食品添加剂对青稞色素稳定性的影响

赵桃，赵亚丽，李斌

（上海工程技术大学化学化工学院，上海201620）

青稞（Hordeum vulgare ssp.Vulgare）是禾本科大麦属的一种禾谷类作物，主要分布在我国青藏高原等海拔4 200 m～4 500 m的高寒地区，具有丰富的营养价值和突出的医药保健作用[1-2]。已有研究表明，青稞种皮色素属花色苷类色素，是一种水溶性天然色素，其溶液在酸性条件下呈稳定的鲜红色[3]。

花色苷是自然界最重要的一种天然色素之一，不仅赋予植物鲜艳的颜色以利于授粉和种子传播、抵抗植物虫害以及预防植物的紫外线照射损伤，而且对于人类具有许多生理保健功能，如清除体内自由基、抗肿瘤、抗癌、预防糖尿病、保护视力等[4-6]。同时，花色苷还可用作抗氧化剂阻止或延缓油脂的自动氧化，防止食品在贮藏中因氧化而使营养损坏褐变褪色等[7]。但花色苷用作食品添加物，必须解决其在食品环境中的使用稳定性问题。本文以紫青稞成熟籽粒为材料，运用酸化甲醇浸提得到青稞色素，在此基础上研究了甜味剂（蔗糖、果糖、木糖醇）和维生素（VC、VB1、VB6）对青稞花色苷色素光谱特性和稳定性的影响，为青稞色素的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

紫青稞：产地为西藏拉萨。

试验所用所有试剂均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。

AB104-N型分析天平：梅特勒-托利上海有限公司；HH-数显恒温水浴锅：上海逸龙科技有限公司；SHZ-D型循环水式真空泵：巩义市英峪予华仪器厂；pHB-4便携式pH计：上海精密科技仪器有限公司；UV-7504型单光束紫外可见分光光度计：上海欣茂仪器有限公司；UV-1601PC型全波长扫描仪：岛津公司。

1.2 色素提取

将去杂后的青稞种子置于含1%盐酸的60%甲醇溶液中避光浸提24 h。提取液过滤后，40℃减压旋转蒸发浓缩，浓缩液再次过滤后，置于-20℃冰箱中保存。

1.3 青稞吸收光谱的测定

用pH 3缓冲溶液配制不同浓度的食品添加剂（蔗糖、果糖、木糖醇，VC、VB1、VB6），并与色素溶液等体积混合。缓冲溶液由20.5 mL的0.2 mol/L Na2HPO4与79.5 mL的0.1 mol/L柠檬酸均匀混合配制。使用全波长紫外分光光度计对色素溶液进行扫描，记录其在可见光区的最大吸收波长λmax和最大吸光度Amax。

1.4 稳定性测定

将配制好的pH 3的混合液置于15 mL具塞玻璃试管中，分别于10、20、30℃室内自然光或避光保存。于 0、1、2、3、5、8、10、12、15 d 分别测定其在最大吸收波长λmax处的吸光值A。色素稳定性通过吸光值的变化计算，以残留百分比（%）表示，计算公式如下：

式中：A0为配制时（0 d）色素溶液在最大吸收波长λmax处的吸光度；An为保存n天后色素溶液在最大吸收波长λmax处的吸光度。

1.5 数据分析

所有试验均设置3次重复，文中数据为重复试验平均值。统计学分析采用SPSS 11.5 for Windows软件进行。

2 结果与分析

2.1 添加剂对青稞色素可见吸收光谱的影响

表1为等量青稞色素在pH3条件下，在含量为5%的各添加剂溶液中的最大可见光吸收波长λmax及其最大吸光度Amax的变化。

表1 添加剂对青稞色素最大吸收波长λmax的影响Table 1 Effect of additive on λmaxof hulless barley pigment

可以看出，青稞色素在515 nm左右具有典型的花色苷的特征吸收峰。与对照品相比，试验所用6种食品添加剂对青稞色素花色苷的λmax影响较小，仅发生2 nm范围内的红移或蓝移，即试验所选六种添加剂不会对青稞色素的色泽产生明显改变。而通过青稞色素最大可见吸收Amax的变化可知，蔗糖、果糖、木糖醇，VB6的添加均能使色素的Amax值增大，VC能使色素的Amax值降低，而VB1在低浓度时能增加色素Amax值，高浓度时则使色素Amax值降低（图1）。

图1 添加剂对青稞色素最大可见吸收Amax的影响Fig.1 Effect of additive on Amaxof hulless barley pigment

由此可见，蔗糖、果糖、木糖醇，VB6对色素有一定增色作用，VC对色素有减色作用，VB6的作用则跟其浓度有关。添加剂使青稞色素的吸收光谱发生变化的原因可能是由于是花色苷分子与添加物发生结合导致[8]。

2.2 添加剂浓度对青稞色素稳定性的影响

2.2.1 蔗糖、果糖和木糖醇

蔗糖、果糖和木糖醇是食品工业中使用非常广泛的几种甜味添加剂。在pH3的避光条件下，对浓度分别为1%、5%、10%的蔗糖、果糖、木糖醇对青稞色素稳定性的影响进行了试验，见图2、图3、图4。

