马铃薯淀粉对红曲红色素的吸附及光褪色与热稳定性研究

刘立增，董世瑞，连喜军，*，王岩岩，吕俊营

（1.天津商业大学理学院化学系，天津300134；2.天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津市食品生物技术重点实验室，天津300134）

马铃薯淀粉对红曲红色素的吸附及光褪色与热稳定性研究

刘立增1，董世瑞2，连喜军2，*，王岩岩1，吕俊营1

（1.天津商业大学理学院化学系，天津300134；2.天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津市食品生物技术重点实验室，天津300134）

对红曲红色素吸附于马铃薯淀粉颗粒的形貌、红色素光褪色、热稳定性进行了研究。紫外吸收实验表明，淀粉对红曲红色素有极强的吸附作用。光学显微镜实验结果表明：在淀粉表面发生了对红色素的吸附作用，且表层吸附的红色素未对淀粉球晶的黑十字消光产生明显的影响。落射荧光显微镜研究结果表明，对吸附混合物6个月自然光照射后，红色素发生了明显的光褪色。100℃的蒸制温度对淀粉吸附的红曲红色素结构破坏比较小。

马铃薯淀粉，红曲色素，吸附作用，光褪色，热稳定性

近年来，越来越多的天然色素被应用于面制食品中，例如辣椒红色素用于饼干喷油、栀子黄用于方便面着色、叶绿素铜钠盐和番茄红色素用于蔬菜型挂面的着色、姜黄用于蛋糕、红曲色素用于烘焙食品着色等［1-4］。虽然天然色素在面制食品中的应用有了相当大的进展，但面制食品制作过程包括烘焙、蒸煮、煎炸等高温处理使得天然色素不易着色均匀、染着性较差，坚牢度差，所以天然色素的推广仍存在着相当大的困难。红曲色素应用于面制品生产中，如生产红曲饼干、红曲面包、糕点、红曲面条等［5-7］。在制作此类面制品时，添加红曲水浸提液，其添加量的不同对红曲面制品的香、味及口感影响不是很大，但随添加量的增加，其颜色变红。对于红曲色素在面制品制作过程中淀粉与红曲色素间的相互作用和染色机理报道很少。本文采用紫外、荧光、偏光、落射荧光显微镜对马铃薯淀粉对红曲色素的吸附作用进行了研究，以期为红曲色素作为着色剂用于面制食品提供有益的理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

马铃薯淀粉市售；红曲红（色价100） 山东中惠食品有限公司；薄层层析硅胶板GF254（20cm× 20cm）、柱层析硅胶（200～300目）青岛海洋化工有限公司；无水甲醇、二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯、四氯化碳（分析纯）天津市风船化学试剂科技有限公司。

RE-52AA型旋转蒸发器上海亚荣生化仪器厂；PerkinElmer Lambda25紫外分光光度计美国PerkinElmer公司；Tri-BK-POL透射偏光显微镜、BKFL-4落射荧光显微镜重庆奥特光学仪器有限公司；KER3100-08S型精密恒温工作台南京凯尔仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1制备红色素初级品的方法称取市售红曲红色素30g装入纸包，放置于索氏提取器中。分别用200m L正己烷、乙酸乙酯、甲醇作为索氏提取溶剂，进行3次索氏提取。将所得甲醇提取液旋转蒸发，浓缩，干燥后，薄层色谱（20cm×20cm）分离，展开剂为CH2Cl2∶CH3OH=3∶1。使用刮刀将Rf=0.4的色带刮下，甲醇溶解，过滤，旋干。得红色素初级品。

1.2.2马铃薯淀粉吸附红色素实验取适量的1.2.1制备的红色素初级品溶于蒸馏水中，调节其初始吸光度为1.0（红色素浓度为0.0001g/m L）。分别量取该红色素水溶液1、5、10、15m L与1g马铃薯淀粉混合，不加色素作为空白实验。超声下充分混合10m in后，离心（3040×g）5min，取上清液测试紫外吸收。将试管底部淀粉色素混合物所形成的淀粉乳取适量滴于载玻片上，加上盖玻片，避光干燥24h。置于显微镜样品台上，观察淀粉颗粒的形貌。分别在普通光、B光（420～480nm）和偏振光下拍摄淀粉颗粒的照片。

