《LWT》：Alkaline and Acid Extraction of an L-Tryptophan–Sunflower Flour Red Colorant: Production, Characterization, and Utilization
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为解决人工合成红色素(如Red 3)即将被禁用、消费者偏好天然色素，而现有天然红色素(如花青素、甜菜红)存在稳定性差、pH依赖性强或成本高等问题，研究人员开展了利用富含绿原酸(CGA)的葵花籽粉(SFF)与L-色氨酸(Trp)在碱性条件下反应制备新型天然红色素的研究。结果表明，该方法可成功制备出在pH 7.0时色度与溶解度最高、在牛奶体系中稳定、可模拟草莓奶中Red 3的“公主粉”色调的色素，为替代Red 3提供了一种基于农业副产物的可行方案。
在2026年的食品货架上，粉色草莓牛奶是许多消费者的心头好。然而，这种诱人的色泽，特别是那种标志性的“公主粉”，在很大程度上依赖于一种名为赤藓红(Red 3)的人工合成色素。美国食品药品监督管理局(FDA)已宣布，将在2027年全面禁止Red 3在食品中的应用。这不仅让食品制造商陷入困境，也反映了消费者日益增长的对天然、健康食品成分的追求。寻找一种能够媲美Red 3的稳定性、色泽鲜艳且价格合理的天然红色替代品，成为了食品科学领域的一项紧迫任务。
目前，市场上的天然红色素选择并不完美。比如，从甜菜中提取的甜菜红虽然稳定，但会带来泥土风味；从植物中广泛存在的花青素对pH极为敏感，在酸性环境以外容易变色、褪色；而源于胭脂虫的胭脂红则因宗教和素食者的顾虑而应用受限。那么，有没有一种原料，既廉价易得，又能生产出稳定的、适合中性食品（如牛奶）的粉色色素呢？
答案是肯定的，它就藏在我们常见的葵花籽里。准确地说，是藏在榨取葵花油后剩下的副产品——葵花籽粉中。这种富含蛋白质的副产物含有一种名为绿原酸(CGA)的天然抗氧化剂。有意思的是，当CGA在碱性环境中被氧化，并与一种名为L-色氨酸(Trp)的氨基酸相遇时，奇迹发生了：它们能结合生成红色至粉色的化合物。这项发表于《LWT - Food Science and Technology》的研究，正是要探索如何利用葵花籽粉这一廉价原料，高效地生产出这种新型天然红色素，并评估其在真实食品（如糖霜和全脂牛奶）中的应用潜力。
研究人员为开展此项研究，主要运用了几个关键技术方法。首先是碱性提取与酸化工艺：将不同比例的葵花籽粉与L-色氨酸混合，分别在pH 9和pH 11的碱性水溶液中反应，随后进行酸化，这是色素生成的核心步骤。其次是组分分离与表征：通过离心、等电点沉淀等方法，系统分离并比较了上清液和沉淀物中色素的产率、颜色强度、溶解度及蛋白质、金属含量。再者是稳定性评估：利用分光光度计，详细测定了色素溶液在不同pH值(3-7.4)和温度(室温与40°C)下的颜色稳定性。最后是实际应用测试：将制备的色素粉末分别添加到奶油糖霜(含/不含二氧化钛TiO2)、饼干糖霜以及全脂牛奶中，在光照和避光条件下，定期监测其颜色变化，以评估其在实际食品基质中的光稳定性和热稳定性。
结果与讨论
3.1. 冷冻干燥红色和棕色粉末的产率
研究发现，色素的产率因提取pH值和分离组分（上清液或沉淀物）的不同而有显著差异。在pH 9条件下，产率范围为21.92 ± 2.73 g/100g（等电点沉淀后上清液）到61.90 ± 3.36 g/100g（碱化混合物直接酸化后的沉淀物）。pH 11条件下也观察到相似趋势。总体而言，碱化混合物直接酸化后获得的沉淀物产率最高，而等电点沉淀法得到的上清液产率最低。这表明，红色素主要存在于上清液中，而非沉淀物中。
3.2. 红色素形成与pH及组分的关系
红色素的形成是一个动态过程：初始混合物为米色，随后变为绿色，最终在90-120分钟后形成红色。葵花籽粉与L-色氨酸的比例为10:2时，产生的红色最为强烈。与沉淀物相比，上清液中的色素颜色更深、更红。此外，在pH 9条件下产生的色素呈粉/红色，而在pH 11条件下则呈淡紫色，表明pH值可用于调整最终色素的色调以满足不同应用需求。整个红色素的形成过程在3小时内即可完成，相比其他天然红色素的生产方法（如发酵法）更为快速。
