紫甘薯色素穩(wěn)定性能研究*

胡燕輝，紀 漫，汪麗亞，黃衛(wèi)東

(湖北理工學院化學與化工學院，湖北 黃石 435003)

近年來，天然食用色素在市場上的增長率均保持在10%以上[1]。紫薯中大量的色素顏色鮮艷自然，安全無毒，沒有特殊氣味并且它的顏色隨pH值的變化而變化，具有食用和藥用價值，是一種很好的色素源。研究表明，色素有很強的抗氧化、清除自由基、抗癌等功效，多數(shù)國家(中國、美國、日本等)允許其用作食品著色劑，美國 FDA 將其列入無須許可證的著色劑[2]。提取色素最常用的方法是溶劑提取法[3]。目前，國內學者對紫甘薯色素研究主要集中在對其活性成分的提取和分離上，對其藥理作用研究較少, 而國外這方面的研究比較活躍。本文主要從紫甘薯色素制備，設計不同影響因素的對比研究紫甘薯色素的穩(wěn)定性方面進行探討，以期得到紫甘薯色素的最佳加工儲藏條件并為開發(fā)色素新的功能特性提供理論依據(jù)。

1 實 驗

1.1 材料及儀器

紫甘薯(量販公司購買)、無水乙醇、石油醚、H2O2、抗壞血酸、大孔吸附樹脂(AB-8)、莧菜紅標準品(含量為87.4%)，上海源葉生物科技有限公司。

SCIENTZ-ⅡD超聲波細胞粉碎機，寧波新芝生物科技股份有限公司；UV1800可見-紫外分光光度計Japan SHIMADAU CORPORATION。

1.2 紫甘薯色素制備

①紫甘薯預處理：新鮮的紫甘薯(分別烘干用粉碎機制粉后備用或榨汁機榨出漿液備用)。

②紫甘薯色素的提取：分別用酸化乙醇進行提取或新鮮紫薯漿液離心即得到紫甘薯色素的粗提液。

③大孔吸附樹脂純化：將紫甘薯色素粗品加入到大孔吸附樹脂中得到紫甘薯色素純品[4-6]。

④脂質、蛋白質去除：將紫甘薯色素粗品用石油醚脫脂[6]；采用Sevage法脫蛋白[7]。

⑤多糖去除：將去除脂質和蛋白質的紫甘薯色素除去多糖[8]。

1.3 紫甘薯色素含量

以莧菜紅為標準品來計算色素含量[9]，得到回歸方程：

Y=0.046X-0.029

(1)

其中：Y為濃度(μg/mL)；X為吸光值。

消光系數(shù)法[10]：

總色素(mg/100 g)=[(吸光值×稀釋倍數(shù))/(樣品重×98.2)] ×100

(2)

1.4 穩(wěn)定性實驗

分別考察溫度pH常見金屬離子H2O2抗壞血酸對紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響，溶液中色素含量[11]：

色素降解常數(shù)用降解指數(shù)(DI)表示：

DI=A420/Aλmax

(3)

色素的保存率用S表示：

S=A初/A末

(4)

2 結果與討論

2.1 紫甘薯色素吸收光譜

將紫甘薯色素加水稀釋到一定濃度，在200～800 nm范圍內掃描其波普(如圖1所示)。紫甘薯色素在可見光區(qū)有一個強吸收峰，即521 nm，為典型的色素的特征吸收峰。

圖1 紫甘薯色素吸收光譜Fig.1 Absorption spectra of PSPP

2.3 溫度對紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響

由圖2可知，隨著溫度升高，降解指數(shù)總體呈現(xiàn)出增大的趨勢；但溫度從25 ℃升高到60 ℃，紫甘薯色素的降解指數(shù)增長幅度較?。粶囟葟?0 ℃升高到100 ℃時，其降解指數(shù)增長幅度明顯增大。從而可知，紫甘薯色素在溫度低于60 ℃時比較穩(wěn)定。

圖2 溫度對紫甘薯色素降解指數(shù)的影響Fig.2 Effect of temperature on the degradation index of PSPP

