食品色素是重要的食品添加劑之一，天然色素能使食品呈現出自然柔和的色澤，這些色澤不僅能誘發食欲，還能滿足視欲，激發購買欲望，提高商品的價值。 天然色素主要是從天然物質中提取分離而獲得的有機色素，與合成色素相比，天然色素安全性好、色澤自然、營養高， 且某些色素還具有藥理保健功能。 在科技不斷創新進步的信息時代， 已出現多種多樣的分離技術。 超聲萃取技術就是一種新型的分離技術， 具有高效、節能等優點，已廣泛應用于化學工業、醫學、石油、食品環保能源等領域， 具有廣闊的應用空間和發展前景。 本文綜述了超聲波在天然色素分離中的應用情況， 以期為天然色素的高效提取和超聲波技術的發展提供一定參考。

超聲分離技術基于三大原理

• 空化作用

空化作用是指超聲波在液體中傳播時,使液體微粒之間發生相對流動和振動而產生無數的真空微小氣核，這些微小氣核在超聲場作用下發生的振蕩、長大破碎及閉合等一系列動力學過程?；驅⒊暡ㄔ谝后w中引起的各種次級效應總稱為空化作用，主要包括濫動效應、聚能效應、微擾效應和界面效應?？栈^程將聲能聚集起來，當集聚的能量足夠大時，這些真空氣核就會瞬時崩潰閉合，使液體微粒之間發生劇烈的碰撞，從而在周圍液體內造成局部高溫(約5000 K)和超強的氣壓(約200MPa)。當壓力突然釋放，會在液體內形成高速微射流和強沖擊波，加劇基取體系內的湍動，提高相之間的傳質速率。

• 湍動效應

湍動效應主要是超聲波在媒質中傳播時，空化作用產生的微射流和沖擊波加速體系的湍動和固體顆粒間的碰撞，使固體微粒獲得高加速度和動能,固體表面不斷被剝離變薄、產生新的活性表面，從而增加固液接觸面積,加快傳質速率。同時,微射流和沖擊波還會對細胞組織產生強烈的物理剪切作用，使細胞損傷、破裂并釋放出內含物，并促使裝取液向胞內擴散滲透，從而提高細胞內有效成分的提取率。

• 聚能效應

聚能效應是指空化泡在超聲場作用下破碎、聚集的能量瞬時釋放時，產生的局部高溫高壓可能破壞固體微粒之間的次級鍵，降低相互作用力，從而提高傳質速率同時，超聲波頻率高、能量高、穿透力強，在介質中傳播時，聚集的能量不斷被介質吸收，轉變為熱能，從而使體系溫度升高。溫度適當升高，有利于有效成分的溶解，提高傳質速率從而提高有效成分的獲得率。

超聲分離技術在天然色素提取中的應用

自1927年 Richards 等發現超聲場能強化傳質速率后超聲場就 開始得到大量研究并應用到各領域，如從天然物質中提取有效 成分等。常根據目標產物性質的不同，選用合適的萃取劑，再 用超聲波處理進行萃取分離，其主要工藝為: 原料→篩選→干燥→粉碎→浸提→超聲波處理→分離萃取液→ 濾液→減壓濃縮、干燥→產品

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ↑? ? ? ? ? ↓

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 浸提←濾渣

五大色素

 

多烯類色素

多烯類色素主要是類胡蘿卜素，分子結構中含有多個共驅雙鍵，為脂溶性色素，主要有 B- 胡蘿卜素葉黃素、番紅素、蝦青素和玉米黃色素等。具有保護視力、延緩衰老、提高免疫能力和抗氧等多種生理保護功能。翟虎等研究了菠菜色素的超聲波提取，并與有機溶劑浸泡法相比較，得出菠菜色素的最佳提取工藝： 乙醇為提取劑，料液比1:5提取溫度50C處理時間60min，超聲功率 200W 所得色素比較穩定但耐光性較差。宋佳等用超聲波提取玉米黃色素表明超聲波提取法有時間短、節能、高效等優點。李瑩等利用超聲皮提取紅酵母色素并研究了色素的抗化性，表明超聲波提取 酵母色素的最佳時間為20 min，溫度 25℃ 色素高濃度時抗氧化性與維生素 E 相當。李昌靈等用超聲波提取辣椒工色素，并研究了多種因素對色素的影響，得出該法有提取央、產率較大色價高不用加熱等優勢。鐘巖等研究了超古場對橘皮色素提取效果的影響，也得出超聲場提取色素時司短、節能、條件溫和、效果好的結論。據研 究報道，超聲波提取的多烯類色素還包括南瓜色素、梔子黃色素芒果皮中的黃色素、木瓜黃色素、龍蝦殼紅色素番茄紅色素、散菌黃色素、龍眼果皮黃色系、紅酵母發酵產的胡蘿卜素等。

 

