黑木耳黑色素组分稳定性研究

冯磊 　程文 　雷虹

摘要：  比较3种黑木耳黑色素组分的理化性质，对其稳定性进行研究的结果表明，光照会降低黑木耳黑色素各组分的稳定性;低温有利于黑木耳黑色素各组分的保存，长时间加热会降低黑木耳黑色素各组分保存率;pH值会显著影响黑木耳黑色素各组分的溶解性，碱性条件更有利于黑木耳黑色素各组分的溶解;K+、Ca2+和Mg2+会显著降低黑木耳黑色素各组分的吸光值，Cu2+和Fe3+会使黑木耳黑色素各组分的吸光值升高;黑木耳黑色素各组分容易被氧化剂氧化，但还原剂对其稳定性没有显著影响;苯甲酸钠、山梨酸钾、谷氨酸钠和丁基化羟基茴香醚这四种食品添加剂对黑木耳黑色素各组分稳定性影响不大。

关键词：  黑木耳黑色素;  理化性质;  稳定性

中图分类号：   TS 219               文献标识码：   A                文章编号：1001 - 9499（2022）03 - 0036 - 05

黑色素在自然界中广泛存在于植物、动物和微生物中，天然黑色素多数不溶于水，一般与糖类和蛋白质牢固的结合在一起，很难通过溶解和重结晶的手段将其分离和纯化。

黑色素是由吲哚或酚类化合物氧化聚合而成的非均质高分子化合物，颜色一般为黑色或褐色，其形成是由酪氨酸在酪氨酸酶的催化作用下，氧化成多巴，进一步氧化成多巴胺，经过复杂的演变过程，最终形成由蛋白质、吲哚、醌等所构成的结构紧密的高分子聚合物，即黑色素[ 1 ]。黑色素与人体的生长发育、健康还有部分病变有一定的联系，是人体内部重要的活性物质。研究显示，黑色素具有降低紫外线辐射伤害[ 2 - 3 ]、清除体内自由基[ 4 - 5 ]、抗病毒[ 6 - 7 ]和免疫调节[ 8 - 9 ]等功能。本文采用已分离的黑木耳黑色素，比较3种黑木耳黑色素组分的理化性质，旨在为功能性色素的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

试验所使用的黑木耳黑色素各组分为前期试验所分离纯化得到的黑木耳黑色素组分，F1、F2和F3。

1. 2 试验试剂与仪器

浓盐酸、氢氧化钠、氯仿、乙酸乙酯、乙醇、氯化钾、氯化鎂、氯化铜、氯化铁、高锰酸钾、亚硫酸钠、苯甲酸钠、山梨酸钾、谷氨酸钠、丁基化羟基茴香醚等均为国产分析纯试剂。

1. 3 黑木耳黑色素组分理化性质的研究

1. 3. 1 黑木耳黑色素各组分的光稳定性

将50 mg/L的黑色素各组分的NaOH溶液分别置于暗处和自然光下分别照射0、7、14、21、28天，测定207 nm下吸光度值，比较各组分的光稳定性。

1. 3. 2 黑木耳黑色素各组分的热稳定性

将50 mg/L的黑色素各组分的NaOH溶液分别在0、25、100 ℃水浴下分别加热0、4、8、12 h时，冷却后测定其207 nm下吸光度值，比较各组分的热稳定性。

1. 3. 3 黑木耳黑色素各组分的pH溶解性

将50 mg/L的黑色素各组分的NaOH溶液分别用5%的NaOH溶液和5%的HCl溶液调节其pH值分别为2.0、5.0、7.0、9.0、12.0，测定其207 nm下吸光度值，比较各组分的pH溶解性。

1. 3. 4 黑木耳黑色素各组分的金属离子稳定性

分别在50 mg/L的黑色素各组分的NaOH溶液中加入MgCl2、KCl、CaCl2、FeCl3、CuCl2，使其浓度为0.015 mol/L，分别在0、24、48 h测定其207 nm下吸光度值，比较各组分的金属离子稳定性。

1. 3. 5 黑木耳黑色素各组分的氧化还原性

分别在50 mg/L的黑色素各组分的NaOH溶液中加入高锰酸钾和亚硫酸钠，使其浓度分别为0.025、0.02 mg/mL，分别在0、0.5、1 h测定其207 nm下吸光度值，比较各组分的氧化还原性。

1. 3. 6 黑木耳黑色素各组分的食品添加剂稳定性

分别在50 mg/L的黑色素各组分的NaOH溶液中加入山梨酸钾、苯甲酸钠、丁基化羟基茴香醚、谷氨酸钠，使其浓度分别为0.05、0.05、0.02、0.02 mg/mL的溶液，分别在0、1、3、5天测定其207 nm下吸光度值，比较各组分的食品添加剂稳定性。

