金属离子对黑果枸杞中花青素颜色稳定性的影响

孟庆昕 高逸雯 姚思敏蔷 吕远平

摘要：以黑果枸杞（Lycium ruthenicu Murr）中的花青素为研究对象，以CIELAB色空间为研究方法，通过观察a*、b*和△E*随时间的变化情况，研究了10种金属离子对黑果枸杞花青素水提液颜色稳定性的影响。K+、Na+、Ca2+、Mn2+、Mg2+、Zn2+对黑果枸杞花青素颜色稳定性无显著影响;Cu2+对花青素溶液有明显退色作用;Al3+使花青素溶液明显增色;Fe2+使花青素溶液产生紫黑色沉淀;Fe3+会破坏花青素类物质。在黑果枸杞花青素的制备和应用中，应尽可能避免铁、铜、铝制品的接触，以免影响颜色的稳定性。

关键词：黑果枸杞（Lycium ruthenicu Murr）;花青素;稳定性;CIELAB色空间

中图分类号：TS255.1         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）22-0113-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.031           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： With the anthocyanins in Lycium ruthenicum Murr as the object，using the method of CIELAB color space，the change of value of a*、b* and △E* were used to study the effect of ten kinds of metal ions on color stability of anthocyanins in L. ruthenicum Murr. The results showed that K+，Na+，Ca2+，Mn2+，Mg2+ and Zn2+ had no obvious influence. Cu2+ obviously fade the color，Al3+ aggregated the color of the solution obviously，Fe2+ produced atropurpureus in the solution and Fe3+ destroyed the anthocyanins. In the preparation and application of L. ruthenicum Murr anthocyanin，the contact of iron，copper and aluminum should be avoided as far as possible，so as not to affect the stability of color.

Key words： Lycium ruthenicu Murr; anthocyanins; color stability; CIELAB color space

黑果枸杞（Lycium ruthenicu Murr）原植物為茄科（Solanaceae）枸杞属（Lycium L.）植物，是多年生野生灌木，民间常作为药材使用，中国西北及西藏等干旱地区为主要产区[1]。研究表明，黑果枸杞中含有的多糖、色素和黄酮等生物活性物质，具有抗氧化、调血糖和降血脂作用[2-4]。成熟的黑果枸杞含有丰富的花青素（Anthocyanidin），其花青素的含量分别达到葡萄、紫甘蓝、紫薯、蓝莓花青素含量的10.72、1.91、4.45、1.75倍[5]。且花青素具有较强的生物活性，有防止脑神经老化、抗氧化、预防癌症、改善心血管疾病等多种功能[6-8]。因花青素化学特性活泼不稳定，其分子中2-苯基苯并吡喃阳离子结构的羟基化会降低其稳定性[9]，且其他理化因子如金属离子、光、pH、温度、食品添加剂等也会影响其稳定性[10]。在对花青素稳定性的研究中，花青素保留率常作为惟一评价指标[11]，这只能反映花青素的变化，却无法描述具体的颜色变化，不利于花青素的加工应用。选取CIELAB色空间[12]的a*、b*和色差△E*为评价指标，研究10种金属离子对黑果枸杞花青素水提液中的颜色稳定性的影响。这将为提高黑果枸杞的附加值、将黑果枸杞花青素应用于天然色素提供依据，并为黑果枸杞的深加工提供理论基础。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  材料与试剂  黑果枸杞，从新疆乌鲁木齐西域百草汇公司购买;盐酸、氯化钠、氯化钾、氯化锌、无水氯化钙、氯化亚铁、氯化铜（二水）、氯化锰（四水）、三氯化铝（六水）、氯化镁（六水）、三氯化铁（六水）均为分析纯，来自成都市科龙化工试剂厂。

1.1.2  仪器与设备  紫外可见光光度计，尤科尼上海仪器有限公司;CM-5分光测色计，柯尼卡美能达株式会社;ST2100 pH计，奥豪斯仪器有限公司;Milli-Q Direct水纯化系统，默克密理博公司;XK96-A快速混匀器，江苏新康医疗有限公司。

