紫甘薯天然红色素的乙醇提取法 本发明属于食品化学领域中食用天然色素的制取方法，涉及从紫甘薯中提取食用天然红色素的一种方法发明。
随着合成色素对人体健康危害性研究的深入，其使用日益受到限制，同时，随着人们崇尚天然、回归自然、安全第一心理需求的增强，天然色素得到重视和迅速发展。尽管天然色素价格较贵，且常受加工条件的限制，但因其来自天然，且往往还有一定的营养价值，甚至药用价值。因此，在“绿色运动”呼声越来越高的今天，由于消费者乐于接受，天然色素的发展前景依然看好，且有迅速发展的趋势。
天然色素有许多种类。花色苷是其中的一类水溶性色素。与其它天然色素一样，近年来，花色苷色素的研究和利用也得到了广泛重视。据最新出版的“天然食品添加剂手册(凌关庭主编，北京：化学工业出版社，2000年)”介绍，迄今，已报道了40多种，其中已开发成功，并被产业化生产和应用的有来自葡萄皮、红莓、玫瑰茄、红球甘蓝、接骨木、紫玉米、黑加仑和紫萝卜等的红色素。但有些色素含量较高的植物因原料限制而无法进行商业化利用。与这些来源的色素相比，新兴的紫甘薯红色素有较强开发优势和潜力。
紫甘薯是甘薯特有品种类型。因含红色素，其肉色紫红，外观美丽诱人。也因含红色素，使其成为一种重要的天然色素源。据日本(Kinnosuke Oake等，1992)和我们研究(陆国权等，1996；1997；1998)，紫甘薯所含的色素属花色苷类色素，这种存在于细胞液泡中的色素，其主要组分为失车菊素和芍药素。1983年日本Tsukui等采用薄层层析方法鉴定出6种不同组分。1993年宫崎丈史等研究甘薯表皮红色素组分，并鉴定出12种组分。Shi Z.L.等(1992)研究了紫甘薯红色素组分。BassaI.A.等(1987)通过试验证明甘薯红色素在饮料中的稳定性超过商品色素(Enocyanin)及黑莓色素。
日本较早开始甘薯红色素提取研究。其具体提取方法如下：紫甘薯先用热水处理杀酶，切成长条(0.4×0.4cm截面)，5％醋酸提取，过滤后用反相渗透膜纯化和浓缩，最后采用双滤法去除醋酸。该法除预处理加热外，色素没有再受热，因此，色素保存率高，但成本高。巴西、韩国等也相继了开展红色素研究。巴西还利用淀粉酶水解淀粉，喷雾干燥制成色素粉，并因此申报了发明专利。但其目的不是提取色素，而是提出了含色素产品的生产方法。经资料查新，迄今，外国还未见紫甘薯红色素的商业化生产。
在国内，80年代初我国引进了“山川紫”和“紫玫瑰”等一些紫甘薯种质，经多年改良，现已选育出不少产量较高的紫甘薯新品系，可以满足工业化提取甘薯红色素要求。1993年胡隆基等(1993)在国内最早开始甘薯红色素研究。但它研究的红色素来自薯皮，而非来自薯肉。此后，李洪民(1994)对薯肉红色素地提取作了些探索性研究，但他采用沸乙醇提取，这既影响色素得率，也影响副产品淀粉品质。
我们自1993年起便对紫甘薯进行了系统的研究，从紫甘薯引种和筛选、新品种的培育和繁殖、高产优质栽培，到色素的提取、分离和精制、色素组分分析、理化特性鉴定以及色素产品开发等许多领域都进行了广泛而深入的研究，使紫甘薯红色素的开发逐步走向成熟。本专利方法是我们在对多种提取方法进行比较研究的基础上筛选和确定的。目前，伴随提取方法的研制成功，我们的专用品种也随之进入大面积的推广和应用阶段。
本发明的目的在于，采用经济、安全、有效的提取方法从紫甘薯中提取食用红色素，以便充分利用甘薯特有资源，为食品行业生产新型食品着色剂，丰富食品添加剂种类，并为甘薯综合利用开辟新途径。
本发明的技术方案因紫甘薯原料是鲜薯还是薯干片或干粉而异。对于鲜薯原料，我们先以0.5％柠檬酸酸化乙醇为提取剂。采用添加柠檬酸乙醇提取优点在于：1)色素在酸性条件下稳定性增强，酸化乙醇溶解色素能力强，可在较少损失的情况下快速提出；2)柠檬酸本身为常用食品添加剂，且价格低廉；3)日本有采用盐酸和硫酸提取的报道。这两种酸比柠檬酸提取效果相对好一些，但盐酸和硫酸本身都是强酸，可分解色素组分。色素的盐酸提取液如用氢氧化钠调pH则会变成。硫酸虽不会变成，但其价格较高；4)色素的柠檬酸提取液不会因氢氧化钠的中和而变咸。具体工艺如下：
鲜紫薯用清水冲洗薯块表面泥土，去除病虫危害部分后，用机器或人工方法切成薄片、细丝或小块。按1∶10比例放入到温度为50℃，浓度为0.5％的柠檬酸酸化乙醇中，浸提2次，每次1小时后，过滤，合并滤液。由于鲜薯在酸溶液中可溶解出蛋白、糖等许多水溶性杂质，特别是溶出的薯味成分对产品品质有很大影响。因此，经适当浓缩，回收乙醇后，过阳离子交换树脂，以去除杂质和薯味。然后用0.5％柠檬酸酸化乙醇洗脱，再用氢氧化钠调pH后减压浓缩，真空干燥或喷雾干燥，制得成品。经测定采用柠檬酸提取其得率可达85％以上。干净无病虫的鲜薯块也可以直接打浆。薯浆按1∶10比例加0.5％柠檬酸酸化乙醇浸提，或浸泡保存。