1.2.3光照时间对马铃薯淀粉吸附红色素稳定性的影响用自然光照射的方法，将1.2.2制备的红色素淀粉乳样品片，置于太阳光下进行照射。每隔10d测定样品的落射荧光，测试光源B光。

1.2.4温度对马铃薯淀粉吸附红色素稳定性的影响

将1.2.2制备的红色素淀粉乳样品片，置于恒温工作台中，升温速度1℃/s，温度范围25～220℃，测试光源B光。

2　结果与讨论

2.1红色素初级品的准备

进行定性的测定时，首先应将色素进行分离，再测定红色素的吸光度、光稳定性、荧光等性质。本文采用正己烷、乙酸乙酯、甲醇作为索氏提取萃取溶剂，除去橙色素、黄色素，得到红色素粗品［8］。为了避免红色素粗品中的盐、氨基酸等小分子在色素与淀粉吸附、干燥过程中，析出的晶体对光产生的折射作用，采用了薄层色谱分离红色素粗品。使用经上述方法得到的红色素初级品开展本文研究内容，避免了影响样品偏光和光致发光性质的因素。

2.2马铃薯淀粉吸附红色素对紫外吸收的影响

依据红色素浓度、用量以及所用马铃薯淀粉质量，得出实验所用马铃薯与红色素的质量比分别为1∶0.0001、1∶0.0005、1∶0.001、1∶0.0015。从图1所测得上清液紫外吸收结果可知，当马铃薯淀粉与红色素质量比为1∶0.0005时，吸光度值从1.0骤减至0.1，马铃薯淀粉对色素的吸附效果明显。当马铃薯淀粉与红色素质量比继续增大时，吸光度值基本不再变化，说明马铃薯淀粉对色素有很强的吸附作用。原因可能是目前报道的红色素，分子结构中具有羰基、氨基、羟基、羧基等极性基团，与淀粉中的羟基存在较强的氢键作用所致［9-10］。

图1　红色素与马铃薯淀粉质量比对吸光度的影响Fig.1　Effectof potato starch/red monascus pigmentmass ration on the absorbance value

图2　马铃薯淀粉，马铃薯淀粉+红曲红色素光学和荧光显微镜图（40倍）Fig.2　Opticalmicroscope and fluorescencemicroscope of potato starch，potato starch+red monascus pigment（40×）

2.3马铃薯淀粉吸附红色素作用的荧光和偏光图

以马铃薯淀粉与红色素质量比1∶0.0005为测试对象，用Tri BK-POL透射偏光显微镜、BK-FL-4落射荧光显微镜拍摄马铃薯淀粉、马铃薯淀粉吸附红色素样品，放大倍数为40×，结果见图2。图2（A）表明，在普通光下，马铃薯淀粉颗粒表面部分较光滑，颗粒多呈球形和椭球形。当马铃薯淀粉吸附红色素后，淀粉颗粒被红色素包裹而呈红色球形和椭球形颗粒。由图2（B）可知在B光下，马铃薯淀粉没有光的反射与荧光发射现象，视野中为暗场现象。当马铃薯淀粉吸附红色素后，淀粉颗粒呈强黄色荧光现象（发射波长范围580～595nm），这与文献报道的现象是一致的［11］。由于在团粒内无定形区和结晶区的D-葡糖基单元都呈规则走向，若采用偏光显微镜观察，可以看到淀粉的双折射现象，称之为偏光十字。从图2（C）得到马铃薯淀粉颗粒的偏光十字很明显，有的呈“+”型，有的颗粒呈斜十字形［12］。当马铃薯淀粉吸附红色素后，对黑十字图像的形状和亮度都没有影响，但折射光呈红色。由图2（D）、（E）、（F）看出，在室温下，马铃薯淀粉与色素之间发生了表面吸附作用，且色素没有改变马铃薯淀粉的偏光性质。

