火龙果色素论文

来源：划驼旅游

1 前言

1.1 天然色素的概况

天然色素是食品添加剂的一个重要组成部分，它可以改善食品色泽，增加营养并能提高安全性，是食品加工中决定食品质量的关键因素之一，另外在化妆品和医药工业中也有广泛的用途。目前，随着这些行业的发展，人们对天然色素的种类和需求量也不断增加，但现有的色素还不能满足生产生活的需要，因此科研工作者应责无旁贷地去开发新的色素源和产量。食用色素分为人工合成色素和天然色素两种类型。合成色素具有色泽鲜艳，着色力强，稳定性好，易于溶解调色，成本较低等优点，但合成色素中不少品种具有严重的慢性毒性和致癌性，而有逐渐被天然色素取代的趋势。天然色素不仅安全性高，而且色调柔和，再现了大自然的色彩，提高了消费者对食品的信赖度，此外不少天然色素还具有较高的营养价值和药理作用。

天然色素广泛存在于多种生物体，根据其来源划分，主要包括矿物色素、植物色素、动物色素、微生物色素等，颜色包括红、绿、黄、蓝、黑、棕等多种类型。矿物色素大多对人体有害，现已不再用于食品的着色；植物色素是天然色素应用最多的一类，其使用非常广泛，已被广泛应用于饮料、糖果、糕点、酒类等食品和医疗保健品、化妆品的着色；动物、微生物色素的应用较少。

1.1.1 概念与分类

天然色素是指从自然界生物体中提取并经过精制而获得的产品，具有安全性高、色调色彩自然等优点。按其功效成份分类，主要有：类胡萝卜素类色素、黄酮类色素、花青苷类色素、叶绿素类色素等。

1.1.2 特点

天然色素是生物体次生代谢产物，因此具有某些与生物学相关的特性，从而使天然色素具有了化学合成色素所无法比拟的优越性，其主要特点有：

⑴ 绝大多数天然色素无毒、副作用(一般经动物急性毒理实验验证)，安全性高，对人体的危害较小。

⑵ 很多食用天然色素含有人体所必须的营养物质，可对人体的某些疾病具有预防、治疗等药理作用和保健功能。如β-胡萝卜素可防止人体维生素A的缺乏症和干眼病等。

⑶ 天然色素的着色色调比较自然，更接近于天然物质的颜色，可增加消费者对食品等的信赖度，但着色力较差，染色不易均匀。

⑷ 大部分天然色素对光、热、氧、金属离子、pH值等很敏感，稳定性较差。如花青素在酸性时呈红色，中性时呈紫色，碱性时呈蓝色，可研究开发的蓝色素却具有较好的光热稳定性和对金属离子的耐受性，可在工业生产中应用。

⑸ 天然色素种类繁多、性质复杂，但就一种天然色素而言，应用时专用性较强，范围狭窄。

随着人类回归自然意识的日益增强以及对合成色素危害性认识的逐步加深，天然色素的优点越来越受到重视，种类和需求量也越来越大，因此开发新的色素源，降低成本和提高产率已成为食品、日化等行业的当务之急。但在开发利用天然色素资源时，必须考虑以下原则：

⑴ 色素来源丰富，生产成本低廉，产量高，同时对野生资源的利用应注意生态平衡和对环境的保护。

⑵ 色素理化性质稳定和生产工艺简便，便于大规模生产和实际的生产应用。 ⑶ 多方面开发新的来源，合理利用可再生的天然资源，降低对原材料的浪费和对环境的破坏。

⑷ 开发生产新的天然色素要通过国家相关部门的审批，同时要考虑到市场需求，以便更快的满足生产生活的要求。

在天然资源开发方面要坚持合理开发、综合利用的原则，同时要考虑到对环境的保护和资源的可持续发展，这样才能提高经济效益、社会效益和生态效益，实现人与自然的和

谐发展。

1.1.3 天然色素特性

1.1.3.1 溶解性

天然植物色素中以叶绿素为主要代表吡咯色素，它不溶于水，而溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂；胡萝卜素类为脂溶性色素，一般难溶于水和乙醇，而易溶于油脂、汽油或乙醚等，而胡萝卜醇类是以醇、酮、酸形式存在，易溶于甲醇、乙醇；酚类色素是植物中水溶性或醇溶性色素主要成分，一般易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂。 1.1.3.2 pH对色素吸收波长的影响

天然色素中类胡萝卜素是包含红色、橙色及黄色在内的一大类色素，它们对pH值适应性强，pH对色素吸收波长影响不大。类黄酮可呈现出浅黄至深黄各种色泽，酸性越强，黄色就变得越浅，碱性越强，黄色就变得越深。花青素呈现色泽是一个幅度较大色域，如橙色、红色、紫色、蓝色等，酸碱性改变对花青素吸收波长影响较大，一般酸性时呈红色，

中性时呈紫色，而碱性时呈蓝色。 1.1.3.3 稳定性

一般对天然色素稳定性检验主要考虑以下几方面因素：

① pH值影响：是指色素在不同酸碱条件下，其色泽稳定情况或变化规律等。 ② 光照影响：一般是指在紫外线和阳光直射条件下色泽变化情况。 ③温度影响：主要考察在不同环境中色素耐热性。

④ 金属离子影响：是指食品中常见金属离子Na+、Ca2+、Cu2+、Mg2+、A13+ 、Fe3+、Zn2+ 等对色素影响，有些金属离子可能会使色泽变色或褪色，而有些金属离子却有增色作用。

⑤ 色素抗氧化和还原能力：试验中常用抗氧化剂和还原剂有H202、NaClO、Vc、K2S208、Na2S203等。

⑥ 碳水化合物影响：在一定浓度色素溶液中加葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉等试验色素稳定性。

1.1.4 天然色素的生理功能

天然色素中有的是从长期食用生物体可食性部分提取，有的是从药食两用植物之根、茎、叶、果实中提取，有的是从生物体外壳或果皮中提取。从天然色素原料来源可看出，大多数天然色素安全性高，对人体健康几乎无不良影响。如栀子黄色素源于山栀子果实，辣椒红色素源于红辣椒果实，胡萝卜色素源于胡萝卜，虫胶红源于寄生在豆科、桑科植物的昆虫，血红素源于猪、牛、羊血，红曲色素源于红曲发酵产物，核黄素源于微生物发酵培养物等。