1.2  方法

1.2.1  CIELAB色空间  均匀色空间CIELAB，简称L*a*b*色空间，是当前用于表达物体颜色的最通用色空间之一[13，14]。L*a*b*色空间的组成见图1。

其中，L*表示明度的大小：L*=0为黑色，L*=100为白色;色度坐标a*：-a*为绿色方向，+a*为红色方向;色度坐标b*：-b*为蓝色方向，+b*为黄色方向。

色差ΔE*表示颜色的变化程度，可按下列方程式确定：

将待测溶液加入石英比色皿中，于恒温条件下用分光测色计测定，标准光源为D65，用去离子水作校准，每个样品平行测定3次。

1.2.2  试验步骤  将40 ℃干燥的黑果枸杞去梗、破碎、过筛备用。称取30.0 g黑果枸杞粉，加入900 mL pH为3.0去离子水中，超声辅助提取20 min，过滤得黑果枸杞花青素水提液以备用。配制不同浓度的KCl、NaCl、CaCl2、MnCl2、MgCl2、ZnCl2、CuCl2、AlCl3、FeCl2、

FeCl3溶液，分别加入到黑果枸杞花青素水提液中，使水提液中金属离子浓度分别为0.002 5、0.005 0、0.007 5、0.010 0 mol/L。测定各花青素水提液L*、a*、b*的变化，黑果枸杞水提液的初始L*、a*、b*为标准色，计算△E*，分析金属离子对黑果枸杞水提液颜色稳定性的影响[14，15]。

2  结果与分析

2.1  K+、Na+、Ca2+、Mn2+、Mg2+、Zn2+对黑果枸杞花青素颜色稳定性的影响

浓度为0.01 mol/L的KCl、NaCl、CaCl2、MnCl2、MgCl2、ZnCl2溶液对黑果枸杞花青素水提液稳定性的影响结果见图2。从图2可以看出，未添加金属离子的黑果枸杞花青素水提液对照样在100 h内，其△E*在3.5以内，颜色无肉眼可见变化。到达300 h时，空白组△E*变为4.3，略有变色，黑果枸杞花青素水提液稳定性较好。

6种金属离子的加入，使其△E*与对照样相比略有增加，除Zn2+外，其余均在3.5以内;且6种金属离子的加入，到达300 h时，△E*变化均低于对照样，且小于3.5，肉眼观察不到颜色变化。结果表明，  6种金属离子对黑果枸杞花青素水提液颜色稳定性影响很小，属于肉眼不可见范围。这与郭思杙等[14]研究金属离子对紫甘蓝花青素的影响结果类似。

2.2  Cu2+对黑果枸杞花青素颜色稳定性的影响

在试验浓度范围（0.002 5～0.010 0 mol/L）内，Cu2+对黑果枸杞花青素颜色稳定性的影响见图3。由图3可知，加入Cu2+后，黑果枸杞花青素水提液△E*变化较大，75 h后△E*变化明显。Cu2+浓度越高颜色变化越大，且产生白色絮状沉淀[16]，肉眼可见非常明显的退色现象。结果证明Cu2+对黑果枸杞花青素具有比较明显的退色作用[17]。

Cu2+对黑果枸杞花青素溶液a*和b*的影响见图4、图5。由图4可以看出，a*随时间的延长而减小，即红色消退，且下降幅度较大。Cu2+浓度越大，红色消退越快。由图5可以看出，b*大幅度上升，Cu2+浓度越大，溶液黄色越明显。这可能是因为Cu2+作為催化剂，催化花青素结构上的酚羟基发生氧化反应，加速了花青素降解反应过程。且Cu2+浓度越大，催化氧化反应进程越快。本研究结果与郭思杙等[14]、张志军等[18]对紫苏花青素稳定性研究结果一致。

