【背景及概述】[1][2][3]
十字花科，芸薹属，甘蓝种中的一二年生蔬菜的统称，包括结球甘蓝、皱叶甘蓝、红甘蓝、抱子甘蓝、羽衣甘蓝、球茎甘蓝、花椰菜、青花菜和芥蓝等，除芥蓝外均原产地中海沿岸，都具有肥厚、呈蓝绿色、被蜡粉的叶片，叶脉明显，花及种子较白菜的大，属低温长日照作物，绿体春化型，冬春季栽培，要防止先期抽薹，喜冷凉湿润气候，不耐高温干旱，适应性较强，易栽培。
紫甘蓝（Purple cabbage），又称红甘蓝，是十字花科芸苔属植物甘蓝（Brassica oleracea L．）的变种结球甘蓝（Brassica oleracea L．var．capitata L．）中的一个类型，外叶和叶球均呈紫红色，作为一种食用性蔬菜在我国已大面积种植，价格低廉、叶色鲜艳、色素含量高，且安全无毒，具有特定的药理药效功能，可广泛地用于食品、医药以及化妆品着色。花青甘类色素是各国普遍允许使用的一类天然食用色素。它们存在于几乎所有的高等植物中，已知的花青昔结构有200多种。由于花青甘性质不稳定，在pH改变时，颜色会相应地发生变化，且氧化、光照、金属离子的影响也会导致其颜色的改变。所以人们不断发掘新的资源，以寻找稳定性良好的新品种，并寻找提高其稳定性的方法。
甘蓝红是一种色素，从红甘蓝的叶中提取、精制而成，主要由花青素、黄酮等组成，该色素为数种花色素苷的混合体，尚含黄酮和单宁。我国紫甘蓝资源丰富，甘蓝红色素的提取工艺简单。 甘蓝红色素作为天然食用色素之一，将广泛用于食品加工、医药保健品、化妆品行业。 虽然国内外已开展了一些研究，但有关其分子结构鉴定及生物活性、药理作用的研究很少，还需要大量数据为其进一步开发和利用提供理论依据。
【结构】[1]
甘蓝红色素是紫甘蓝中有色化合物的总称，属花色苷类色素，基本结构为矢车菊色素，在 3 位和5 位上形成糖苷键，约有15种，均系由矢车菊色素酰化多个葡萄糖基及对羟基苯甲酰 （p-coumaryl）、阿魏酰（ferulyl）和养子酰（sinapy1）等而成。用色谱法解析红甘蓝色素结构，红甘蓝色素由 15 种以上的色素混合而成，其中 4 种为主要色素，RC-1～RC-4 分别为同一位置上不同取代基，RC-1 为对羟基苯甲酰、RC-2 为阿魏酰、RC-3 为养子酰、RC-4为H，结构如下：
【理化性质】[1]
1.溶解性
甘蓝红色素为水溶性色素 ，易溶于水、醋酸、丙二醇和稀乙醇，不溶于无水乙醇、乙醚、石油醚、丙酮、乙酸乙酯、异丙酸、三氯甲烷、油脂等有机溶剂。
2.酸碱性及吸收光谱
紫甘蓝色素对酸碱的稳定性较差，色素随 pH值增加，波长红移，吸光度先降后升，中性条件下最低，pH 值越大吸光度变化越大，颜色越不稳定。 酸性条件下呈红紫色，碱性条件下呈绿色，pH 值在7左右时有很明显的红绿变色现象。pH值＜3时可见光区吸收波长为530 nm，pH 值在7左右时吸收波长为550 nm或560 nm。
3.光照和温度
配制pH值为 3.5的色素液，分别选择自然光、日光和紫外光进行试验，结果表明，自然光照射 12 d 吸光度变化很小，日光照射 4 d 以上有一定的影响， 紫外光处理 2 h 以对色素有影响； 采用水浴和微波加热进行试验，结果表明，水浴 50℃以上、微波 5min 以上对紫甘蓝色素有一定影响。因此，紫甘蓝红色素在强酸条件下，短时间内对光、热有一定的耐受性，应避强光贮存，适合用于酸性环境。
4.金属离子