2.4 pH值對紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響

由表1可知，在2.2～8.0的pH范圍內，pH小于3.0時紫甘薯色素溶液呈紅色；pH大于3.0時，其顏色逐步從粉紅色過渡到藍色；隨pH增大，色素溶液的吸收峰增大且最大吸光值(Aλmax)減??；pH大于6.0時，該色素的吸收峰偏離了色素的特征吸收峰(521nm)且Aλmax增大；紫甘薯色素的降解指數(shù)(DI)隨pH的升高而增大。原因可能是堿性溶液會影響色素元母核的交叉共軛體系，引起電子轉移、重排，而使化合物的顏色發(fā)生改變[12]。

表1 pH值對紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響Table 1 Effect of pH value on the stability of purple sweet potato pigment

2.5 金屬離子對紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響

由表2可知，色素溶液隨Cu2+濃度增加，最大吸光值(Aλmax)減小且降解指數(shù)(DI)減小，但當Cu2+濃度增加到0.05 mol/L時，Aλmax和DI均增加，則說明Cu2+對色素沒有明顯的保護作用。隨Fe3+的濃度的增加，Aλmax和降解指數(shù)(DI)均增加；Fe3+濃度為0.05 mol/L時，色素溶液的吸收峰偏離了色素的特征吸收峰值，則說明Fe3+對色素溶液具有一定的破壞作用。Zn2+濃度從0.005～0.02 mol/L和Al3+濃度從0.01～0.02 mol/L時，Aλmax均保持不變且DI值均低于空白組，則說明Al3+和Zn2+對色素有一定保護作用；原因是Al3和Zn2+與色素形成結構穩(wěn)定的螯合物[13]。Na+濃度的改變對色素的Aλmax和DI均沒有很大影響，因此，Na+對色素溶液既不具保護作用，也不具破壞作用。

表2 金屬離子對紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響Table 2 Effect of metal ions on the stability of anthocyanins from purple sweet potato

續(xù)表2

2.6 氧化劑對紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響

向同體積色素溶液中加入同體積的3%、2%、1%的，測出1～10 min在波峰處(521 nm)的吸光值，根據(jù)吸光值和時間的關系，得到見圖3。

圖3 H2O2對紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of H2O2 on the stability of PSPP

由圖3可知，隨著處理時間的延長，不同濃度的H2O2所處理的紫甘薯色素溶液的吸光值均呈現(xiàn)出下降的趨勢。相同的處理時間H2O2濃度越大，吸光值越小。當H2O2濃度為3%時，10 min后色素的保存率由公式(3)和公式(4)計得，僅為21.79%，溶液顏色由紅色變成淡紅色，則說明該色素對H2O2的耐受力較差，原因是H2O2對色素的2位碳原子進行親核攻擊，從而破壞了吡喃環(huán)[14]。

2.7 還原劑對紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響

由圖4、圖5表明，隨著抗壞血酸濃度的增加，紫甘薯色素溶液的最大吸光值(Aλmax)呈現(xiàn)出先降后升的趨勢、降解指數(shù)(DI)呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。當抗壞血酸濃度為4%時，溶液的Aλmax有所回升，DI減小，但Aλmax的值比空白對照組低，DI的值比空白對照組大，則說明紫甘薯色素能被抗壞血酸降解，降解程度與抗壞血酸的濃度有關。

圖4 抗壞血酸對紫甘薯色素最大吸光值的影響Fig.4 Effect of ascorbic acid on maximum absorbance of PSPP

圖5 抗壞血酸對紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of ascorbic acid on the stability of PSPP

3 結 論

(1)低溫、低pH有利于紫甘薯色素的保存。當pH小于3時，紫甘薯色素呈現(xiàn)紅色；隨pH值升高，顏色逐漸變成藍紫色且降解指數(shù)增大；溫度小于60 ℃時，紫甘薯色素比較穩(wěn)定。

(2)A13+和Zn2+對色素具有一定的保護作用，有利于提高色素穩(wěn)定性；Fe3+對其有一定的破壞作用；Cu2+和Na+對色素不具保護作用。紫甘薯色素耐H2O2和耐抗壞血酸能力較差。