虽各种天然色素主要成份不同，但现代科学研究已表明，天然色素中有的是人体必需维生素的来源，有的参与生理代谢，有的具有抗菌、防治疾病等作用。如类胡萝卜素是联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)食品添加剂委员会一致推荐产品，其中α-胡萝卜素是A类营养色素，在医学上对治疗维生素缺乏和光敏感患者有明显作用，同时还具有防癌、抗癌、预防心血管等疾病功效；醌类色素则具有抗菌、抗癌、抗病毒作用，有些醌类色素还具有凝血作用；栀子黄色素是从茜草科栀子果实中提取的，是很好着色剂，具有镇静、止血、消炎、利尿、退热等药效。

近10年来人们发现多种天然色素具有抗氧化作用，如花色素是一种强有力的自由基捕获剂。自由基是带有未成对电子的分子，由于未成对电子趋向成对，自由基化学性质非常活泼，它通过抢夺电子形式破坏其它分子。体内正常新陈代谢产生一定量自由基，通常自

由基产生和清除是平衡的；但由于环境污染、重金属、紫外线、食品中添加剂等影响，自由基会在体内积聚，导致多种疾病。花色素可消除体内过多自由基，恢复代谢平衡，对一系列由自由基造成损伤引起的疾病，如炎症、心血管疾病、关节炎、神经疾病及许多与衰老有关的疾病，均具有预防和改善作用。花色素在体内吸收快，能通过血脑屏障，可对自由基所导致脑和脊髓神经损伤起保护作用，避免因此而引发的帕金森氏综合症、早老性痴呆症等。

1.1.5 资源

天然色素主要来源于自然界中的矿物、植物、动物和微生物，但研究和应用最多的是植物天然色素，所涉及的植物种类遍及众多科属。据不完全统计，见诸于报道的被研究和开发的天然色素资源植物已有3O多种，例如：红甜菜(紫菜头)、红心萝卜、紫甘蓝、红辣椒、红瓦菜、胡萝卜、菠菜、紫苏、山楂、酸枣、沙棘、桑椹、醋栗、火棘、黑豆、黑米、苎麻、紫草、菠萝、红花、花、越桔、栀子、玫瑰茄、一串红、蓝靛果、仙桃、红蓝、鸡冠花、红木、乌饭树、云南石梓、五指山兰、螺旋藻等。同时广泛开展以农副产品为原料生产色素，其中高粱壳、花生内皮、生产玉米淀粉的黄浆、葡萄酒皮渣等已被应用到色素的生产中。另外，我国的植物色素资源非常丰富，尚有很多有待研究开发，这为我们科技工作者提供了巨大的研究空间和动力。动物色素较少，主要有胭脂虫。在自然界中微生物能产生色素的种类非常丰富，且具有不受资源、环境和空间的优越性，因此被开发利用的潜力巨大，尤其是通过大量的发酵培养微生物即可获得天然色素产品，使生产成本大大降低，同时保护了环境和生态平衡，解决了资源短缺的矛盾，具有可持续开发利用的优势，而且产生的色素具有天然色素的特点，可应用于食品、医药、化妆品等行业中；研究开发的主要有红曲霉。

1.1.6 天然色素与合成色素的比较

化学合成色素一般以苯、甲苯、萘等化工产品为原料，经过磺化、硝化、卤化、偶氮化等一系列有机反应化合而成，从结构上可分为偶氮色素类和非偶氮色素类，分子量在450～880之间，最大吸收波长在428～630nm之间。合成色素多为含有R—N—N—R键、苯环或氧杂蒽结构的化合物，与天然色素相比，合成色素具有如下优点：色泽鲜艳，着色力强，稳定性好，易于溶解调色，成本较低，可人工控制其生产过程和工艺，容易改变其发色基团等，但其最大的缺点就是本身不仅没有任何的营养价值而且对人体有害，有致畸致癌的危险。合成色素的毒性主要是由于其化学性质能直接危害人体健康，或因为在其代谢过程中产生了有害物质，另外在合成过程中还有可能被砷铅等重金属污染。所以很多国家和

地区都使用合成色素的种类和数量，并大力推广天然色素的应用范围，如在美国允许使用的合成色素仅有7种，且均为水溶性色素。表1为FDA(美国食品药监局)和WHO(联合国健康卫生组织)规定的合成色素每日食用量和毒性。

表1 FDA和WHO规定的合成色素每日食用量和毒性

种类胭脂红柠檬黄酸性靛蓝苋菜红日落黄亮蓝

食品添加剂是指改善食品色、香、味以及防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学合成物质或天然物质，食用色素是一种以食品着色为目的的添加剂，有时又称之为食用染料或着色剂。天然食品大多具有它本身的色泽与香味，是食品的重要感官指标，但在食品的加工贮藏过程中常会使其不同程度褪色或完全丧失原有的色泽。因此，为改善食品的感官性质、保持良好的色泽，在食品加工过程中通常需要加入食用色素来提高食品的商品性。

食用色素按其来源和性质，可分为食用天然色素和食用合成色素两大类。其实人类自古以来就使用天然色素来给食品着色，如我国古代人们就利用红曲色素来制作红酒等。自从1856年英国的Perkins第一次合成苯胺紫以来，许多色素相继被合成，并以其具有色泽鲜艳，稳定性好，着色力强，适于调色，易于溶解，品质均一，无臭无味，价格便宜的优点，被食品、药物、化妆品等生产厂接受。但随着医学、卫生和分析测试等科学技术的发展，人们发现合成色素对人体健康有危害，甚至可能导致癌变、致畸等严重后果，许多国家已停止使用一些毒性较大的品种，允许使用的合成色素正逐渐减少，并对其添加量作了严格的规定。与此同时，人们对食用天然色素越来越感兴趣，特别是不少食用天然色素长期以来是人们的饮食成分，且有的还具有一定的营养和药理作用，食用天然色素的研制和应用日益增多。

