紫甘薯饮料中花青素的稳定性研究*

孙鹏尧 周芳宁 李喜层 曹燕华 袁素辉 牟德华*

（河北科技大学生物科学与工程学院，河北石家庄050000）

·基础研究·

紫甘薯饮料中花青素的稳定性研究*

孙鹏尧**周芳宁 李喜层 曹燕华 袁素辉 牟德华***

（河北科技大学生物科学与工程学院，河北石家庄050000）

研究了不同pH值紫甘薯饮料中花青素的色泽光谱特性以及pH值、温度、抗坏血酸、糖、光照等因素对紫甘薯饮料中花青素稳定性的影响。结果表明，pH值为2.2、3.0、4.0时花青素较稳定，随着pH值的升高，稳定性逐渐降低；高温处理对紫甘薯花青素的稳定性的影响较显著，温度越高，花青素的保留率越低；抗坏血酸的加入会加速花色苷的降解；葡萄糖和乳糖的加入对花色苷的稳定性无影响；Fe3+与花青素类物质形成络合物，降低了花青素的稳定性，其他的金属离子对花色苷的稳定性影响不大；光照使花青素稳定性降低，自然光在短时间内影响较小，花色苷在白炽灯和紫外灯照射下降解速度加快。

紫甘薯；花青素；稳定性

花青素作为一种天然色素广泛存在于植物的根、茎、叶和花等组织内，呈现出紫红到蓝色的光谱范围。随着消费者对合成色素安全性的质疑，天然花青素色素在食品、药品及化妆品行业得到广泛的应用，但是花青素在使用过程中容易受到外界因素的影响，如温度、pH值、光照、金属离子和添加剂等。紫甘薯饮料是以紫甘薯浓缩汁为主要原料制成的一种含花青素较高的保健饮料，其色泽来源于花青素。紫甘薯花青素色素因分子中含有大量的酰化的基团，与其他植物花青素相比色泽鲜亮，稳定性较高，具有一定的应用前景。

本文主要研究了不同pH值紫甘薯饮料中花青素的色泽光谱特性，并考察了不同pH值条件下和高温处理后，紫甘薯饮料花青素的变化情况，同时还考察了抗坏血酸、糖、光照等对紫甘薯饮料花青素的稳定性的影响。

1 试验材料与设备

1.1 试验材料及试剂

烟-176紫甘薯，河北省农科院粮油所；体积浓度95%乙醇、盐酸、醋酸钠、冰醋酸、柠檬酸、磷酸氢二钠均为分析纯，试剂公司购置。

1.2 试验仪器与设备

Re-201型旋转蒸发器；SHZ-D（Ⅲ）型循环水式真空泵；201-升降温水浴锅；SP-756p紫外可见分光光度计等。

1.3 试验内容及方法

1.3.1 不同pH值下紫甘薯饮料花青素的光谱分析

取1 mL紫甘薯浓缩汁，用不同pH值的磷酸盐缓冲溶液稀释至10 mL，做光谱扫描，观察光谱特性。

1.3.2 pH值对饮料花青素稳定性的影响

分别取10 mL紫甘薯浓缩汁7份，用磷酸盐缓冲溶液调至不同的pH值（2.2～8.0）转移至密封的试管中，放置在室温下，每隔2 d取样检测（OD530nm），观察花青素的变化情况。

1.3.3 温度对花青素稳定性的影响

取10 mL紫甘薯浓缩汁用磷酸盐缓冲溶液调pH为3，转移至密封的试管中。经70℃、80℃、90℃和100℃高温处理，观察花青素的变化情况。

1.3.4 金属离子对花青素稳定性的影响

取2 mL紫甘薯浓缩汁，加入10 mL质量浓度为0.002 g/mL含有不同金属离子（Cu2+、Fe2+、Zn2+、Fe3+、Ca2+）的溶液混合均匀，在吸收波长530 nm处测定其吸光度，观察花青素的变化情况。

1.3.5 抗坏血酸对花青素稳定性的影响

取2 mL紫甘薯浓缩汁，加入10 mL不同质量浓度（0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%）的抗坏血酸溶液混合均匀，在吸收波长530 nm处测定其吸光度，观察花青素的变化情况。

1.3.6 糖对花青素稳定性的影响

取2 mL紫甘薯浓缩汁，加入10 mL不同质量浓度（0.00%、0.01%、0.05%、0.10%、0.20%、0.50%）的葡萄糖及乳糖糖溶液混合均匀，在吸收波长530 nm处测定其吸光度，观察花青素的变化情况。

