法

微波輔助法是常用的一種提取天然活性物質的方法,其主要原理是采用頻率在300兆赫至300千兆赫的電磁波穿透萃取介質到達物料內部,使植物細胞內部溫度上升,壓力上升導致細胞破裂,目標成分從細胞內流出,從而達到萃取目的。具有色素產率高、節省時間、設備簡單等優點,但同時微波萃取法有可能會使熱敏物質失活。

用微波輔助法提取東北特色堅果殼色素的例子有付容霞運用微波輔助法以蒸餾水為提取劑來提取松子殼色素,最佳工藝條件為:微波時間 160 s;微波功率420 W;料液比1∶18[17];趙玉紅等用超聲輔助法以2%NaOH為提取劑提取榛子殼色素,最佳工藝條件為微波時間180 s;微波功率800 W;料液比1∶20[18]。

3.4 超臨界法

超臨界法是最近一種新型的提取活性物質的方法,超臨界流體是介于氣液之間的一種既非氣態又非液態的物態,利用超臨界流體可以高效的提取天然色素,缺點是設備造價高、維修保養費用高且對水溶性物質效果差,所以運用超臨界法的研究并不多,孫長霞等運用超臨界法提取榛子殼色素,最終確定最佳提取工藝參數為:夾帶劑流速:0.62 mL/min、萃取時間25.3 min、萃取溫度39℃[19]。

4 東北特色堅果殼色素純化工藝

生物活性物質的分離和純化,是現代生物學、生物醫學及藥物化學等領域的關鍵技術之一。主流的分離純化方法有以下幾種。

4.1 大孔樹脂法

大孔樹脂是一種具有較大表面積和多孔結構的高分子化合物,可以通過與溶質產生范德華力從而選擇性的吸附有機物。大孔樹脂純化法具有吸附選擇性好、速度快、方便再生等優點,在天然色素純化領域運用廣泛。

運用大孔樹脂法純化東北特色堅果殼色素的文獻整理成表3,方便查看對比。

表3 大孔樹脂純化東北特色堅果殼色素

4.2 柱層析法

柱層析法分離的原理主要是根據樣品混合物中各組分在固定相和流動相中分配系數不同,然后再用洗脫劑將樣品進行分離。與其他純化方法相比,柱層析法能耗低、流動相易于回收,仍是目前應用最廣泛的純化方法,缺點是耗時長、流動相用量大、難以工業化等。用柱層析法分離東北特色堅果殼色素的例子有:在王振宇等的研究中,洗脫劑2 組分別為正己烷與乙酸乙酯和乙酸乙酯與甲醇進行梯度洗脫,結果共分離得到 26 組洗脫物,分離效果較好[32]。

4.3 膜分離法

膜分離法的原理是利用膜的選擇透過性能將離子或分子或某些微粒從溶劑中分離出來,膜分離技術主要包括透析、微濾、納濾、氣體滲透和反滲透等方法。膜分離法的優點是常溫進行、選擇性好、能耗低,缺點是成本高、普適性差。

王金玲等利用NT納濾膜來純化榛子殼棕色素,所得最優工藝條件為:溫度=35℃,pH=7,進膜壓力=0.70 MPa[33]。

5 總結

目前對于榛子殼色素的研究已經非常全面了,在提取方法、純化方法方面應用了多種方法,也對其理化性質進行了深入的研究,并且對其結構也進行了研究,在其功能方面也有了相應的應用。

對于紅松松籽殼色素與山核桃殼色素雖然開展的研究不多,但是也是有一套完整的研究結構的,不足之處就是研究方法單一,研究數據單一,不能進行不同方法的比較。

至于蒙古櫟橡子殼色素,國內研究較少,但是關于同屬植物的研究還是比較全面的,可以從中汲取經驗。

總體來看,目前國內對東北特色堅果殼色素的研究只停留在性質、提取工藝條件以及純化工藝條件等方面,鮮有更加深入的研究,如色素的化學組成與結構、色素的應用等方面。通過對色素化學組成與結構的研究可以探究色素的功能原理、發色基團,可以通過與其他色素的比較發現東北特色堅果殼色素的獨特優勢;而對于色素應用的研究可以挖掘東北特色堅果殼色素更多應用場景,產生更多經濟價值。

所以,東北特色堅果殼色素研究還有很多空白需要填補,還有更大的價值等待研究人員發掘。