K＋、Na＋、Zn2＋、Ca2＋、Mg2＋、Ni2＋离子对紫甘蓝红色素没有影响；Al3＋、Sn2＋离子对色素有保色、增色作用，可能是由于Al3＋、Sn2＋的水解作用使溶液呈较强的酸性， 致使色素溶液红色加深；Fe2＋、Fe3＋离子对紫甘蓝红色素的影响较大， 可使红色素溶液变成蓝灰色，并随其离子浓度的增大蓝色加深。
5.氧化剂、还原剂
氧化剂和还原剂对色素稳定性均有影响，且氧化、还原能力越强，对色素定性影响越大。 研究表明，在色素溶液中，分别加5％的 H2O2、（NH42S2O3、Na2SO3和VC，以蒸馏水为对照，2h 后色素保存率依次为12.9％、33.7％、38.2％和 40.2 ％。因此，应用色素应避免与氧化剂、还原剂混合。
6.食品添加剂
在色素溶液中添加质量分数为 5％～30％的蔗糖，长时间静置后，目测溶液颜色没有明显改变，表明蔗糖对色素的稳定性没有影响。在酸性条件下，分别用 0.5％的抗坏血酸、丙二酸、苹果酸、α-丙氨酸、L-缬氨酸、柠檬酸和没食子酸进行试验，65℃保温 2 h， 色素保存 率 依 次 为 49.3％、88.4％、86.8％、81.3％、82.9％、81.3％和84.2％，空白对照为84.0％，表明上述有机酸、氨基酸对色素稳定性影响较小，丙二酸、苹果酸具有一定的增色效果。
7.辅色剂对色素稳定性的影响
花色苷色素的辅色剂包括黄酮、生物碱、氨基酸、有机酸、核苷酸、多糖、某些金属离子及花青素本身。辅色剂可与花青素形成复合物加深溶液色泽，同时吸收波长红移。研究发现带负电荷的类黄酮色素能与红甘蓝色素起共色效应，黄烷酮、水溶性抗氧化剂、磷酸盐能提高红甘蓝色素的稳定性；紫甘蓝红色素在酸性条件下，85℃恒温加热 4 h，色素保存率 65％，经丙二酸辅色后保存率高于 75％，且色泽质量更好。丙二酸属于人体代谢产物，其衍生物具有多种生物活性，对人体安全无害，是值得研究开发的辅色剂。
【毒理学】[3]
按《食品安全毒理学评价程序和方法》进行毒理学试验，结果显示甘蓝红色素对小鼠急性毒性实验，经口 LD50大于 10000 mg/kg BW，属实际无毒级； 骨髓细胞微核、Ames 试验、精子畸形试验、30d喂养试验和致畸试验均未见明显毒性反应。初步判断甘蓝红色素是一种安全、无毒的食品添加剂。
【提取和纯化】[1][4][5]
1. 甘蓝红色素的提取：制备紫甘蓝红色素的步骤是：紫甘蓝→切碎→提取→抽滤→真空浓缩→冷冻干燥→成品。 当前常用的提取方法主要有：水提取法、酸提取法、微波辅助水提法和超声波辅助水提法。
1）水提取法：以蒸馏水为浸提剂 ，液固比 5∶1（mL∶g），pH 值为 2、温度 50℃、浸提 2h，紫甘蓝色素的提取率达 17.1％；用响应面法优化红甘蓝色素提取工艺参数 分析表明，在提取温度为 43.6℃、时间 37.9 min、料液比 1∶21.3时，色素提取产量最高，预测值为8.957 mg/g；以正交优化试验也提出：在料液比为 1∶15、提取 40 min、温度 40 ℃，提取色素产量最高，可达8.589 mg/g。
2）酸提取法：采用 20％乙酸溶液提取甘蓝红色素，在 pH值为 1～3、温度 40℃，浸提 4 h效果较好；分别用含水乙醇（乙醇∶水＝1∶3）、0.3％醋酸及 20％酸性乙醇进行正交优化提取条件，结果表明酸性乙醇为提取剂较好，条件为：溶剂 20％酸性乙醇（含 0.2％醋酸）、溶剂量 1∶2（g∶mL）、45℃，浸提 3 h。
3）超声波辅助提取法：采用超声波技术辅助提取甘蓝红色素，通过正交试验确定了提取工艺：以蒸馏水为浸提剂，超声功率 80W、时间 50 min、温度为 40℃，液固比为 40∶1，提取率明显高于传统水浸提法。