1.3.7 光照对花青素的稳定性影响

取2 mL紫甘薯浓缩汁，加入10 mL pH值为3的磷酸盐缓冲溶液混合均匀，在吸收波长530 nm处测定其吸光度，观察花青素的变化情况。

2 试验结果与分析

2.1 不同pH值下紫甘薯花青素的光谱特性

在不同的pH值下，溶液中花青素所存在的4种结构的主体成分是不一样的，所以溶液的最大吸收峰随着pH值的不同会发生改变。不同pH值下紫甘薯花青素的光谱特性见图1。由图1可知，在pH值2.2、3.0、4.0、5.0时紫甘薯花青素的最大吸收峰出现在530 nm左右，且随着pH值的升高，吸光度值降低，随着pH值的再升高溶液的最大吸收波长产生红移。

图1 不同pH值下紫甘薯花青素吸光度值

2.2 pH值对紫甘薯花青素稳定性的影响

不同pH值下紫甘薯色素溶液的保留率见下页图2。由图2可知，pH值在2.2、3.0、4.0时紫甘薯花青素较稳定，在放置8 d后保留率仍较高，而pH值为5.0、6.0、7.0、8.0放置一段时间后花青素的保留率明显较低，尤其是在pH值为7.0和8.0时，保留率降为50%以下。

2.3 温度对紫甘薯花青素稳定性的影响

2.3.1 不同温度处理对紫甘薯花青素保留率的影响

不同温度处理后紫甘薯色素溶液的花青素保留率见图3。由图3可知，高温处理对紫甘薯花青素的稳定性的影响较显著，尤其是在90℃、100℃时的热处理下紫甘薯花青素的保留率明显降低，90℃和100℃处理6 h后溶液中花青素的保留率变为71.88%和45.76%，而在70℃和80℃，相对较稳定。

图3 不同高温处理后紫甘薯色素溶液的花青素保留率

2.3.2 不同温度下紫甘薯花青素的变化动力学曲线

对不同温度下紫甘薯花青素溶液的保留率取负对数，并与时间t做曲线，得到-ln（At/A0）—t曲线图，见图4。由图4可知，两者的关系可拟合为直线，表明不同的高温处理后紫甘薯花青素的变化符合一级反应动力学。

图4 不同高温处理后紫甘薯花青素的变化动力学曲线

2.4 抗坏血酸对花青素稳定性的影响

加入不同质量浓度的抗坏血酸对紫甘薯色素溶液花青素保留率的影响，见图5。由图5可知，在紫甘薯花青素在抗坏血酸溶液中的保留率下降，且抗坏血酸质量浓度越高，保留率越低，紫甘薯花青素的稳定性下降。这是由于抗坏血酸被氧化后能产生H2O2，H2O2能引起花青素变化。

图5 抗坏血酸对紫甘薯色素溶液花青素保留率的影响

2.5 不同糖对对花青素稳定性的影响

2.5.1 乳糖

不同质量浓度的乳糖对花青素的影响见图6。由图6可知，花青素在不同质量浓度的乳糖溶液中贮存一段时间后的变化情况，乳糖的存在以及乳糖质量浓度的变化在常温常压下对花青素的变化影响不显著，在放置15 d后花青素的保留率仍在85%以上，可知，在乳糖的存在下花青素较稳定。

图6 乳糖对紫甘薯花青素保留率的影响

2.5.2 葡萄糖

葡萄糖对花青素的影响见下页图7，由图7可知，花青素在不同质量浓度的葡萄糖溶液中贮存一段时间后的变化情况，葡萄糖的存在以及葡萄糖质量浓度的变化在常温常压下对花青素的变化影响不显著，在放置15 d后花青素的保留率仍在85%以上，表明在葡萄糖的存在下花青素较稳定。

2.6 不同金属离子对紫甘薯花青素稳定性的影响

花青素的相邻羟基可以螯合多价的金属离子形成稳定的螯合物，使花青素更稳定。不同金属离子对花青素的影响见图8。由图8可知，吸光度值明显降低，说明花青素类物质和Fe3+发生化学反应，形成复杂的络合物。而其他的金属离子对花青素的稳定性影响不大。

图7 葡萄糖对紫甘薯花青素保留率的影响

图8 不同金属离子对紫甘薯花青素保留率的影响

2.7 光照对紫甘薯花青素稳定性的影响

光照对花青素的影响见图9。由图9可以看出，随着光照时间的延长，花青素变化的程度加大。自然光在短时间内影响较小，花青素在白炽灯和紫外灯照射下变化速度加快。

图9 光照对紫甘薯花青素保留率的影响

3 结论

紫甘薯花青素在pH值2.2、3.0、4.0、5.0时紫甘薯花青素的最大吸收峰出现在530 nm左右，且随着pH值的升高，吸光度值降低，随着pH值的再升高溶液的最大吸收波长产生红移。紫甘薯花青素溶液在pH值为2.2、3.0、4.0时较稳定，在放置8 d后保留率仍较高，而pH值为5.0、6.0、7.0、8.0放置一段时间后花青素的保留率明显较低，尤其是在pH值为7.0和8.0时，保留率降为50%以下。