2 结果与分析

2. 1 光对黑木耳黑色素各组分稳定性的影响

由图1A可知，在避光环境下4 w，黑木耳黑色素各组分的保存率随着时间的增长显著降低（P<0.05）。其中F1和F2在前2周保存率的减少没有显著性差异（P>0.05），但从第3 w开始差异显著（P<0.05），4 w后保存率分别为88.43%和84.38%;F3在前3 w保存率差异显著，但第3w和第4 w之间差异并不明显（P>0.05），说明在避光条件下随着时间延长，F3会达到一个相对稳定的状态。自然光照射4 w后，3个组分的保存率分别为78.88%、71.29%和68.91%，且与初始值相比差异显著（P<0.05）（图1B）。相比于避光条件，光照使得3个组分保存率分别下降了9.55%、13.10%和4.69%，说明3个组分中光照最不利于F2的稳定性，而F3对光照最不敏感。F1和F3在前3 w的保存率差异并不显著（P>0.05），而F2在整个试验期间每周的保存率都显著降低（P<0.05）。这表明光照对黑木耳黑色素的破坏作用随时间延长而增加，可能是由于光照使黑木耳黑色素各组分的结构发生了不同程度的变化，从而使得其保存率有不同程度的下降。

2. 2 温度对黑木耳黑色素各组分稳定性的影响

模仿一般食品的加工和贮藏环境，分别对黑木耳黑色素各组分以及黑色素总提取物在0、25 ℃以及100 ℃下的稳定性进行考察（图2）。在3个温度下黑色素各组分的保存率均随保存时间的延长呈下降趋势，并且随着温度的升高各组分的保存率降低。在0 ℃的环境下，黑木耳黑色素各组分保存率变化差异并不明显（P<0.05），说明低温有利于各组分的稳定保存;温度为25 ℃时，F1的保存率随着时间的延长没有显著差异（P>0.05），而F2和F3在各时间段间保存率下降显著（P<0.05），12 h后F3的保存率为93.47%。说明F1可以在室温下保存，但F2和F3在室温下可能会发生分解，不建议长期存放于室温环境。在100 ℃加热条件下，随着时间的增加黑木耳黑色素各组分的保存率都显著降低（P<0.05），同时各组分的保存率在3个时间段间差异显著（P<0.05），12 h后保存率分别为96.29%、94.76%和85.45%。

这表明加热会破坏黑木耳黑色素的结构，且3种组分均不耐热，长时间高温条件会使各组分损失，所以在加工或烹饪时应适当控制加热温度和加热时间，以免造成损失。

2. 3 pH值对黑木耳黑色素各组分溶解性的影响

由于黑色素的碱溶酸沉特性，结合黑木耳黑色素的提取过程，选择pH2～12对各组分的酸碱稳定性进行考察。由图3可以看出，随着溶液由碱性到中性再到酸性，黑木耳黑色素F1的溶解率逐渐降低，pH值由12到9的过程中并没有显著性差异（P>0.05），当pH值下降到7时，F1的溶解率显著降低（P<0.05），当溶液pH值进入到酸性范围内，随着酸性的增加，各pH值跨度间没有显著差异（P>0.05）。并且在试验过程中，随着pH值的减小，溶液颜色变浅，出现细小的悬浮颗粒并逐渐增多，这时溶液中F1的溶解率只有21%。而F2在溶液中的溶解率，在pH值由12到7的过程中差异显著（P<0.05），当pH值下降到7时F2的溶解率达到最低，为61.14%，当溶液pH值进入到酸性范围内，随着酸性的增加，F2的溶解率上升，但差异并不显著（P>0.05）。F3在溶液中的溶解率，在pH值由12到7的过程中没有显著差异（P>0.05），当pH值下降到7时，F2的溶解率达到最低，为70.11%，当溶液pH值进入到酸性范围内，随着酸性的增加，F2的溶解率上升，并且没有显著差异（P>0.05）。

以上结果表明，黑木耳黑色素F1在酸性条件下溶解度较小，在碱性条件下溶解度较大，溶解性更高;F2与F3的pH稳定性相似，在碱性条件下溶解度较大，比较稳定，在中性环境下稳定性最差，可能是由于黑色素的主要前体物质多巴溶于碱性和酸性溶液，同时各组分的聚合度不同，游离的多巴含量不同，导致了这一差异。由于F1在黑木耳黑色素中所占的比率远大于另外两种组分，所以黑木耳黑色素的pH稳定性与F1相似。

2. 4 金属离子对黑木耳黑色素各组分稳定性的影响

选取食品加工过程中经常使用的5种金属离子，分别考察K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe3+对黑木耳黑色素各组分稳定性的影响，以初始值作为零点，比较这5种金属离子如何影响溶液的吸光值以及吸光值的变化幅度。