食用天然色素色泽自然，种类繁多，其中很多主要成分是食物中的固有成分，许多食用天然色素对人体的多种疾病还具有非常突出的治疗、预防等药理作用和保健功能。由于食用天然色素具有安全、色泽自然鲜艳、多数不受添加量的和使用范围广泛而得到迅速发展。

ADI（mg/kg体重) LD50（mg/kg体重) 喂养方式 0～0.125 0～7.5 0～2.5 0～1.5

>8 12.8 2.5 <10

大白鼠经口小鼠口服小鼠口服小鼠口服

1.2 天然色素的研究和应用现状

1.2.1 研究方法

天然色素的获得和生产主要有3条途径：一是直接提取；二是人工合成；三是利用生物技术生产。目前绝大多数品种的天然色素是采用直接提取方法生产的。由于生物合成代谢的复杂性，许多天然色素物质很难在人工控制下化学合成，人工合成的方法只能生产极个别的具有天然色素化学组成和分子结构的物质，如胡萝卜素等。近年来随着生物技术的发展，利用生物技术生产天然色素已为人们开阔了广泛的领域，利用微生物发酵方法生产蓝色素、红曲色素等多种天然色素已成为现实，利用微生物具有的特定优势，不受资源、环境和空间的，以及生长迅速等特点，可快速大量的生产天然色素。

色素的提取主要有下列方法：溶剂萃取法、压榨法、粉碎法、酶反应法、培养法等，但是大部分生产天然色素的原料，基本上都是利用溶剂萃取的方法，过程包括原料预处理、破碎、浸提、过滤、浓缩、冷冻干燥等工艺。根据色素性质和原料来源的不同选择不同的溶剂，如水、酸碱溶液、有机溶剂等。

对天然色素性质的研究，首先应考虑毒理学的评价或安全性，其次是色素的理化性，主要包括：pH值、光照、温度以及食品中金属离子、碳水化合物和添加剂的影响，色素的抑菌活性、光谱性质和抗氧化还原能力等，同时随着近代科学技术的发展，人们要从分子水平上去认识天然色素，包括它的结构和分子方面的性质，这样就能更好的了解天然色素的性质和应用范围。通过对色素分子性质的研究，人们就可以更好地指导其在工业生产中的应用，为色素工业的发展提供理论基础。

1.2.2 应用现状

天然色素的应用有着悠久的历史。我国古代就有使用天然色素作纺织品染料，米饭、酿酒、化妆品等色料的记载。从1856年英国的Perkins第一个合成苯胺紫以来，许多色素相继被合成，由于其具有色泽鲜艳、着色力强、稳定性好、易于溶解调色、成本较低等优点，很快取代了天然色素在食品中的应用。

然而近二十年来，随着食用色素安全性实验技术的发展，人们陆续发现合成色素与人类膀胱癌、脾肉癌、肝癌、淋巴癌的发生以及哺乳动物类细胞染色体异常相关联，某些合成色素还可损害人体亚细胞结构，干扰多种活动性酶的正常功能，引起腹胀、腹痛、消化不良等症状，有报道称柠檬黄可引起某些人的过敏反应，表现为呼吸困难等症状，而且随着研究的深入开展，越来越多的关于合成色素对人体的危害证据被发现。鉴于合成色素对人体有不同程度的毒性作用，安全性高的天然色素则受到了消费者的热烈欢迎，需求量

日益增加。但到目前为止，国际上才开发了约百种不同来源的天然食用色素，被广泛使用的仅有3O多种(表2是几种天然植物色素的应用情况)，所以开发利用天然色素的市场广阔，前景非常可观，而且自然界中的天然色素原料非常丰富，我国又是一个生物资源大国，在天然色素资源方面有着巨大的开发潜力，如含花色素的山葡萄3．5万吨，蓝靛果1．8万吨。而且不少天然色素还是综合利用的产物，如从红葡萄酒厂的废渣中提取红葡萄色素，从高粱壳中提取高粱红色素，从黑米中提取黑米红。所以在开发利用天然色素时，既要充分利用我国丰富的色素资源，又要注意综合利用、环境的保护以及资源的可持续发展。

表2 天然植物色素的应用

色素名称叶绿素紫荆花红色素月季花红色素

应用现状

适用于化妆品、食品、脂肪、肥皂、油蜡及医药方面

适宜于做食品和化妆品的着色剂适宜于做酸性饮料及食品的着色剂，据其药用价值，还可应用于医药、保健品和化妆品行业

适宜于做含苹果酸的酸性饮料及含糖食品的着色

剂，但应避光保存和避免长时间加热，对于果汁饮料、果酱类食品最好采用巴氏杀菌

适宜于做酸甜味、酸成味食品，不宜于在弱酸、中性和碱性条件下大规模使用，在使用时应尽量避免与铜、铁、铝器接触

适宜于做酸性食品和饮料的着色剂，但应避免Fe3+、Cu2+ 介人

适宜于食品、饮料行业，而且还可用于医药及其他化工产品

大理花红色素刺桐花红色素

适宜于饮食行业，但产品应避光保存适宜于饮食行业，使用时应避免接触铁器

越桔色素

坼草果色素

紫苏色素大理花黄

1.2.3 天然色素的前景

随着食品、医药、轻工业等行业的发展和人们对化学合成色素危害性认识的增加，以及天然色素具有的天然和健康属性，使天然色素的种类和市场需求量大幅度增加，而且色素品种逐渐由合成色素转变为天然色素，但目前天然色素的开发生产远不能满足现代工业发展的需要，开发新品种的天然色素，探索新的天然色素来源，对原有天然色素的生产工艺进行改进，扩大天然色素的应用范围，降低天然色素的生产成本，使天然色素具有更广

阔的发展前景，已成为添加剂行业和研究者们非常迫切的问题。同时我国幅员辽阔，位处寒、温、亚热、热带地区，生物资源丰富，种类繁多，而且许多品种产地集中，如云南的西双版纳、武陵山区、秦巴山以及东北的长白山均是天然色素资源较为集中的地区，其他各地都有天然色素生产的原料，均可以因地制宜地开发利用。特别是一些农产品，如玉米、高粱、辣椒、萝卜等更是随处可见，这就为天然色素的开发利用提供了丰富的原料，也为农副产品的深加工开辟了新的途径，研究者们要利用这一优势，加大对天然色素的研究开发力度，为人类的健康和经济的发展做出积极贡献。