高温处理对紫甘薯花青素的稳定性的影响较显著，尤其是在100℃、90℃的处理下紫甘薯花青素的保留率明显降低，90℃和100℃处理6 h后溶液中花青素的保留率变为71.88%和45.76%，而在70℃和80℃相对较稳定，且紫甘薯花青素的热变化符合一级反应动力学。

在试验浓度范围内，抗坏血酸的加入会加速花青素的变化；葡萄糖和乳糖的加入对花青素的稳定性无影响；Fe3+能使花青素的溶液呈现红褐色，吸光度值明显降低，而其他的金属离子对花青素的稳定性影响不大。随着光照时间的延长，花青素变化的程度加大，自然光在短时间内影响较小，花青素在白炽灯和紫外灯照射下变化速度加快。

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表3 双螺杆挤压膨化温度的设定试验

由表3可见，配方-4的五谷杂粮在70℃、130℃、180℃的温度区间段中，挤压膨化后的色泽和熟化度最佳。

3.4 油炸试验

五谷锅巴已经过熟化过程，油炸是为了确保杂粮锅巴质感和酥脆度。油炸阶段最重要的是掌握油炸锅巴时的温度与加热时间的长短，以确保杂粮锅巴质感和酥脆度。如果油炸锅巴的油温太高，则杂粮片颜色变黑，有苦味，且锅巴明显胀大，膨胀的厚度也不一致；如果油炸锅巴的油温过低，随着时间的延长，杂粮片上色不均，酥脆程度不匀。经多次试验可知，油量要多，油温为80℃，油炸时间以锅巴浮于油面为宜，此时杂粮片受热上色均匀，酥脆程度适宜。

4 结论

4.1 五谷锅巴的配方

玉米（60目）、大豆、燕麦、芝麻、小米质量比为2.0∶1.0∶0.5∶0.5∶1.0。

4.2 工艺条件

a）杂粮预煮条件是玉米、小米在水温30℃中静置时间30 min，大豆、燕麦在水温20℃中静置时间40 min。

b）挤压膨化的三段温度为70℃、130℃、180℃。

c）油炸条件为油温80℃，油炸时间以锅巴浮于油面为宜。

4.3 指标

感观指标：产品色泽呈浅褐色，无焦生现象，具有五谷杂粮的特殊香味和调味品的滋味和香味。理化指标：水分≤5%，铅≤0.2 mg/kg，砷≤0.2 mg/kg。卫生指标：细菌总数≤l 000 cfu/g，大肠杆菌群≤30 cfu/100g，致病菌不得检出。

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Study on the stability ofanthocyanin in purp le sweet potato beverage*

SUN Peng-Yao**ZHOU Fang-Ning LI Xi-Ceng Cao Yan-Hua YUAN Su-Hui MOUDe-Hua***
（College ofbioscience and bioengineering，Hebei university ofscience and technology，Hebei Shijiazhuang 050000，China）

Thespectrum characteristicsofanthocyanins in purplesweetpotatobeveragewith differentpHwasanalyzed, besides,theeffectofpH,temperature,Vc,sugar,and lighton thestabilityofanthocyanin from purplesweetpotatobeverage werestudied.The resultsshowed thattheanthocyaninshad betterstabilityatthepH of2.2,3.0,4.0。Thestabilitygradually decreased alongwith the pH increased.High temperature had obvious effect on the stabilityofpurple sweet potatoanthocyaninsand thehigher the temperaturewas,the lower retention ofanthocyanin had.Vc could accelerate thedegradation of anthocyanins.Glucoseand lactosehad noeffecton thestabilityofanthocyanins.Clathratewhich formed ofFe3+and anthocyan might reduce the stability ofanthocyanins,however,other metal ions had no influence almost.The stabilityofanthocyaninsdecreased under the light.Natural lighthad noobviousimpactinashortperiod oftime.Incandescentlightand ultravioletlamp could speed up decomposition ofanthocyanin.

purple sweet potato；anthocyanin；stability

TS273

A

1673-6044（2014）03-0028-05

10.3969/j.issn.1673-6044.2014.03.010

河北省科技支撑计划项目“山区甘薯综合加工技术与示范”（12231009D）；河北科技大学国家级大学生创新创业训练计划项目（201310082013）。

**孙鹏尧，女，1990年出生，河北科技大学生物科学与工程学院食品科学专业在读研究生。

***牟德华，通讯作者：E-mail：dh_mou@163.com.

2014-06-11