2.3  Al3+对黑果枸杞花青素颜色稳定性的影响

Al3+添加量为0.002 5～0.010 0 mol/L时，Al3+对黑果枸杞花青素水提液颜色稳定性的影响见图6。由图6可知，Al3+对黑果枸杞花青素水提液的颜色产生较为明显的影响。Al3+浓度越高，△E*越大，肉眼可观察到明显的颜色加深现象[19]。

Al3+对黑果枸杞花青素溶液a*和b*的影响见图7、图8。由图7可知，添加Al3+后，溶液a*瞬间增加至40.0左右，且长时间稳定不变。由图8可知，b*随放置时间增长持续蓝移，且Al3+浓度越高，△b*绝对值越大。证明Al3+能对黑果枸杞花青素产生增色效应，这可能是因为Al3+与花青素分子中的酚羟基、甲氧基等基团发生反应，生成了蓝色的螯合物，从而使溶液增色[20]。证明Al3+对花青素颜色稳定性具有很大影响，对花青素的降解起到了一定保护作用。

2.4  Fe2+对黑果枸杞花青素颜色稳定性的影响

Fe2+添加量为0.002 5～0.010 0 mol/L时，黑果枸杞花青素颜色稳定性见图9。由图9可知，添加Fe2+后，随着放置时间的延长，△E*持续上升。Fe2+浓度越高，黑果枸杞花青素色差变化越大。在75 h后△E*达到21.0以上，肉眼可见溶液为明显的紫色，且伴有紫黑色沉淀生成。

Fe2+对黑果枸杞花青素溶液a*和b*的影响见图10、图11。由图10可知，添加Fe2+后，花青素水提液a*逐渐减小，在300 h时，a*仅在15.0左右，红色逐渐消退。由图11可知，b*蓝移，且Fe2+浓度越大，b*变化越大。这种现象产生的原因可能是Fe2+能与花青素分子中提供孤对电子的酚羟基、取代基发生络合反应，生成深紫色沉淀[21]。证明Fe2+对花青素有破坏作用。张泽生等[22]、汪志慧等[23]均发现Fe2+会使花青素含量大幅度减小，且产生蓝黑色絮状沉淀，这与本研究结果一致。

2.5  Fe3+对黑果枸杞花青素颜色稳定性的影响

Fe3+添加量为0.002 5～0.010 0 mol/L时，Fe3+对黑果枸杞花青素颜色稳定性的影响见图12。由图12可知，在试验浓度范围的Fe3+对黑果枸杞花青素颜色稳定性产生很大影响，添加Fe3+后花青素水提液△E*立即上升至35.0以上，并在2 h后达到稳定。Fe3+浓度越高，色差变化越大。

黑果枸杞花青素a*、b*的变化情况见图13、图14。由图13可知，在添加Fe3+后，a*瞬间减小，添加0.010 0 mol/L Fe3+的溶液在150 h后a*趋于0，表明Fe3+已经完全破坏了溶液中的花青素。由图14可知，b*瞬间增大，2 h后趋于稳定，且Fe3+浓度越大，b*越大，溶液颜色越黄。这是因为Fe3+的氧化作用破坏了花青素分子结构中的酚羟基，生成铁盐络合物[24]。因此在利用花青素时，应避免与Fe3+接触。

3  小结

通过研究10种金属离子对黑果枸杞花青素水提液颜色稳定性的影响，可以得出，花青素的结构稳定是花青素稳定性的主要决定因素。K+、Na+、Ca2+、Mn2+、Mg2+、Zn2+对黑果枸杞花青素颜色稳定性无影响;Cu2+会催化花青素降解退色;Al3+与花青素生成蓝色螯合物，起增色效应;Fe2+使花青素溶液产生紫黑色沉淀;Fe3+引起溶液变成黑褐色，会完全破坏掉溶液中的花青素。因此，在黑果枸杞花青素的制备和应用中，应尽可能避免铁、铜、铝制品的接触，以免影响颜色的稳定性。

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