1.3 我国天然色素存在问题

由于天然色素性质不稳定，应用过程中容易受到一些因素如光照、温度、氧化、pH值、介质极性、金属离子、各种添加剂等影响而发生色调、吸光度等方面变化，从而影响食品着色效果，阻碍天然色素作为食品添加剂应用于食品工业进程。我国天然食用色素产业从改革开放以来，随食品工业蓬勃发展而壮大起来，虽发展非常迅速，但也存在着许多问题，如：

⑴ 目前，我国色素生产与国外相比，普遍存在成本较高，提取效率较低现象。我国绝大多数色素生产企业在技术、工艺方面较落后，设备陈旧或简陋。因此，必须不断创新。在天然色素生产过程中，可采用如下高新技术：基因工程、细胞工程、发酵工程、吸附色谱、凝胶过滤、微孔过滤、超滤、反渗透、膜分离技术、超临界CO2流体萃取技术、冷冻干燥等。采用高新技术，提高设备装备水平，是提高天然色素收率、产量、保证优质基础。

⑵ 我国天然色素生产企业一般规模都偏小，产品单一，经济效益不明显，抗风险能力差。多数工厂生产是原料型天然色素，一般不能直接使用，因而价格低，经济效益不高。就某一种天然色素而言，企业也没有完全做到标准化、系列化，欠缺实用技术开发。因此，应鼓励企业与科研单位结合，使科研成果能有效转化为生产实践，产生经济效益。

⑶ 在色素资源开发利用当中，许多单位只注重开发，不注重保护，致使资源枯竭。应尽量把资源开发与资源保护相结合，发展人工栽培，弥补天然资源之不足，以利于可持续发展。

⑷ 现在色素研究中，色素除杂工艺研究不多，应加大除杂工艺研究力度，以提高色素产品质量。

⑸ 现在对色素毒理学评价、色素性质及系统检测方法还不尽完善，应尽快加以完善，以更好促进我国天然色素研究和利用。

综上所述，天然色素主要成份不但起着着色作用，且具有营养、保健、药效等功能，

对人体健康起着重要保护作用。目前，天然色素应用已初步发展起来，从营养品、化妆品、医药品到食品添加剂，天然色素都取得可喜成果，展现出广阔应用前景。为能开发出天然、高效的天然食用色素，就必需做更细致工作，以开发出更加稳定且具有生理活性功能天然食用色素。

1.4 火龙果介绍

1.4.1 火龙果简介

火龙果(Hyjocerelos undatus)为仙人掌科(Cactaceae)三角柱属(又称量天尺属，Hylocereus)的果用栽培品种。起源于中美洲，自然分布在哥斯达尼加、尼加拉瓜、墨西哥、古巴等国家和地区的热带雨林及沙漠地带，越南自然分布较广，人栽培遍及中美洲、越南、泰国、我国省及美国南部地区。火龙果集水果、花卉、蔬菜、保健、医药于一身，可称之为无价之宝，因此，已成为新奇、优良的绿色保健食品，倍受消费者青睐。火龙果的开发价值高，开发潜力大，市场前景广阔。

1.4.2 火龙果色素

火龙果的品种按其果皮果肉的颜色分为红皮白肉、红皮红肉、黄皮白肉等3种。红皮红肉品种是一种新的改良品种，其果实呈近圆形，棱片粗短，反卷似“莲花座”。是近十年内火龙果的主要栽培品种．火龙果果实富含大量的天然色素，从皮到肉的颜色呈玫瑰红到紫红色，是天然色素提取加工的良好来源。

1.5 火龙果色素的提取及研究的目的及意义

⑴ 火龙果集水果、花卉、蔬菜、保健、医药于一身，可称之为无价之宝，正因为如此我们才对火龙果进行一定的研究。

⑵ 火龙果的亩产量高，然而由于它的价格高，销售量相对较低，所以出现浪费现象，为了合理利用资源，我们考虑将火龙果作成果汁或从火龙果之中提取色素。

⑶ 火龙果的品种按其果皮果肉的颜色分为红皮白肉、红皮红肉、黄皮白肉等3种。红皮红肉品种是一种新的改良品种，其果实呈近圆形，棱片粗短，反卷似“莲花座”。是近十年内火龙果的主要栽培品种。火龙果果实富含大量的天然色素，从皮到肉的颜色呈玫瑰红到紫红色，是天然色素提取加工的良好来源。

1.6 火龙果色素研究的内容

⑴ 火龙果色素提取工艺的研究

⑵ 火龙果色素性质的研究

2、主要的实验仪器及试剂

2.1 实验仪器

2.1.1 SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵郑州长城科工贸有限公司 2.1.2 旋转蒸发器上海亚荣仪器生化厂 2.1.3 UV-1601紫外分光光度计日本岛津 2.1.4 恒温水浴锅北京风仪器代表公司 2.1.5 电热恒温干燥箱山东省潍坊医疗器械厂 2.1.6 分析天平梅特勒-托利多公司 2.1.7 电子天平美国双杰兄弟 2.1.8 高速冷冻离心机日本日立公司 2.1.9 AB-孔吸附树脂 2.1.10 玻璃色谱柱

2.1.11 WSD-3A型色度白度计北京康光仪器有限公司

2.2 实验试剂

2.2.1 盐酸溶液分析纯

2.2.2无水乙醇莱阳市康德化工有限公司 2.2.3 磷酸缓冲溶液自行配制 2.2.4磷酸氢二钠连云港市化学试剂厂 2.2.5 柠檬酸淄博化学试剂厂 2.2.6 三氯化铁沈阳市试剂厂 2.2.7 硫酸铜江苏南新试剂厂 2.2.8 氯化钠天津市化学试剂厂 2.2.9 葡萄糖上海来泽精细化学品厂 2.2.10 蔗糖天津市爱德华科技发展公司出品 2.2.11 氯化钙天津开发区海晶精细化工厂 2.2.12 氯化镁天津开发区海晶精细化工厂 2.2.13 氯化锰上海市试剂厂