以鲜薯为原料提取，虽直截了当，但杂质相对较多，工序相对较复杂，且因鲜薯贮藏和运输不便，成本高。经脱水干燥变成干制品，则不仅便于贮运，而且我们研究发现，紫甘薯干粉在常温干燥黑暗或常温密闭黑暗条件下保存1年，其色素含量也不会有很大变化。因此，采用干制品更好。采用薯干，有个干燥问题。甘薯由于切片等破碎工序，切口处细胞精细分室被打破，其色素直接暴露于空气和细胞汁液里的酶中，易导致氧化分解，因此，制干过程会破坏一些色素。为此，要求干燥时间越短越好。我们研究发现，在干燥有风有太阳的晴天，甘薯细丝只需3小时左右即可晒干，在这样短的时间内色素的损失不足5％，且成本低，处理简便。
对于干燥紫甘薯原料，采用热无水乙醇为提取剂进行提取。本发明方法特点是预先选择阳光较充足的晴天，将鲜紫薯清洗后，经机械或人工方法，用不锈钢刀切成薄片、丝、细条或小块后摊开直接晒干。如没有好天，则用40℃鼓风烘干，并粉碎。粉碎样品用50℃热无水乙醇提取2次，然后，压滤，去渣。提取液经减压浓缩，真空干燥或喷雾干燥制成粉状成品。经测定，其得率可达81％。用无水乙醇提取干原料中的色素是利用乙醇无毒廉价，渗透力强，沸点(78.5℃)和汽化能(210.16卡/克)低，乙醇溶液中的色素热稳定性好的特性，采用乙醇提取有利于色素提取液的浓缩和乙醇的回收循环利用。同时，可减少溶出可溶性糖的量，提高产品色价。该工艺简单，产品不含任何外加物质，提取物杂质及异味成分较少，作为食用色素可以不再纯化。
鲜紫薯破碎后压榨提汁是另一种特殊提取工艺方法。其薯汁可采用第一种工艺方法提取红色素；其薯渣可以直接干燥制彩色全粉，也可以采用第二种方法提取红色素。
具体选用哪条途径依生产者条件和副产品种类而定。
甘薯是一种高产稳产、耐早耐瘠、适应性广、抗逆性强、低投入、易种易繁的无性繁殖块根作物，除西藏等特别寒冷地区外，可在我国其它各地广泛种植。因而，其资源丰富而价廉，可为紫甘薯红色素的提取提供重要的原料保证，这也是紫甘薯红色素提取重要的原料优势。与其它同类色素相比，紫甘薯红色素的提取所用的工艺简单，投资小，污染轻，安全性高。所得到色素未测出致病菌，重金属等限量项的指标也符合国家食品添加剂标准。由于甘薯为可直接食用的粮食作物，从这种天然食用植物中直接浸提该色素，提取过程中未采用任何致使色素产生有害变化的手段或药剂，符合FAO/WHO联合食品添加剂专家委会1977年第21次报告的规定，可用作安全无毒的食品添加剂，直接应用于食品着色，满足食品等行业需求。
紫甘薯红色素不仅稳定性好，还有一定的营养价值和药用价值。据日本报道紫甘薯红色素具有显著天然抗氧化和抗辐射能力以及清除自由基等生理活性作用。与其它同类色素相比，紫甘薯红色素在原料产量和含量、成本、异味及毒性物质和成分等方法也占有相当优势，可广泛应用于食品、医药和化妆品等行业。因此，对其开发，不仅可增加食品着色剂种类，为甘薯综合利用开辟新途径，而且也有利于人体健康。显示其具有很大发展潜力。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。说明书附图给出了紫甘薯红色素提取的三种工艺流程。其中，工艺流程图(1)为酸化乙醇直接浸提鲜紫薯红色素的方法；工艺流程图(2)为无水乙醇热提取紫薯干粉红色素的方法；工艺流程图(3)为鲜紫薯压榨后，用酸化乙醇提取薯汁中的红色素，用无水乙醇热提取薯渣中的红色素。
实施例1：根据工艺流程图(1)，紫甘薯鲜紫薯先用清水冲洗薯块表面泥土，用不锈钢刀去除病虫危害部分后，用不锈钢刀切成薄片，按1∶10比例放入到温度为50℃的0.5％柠檬酸酸化乙醇液中，浸提2次，每次1小时后，热过滤，合并滤液。在45℃,700mmHg下减压浓缩。回收乙醇后，过阳离子交换树脂，以去除杂质和薯味。然后用0.5％柠檬酸酸化乙醇洗脱，用氢氧化钠调pH后至3后，再在45℃,700mmHg下减压浓缩。最后，真空干燥或喷雾干燥便可制得成品。经测定采用柠檬酸提取其得率可达85％以上。
实施例2：根据工艺流程图(2)，鲜紫甘薯先切成薄片，40℃鼓风烘干，并粉碎。粉碎样品用加热到50℃无水乙醇进行热提取2次，然后，压滤，去渣。提取液经45℃,700mmHg减压浓缩，真空干燥或喷雾干燥制成粉状成品。经测定，其得率可达81％。
实施例3：根据工艺流程图(3)，鲜紫薯经清洗后，破碎打浆，压榨提汁，出汁率约为16％。薯汁采用第一种工艺方法提取红色素，得率约为57％；薯渣因含水较低，易于干燥。干燥后粉碎可制成全粉。也可采用第二种方法再提取红色素。但得率很低。