紫甘薯色素稳定性能研究*

2022-03-11胡燕辉汪丽亚黄卫东

广州化工 2022年4期

胡燕辉，纪漫，汪丽亚，黄卫东

(湖北理工学院化学与化工学院，湖北黄石 435003)

近年来，天然食用色素在市场上的增长率均保持在10%以上[1]。紫薯中大量的色素颜色鲜艳自然，安全无毒，没有特殊气味并且它的颜色随pH值的变化而变化，具有食用和药用价值，是一种很好的色素源。研究表明，色素有很强的抗氧化、清除自由基、抗癌等功效，多数国家(中国、美国、日本等)允许其用作食品着色剂，美国 FDA 将其列入无须许可证的着色剂[2]。提取色素最常用的方法是溶剂提取法[3]。目前，国内学者对紫甘薯色素研究主要集中在对其活性成分的提取和分离上，对其药理作用研究较少, 而国外这方面的研究比较活跃。本文主要从紫甘薯色素制备，设计不同影响因素的对比研究紫甘薯色素的稳定性方面进行探讨，以期得到紫甘薯色素的最佳加工储藏条件并为开发色素新的功能特性提供理论依据。

1 实验

1.1 材料及仪器

紫甘薯(量贩公司购买)、无水乙醇、石油醚、H2O2、抗坏血酸、大孔吸附树脂(AB-8)、苋菜红标准品(含量为87.4%)，上海源叶生物科技有限公司。

SCIENTZ-ⅡD超声波细胞粉碎机，宁波新芝生物科技股份有限公司；UV1800可见-紫外分光光度计Japan SHIMADAU CORPORATION。

1.2 紫甘薯色素制备

①紫甘薯预处理：新鲜的紫甘薯(分别烘干用粉碎机制粉后备用或榨汁机榨出浆液备用)。

②紫甘薯色素的提取：分别用酸化乙醇进行提取或新鲜紫薯浆液离心即得到紫甘薯色素的粗提液。

③大孔吸附树脂纯化：将紫甘薯色素粗品加入到大孔吸附树脂中得到紫甘薯色素纯品[4-6]。

④脂质、蛋白质去除：将紫甘薯色素粗品用石油醚脱脂[6]；采用Sevage法脱蛋白[7]。

⑤多糖去除：将去除脂质和蛋白质的紫甘薯色素除去多糖[8]。

1.3 紫甘薯色素含量

以苋菜红为标准品来计算色素含量[9]，得到回归方程：

Y=0.046X-0.029

(1)

其中：Y为浓度(μg/mL)；X为吸光值。

消光系数法[10]：

总色素(mg/100 g)=[(吸光值×稀释倍数)/(样品重×98.2)] ×100

(2)

1.4 稳定性实验

分别考察温度pH常见金属离子H2O2抗坏血酸对紫甘薯色素稳定性的影响，溶液中色素含量[11]：

色素降解常数用降解指数(DI)表示：

DI=A420/Aλmax

(3)

色素的保存率用S表示：

S=A初/A末

(4)

2 结果与讨论

2.1 紫甘薯色素吸收光谱

将紫甘薯色素加水稀释到一定浓度，在200～800 nm范围内扫描其波普(如图1所示)。紫甘薯色素在可见光区有一个强吸收峰，即521 nm，为典型的色素的特征吸收峰。

图1 紫甘薯色素吸收光谱Fig.1 Absorption spectra of PSPP

2.3 温度对紫甘薯色素稳定性的影响

由图2可知，随着温度升高，降解指数总体呈现出增大的趋势；但温度从25 ℃升高到60 ℃，紫甘薯色素的降解指数增长幅度较小；温度从80 ℃升高到100 ℃时，其降解指数增长幅度明显增大。从而可知，紫甘薯色素在温度低于60 ℃时比较稳定。

图2 温度对紫甘薯色素降解指数的影响Fig.2 Effect of temperature on the degradation index of PSPP

2.4 pH值对紫甘薯色素稳定性的影响

由表1可知，在2.2～8.0的pH范围内，pH小于3.0时紫甘薯色素溶液呈红色；pH大于3.0时，其颜色逐步从粉红色过渡到蓝色；随pH增大，色素溶液的吸收峰增大且最大吸光值(Aλmax)减小；pH大于6.0时，该色素的吸收峰偏离了色素的特征吸收峰(521nm)且Aλmax增大；紫甘薯色素的降解指数(DI)随pH的升高而增大。原因可能是碱性溶液会影响色素元母核的交叉共轭体系，引起电子转移、重排，而使化合物的颜色发生改变[12]。

表1 pH值对紫甘薯色素稳定性的影响Table 1 Effect of pH value on the stability of purple sweet potato pigment

2.5 金属离子对紫甘薯色素稳定性的影响

由表2可知，色素溶液随Cu2+浓度增加，最大吸光值(Aλmax)减小且降解指数(DI)减小，但当Cu2+浓度增加到0.05 mol/L时，Aλmax和DI均增加，则说明Cu2+对色素没有明显的保护作用。随Fe3+的浓度的增加，Aλmax和降解指数(DI)均增加；Fe3+浓度为0.05 mol/L时，色素溶液的吸收峰偏离了色素的特征吸收峰值，则说明Fe3+对色素溶液具有一定的破坏作用。Zn2+浓度从0.005～0.02 mol/L和Al3+浓度从0.01～0.02 mol/L时，Aλmax均保持不变且DI值均低于空白组，则说明Al3+和Zn2+对色素有一定保护作用；原因是Al3和Zn2+与色素形成结构稳定的螯合物[13]。Na+浓度的改变对色素的Aλmax和DI均没有很大影响，因此，Na+对色素溶液既不具保护作用，也不具破坏作用。

表2 金属离子对紫甘薯色素稳定性的影响Table 2 Effect of metal ions on the stability of anthocyanins from purple sweet potato

续表2

2.6 氧化剂对紫甘薯色素稳定性的影响

向同体积色素溶液中加入同体积的3%、2%、1%的，测出1～10 min在波峰处(521 nm)的吸光值，根据吸光值和时间的关系，得到见图3。

图3 H2O2对紫甘薯色素稳定性的影响Fig.3 Effect of H2O2 on the stability of PSPP

由图3可知，随着处理时间的延长，不同浓度的H2O2所处理的紫甘薯色素溶液的吸光值均呈现出下降的趋势。相同的处理时间H2O2浓度越大，吸光值越小。当H2O2浓度为3%时，10 min后色素的保存率由公式(3)和公式(4)计得，仅为21.79%，溶液颜色由红色变成淡红色，则说明该色素对H2O2的耐受力较差，原因是H2O2对色素的2位碳原子进行亲核攻击，从而破坏了吡喃环[14]。

2.7 还原剂对紫甘薯色素稳定性的影响

由图4、图5表明，随着抗坏血酸浓度的增加，紫甘薯色素溶液的最大吸光值(Aλmax)呈现出先降后升的趋势、降解指数(DI)呈现出先升后降的趋势。当抗坏血酸浓度为4%时，溶液的Aλmax有所回升，DI减小，但Aλmax的值比空白对照组低，DI的值比空白对照组大，则说明紫甘薯色素能被抗坏血酸降解，降解程度与抗坏血酸的浓度有关。