澳洲坚果壳色素的理化性质及稳定性研究

涂行浩，张秀梅，刘玉革，杜丽清，*，黄茂芳，朱德明

（1. 中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，农业部热带果树生物学重点实验室，广东 湛江 524091；2. 中国热带农业科学院农产品加工研究所，广东 湛江 524001）

澳洲坚果壳色素的理化性质及稳定性研究

涂行浩1，张秀梅1，刘玉革1，杜丽清1，*，黄茂芳2，朱德明2

（1. 中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，农业部热带果树生物学重点实验室，广东 湛江 524091；2. 中国热带农业科学院农产品加工研究所，广东 湛江 524001）

本实验对澳洲坚果壳中提取的色素的理化性质以及稳定性进行初步研究。结果表明：澳洲坚果壳色素易溶于极性较强的溶剂，如水、甲醇、乙醇等，在非极性溶剂中溶解度相对较小，如氯仿、石油醚、乙酸乙酯、乙醚等；温度和pH值对该色素稳定性的影响显著，色素保存率随温度升高下降明显，色素在中性pH值条件下保存率较高，过酸过碱均导致其保存率下降；常见金属离子，如Na+、Cu2+、Mn2+对澳洲坚果壳色素有一定的增色作用，K+、Ca2+对该色素有一定的护色作用，而Fe2+、Fe3+、Al3+、Zn2+均使该色素明显褪色；澳洲坚果壳色素抗氧化性以及耐光性较差，还原剂对色素溶液的影响较小；常用的食品添加剂对澳洲坚果壳色素具有一定的增色和护色效应。

澳洲坚果壳；色素；理化性质；稳定性

澳洲坚果（Macadamia integrifolia），属山龙眼科（Proteaceae），澳洲坚果属（Macadamia）常绿乔木果树，又称夏威夷果。食用部分为果仁，可生吃，烤制后酥脆，风味极佳，澳洲坚果除常用作高级食品之外，亦用于美容化妆品［1-3］。澳洲坚果果实中，其果壳约占总质量50%以上，截止2012年底，中国澳洲坚果种植面积56 万亩、年产壳果8 400 t，理论每年产生4 200 t左右澳洲坚果果壳。过去，澳洲坚果作为干果销售，其果壳难以回收利用，而现在许多澳洲坚果逐渐被深加工利用，所产生的大量集中的果壳却被丢弃或焚烧，造成资源的极大浪费和环境污染［4-6］。目前对澳洲坚果壳的研究主要集中在矿质元素、纤维素、挥发性成分以及加工成活性炭、滤料等产品方面［7-10］。大量研究表明，坚果果壳是食用色素的良好来源之一，通常坚果果壳色素色泽呈棕褐色，使用性能较为稳定，而且具有较好的抗氧化以及抑菌性能，目前已经成为天然色素行业发展的新趋势［11］。国内外研究者对核桃壳、山竹壳、板栗壳以及菱角壳等色素的理化性质以及稳定性进行了大量的研究［12-16］，相关提取工艺也较为成熟［17-19］，而从废弃的澳洲坚果果壳中提取天然色素的研究几乎没有报道，作者所在课题组通过多次回流浸提澳洲坚果壳粉末，然后经过离心过滤、浓缩和真空冷冻干燥等步骤，得到澳洲坚果壳色素，提取率达4.91%，具有开发为天然食用色素的前景。本实验对澳洲坚果壳提取的天然色素的理化性质以及稳定性进行研究，以期为澳洲坚果壳色素的综合加工利用提供理论指导依据。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

澳洲坚果由中国热带农业科学院南亚热带作物研究所澳洲坚果种质圃提供，品种为南亚1号，将果实洗净后脱皮，然后将澳洲坚果脱壳，果壳洗净后于70 ℃烘箱干燥至水分含量3%以下，粉碎备用。

氢氧化钠、盐酸、乙醇、甲醇、氯仿、丙酮、乙醚、乙酸乙酯、石油醚（沸程60～90 ℃）、过氧化氢阿拉丁试剂（上海）有限公司；高锰酸钾、硫酸亚铁、氯化铁、硫酸锰、氢氧化铝、次氯酸钠、亚硫酸钠、抗坏血酸、氯化钾、氯化钙、硫酸铜、氯化锌、碳酸铵、冰乙酸、明矾、葡萄糖、碳酸氢钠、蔗糖、苯甲酸钠、酒石酸、柠檬酸、山梨酸钾均为分析纯 国药集团化学试剂有限公司。