2.2.14 硫酸亚铁天津市化学试剂三厂 2.2.15 抗坏血酸莱阳经济技术开发区

2.2.16 30%的双氧水上海挨彼化学试剂有限公司 2.2.17 酒石酸青岛化工站试剂厂 2.2.18 草酸济南市化工研究所

3、实验材料和方法

3.1 实验材料：

火龙果青岛市市南区家乐福销售

3.2 实验方法

3.2.1 火龙果色素的提取

3.2.1.1提取工艺流程

火龙果去皮—浸泡果皮—过滤—色素吸附—色素解吸—浓缩—色素浓缩液 3.2.1.2具体工艺操作

（1）火龙果去皮：将火龙果切下果皮，并将果皮切的尽量小块。

（2）浸泡果皮：先配制pH为2的盐酸溶液，然后将切成块的果皮浸泡在配好的盐酸溶

液中。

（3）过滤：浸泡十多个小时后进行抽滤。

（4）吸附：将过滤后的滤液经过大孔吸附树脂吸附柱进行色素吸附。（5）解吸：用分析纯浓度为99%的无水乙醇从吸附柱上洗脱色素。（6）浓缩：经过无水乙醇洗脱的色素要进行减压真空浓缩。获得的色素浓缩液转移到试管中，并放在低温下贮存。

3.2.2 火龙果色素的提取工艺研究

3.2.2.1 AB-孔吸附树脂对火龙果色素的吸附量及解吸率

精确称量1.0克干树脂，至于250ml具塞三角瓶中。加入150ml火龙果色素提取液（A522.5=3.612），于室温震荡24小时。然后取吸附后的溶液，测其吸光值。根据吸附前后的浓度差和树脂用量计算AB-8树脂对火龙果色素的吸附量。将吸附色素的树脂用一定量的95%乙醇解吸，然后测其吸光值。根据吸附量和解吸液吸光值计算解吸的比率。 3.2.2.2 AB-孔吸附树脂对火龙果色素的吸附等温线测定

精确称量1.0克干树脂，置于250ml具塞三角瓶中，加入150ml不同浓度的火龙果色素提取液，于室温震荡24小时，取吸附后的溶液，测其吸光值。根据吸附前后的浓度差和树脂用量计算AB-8树脂对火龙果色素的吸附量。

3.2.2.3 AB-孔吸附树脂对火龙果色素的动态吸附

称取10克干树脂，加入95%的乙醇浸泡24小时，然后装入20*300mm玻璃色谱柱，树脂床体积为56.52mL,用2-3倍柱床体积的蒸馏水洗涤后，将火龙果色素提取液（A533.5=2.181）以1mL/min上柱，分部收集，每隔一定体积测流出液的吸光值，绘制泄漏曲线。吸附火龙果色素的吸附柱用95%的乙醇解吸，分部收集解吸液，依次测其吸光值，依据测定的数据绘制解吸曲线。

3.2.2.4 酸碱度对火龙果色素提取率的影响

将等量的火龙果果皮（20克）分别置于定量的pH值为3.0～8.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液，浸泡24小时后过滤，测其吸光值。

3.2.3 火龙果色素性质的研究

3.2.3.1 不同pH对火龙果色素最大吸收峰的影响

取pH值为3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液30mL，依次加入1.0mL，1.5mL，2,0mL，2.5mL，3.0mL，3.0mL的色素浓缩液，立即用UV-1601紫外分光光度计扫描其最大吸收峰，并测定吸光值。此后，每隔24小时测定一次数据，持续一周。

3.2.3.2 不同pH对火龙果色素稳定性的影响

取pH值为3.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液210mL，加入20.0mL的色素浓缩液，混匀后立即用UV-1601紫外分光光度计扫描测定最大吸收峰，并测定其吸光值，然后，将溶液分别移入7个锥形瓶中，将其中的5个锥形瓶分别放在温度为30℃、40℃、50℃、60℃、70℃的水浴锅中，1个放在0℃的冰柜中，另一个放在室温下，每隔2小时测定其吸光值，测定3次 3.2.3.4光照对火龙果色素稳定性的影响

取50mL的锥形瓶两个及棕色瓶一个，另取pH值为3.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液100mL，将30mL的缓冲液加入其中的一个锥形瓶中作为空白调零，剩余的缓冲液中加入3.0mL的色素浓缩液，立即用UV-1601紫外分光光度计扫描其

最大吸收峰，并测定吸光值，然后，分别将30mL色素溶液移入另一锥形瓶及棕色瓶中。此后，每隔2小时在其上述最大吸收波长处测定其吸光值，持续3次，再隔24小时测定，重复2次。

3.2.3.5 三价铁离子、铜离子对火龙果色素稳定性的影响

将110mL pH值为3.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液中加入10.0mL的色素浓缩液，立即用UV-1601紫外分光光度计扫描测定其最大吸收峰，并测定其吸光值。然后，将其移入另外的三个锥形瓶中，每个分别移入30mL，再对应的分别加入等量的等浓度的FeCl3溶液（两个锥形瓶）和CuSO4溶液（两个锥形瓶），使金属离子浓度为0.1mol/L。此后，每隔24小时在其上述最大吸收波长处测定其吸光值，持续6天。 3.2.3.6 其他金属离子对火龙果色素稳定性的影响

取50mL的锥形瓶8个，另取pH值为3.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液300mL，在其中的4个锥形瓶中分别加入30mL的缓冲液作为空白调零，剩余的缓冲液中加入15.0mL的色素浓缩液，立即用UV-1601紫外分光光度计扫描其最大吸收峰，并确定峰值。然后，将其移入另外的4个锥形瓶中，每个分别移入30mL，再对应的分别加入等量的等浓度的CaCl2溶液（两个锥形瓶）、MnCl2溶液（两个锥形瓶）和MgCl2溶液（两个锥形瓶），使金属离子浓度为0.1mol/L。此后，每隔24小时在其上述最大吸收波长处测定其吸光值，持续6天。