4）微波辅助提取法：利用微波辅助提取紫甘蓝红色素，并与传统水浸提进行比较，结果表明，以水为浸提剂，在微波功率 400 W、液固比7.5∶1、pH值为2、时间 2 min，色素的提取率可达18.6％，比传统水浸提（13.8％）提高 4.8％。
2. 大孔树脂吸附纯化
将色素粗品进行离子交换处理，利用交换树脂特有的选择性进行纯化。 树脂吸附纯化的工艺过程为：色素粗提液→上柱吸附→洗脱→浓缩→干燥→色素粉末。选择 D4020、NKA、NKA-9、S-8、AB-85 种大孔吸附树脂进行纯化试验， 结果表明 NKA 的性能，吸附率约为98.1％，吸附温度为 30℃，吸附时间为 120～140 min，洗脱剂为 95％乙醇，解吸温度 50℃。有研究比较了8 种大孔树脂，优选出 HPD-450 用于紫甘蓝色素的纯化试验，在 pH 值为 5、上样量湿树脂∶鲜甘蓝＝1∶4（V/W，mL /g），以 50％乙醇为洗脱剂，4BV 洗脱，固形物收率为 0/27％，色价为 87/06。
【应用】[1][3]
1.食品添加剂
甘蓝红色素（结球甘蓝红色素），在国外作为天然食用色素之一，已用作糖果、色拉、乳酸菌饮料、碳酸饮料、固体饮料和果酒等的着色剂。由于我国红甘蓝色素开发性研究相对滞后，故未列入食品添加剂使用名单。
2.染色剂
以 0.35 mol/L HCl 为提取溶剂，液固比 25∶1、60℃、3 h，从甘蓝中萃取红色素染液，对甘蓝红色素在羊毛、蚕丝两种织物进行染色研究，正交优化了各种染色工艺，结果表明通过直接法、铝媒染法、铁媒染法分别获得了紫色系列、蓝色系列和绿色系列的不同样品，色泽纯正，除日晒牢度（3 级以下）不佳外，其他常规染牢度（摩擦牢度 4 级以上）较好。
3.酸碱指示剂
研究表明甘蓝红色素溶液的颜色随 pH 值的改变而发生灵敏变化， 且颜色变化具有可逆性；pH 值为 7.24 时有一个颜色突变， 可用于酸碱滴定试验。 用甘蓝红色素作指示剂，滴定NaOH 溶液 ，并与酚酞进行对比试验 ，结果表明 ，以紫甘蓝色素作为指示剂测定的平均相对误差为0.22％，比以酚酞作指示剂的测定相对误差 0.54％要小，反复 5 次结果基本一致，说明重复性好、准确性更高；用甘蓝红色素制作了pH 试纸，用其测定柠檬酸、小苏打、洗衣粉等的 pH 值，取得满意效果；另外，用于电解食盐水试验，紫甘蓝色素可以清楚的指示阳极区和阴极区液体酸碱性的变化。
4.抗氧化剂
甘蓝红色素能消除活性氧自由基，抑制巴拉刈（Paraquat） 的伤害作用。紫甘蓝色素还具有一定的还原能力，对脂质过氧化、DPPH自由基具有较强的抑制和清除作用，在试验浓度范围内对亚油酸的抑制率为 54.39％，对 DPPH 自由基的清除率为 93.2％。因此甘蓝红色素具有较强的体内、外抗氧化能力，是一种很好的天然抗氧化剂。
【主要参考资料】
[1] 王金亭. 甘蓝红色素的制备及其应用现状[J]. 湖北農業科學, 2010, 49(2): 439 - 442.
[2] 李浩明. 甘蓝红色素的提取与性质研究[J]. 中国食品添加剂, 1999 (3): 12-18.
[3] 耿菊敏, 秦光和, 刘敏, 等. 甘蓝红色素的毒理学试验研究[J]. 现代预防医学, 2011, 4: 050.
[4] 潘文洁, 吕文虎.紫甘蓝色素提取条件的研究［J］.食品研究与开发，2006，27（3）：42-43．
[5] 张玉敏, 郭艳华, 陈义锋.紫甘蓝色素提取工艺条件的研究［J］.华中师范大学学报 （自然科学版 ），2006，40（2）：409-412．