1.2仪器与设备

YF3-1流水式中药粉碎机 浙江瑞安市永历制药机械有限公司；ME104精密型分析天平、HR83-P型快速卤素水分测定仪 Mettler Toledo（中国）有限公司；RCT型磁力搅拌器 艾卡（广州）仪器设备有限公司；BCD-539WT冰箱 青岛海尔股份有限公司；10～1 000 ☒L手动可调量程单道移液器 德国Eppendorf公司；ST40高速冷冻离心机 赛默飞世尔科技（中国）有限公司；UV2700型紫外-可见分光光度计 岛津企业管理（中国）有限公司；电热鼓风干燥箱 上海仪器实验厂；Testo 106 pH计 德图仪器国际贸易（上海）有限公司。

1.3方法

1.3.1澳洲坚果壳色素提取液的制备

准确称取2 g粉碎并过60 目筛后的澳洲坚果壳粉，以40 mL蒸馏水作为提取剂，混匀，每15 min漩涡振荡试管一次，1 h后8 000 r/min离心15 min，取上清液即为色素的粗提液。色素提取液于每次实验前现配现用。

1.3.2澳洲坚果壳色素溶解性测定

准备粉碎并过60 目筛的干燥澳洲坚果壳粉末共8 组，每组3 份，每份2 g，室温条件下分别加入无水乙醇、甲醇、氯仿、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、石油醚、蒸馏水各40 mL溶解。摇匀，并每隔15 min漩涡振荡试管一次，1 h后观察澳洲坚果壳色素在不同溶剂中的溶解情况和色素液颜色变化，8 000 r/min离心15 min，取上清液，于507 nm波长处测定吸光度。

1.3.3温度对澳洲坚果壳色素稳定性的影响

取10 mL果壳色素提取液，分别置于温度为4、20、37、60、80、100 ℃的恒温水浴锅中恒温1 h，期间每15 min利用漩涡振动器振荡试管1 次，在室温条件下冷却后迅速测定507 nm波长处的吸光度，观察并记录色素液的颜色变化。

1.3.4pH值对澳洲坚果壳色素稳定性的影响

取7 mL果壳色素提取液，经酸度计测得原液pH值为6.3，以0.1 mol/L HCl以及0.1 mol/L NaOH调节溶液pH值分别至2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，然后加蒸馏水定容至10 mL，于室温条件下放置1 h ，期间每15 min漩涡振荡试管一次，然后在507 nm波长处，测定色素溶液不同pH值条件下的吸光度，同时观察并记录色素溶液颜色变化状况。

1.3.5光照对澳洲坚果壳色素稳定性的影响

取100 mL色素提取液于15 支洁净玻璃试管中密封，每5 支试管为1 组，共设3 组，1 组放于暗室中（棕色瓶、柜内），1 组放于稳定的自然光照的环境中，1 组放于室内散射光下，定时从每组中各取1 支，测定吸光度，观察并记录色素溶液颜色变化状况。

1.3.6氧化还原剂对澳洲坚果壳色素稳定性的影响

各取100 mL澳洲坚果壳色素水溶液，分别置于锥形瓶中，加入一定量的KMnO4、NaClO以及H2O2溶液，使溶液的质量浓度均达到2.0%，同时设置1 组对照样，不添加氧化剂，漩涡振荡5 min，然后迅速读取溶液吸光度，之后放置于室内暗处，在507 nm波长处，以试剂空白作参比，定时取样测定吸光度，观察并记录色素溶液颜色变化状况。

各取100 mL澳洲坚果壳色素水溶液，分别置于锥形瓶中。加入一定量的抗坏血酸、亚硫酸钠，使溶液的质量分数均为2.0%，同时设置1 组对照样，不添加还原剂，漩涡振荡5 min，然后迅速读取溶液吸光度，之后放置于室内暗处，在507 nm波长处，以试剂空白作参比，定时取样测定吸光度，观察并记录色素溶液颜色变化状况。