3.2.3.7 金属离子对火龙果色素最大吸收峰的影响

取50mL的锥形瓶14个，另取pH值为3.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液550mL，在其中的7个锥形瓶中分别移入30mL的缓冲液作为空白调零，剩余的缓冲液中加入30.0mL的色素浓缩液，然后，将其移入另外的7个锥形瓶中，每个分别移入30mL，再对应的分别加入等量的等浓度的CaCl2溶液（两个锥形瓶）、MnCl2溶液（两个锥形瓶）、MgCl2溶液（两个锥形瓶）、FeCl2溶液（两个锥形瓶）、FeCl3溶液（两个锥形瓶）和CuSO4溶液（两个锥形瓶），使金属离子浓度为0.1mol/L。此后，用UV-1601紫外分光光度计扫描测定其最大吸收峰，并测定其吸光值。 3.2.3.8 抗坏血酸对火龙果色素稳定性的影响

取50mL的锥形瓶4个，另取pH值为3.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液130mL，在其中的2个锥形瓶中分别加入30mL的缓冲液作为空白调零，剩余的缓冲液中加入10.0mL的色素浓缩液，立即用UV-1601紫外分光光度计扫描其最大吸收峰，并测定其吸光值。然后，分别将30mL色素溶液移入2个锥形瓶中，再对应的加入等量的抗坏血酸（两个锥形瓶），使抗坏血酸浓度为0.1mol/L。此后，每隔24小时在其上述最大

吸收波长处测定其吸光值，持续6天。 3.2.3.9 H2O2对火龙果色素稳定性的影响

将2mL的火龙果色素溶解在15倍体积的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液（pH=3.0），分别取5mL，各加入5μL、50μL、100μL、150μL 30%的H2O2，并混匀。1小时后在532.0nm下测定其吸光值。 3.2.3.10 呈味剂对火龙果色素稳定性的影响

取50mL的锥形瓶8个，另取pH值为3.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液250mL，在其中的4个锥形瓶中分别移入30mL的缓冲液作为空白调零，剩余的缓冲液中加入20.0mL的色素浓缩液，立即用UV-1601紫外分光光度计扫描其最大吸收峰，并测定其吸光值。然后，将其移入另外的4个锥形瓶中，每个分别加入30mL，再对应的加入等量的氯化钠（两个锥形瓶）、葡萄糖（两个锥形瓶）、蔗糖（两个锥形瓶），使其浓度为0.1mol/L。此后，每隔24小时在其上述最大吸收波长处测定其吸光值，持续6天。 3.2.3.11 酸味剂对火龙果色素稳定性的影响

取50mL的锥形瓶8个，另取pH值为3.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液250mL，在其中的4个锥形瓶中分别移入30mL的缓冲液作为空白调零，剩余的缓冲液中加入20.0mL的色素浓缩液，立即用UV-1601紫外分光光度计扫描其最大吸收峰，并确定峰值。然后，将其移入另外的4个锥形瓶中，每个分别加入30mL，再对应的加入等量的柠檬酸（两个锥形瓶）、草酸（两个锥形瓶）、酒石酸（两个锥形瓶），使其浓度为0.1mol/L。此后，每隔24小时在其上述最大吸收波长处测定其吸光值，持续6天。 3.2.3.12 pH值对火龙果色素色差的影响

配制pH值为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0和8.0的磷酸氢二钠（0.2mol/L）-柠檬酸（0.1mol/L）缓冲溶液各10 mL，加入等量的火龙果色素浓缩液，立即用全自动色差计测火龙果色素的色差。

4、实验结果

4.1 火龙果色素的提取工艺研究结果

4.1.1 AB-孔吸附树脂对火龙果色素的吸附容量及解吸率

经过24小时的震荡，测的在波长为522.5nm时，吸附后色素的吸光值是0.218,由此计算出AB-孔吸附树脂对火龙果色素的吸附量为509.1/g。

将吸附后的树脂用150mL的95%的乙醇解吸24小时后，测的在522.5nm波长处吸光值为2.426，由此可以计算95%的乙醇对AB-孔吸附树脂的解吸率为 71.48% 。

4.1.2 AB-孔吸附树脂对火龙果色素的吸附等温线测定

600 500 400 吸附量 300 200 100 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 色素量/mL 吸附量 0.5 0.6

图1 AB-孔吸附树脂对火龙果色素的吸附等温线

AB-孔吸附树脂对不同浓度火龙果色素的吸附量见图1所示。由图可见，树脂对火龙果色素的吸附量随色素浓度的增加而增大，属于单分子层吸附等温线。

4.1.3 AB-孔吸附树脂对火龙果色素的动态吸附

在波长为533.5nm下测的数据，并由实验数据可得以下泄漏曲线及解吸曲线

0.2吸光值/A0.150.10.05002040体积/mL吸光值6080100

图2 AB-孔吸附树脂对火龙果色素的泄漏曲线

由泄漏曲线可知，AB-孔吸附树脂对火龙果色素的吸附能力随着吸附量的增加而下降。这是因为在动态吸附时树脂对色素的负载量从上之下降低。

由图3可知，吸附色素的树脂用95%的乙醇解吸，其吸收峰非常集中，脱尾现象不明显，用1.5倍左右的树脂床体积的解吸液就能使解吸基本完全。

吸光值/A32100204060体积/mL系列1

80100120图3 吸附火龙果色素的AB-孔吸附树脂的解吸曲线

4.1.4 酸碱度对火龙果色素提取率的影响

10.8吸光值/A0.60.40.201234pH值吸光值567

图4 酸碱度对火龙果色素提取率的影响

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1 2 3 4 5 6 7 吸光值/A pH值吸光值图5 pH值对火龙果色素在大孔吸附树脂上吸附的影响

有UV-1601紫外分光光度计扫描得最大吸收峰为536.0nm，并在此波长下测的数据并绘制成图形。不同pH值溶液对火龙果色素提取率的影响如图4所示，图5是不同pH值对大孔吸附树脂吸附火龙果色素的影响。由图4可知，在pH值为2.0的酸性溶液中和pH值为7.0的中性溶液中对火龙果色素的提取率较高,由图5又知，随着pH的升高火龙果色素的吸附率逐渐降低，在pH为2.0时其吸附率最好，而火龙果色素在酸性条件下稳定性较好，故一般在pH值为2.0的盐酸溶液中提取。

