黑米色素稳定性研究

曹利慧

（衡水学院化学化工学院，河北衡水053000）

黑色素在自然环境中十分常见，是一类酚类或吲哚类生物大分子色素的总称。它在对抗紫外线辐射和强烈的重金属污染方面，受到了科研人员的普遍认可。一些学者还发现，它在抵抗蛇毒侵害人体和预防癌细胞方面具有奇效[1]。从动物和微生物中提取天然黑色素复杂且成本较高，故提取黑色素从植物入手已经成为科学的共识[2]。黑米属于籼米或者粳米，外形长椭圆，稻壳灰褐色，我国拥有359 种黑米品种，是世界上黑米色素的重要原料市场之一。如今，开发应用天然色素已成为世界食用色素发展的主流趋势，食品中添加黑米色素并不罕见，市面上许多蛋糕糖果中都添加了黑米色素，其应用前景良好，但在一些因素影响下稳定性不佳，极易造成不必要的损失[3]。因此，研究影响黑米色素稳定性的因素，为其提供适宜的应用环境，已经成为合理有效利用黑米色素的关键问题之一，其研究结果可以避免黑米色素应用中的损失，从而优化其资源的应用[4]。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

黑米样品购自超市；乙醇、葡萄糖、麦芽糖、果糖、蔗糖、苯甲酸、亚硫酸氢钠、过氧化氢、氢氧化钠、盐酸均为分析纯。

722 型可见分光光度计（上海仪电分析仪器有限公司）；FA2004B 电子天平（上海衡平仪器仪表厂）；FW100高速万能粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司）；80-2型高速离心机（金坛市国旺实验仪器厂）；PH-3C 精密pH 计（上海精密科学仪器有限公司）；BL6-180A 超声波清洗机（上海碧浪仪器有限公司）；40 目标准样筛、分样筛。

1.2 样品预处理与黑米色素的提取

将黑米用万能粉碎机粉碎，收集黑米粉，过40 目标准样筛，放置烧杯中备用（避光，干燥）。

称取2.0 g 干燥的黑米粉，放入100 mL 的锥形瓶中，加入10 mL 乙醇，超声波清洗机功率调至70 W，超声波20℃提取15 min，超声波浸提完毕后，再用高速离心机离心得上清液。将上清液用提取剂稀释至适宜浓度后装入棕色瓶中，作为实验所用的黑米色素提取液。

1.3 黑米色素稳定性的测定

1.3.1 pH 对黑米色素稳定性影响的测定

取6 份适量黑米色素提取液，用4 mol/L 的盐酸和1mol/L 的氢氧化钠溶液调节其pH 值分别到3、4、5、7、8、10，观察稀释液颜色变化，并测出不同pH 值下稀释液的最大吸收波长及其吸光度。

1.3.2 温度对黑米色素稳定性影响的测定

取5 份10 mL 黑米色素提取液，放入100 mL 锥形瓶中，调节pH 为3，分别置于20℃、40℃、60℃、80℃、100℃水浴锅中加热90 min，每过30 min 测定它们在510 nm 处的吸光度值。

1.3.3 光照对黑米色素稳定性影响的测定

取2 份10 mL 黑米色素提取液，放入100 mL 锥形瓶中，调节pH 为3，将其中一个锥形瓶置于避光处，另一个置于日光下，每过2 h 测定它们在510 nm 处的吸光度值，测至8 h。

1.3.4 紫外线对黑米色素稳定性影响的测定

取10 份4 mL 黑米色素提取液，放入100 mL 锥形瓶中，调节pH 为3，置于紫外灯下15 cm 处，分别照射0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 h，测定它们在510 nm 处的吸光度值。

1.3.5 氧化剂对黑米色素稳定性影响的测定

取3 份4 mL 黑米色素提取液(pH=3)，放入100 mL锥形瓶中，分别用浓度为0.2%、0.4%、0.6%的过氧化氢溶液稀释至相同体积，先摇匀，再静置15 min 后测定它们在510 nm 处的吸光度值。

1.3.6 还原剂对黑米色素稳定性影响的测定

取3 份4mL 黑米色素提取液(pH=3)，放入100 mL锥形瓶中，分别用浓度为0.2%、0.4%、0.6%的亚硫酸钠溶液稀释至相同体积，先摇匀，再静置15 min 后，测定它们在510 nm 处的吸光度值。

1.3.7 金属离子对黑米色素稳定性影响的测定

取15 份4 mL 黑米色素提取液(pH=3)，放入100 mL锥形瓶中，分别用浓度为0.2%、0.4%、0.6%的不同金属离子溶液（钠离子，钾离子，镁离子，钙离子，铁离子）稀释至相同体积，先摇匀，再静置15 min 后，测定它们在510 nm 处的吸光度值。

1.3.8 糖类对黑米色素稳定性影响的测定

取12 份4 mL 黑米色素提取液(pH=3)，放入100 mL 锥形瓶中，分别用浓度为0.2%、0.4%、0.6%的糖类溶液（葡萄糖，果糖，麦芽糖，蔗糖）稀释至相同体积，先摇匀，再静置15 min 后，测定它们在510 nm 处的吸光度值。