1.3.7金属离子对澳洲坚果壳色素稳定性的影响

分别配制质量浓度为2.0 g/L的K+、Na+、Ca2+、Fe2+、Fe3+、Al3+、Zn2+、Mn2+、Cu2+溶液。吸取以上金属离子溶液各2 mL，分别加入100 mL色素提取液中，摇匀，于室温条件下避光放置，定时观察其颜色变化，在507 nm波长处，以试剂空白作参比，测定吸光度。

1.3.8食品添加剂对澳洲坚果壳色素稳定性的影响

各取100 mL澳洲坚果壳色素水溶液，分别置于锥形瓶中。选用醋酸、硫酸铝钾（明矾）、葡萄糖、碳酸氢钠、蔗糖、苯甲酸（苯甲酸钠）、酒石酸、柠檬酸、山梨酸（山梨酸钾）等试剂，按照实验设计的质量浓度分别加入到100 mL坚果壳色素溶液中，漩涡摇匀，然后迅速读取吸光度，于室温条件下避光放置，之后定时取样，在507 nm波长处，以试剂空白作参比，测定吸光度，观察并记录色素溶液颜色变化。

1.3.9色素保存率的计算

以色素保存率来表示澳洲坚果壳色素的稳定性，根据下式计算色素保存率［20］。

1.4数据处理

以上处理均做3 次平行实验，图表中数据为3 次实验数据的平均值。利用Origin 8.0对实验数据进行处理及绘图。

2　结果与分析

2.1澳洲坚果壳色素提取液的紫外吸收光谱

对澳洲坚果壳色素溶液在200～800 nm波长范围内进行紫外光谱扫描，截取了具有代表性的300～650 nm波长范围内的吸收峰，如图1所示。

图1　澳洲坚果壳色素提取液吸收光谱Fig.1 Absorption spectrum of water extracts of macadamia shell

由图1可知，澳洲坚果壳色素溶液的紫外吸收光谱在507 nm处有明显吸收峰，因此，选取507 nm作为测定澳洲坚果壳色素溶液吸光度的特定波长，研究表明［16］板栗壳色素在510 nm处有最大吸光度，这表明澳洲坚果壳色素可能与板栗壳色素性质相似，同时，澳洲坚果壳色素溶液在紫外区存在较强吸收，通过查阅相关资料［17，21-22］，其主要成分可能为黄酮类化合物，同时可能含有一定量的单宁类物质［23］。

2.2澳洲坚果壳色素的溶解性

表1　澳洲坚果壳色素在不同溶剂中的溶解性Table 1 Solubility of pigment from macadamia shell in different solvents

由表1可知，澳洲坚果壳色素易溶于极性溶剂，如水、甲醇、乙醇、丙酮，其中以在水中的溶解度最大，而在非极性溶剂中的溶解度相对较小，如氯仿、乙醚、石油醚和乙酸乙酯，这与橡子壳、葵花籽壳等色素溶解性相似［11］。经外观观察可知，经过不同有机溶剂的浸提，澳洲坚果壳色素提取液色泽无明显差异，只是由于在溶剂中溶解度的不同，呈现深浅不一的棕褐色，因此可初步判断澳洲坚果壳色素为水溶性色素。

2.3不同温度条件下澳洲坚果壳色素稳定性

图2　温度对澳洲坚果壳色素稳定性的影响Fig.2 Effect of temperature on the stability of pigment from macadamia shell

由图2可知，澳洲坚果壳色素在从较低温度4 ℃到高温100 ℃的环境中保存1 h后，色素保存率呈总体下降的变化趋势，温度从4 ℃上升至37 ℃区间，色素保存率下降较小，但随着温度的继续升高，果壳色素保存率下降较明显，当温度为100 ℃时，色素保存率下降至65.7%（P＜0.05）。表明高温对澳洲坚果壳色素稳定性影响明显，可能破坏了色素的结构，因此，澳洲坚果壳色素应在低温或室温条件下保存。

2.4不同pH值条件下澳洲坚果壳色素稳定性

图3　pH值对澳洲坚果壳色素保存率的影响Fig.3 Effect of pH on the stability of pigment from macadamia shell