4.2 火龙果色素性质的研究

4.2.1 不同pH对火龙果色素最大吸收峰的影响

表1 不同pH值下火龙果色素的最大吸收峰

时间(d) pH3/nm

pH4/nm 533.5 534.5 534.0 534.5 532.5 533.5 533.0

pH5/nm 533.0 532.0 532.0 533.5 533.0 533.0 533.0

pH6/nm 533.0 533.5 533.0 532.5 530.5 528.5 526.5

pH7/nm 532.0 531.0 530.0 529.0 527.0 526.0 525.0

pH8/nm 529.0 525.0 520.0 499.0 无无无

1 2 3 4 5 6 7

531.0 533.5 533.5 533.5 532.5 533.0 530.5

05355305255205155105055004950123时间/dpH=3.0pH=4.0pH=5.0pH=6.0pH=7.0pH=8.0

波长/nm4567图6 不同pH值对火龙果色素的最大吸收峰的影响

不同pH值条件下，火龙果色素的最大吸收峰见表1，表中表示在一周内色素最大吸收峰的变化情况，将其绘制成图6。由图可看出，在pH为3.0、4.0、5.0时，其最大吸收波

长变化不大，而在pH为7.0的中性条件下，火龙果色素的最大吸收波长有下降趋势，而在pH为8.0的偏碱性条件下，其最大吸收峰明显下降，并且由表1可知，pH为8.0时，从第五天开始其最大吸收波长消失。

4.2.2 不同pH对火龙果色素稳定性的影响

图7给出了不同pH值对火龙果色素稳定性的影响，由图可以看出，火龙果色素在酸性条件下有较好的稳定性，而在碱性条件下很不稳定，在pH为8.0的条件下，色素1天后就发生变色。由此可见，在液体状态下，色素的保存及使用都应该在酸性条件下进行。

由于，试验过程中pH为7.0的溶液与pH为8.0的溶液加入相同量的色素浓缩液，而由图7可看出，色素在碱性条件下的变化很快而且很明显。

0.70.6吸光值/A0.50.40.30.20.100123时间/dpH=3.0pH=4.0pH=5.0pH=6.0pH=7.0pH=8.0

4567图7 不同pH值对火龙果色素稳定性的影响

4.2.3火龙果色素热稳定性的测定

0.80.70.60.50.40.30.20.10010203040温度吸光值50607080吸光值/A

图8 温度对火龙果色素的影响

有UV-1601紫外分光光度计扫描得最大吸收峰为532.0nm，并在此波长下测的数据并

绘制成图形。不同的温度下放置6小时后，火龙果色素的吸光度变化如图8所示。由图可以看出，随着温度的升高，吸光值呈明显的下降趋势。

火龙果色素在0℃、室温、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃条件下，放置不同时间后吸光度的变化见图9所示。由图可知，在室温下放置6小时，其吸光值的降低很缓慢，而温度为50℃时，吸光值的变化就很明显，在70℃下，色素的颜色在2小时后就基本退去。由此可知，火龙果色素的热稳定性差，在储存和使用时尽量在低温下进行。

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 吸光值/(A/A0) 1 2 3 4 时间/h 40℃ 5 6 7 0℃ 20℃ 30℃ 50℃ 60℃ 70℃

图9 不同温度下火龙果色素的变化曲线

4.2.4光照对火龙果色素稳定性的影响

有UV-1601紫外分光光度计扫描得最大吸收峰为531.5nm，并在此波长下测的数据并绘制成图形。

在室温条件下，分别在光照及避光条件下，火龙果色素的吸光值变化如图10所示。可以看出，在避光条件下色素的稳定性较光照下稳定。可是，其变化差距不是很明显，所以，我们平时的实验条件下不需要避光操作。

1.2 1 吸光值/(A/A0) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 10 20 30 时间/h 光照 40 50 60 避光

图10 光照对火龙果色素稳定性的影响

4.2.5 三价铁离子、铜离子对火龙果色素稳定性的影响

有UV-1601紫外分光光度计扫描得最大吸收峰为532.5nm，并在此波长下测的数据并绘制成图形。

图11是三价铁离子及铜离子对火龙果色素稳定性的影响，由图可以看出，铁离子及铜离子对火龙果色素的稳定性均有一定的影响，但是，铜离子对色素的影响较铁离子明显，并且，对色素的破坏更严重。因此，在我们使用火龙果色素时要尽量得避免与铁离子，尤其是铜离子接触。