3.3. 有色粉末的组分分析
蛋白质分析显示，等电点沉淀后获得的沉淀物中蛋白质含量最高，达到77-79 g/100g，这主要归因于葵花蛋白（如葵花球蛋白）在该条件下被有效沉淀和富集。SDS-PAGE（聚丙烯酰胺凝胶电泳）分析证实，上清液中富含分子量较小、水溶性更好的白蛋白，而沉淀物中则富含分子量较大的球蛋白。金属含量分析表明，所有色素组分中的砷、镉、铬、铅等重金属含量均低于天然色素的安全限量标准，说明其安全性符合要求。
3.4. pH和时间对色素溶液的影响
分光光度分析揭示了色素的颜色特性强烈依赖于pH值。在pH 7.4的中性磷酸盐缓冲液中，色素溶液的红色强度（吸光度）最高，并且随着时间的推移而增强。而在pH 3和4的酸性柠檬酸盐缓冲液中，红色强度最弱，且最大吸收波长发生红移（移至574 nm附近）。这与其他天然红色素（如花青素在酸性条件下更红）的行为相反。该向日葵基色素的最高红色度出现在中性至弱碱性环境中，这使其特别适合用于pH接近中性的食品，如牛奶。
3.5. 色素在40°C下的稳定性
在40°C下孵育24小时，pH 7.4溶液中的红色度依然保持稳定甚至有所增加，而酸性条件下的溶液颜色也基本稳定。这表明该色素具有良好的热稳定性，能够耐受一定的加工和储存温度。
3.6. 色素在不同pH下的溶解度
上清液来源的色素溶解度远高于沉淀物来源的色素。例如，pH 9等电点沉淀上清液的色素在各种pH缓冲液中溶解度均高于94 g/100g，而对应的沉淀物溶解度则低于41 g/100g。高溶解度使得上清液色素更适合应用于饮料等需要完全溶解的食品体系中。
3.7. 色素在糖霜和牛奶中的应用
3.7.1. 在糖霜中的应用
将色素应用于奶油糖霜和饼干糖霜中，能够成功赋予其粉色。然而，研究发现该色素在光照条件下会逐渐褪色。添加了二氧化钛(TiO2)的糖霜，其粉色度低于未添加TiO2的糖霜。在为期两周的观察中，暴露在光照下的糖霜粉色度显著下降，同时黄度增加；而储存在暗处的糖霜，其粉色度则保持稳定甚至略有增加。因此，在实际应用中，建议对添加了该色素的糖霜产品采用避光包装，并在制作后一周内使用，以保持最佳色泽。
3.7.2. 在牛奶中的应用
这项研究最具潜力的应用之一是替代草莓牛奶中的Red 3。将色素（来自10:2比例混合物的等电点沉淀上清液）以0.01 mg/mL的浓度添加到全脂牛奶中，产生的粉色与市售含有Red 3和Red 40的草莓牛奶产品视觉上非常相似。在4°C冷藏条件下储存四周，牛奶的粉色度没有发生显著变化，显示出优异的冷藏稳定性。更令人鼓舞的是，在模拟巴氏杀菌条件（63°C加热30分钟）下，牛奶的粉色度保持不变或略有增加，证明了其良好的热稳定性，能够耐受牛奶加工过程中的热处理。
结论与意义
本研究成功开发并表征了一种利用葵花籽粉和L-色氨酸制备的新型天然红色素。其重要意义在于：
- 1.
开辟了高价值化利用农业副产物的新途径：将葵花油生产的副产品——葵花籽粉转化为高附加值的食品色素，符合循环经济和可持续发展的理念。
- 2.
为替代即将被禁用的合成色素Red 3提供了可行方案：该色素能够在短短3小时内制备完成，并且其在中性pH条件下（如牛奶）产生的“公主粉”色调，与Red 3的色泽高度匹配，这是许多现有天然红色素难以实现的。
- 3.
展现出良好的应用性能：色素在牛奶体系中具有优异的冷藏稳定性和巴氏杀菌热稳定性，并且只需极低用量即可达到理想色泽。虽然其在糖霜中对光敏感，但通过避光包装可以有效解决。
- 4.
具有成本和原料优势：直接使用富含CGA的葵花籽粉，比使用纯化的CGA作为起始原料成本更低，更易于规模化生产。
总之，这项研究不仅为食品工业提供了一种有前景的天然红色素替代品，也为农副产品的增值利用和清洁标签食品的开发提供了创新思路。在消费者追求天然、监管日益严格的双重驱动下，这种源于葵花籽的粉色力量，有望在未来为我们的餐桌增添一抹既安全又靓丽的色彩。当然，在投入商业应用前，仍需进行更长期的货架期测试、批次一致性评估以及获得必要的法规批准。