由图3可知，当pH值为2～6时，澳洲坚果壳色素保存率上升趋势明显（P＜0.05），当pH≥6时，色素保存率随着pH值的升高开始极显著下降（P＜0.01），且不同pH值条件下的色素保存率整体变化差异非常显著（P＜0.01）。澳洲坚果壳色素提取液原液pH值为6.3，外观颜色呈棕褐色。在酸性条件下，色素液呈深棕色或黄褐色，pH值越低，颜色越深；当pH≥7时，色素液由棕褐色变为棕黄色，随着pH值升高，色素色泽同样加深。结果表明pH值对色素稳定性影响也较大，澳洲坚果壳色素在中性环境中较稳定，在过酸性和过碱性条件下，色素结构可能发生了变化，导致其稳定性较差。

2.5光照条件对澳洲坚果壳色素稳定性的影响

图4　光照对澳洲坚果壳色素保存率的影响Fig.4 Effect of light on the stability of pigment from macadamia shell

由图4可知，不同光照条件对色素稳定性的影响极显著（P＜0.01），根据外观观察记录结果，未发现澳洲坚果壳色素液颜色发生明显的变化。随着不同条件下光照时间的延长，色素保存率均呈下降趋势（P＜0.05），可以看出，澳洲坚果壳色素在弱光下较为稳定，放置于暗室以及散射光条件下处理8 h的色素溶液，色素保存率均大于90%（P＜0.05），而在较强的自然光条件下，8 h后色素保存率衰减超过20%，说明澳洲坚果壳色素耐强光性能较差，应注意避光保存。

2.6不同氧化还原剂对澳洲坚果壳色素稳定性的影响

图5　不同氧化剂对澳洲坚果壳色素保存率的影响Fig.5 Effect of oxidants on the stability of pigment from macadamia shell

由图5可知，澳洲坚果壳色素的耐氧化性能较差，随着处理时间的延长，观察到经过不同氧化剂处理的色素液均出现不同程度的褪色，溶液颜色逐渐变淡，色素保存率也明显下降，差异极显著（P＜0.01）。在3 种氧化剂中，以H2O2的褪色效果最强，氧化24 h后，澳洲坚果壳色素溶液接近无色；其次为KMnO4，而NaClO的褪色效果稍差。澳洲坚果壳色素可能含有易被氧化的官能团或取代基，对其产生了一定的漂白破坏作用，因此，生产应用过程中，应尽量避免其与氧化性物质接触。

图6　不同还原剂对澳洲坚果壳色素保存率的影响Fig.6 Effect of reducing agents on the stability of pigment from macadamia shell

由图6可知，不同还原剂对色素保存率具有一定的影响，但差异不显著（P＞0.05）。在色素液中加入抗坏血酸后，可以看出色素保存率前4 h下降速率较快，随着时间的延长，色素保存率下降趋势趋于缓和，无显著差异（P＞0.05）；而将亚硫酸钠加入色素溶液后，前期色素保存率下降不明显，但随还原时间的延长，色素保存率下降加快，至第24小时，色素保存率下降至85.3%。经外观观察表明，经过长时间的还原剂处理之后，色素液颜色未发生明显的变化，说明澳洲坚果壳色素在还原剂作用下具有一定的稳定性。

2.7常见金属离子对澳洲坚果壳色素稳定性的影响

表2　常见金属离子对澳洲坚果壳色素稳定性的影响Table 2 Effect of metal ions on the stability of pigment from macadamia shell hell

由表2可知，常见金属离子对果壳色素的稳定性作用差异较显著（P＜0.05）。其中金属离子Na+、Cu2+、Mn2+使得色素保存率有所增大（P＜0.05），这3 种金属离子对色素液具有一定的增色作用；K+、Ca2+使得色素保存率几乎保持不变（P＜0.05），对坚果壳色素溶液起到了较好的护色作用；而加入Fe2+、Fe3+、Al3+、Zn2+，使澳洲坚果色素保存率极显著下降（P＜0.01），对澳洲坚果壳色素有一定的减色作用。推测金属离子可能与果壳色素中的官能团或取代基发生络合反应，形成了较为稳定的络合物，因而起到增色或者减色等作用。经外观观察发现，添加了Fe2+、Fe3+、Al3+、Zn2+离子会使色素液颜色变浅。因此，该色素在使用和保存时应注意避免与这些金属离子的接触。