多酚類色素

多酚類色素主要有花青素類、類黃酮和兒茶素，此類色素分子中含有苯并呲喃結構，是水溶性色素?；ㄇ嗨胤肿咏Y構中有多個酚釋基 主要以花色昔形式廣泛存在于各類植物中。黃酮類的結構是苯并呲嘴酮，主要有黃酮、黃酮醇、黃烷酮、異黃酮等。這類色素主要生理作用有抗氧化、清除自由基、延緩哀老等。王琴等研究了溶劑浸 提法、微波萃取法和超聲波萃取法對紫甘薯花色背色素提取效果的影響，結論說明超聲波提取法產率較高，但色素純度較低，可結合微波使用效果更好。苗穎等以乙醇為提取劑，料液比 1:6，在 60下 超聲波處理 20min 皮色素提取效好等在單因素上研究了超聲波提 取迎春花黃色素的最佳工藝條件表明超聲波提取具有無毒、高效、 快速等特點，色素清除自由基的效果隨時間而減小，隨色素濃度增加而增大。常麗新等通過單因子及正交試驗表明了超聲波對月季花 紅色索的提取效果好，色素提取率可達 55.63% 超聲波提取具有快速高效、提取率高等優點。王和才等用超聲波提取紫紅色素，最佳工藝為：超聲波功率 250w 料液比 3g:300mL 提取溫度 70C 基取 時間35 min，可較大幅度提高色素的提取效率。 超聲波還可用于提取藍靛果色系、板栗殼色素、覺菜色素、紫甘藍色素、白刺果籽中原花青素、樂山古荔枝果皮色素、爬山虎葉紅色 素、串紅紅色素、香樟籽色素、地黃色素、仙草色素、茄子皮紅色 素、大花類紅色素、養麥殼色素、烏飯樹葉色素、虎皮蘭色素、火棘果紅色素 、短梗五加果色素、黑果枸杞色素、越橘果花色昔、長棗紅色素等。

 

醌酮類色素

醌類色素是一種主要存在于動植物及微生物細胞液中的色素，分子結構為配式結構，如胭脂蟲色素、紫膠蟲色素等。酮類色素是一類有酮式結構的化合物，常見的有姜黃素、紅曲色素等。 這類色素具有抗氧化、抗炎、抗癌、降血壓、防衰老等生理功能。 崔莉等研究了超聲波輔助對紅曲色素提取率的影響，通過單因素和正交試驗得到最佳工藝條件，色素提取率達 92.84 %，比傳統浸提 法更利于色素溶出可節省時間提高效率。盧艷民等用超聲波提取胭脂蟲紅色素，色素得率可達 42.08 %，純度達 31.97% ，表明超聲場可提高提取率，縮短提取時間，節約成本。陳小全等用超聲場處理紅棗提取其色素，并研究了該色素的穩定性，表明超聲波可極大地縮短提取時間，降低提取溫度，紅棗色素在堿性條件下相對穩定， 但是抗氧化性較差。 超聲波還可提取姜黃色素、油菜花黃色素、茗荷紅色素、丹參酮紅 色素、紫草色素等。

 

吡咯類色素

該類色素結構中有卟咻環，包含葉綠素、血紅索等，有降低膽固醇、 抗突變、抗炎抗氧化等生理功能。岳輝吉等用超聲波提取冬青葉片中的葉綠素，并和單純浸泡法做了比較，分析了葉綠素提取效率對時間的依賴性結果表明超聲波提取葉綠素可提高提取率，縮短提取時間。王立娟在超聲波功率400W處理3次每次20 in醇和兩酮混合 液為提取劑的條件下，提取紫丁香樹葉的葉綠素，提取率能達到 91.85% 左右，比傳統提取法高 17.13%說明超聲波的作用效果明 顯。王長瑞等將超聲波用于酶法血紅素的提取并研究各單因素對血紅素產率和水解度的影響，通過二次正交旋轉組合試驗得出最佳工藝條件： 料液比1:5超聲波功率185.34 W處理時間876 min 結果血紅素含量優化前后分別為0.4213g和07328提高了03115水解度提高了6%， 超聲波縮短了破碎細胞的時間并提高產物得率。

 

超聲波-微波協同提取色素

超聲波微波結合使用能同時發揮超聲波的空化作用和微波高能作用， 避免劇烈條件，提高色素得率及質量，擴大使用范圍。李宇亮等先用微波破碎桑葉細胞壁，再用超聲波提取其中的黃酮提取率達96.9% ， 純度達95.13%。與傳統的煎煮法相比，該方法提取物質成本低、產 物產率高、純度高。徐競通過單因素分析和正交試驗研究了超聲波--微波協同提取柿子紅色素的最佳工藝條件，并對該色素的理化性質做一定研究，表明該法能有效縮短處理時間，減少提取劑用量；柿子紅色素對光、熱、酸糖還原劑的耐性較好耐氧化性較差， 使用時應避免其干擾，可用于糖果飲料及糕點等的著色。劉澤龍等以乙酸乙為取劑提取番茄中的番茄紅素，并利用響應面分析優化工藝條件，色素實際提取率可達到97.4%， 表明超聲波微波協同取是一種能夠 快速有效提取番茄紅素的方法。

 

超聲萃取具有巨大前景

隨著人們對合成色素的危害性和天然色素的安全性更加了解，天然色素受到極大關注和信賴， 被廣泛應用到各個領域。 天然色素將逐步取代合成色素，具有廣闊的發展前景。 超聲波基取技術具有處理時間短、能耗低、提取效率高、環境污染小、 提取時無須加熱、能保持提取物生物活性等優越性已應用在生活的各個領域， 特別適合于天然活性物質的提取。 在更加深人研究超聲波提取過程的動力學機制和了解超聲波處理對色素性質影響的基礎上， 進一步改善提取工藝，降低設備成本， 或結合其他高新技術使用，必將有助于拓展超聲波在天然色素提取方面的應用領域， 發揮巨大的工業化應用潛力， 在科學研究以及社會生產等各方面發揮舉足輕重的作用。