图2 蔗糖对青稞色素稳定性的影响Fig.2 Effect of sucrose on stability of hulless barley pigment

图3 果糖对青稞色素稳定性的影响Fig.3 Effect of fructose on stability of hulless barley pigment

图4 木糖醇对青稞色素稳定性的影响Fig.4 Effect of xylitol on stability of hulless barley pigment

由图2、图3、图4可以看出，添加不同浓度的3种甜味剂后，对青稞色素的稳定性无不良影响，相反，青稞色素的稳定性都有所升高。14 d之内，含添加剂的色素降幅均小于对照，色素残留率也均高于对照，且添加剂浓度越高，色素降解越慢。这与Daravingas等在黑莓中的研究结果相似[9]。由此可见蔗糖、果糖和木糖醇对青稞色素有一定的护色作用。这可能是由于在高浓度的糖存在下，由于水分活度降低，花色苷生成假碱式结构的速度减慢，所以花色苷的颜色得到了保护。另外，试验中发现，添加木糖醇的色素溶液的其稳定性较小，仅在高浓度（10%）效果较显著，说明木糖醇对青稞色素溶液的护色作用较蔗糖和果糖弱。

2.2.2 VC

图5显示了不同浓度维生素C（VC）对青稞色素溶液稳定性的影响。

图5 VC对青稞色素稳定性的影响Fig.5 Effect of vitamin C on stability of hulless barley pigment

由图5可知，VC的加入会严重破坏色素的稳定性，使其快速降解，且VC浓度越高，色素降解越迅速。这可能是由于抗坏血酸被氧化后能产生H2O2，H2O2直接亲核进攻花色苷的C2位，使花色苷开环生成查尔酮引起花色苷的降解[10]。因此，对于青稞等富含花色苷的谷物或果蔬，在加工过程中不宜采用强化抗坏血酸的方法，避免产生产品颜色的变化[11]。

2.2.3 VB1和VB6

VB1和VB6均属于B族维生素，参与体内糖、脂肪、蛋白质代谢，具有调节新陈代谢，维持皮肤和肌肉的健康，增进免疫系统和神经系统等功能，在食品工业中常作为一种营养素添加。在所研究浓度范围内，VB1和VB6对青稞色素稳定性的影响结果见图6、图7。

图6 VB1对青稞色素稳定性的影响Fig.6 Effect of vitamin B1on stability of hulless barley pigment

图7 VB6对青稞色素稳定性的影响Fig.7 Effect of vitamin B6on stability of hulless barley pigment

由图6可知，低浓度即VB1含量为1%时，对青稞色素的降解无不良影响；而随着VB1浓度增加，青稞色素降解加快，尤其是在6 d以后，添加较高浓度VB1的青稞色素溶液的降幅显著高于对照。

由图7可知，加入不同浓度的色素溶液的色素降解速度均低于对照，表明VB6可加速了青稞色素的降解，且浓度越大作用效果越明显。B族维生素对花色苷类色素的影响目前未见报道，其原因有待进一步研究。

2.3 不同光照条件下添加剂对青稞色素稳定性的影响

光对花色苷类天然色素的影响是两方面的，光是花色苷生物合成的重要因子，但同时光又会加速花色苷的降解[11]。花色苷自身缩合或与其它有机物缩合后，根据环境条件的不同，可能提高或降低花色苷的稳定性。一般来说，在光照下，酰基化的二糖苷比非酰化的二糖苷稳定，二糖苷又比单糖苷稳定。通过研究不同保存条件下青稞色素的降解率发现，避光条件下，尽管青稞色素在贮藏14 d后的残留率均略高于光照条件，即光照可加速色素的降解，但这种影响并不显著（图8）。此外，无论在光照和避光的条件下，六种添加剂对于青稞色素稳定性的影响是一致的，即光照条件并不会显著影响蔗糖、果糖、木糖醇、VC、VB1和 VB6对青稞花色苷的护色或减色作用。此外，由于VC引起色素降解迅速，8 d后几乎降解至无色，故图8中显示的VC数据为8 d时的残留率。

2.4 不同温度条件下添加剂对青稞色素稳定性的影响

图8 不同光照条件下青稞色素的残留率Fig.8 Changes in residual of hulless barley pigment at different illumination conditions

花色苷类天然色素的稳定性受温度影响非常大，并且花色苷的热稳定性与其结构及体系中其它化合物的反应等因素有关。高温会促使花青素色素的降解，从而失去其明亮的颜色。大量研究表明，花色苷受热后降解速率变快，半衰期变短[8]，见图9。

图9 不同温度条件下青稞色素的残留率Fig.9 Changes in residual of hulless barley pigment at different temperature conditions

由图9可以看出，温度越高，色素在保存14 d后的残留率越低（由于VC引起色素降解迅速，因此图中显示的VC数据为8 d时的残留率）。VC对花色苷的促降解作用显然与温度相关，温度越高其反应越快，花色苷降解越迅速。这可能是由于当温度升高时，花色苷结构向着无色的查尔酮和甲醇假碱形式转化，使得抗坏血酸被氧化后产生的H2O2亲核进攻花色苷C2位时更加有效所致。除VC外，与对照相比，其它5种添加剂在供试的3种温度条件下对青稞色素稳定性的影响是一致的，没有明显差异。

3 结论

青稞色素为花色苷类天然色素，各种食品添加剂对青稞色素呈现出不同的增色或减色效果。其中，蔗糖、果糖、木糖醇对色素均有增色作用，并可增强其稳定性，其效果随浓度增加而增强；VC使色素减色，并加速了色素的分解，其作用也随VC含量增加而增强；VB1和VB6低浓度时（1%）对色素起增色作用和促进稳定作用，而浓度5%时则加速了色素的分解。因此，在对含青稞色素的食品进行加工或贮存时，应充分考虑食品添加剂类型及其浓度的影响。光照和高温加速青稞色素的降解，因此为了提高青稞的稳定性，也应该注意对其产品储存环境研究与改善。此外，供试添加剂在不同的光照和温度条件下，对青稞色素的护色或降解作用不受影响（除VC外），说明其反应与供试的光照和温度条件关联较小。VC对花色苷的促降解作用与温度紧密相关，温度越高，促降解作用越明显。

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