2.4光照时间对马铃薯淀粉吸附红色素稳定性的影响

目前研究结果表明红曲色素对光不稳定，在光照（太阳光、紫外光和可见光等）下会逐渐分解，这方面文献报道很多［13-15］。经太阳光照射不同时间后，通过B光下测得马铃薯淀粉吸附红色素样品荧光的变化如图3（A）、（B）、（C）所示。当照射时间为6个月时，红色素荧光衰减严重。实验结果表明长时间照射下，红色素发生了光氧化等分解反应，色素所具有的经典共轭结构发生了变化，产生了红色素光褪色现象［16］。

图3　太阳光照射时间对马铃薯淀粉吸附红色素样品荧光影响Fig.3　Effectof sunlight irradiation time on the red pigment sample fluorescence

2.5温度对马铃薯淀粉吸附红色素稳定性的影响

蒸制、烘烤、油炸是完成面食制品的最后加工步骤，是决定产品质量的重要一环。烘烤温度和烘烤时间对成品的色泽、体积、内部组织、口感和风味也有着重要的影响。蒸制条件一般为100℃30min，烘烤、油炸面食一般温度在180～200℃［17-20］。选择马铃薯淀粉与红色素质量比1∶0.0005为测试对象，采用KER3100-08S型热台梯度升温，考察温度对马铃薯淀粉吸附的红色素稳定性的影响。从图4（B）、（C）、（D）、（E）可以看出，B光下，红色素发出的黄色荧光在100℃下和100℃下加热30min时，基本无变化；当加热至220℃时，色素荧光强度明显降低，当220℃恒温30m in时，红色素荧光强度非常微弱［相比于25℃图4（A）］，但目镜视野中所有马铃薯淀粉颗粒所吸附的红色素仍有一定的荧光强度。通过以上不同温度、时间对马铃薯淀粉吸附红色素荧光的影响实验可知，当人们在采用吸附作用将马铃薯淀粉与红色素混合后蒸制面食的过程中，100℃的加工条件没有改变红色素的结构；而在烘烤、油炸时，有部分红色素发生了结构上的改变。

图4　加热温度与时间对马铃薯淀粉吸附红色素样品荧光影响Fig.4　Effectof temperature and heating time on the red pigment sample fluorescence

3　结论

以马铃薯淀粉与红色素混合物所形成的淀粉乳为研究对象，当淀粉与色素质量比为1∶0.0005，甚至达1∶0.0015时，紫外吸收光谱显示马铃薯淀粉与红色素间的氢键作用，使得淀粉对色素实现了全部吸附。马铃薯淀粉的十字消光并未受所吸附的红色素影响，实验结果证明二者之间发生了表面吸附作用，而且吸附于淀粉表面的红色素对偏正光产生折射与衍射作用。自然光照射、温度对吸附效果和色素稳定性影响实验表明，光照对红色素的稳定性有较大影响，蒸制温度对吸附效果、色素稳定性影响较小，基本满足面食加工工艺要求。本文的研究结果为扩大红曲色素在面食加工方面的应用提供了理论依据。

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Photobleaching and thermostability studies on monascus red pigment absorbed by potato starch

LIU Li-zeng1，DONG Shi-rui2，LIAN Xi-jun2，*，WANG Yan-yan1，LV Jun-ying1
（1.School of Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China；2.The Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，Departmentof Biological Technology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China）

The shape，the photob leaching，and the thermo-stability of red monascus p igment absorbed by potato starch were investigated.The strong absorp tion effec t of potato starch on monascus pigment was confirmed by the changes of absorbance value.The op ticalm icroscopy experimental results indicated that the red monascus p igmentwere embed on the surface of potato starch g ranules，and the typ ical polarization cross of starch was not obviously changed by the red monascus p igment layer.Under illum inated by the sunlight，6 months，the great changes of photolum inescence intensity were caused by the photob leaching of red monascus p igment.Under steamed at100℃，only smallamounts of red pigments were decom posed.

potato starch；monascus p igment；absorp tion；photob leaching；thermostability

TS231

A

1002-0306（2015）06-0082-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.010

2014-06-23

刘立增（1973-），男，博士，研究方向：食品科学。

连喜军（1972-），男，博士，研究方向：回生淀粉。

国家自然科学基金项目（31271935）。