1.3.9 防腐剂对黑米色素稳定性影响的测定

取5 份4 mL 黑米色素提取液(pH=3)，放入100 mL锥形瓶中，分别用浓度为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的苯甲酸钠溶液稀释至相同体积，先摇匀，再静置15 min 后，测定它们在510 nm 处的吸光度值。

2 结果与讨论

2.1 pH 对黑米色素稳定性的影响

表1 不同pH 下提取液的最大吸收波长、吸光度及颜色

由表1 可知，pH 为3～5 时，最大吸收波长相对稳定，吸光度呈下降趋势，提取液颜色由深红逐渐变为浅红。当pH 处于中性和碱性时，最大吸收波长转移，提取液也逐渐变为蓝黑色，可见黑米色素不适宜在碱性环境储存，适宜储存于酸性环境。为保证pH在对接下来探究不造成困惑，将以下提取液pH 均调至3。

2.2 温度对黑米色素稳定性的影响

图1 温度对黑米色素稳定性的影响

将等量黑米色素提取液置于各温度水浴加热后吸光度数据见图1：在温度不超过80℃时，黑米色素吸光度随着加热时间增长而降低的幅度并不明显，可视为稳定性良好；而当温度高于80℃时，黑米色素吸光度下降幅度很大，远远超过低温时的下降幅度，可知黑米色素在高温的环境中难以维持稳定。

2.3 光照对黑米色素稳定性的影响

图2 光照对黑米色素稳定性的影响

处于避光处和光照直射处两种环境的黑米色素提取液吸光度随时间而变化的情况见图2：在光照环境中提取液吸光度从开始就下降幅度明显，而处在避光环境中的提取液吸光度下降幅度缓慢，8 h 后的吸光度显然高于光照处2 h 后的吸光度，可判断黑米色素在光照环境中难以维持稳定。

2.4 紫外线对黑米色素稳定性的影响

在紫外灯下照射不同时间时黑米色素提取液吸光度随时间而变化如图3：提取液的吸光度随着紫外灯照射的时间增长而变小，但下降非常缓慢，可判断紫外线不会明显破坏黑米色素维持稳定。

图3 紫外线对黑米色素稳定性的影响

2.5 氧化剂对黑米色素稳定性的影响

图4 氧化剂对黑米色素稳定性的影响

黑米色素提取液稳定性随过氧化氢浓度增加而变化的情况见图4：提取液吸光度随着过氧化氢浓度上升而大幅度下降，可以确定黑米色素耐氧化性不佳。

2.6 还原剂对黑米色素稳定性的影响

图5 还原剂对黑米色素稳定性的影响

黑米色素提取液吸光度随亚硫酸钠浓度增加而变化的情况见图5：提取液吸光度随着过氧化氢浓度上升而大幅度下降，可以确定黑米色素耐还原性也不理想。

2.7 金属离子对黑米色素稳定性的影响

黑米色素提取液吸光度随金属离子浓度增加而变化的情况如图6 所示：加入钠离子时，黑米色素的稳定性并没有随钠离子的浓度增加而显著变化，下降幅度很小，说明钠离子对黑米色素稳定性影响甚微。钾离子的情况与钠离子十分相似，同样也对黑米色素稳定性影响甚微。加入镁离子和钙离子时，吸光度不降反升，但黑米色素的颜色并没有显著变化，可以判断镁离子和钙离子对黑米色素具有增色效应。铁离子的情况有些特殊，加入铁离子后，吸光度大幅度增长，但色素变为橙黄色，可见黑米色素已经被破坏，说明铁离子对黑米色素的破坏性极强。

图6 金属离子对黑米色素稳定性的影响

2.8 糖类对黑米色素稳定性的影响

图7 糖类对黑米色素稳定性的影响

黑米色素提取液吸光度随几种糖溶液浓度增加而变化的情况见图7：加入蔗糖的提取液吸光度下降最为缓慢，随着糖溶液浓度增加，也没有明显变化。加入葡萄糖和果糖的提取液吸光度不如加入蔗糖的黑米色素下降缓慢，加入麦芽糖的提取液更是随着浓度增加而变化的程度相对另外三者更为显著，但它们的吸光度随糖类浓度增加而下降的数值也不大，可以判断黑米色素的稳定性受糖类影响不大。

2.9 防腐剂对黑米色素稳定性的影响

图8 防腐剂对黑米色素稳定性的影响

黑米色素提取液吸光度随苯甲酸钠浓度增加而变化的情况见图8：提取液的吸光度随着苯甲酸钠浓度增大而提升，而且随着浓度增加，颜色也逐渐变为粉黑色，说明黑米色素大量损失，可见防腐剂不利于黑米色素的稳定。

3 结论

本文研究了pH 值、温度、光照、紫外线、氧化剂、还原剂、金属离子、糖类、防腐剂等可能影响黑米色素稳定性的因素。实验及分析可知：黑米色素在酸性条件下和温度低于80℃时稳定性极好；在自然环境的光照下稳定性很不理想，但紫外线直射对它的影响不大；氧化剂、还原剂、防腐剂或铁离子会极大影响黑米色素的稳定性，但钠离子、钾离子、镁离子、钙离子、糖类对黑米色素的稳定不造成明显影响。找出对黑米色素稳定性有影响的因素，对解决该色素在应用中造成不必要损失的问题具有参考价值，极大优化了黑米色素资源的应用。