0.60.5吸光值/A0.40.30.20.100123时间/dFe3+Cu2+456空白

图11 有色金属离子对火龙果色素稳定性的影响

4.2.6 其他金属离子对火龙果色素稳定性的影响

有UV-1601紫外分光光度计扫描得最大吸收峰为532.0nm，并在此波长下测的数据并绘制成图形。

0.350.30.250.20.150.10.0500123时间/dCa2+Mn2+456吸光值/A空白Mg2+

图12 其它金属离子对火龙果色素稳定性的影响

其它的金属离子，试验中所用到的如Ca2+、Mn2+和Mg2+对火龙果色素的影响不大，

其变化曲线如图12所示。Ca2+和Mg2+对色素几乎没影响，但Mn2+对色素有一定的影响，但也不是很明显。

4.2.7 金属离子对火龙果色素最大吸收峰的影响

表2 金属离子对火龙果色素最大吸收峰的影响

金属离子最大吸收峰

对照

Ca2+

Mn2+

Mg2+ 535.0

Cu2+ 531.0

Fe2+ 533.5

Fe3+ 528.0

533.5 534.5 534.5

实验所用的各种金属离子对火龙果色素最大吸收峰的影响如表2所示。所用离子对色素吸收峰的影响较小，但Fe3+对色素的吸收峰却明显的偏小。

4.2.8 抗坏血酸对火龙果色素稳定性的影响

有UV-1601紫外分光光度计扫描得最大吸收峰为536.0nm，并在此波长下测的数据并绘制成图形。

抗坏血酸对火龙果色素稳定性的影响见图13所示。从图中可以看出，抗坏血酸有利于火龙果色素的稳定性，但不是很明显。

由此可以推断出火龙果色素具有一定的还原性，但其还原性却比较弱。

0.250.2吸光值/A0.150.10.0500123温度/dVc空白

4567图13 抗坏血酸对火龙果色素稳定性的影响

4.2.9 H2O2对火龙果色素稳定性的影响

有UV-1601紫外分光光度计扫描得最大吸收峰为532.0nm，并在此波长下测的数据并绘制成图形。

H2O2对火龙果色素稳定性的影响见如图14所示，从图上可以看出，随着H2O2浓度的增大，对火龙果色素的影响越大，但总体对色素的稳定性影响不明显。

0.32 0.315 0.31 0.305 0.3 0.295 0.29 0 0.03 0.3 H2O2的浓度/% 吸光值 0.6 0.9 吸光值/A

图14 H2O2对火龙果色素稳定性的影响

由图13和图14我们可以得出：抗氧化剂对火龙果色素具有稳定作用，而氧化剂对火龙果色素具有破坏作用，但像H2O2之类的强氧化剂浓度较低时对火龙果色素的稳定性影响不大。

4.2.10 呈味剂对火龙果色素稳定性的影响

有UV-1601紫外分光光度计扫描得最大吸收峰为532.5nm，并在此波长下测的数据并绘制成图形。

呈味剂氯化钠、葡萄糖、蔗糖对火龙果色素稳定性的影响如图15所示。由图可以看出，实验所用到呈味剂对火龙果色素基本没有影响。

0.60.5吸光值/A0.40.30.20.100123时间/d空白氯化钠葡萄糖蔗糖456

图15 呈味剂对火龙果色素稳定性的影响

如果我们将火龙果色素作为使用色素时，在食品中可以与氯化钠、葡萄糖、蔗糖等呈味剂安全稳定的共存。

4.2.11 酸味剂对火龙果色素稳定性的影响

有UV-1601紫外分光光度计扫描得最大吸收峰为532.5nm，并在此波长下测的数据并

绘制成图形。

0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 吸光值/A 1 2 3 时间/d 4 5 6 空白柠檬酸酒石酸草酸

图16 酸味剂对火龙果色素稳定性的影响

酸味剂柠檬酸、酒石酸、草酸对火龙果色素稳定性的影响如图16所示。由图可知，酸味剂对火龙果色素的稳定性均有一定的影响，但其影响程度不同。草酸对火龙果色素稳定性的影响最明显，柠檬酸与酒石酸的影响稍弱。

图17是酸味剂柠檬酸、酒石酸、草酸对火龙果色素最大吸收峰的影响图。可以看出，柠檬酸、酒石酸、草酸对火龙果色素最大吸收峰均有明显的影响，它们均使火龙果色素的最大吸收峰降低，其中，草酸的影响最大。

5345335325315305295285270123时间/d柠檬酸456波长/nm空白酒石酸草酸

图17 酸味剂对火龙果色素最大吸收峰的影响

由两图可以得出：草酸对火龙果色素的影响最明显，其次是酒石酸，柠檬酸的影响最小。

4.2.12 pH值对火龙果色素色差的影响

表3：不同pH值下火龙果色素的Lab值

pH 3 4 5 7 8 L 92.86 92.21 92.11 87.13 86.40 a 5.16 5.78 5. 4.51 3.27 b 7.83 10.42 11.26 13.98 14.86 白度 75.99 71.33 70.01 57.15 56.25 在亨特坐标中Lab可以对一种颜色的亮度、红绿程度、黄蓝程度予以表达，从表中可以看出，随着pH值的增大，溶液的L值即亮度逐渐减小，这表明色素的溶解性随着pH的增大而降低，而a值和b值也有变化，因此随着pH的变化色素的品质会有一些变化，在使用色素时，应该考虑一下产品的酸碱度对色调的影响。

5 结论

⑴火龙果色素属于甜菜苷类色素，易溶于水、乙醇等极性溶剂。色素在酸性条件下稳定，而在碱性条件下不稳定。色素的热稳定性不是很好，常见的一般无色金属离子对色素没有太大影响，但像三价铁离子、铜离子等对火龙果色素的稳定性有一定程度的影响。火龙果色素对抗氧化剂的稳定性很好，弱的氧化剂或低浓度的氧化剂对色素的影响不是很大。另外，呈味剂氯化钠、葡萄糖、蔗糖对火龙果色素基本没影响，但是，酸味剂如柠檬酸、酒石酸、草酸对火龙果色素稳定性有较大的影响。

⑵通过对火龙果色素提取工艺的研究，我们可以得出：在提取火龙果色素时要在酸性条件及低温下；利用大孔吸附树脂吸附色素时要控制其流量，另外，树脂用量与色素量应保持合适比例，不宜用较少的树脂吸附过多的色素。

⑶利用大孔吸附树脂吸附纯化色素，具有成本低、效率高、无污染和可再生等优点，火龙果色素的规模化生产潜力很大，火龙果红色素颜色鲜艳，稳定性较好，是一种值的开发利用的天然色素资源

致谢

本实验课题是在杜桂彩老师的悉心指导下完成的。杜老师兢兢业业的工作态度和一丝

不苟的科研精神是我倍受教诲，受益匪浅，再次表示衷心的感谢。在实验过程中李荣贵老师、郭群群老师提供了无私的帮助，在此深表感谢。另外，本课题的完成，与冷永滨同学李子超同学和李荣锋同学的大力协作和帮助密不可分，在此一并表示感谢。衷心的谢谢您们！

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附录

附录1：磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液（20mL） pH 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

附录2：色差计的原理

色差仪正是通过对众多具有正常色觉的人体进行广泛的颜色比较试验，测定了每一种可见波长的光引起每种锥体刺激的相对数量的色匹配函数，再将这些色匹配函数组合起来，描绘成曲线。

WSD-3A型色度白度计，可通过光学模拟方式来完成对物体颜色三刺激值的测定，同时给出计算后的三位坐标L、a、b值和色差△E值和其他色度学参数。