2.8常见食品添加剂对澳洲坚果壳色素稳定性的影响

表3　常见食品添加剂对澳洲坚果壳色素稳定性的影响Table 3 Effects of common food additives on the stability of pigment from macadamia shell

由表3可知，在澳洲坚果壳色素水溶液中加入常见的食品添加剂，其色素保存率变化不显著。醋酸、柠檬酸、蔗糖、葡萄糖等食品添加剂使澳洲坚果壳色素保存率有一定的上升，差异极显著（P＜0.01），呈现出一定的增色效应；酒石酸、山梨酸钾以及苯甲酸钠这3 种食品添加剂在澳洲坚果壳色素水溶液中，使得吸光度先降低，然后又升高，后期趋于稳定（P＞0.05），说明其对坚果壳色素具有一定的护色作用；而碳酸氢钠的加入未造成色素水溶液吸光度发生较大的变化，但使澳洲坚果壳色素水溶液颜色变为褐色；硫酸铝钾加入后造成色素水溶液吸光度下降趋势非常明显，且使色素颜色变为浅棕色。因此，在澳洲坚果壳色素应用中，应选择合适的食品添加剂品种进行配色。

3　结 论

研究结果表明，澳洲坚果壳色素可溶于水、甲醇、乙醇等极性溶剂，难溶于非极性溶剂；低温、弱光以及中性pH值条件下，澳洲坚果壳色素较为稳定，高温、强光、过酸以及过碱条件均容易导致该色素变性；澳洲坚果壳色素抗氧化性能较差，与还原剂共存时则能保持较好的品质；常见金属离子，如Na+、Cu2+、Mn2+对澳洲坚果壳色素有一定的增色作用，K+、Ca2+对其稳定性基本无影响，具有一定的护色作用，Fe2+、Fe3+、Al3+、Zn2+离子使其明显褪色，不利于色素的长期保存；常见的食品添加剂如醋酸、柠檬酸、蔗糖、葡萄糖等对澳洲坚果壳色素溶液有一定的增色作用，酒石酸、山梨酸钾以及苯甲酸钠等对色素溶液有一定的护色作用，而硫酸铝钾等对色素溶液具有减色作用。因此，在澳洲坚果壳色素加工利用过程中，应根据其理化性质及稳定性，加以开发利用。

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Properties and Stability of Pigment from Macadamia Shell

TU Xinghao1， ZHANG Xiumei1， LIU Yuge1， DU Liqing1，*， HUANG Maofang2， ZHU Deming2
（1. Key Laboratory of Tropical Fruit Biology， Ministry of Agriculture， South Subtropical Crops Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang 524091， China； 2. Agricultural Products Processing Research Institute，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Zhanjiang 524001， China）

In this manuscript， properties and stability of the pigment from macadamia shell were investigated. Results indicated that this pigment was easily soluble in solvents with relatively strong polarity， such as water， methanol and ethanol but insoluble in chloroform， petroleum ether， ethyl acetate and ethyl ether. Temperature and solution pH showed remarkable effect on the stability of the pigment. The preservation rate of pigment decreased obviously with an increase in temperature. Extremely high or low pH values also could result in a decrease in pigment content. In addition， Na+， Cu2+， and Mn2+revealed a color enhancement effect on this pigment， and K+and Ca2+could protect the pigment. In contrast， Fe2+， Fe3+， Al3+and Zn2+in solution could obviously result in color fading. Moreover， it was found that the pigment was poorly tolerant to oxidants and light， while reducing agents showed little effect on the stability of the pigment. Some commonly used food additives possessed hyperchromic and color protecting effects on the pigment from macadamia shell.

macadamia shell； pigment； physicochemical properties； stability

TS264.4

A

1002-6630（2015）15-0035-05

10.7506/spkx1002-6630-201515008

2014-09-23

公益性行业（农业）科研专项（201303077-2）；海南省重大科技项目（ZDZX2013023-3）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（1630062014013）

涂行浩（1986—），男，研究实习员，硕士，研究方向为休闲农产品加工。E-mail：tuxinghao@126.com

杜丽清（1975—），男，副研究员，硕士，研究方向为热带农产品加工。E-mail：duliqing927618@163.com