由图4可知，K+会降低黑木耳黑色素各组分的吸光值，并且隨着时间的延长，各组分的损失增加，说明K+破坏各组分的稳定性是一个缓慢的过程。且在试验期间黑木耳黑色素各组分吸光值的差异显著（P<0.05），是由于K+与对苯二酚和苯醌这两种基团结合，使这一部分黑色素不能溶解。Ca2+会降低黑木耳黑色素各组分的吸光值，随着时间的延长，黑木耳黑色素F2的吸光值变化没有显著性差异（P>0.05），而F1和F3差异显著（P<0.05）。说明相比于F1和F3，F2中存在更多的对苯二酚和苯醌，能与Ca2+持续的结合，从而使F2的吸光值缓慢降低。Mg2+也会降低黑木耳黑色素各组分的吸光值，随着时间的延长，F1的吸光值变化差异显著（P<0.05），而F2和F3没有显著差异（P>0.05）。说明相比于F2和F3，F1中存在更多的对苯二酚和苯醌，能与Mg2+持续的结合，从而使F1的吸光值降低速率较大。Cu2+会使黑木耳黑色素各组分的吸光值先升高后降低，这可能是因为Cu2+的存在会使酪氨酸酶活性增强，促进了黑色素的形成，导致吸光值升高，同时Cu2+也会络合一部分黑木耳黑色素，在试验中发现容器底部出现少量沉淀。Fe3+与Cu2+相似，会使黑木耳黑色素各组分的吸光值先升高后降低，是由于Fe3+结合特定基团后，可以使黑色素的结构更加稳定，并具有一定的增色作用。但第2天黑木耳黑色素F1的吸光值降低不显著（P>0.05），可能是由于F2和F3只有少量的基团会Fe3+结合。

2. 5 氧化剂和还原剂对黑木耳黑色素各组分稳定性的影响

向黑木耳黑色素溶液中加入氧化剂高锰酸钾后，如图5A所示，吸光值明显减小，但随着时间延长吸光值基本不变，且没有显著差异（P>0.05），同时观察到溶液颜色明显变浅，可能是由于黑木耳黑色素组分中存在的酚羟基，加入氧化剂时被迅速氧化，形成了相对稳定的结构，所以随着时间的延长吸光值基本保持不变。与高锰酸钾的迅速反应，也意味着这3种黑木耳黑色素组分可以用来做抗氧化剂，是要被保护的物质免受氧化剂的影响。其中F1最容易被氧化，吸光值降低了18.09%。黑木耳黑色素各组分对还原剂比较稳定，加入还原剂亚硫酸钠后，3种黑木耳黑色素组分的吸光值都有不同程度的降低，但与初始值相比变化不大，并且随着时间变化没有显著差异（P>0.05）（图5B）。可能是黑木耳黑色素各组分中没有能与还原剂发生反应的基团。

2. 6 食品添加剂对黑木耳黑色素各组分稳定性的影响

考虑到食品加工过程中食品添加剂的使用，选用苯甲酸钠和山梨酸钾这两种最常用的防腐剂，家庭加工和工厂加工都很常见的鲜味剂——谷氨酸钠，以及丁基化羟基茴香醚这种抗氧化剂为例，考察食品添加剂对黑木耳黑色素各组分稳定性的影响（图6）。黑木耳黑色素各组分在2种防腐剂的作用下会有不同程度的损失，试验前3天黑木耳黑色素各组分保存率没有显著的差异（p>0.05），到第5天差异显著，说明各组分与这两种防腐剂是缓慢反应的。在苯甲酸钠作用下，各组分的保存率为97.12%、93.54%和92.26%;在山梨酸钾作用下，各组分的保存率为97.63%、96.75%和93.54%。谷氨酸钠会使黑木耳黑色素各组分保存率降低，试验前3天黑木耳黑色素各组分保存率没有显著的差异（p>0.05），到第5天差异显著，同样说明黑木耳黑色素各组分与谷氨酸钠的反应是缓慢发生的。试验结束时，各组分的保存率为96.22%、93.06%和95.06%。在丁基化羟基茴香醚的作用下，黑木耳黑色素F2和F3的保存率随着时间的延长差异不显著，F1在试验前3天保存率没有显著差异，到第5天差异显著（p<0.05）。试验结束时，黑木耳黑色素各组分的保存率为96.81%、96.00%和95.32%。说明在抗氧化剂的参与下，抗氧化剂能够保护黑木耳黑色素各组分，使其保持稳定状态。

以上结果说明，苯甲酸钠、山梨酸钾、谷氨酸钠和丁基化羟基茴香醚这四种食品添加剂对黑木耳黑色素各组分稳定性影响不大。

3 结 论

本文对分离得到的黑木耳黑色素组分进行了稳定性研究，现得到如下结果：

（1）自然光照射4 w后，黑木耳黑色素各组分的保存率会显著降低，且光照对黑木耳黑色素的破坏作用随时间延长而增加。

（2）在0、25 ℃和100 ℃ 3个温度下，随着温度的升高，黑木耳黑色素各组分的保存率显著降低，长时间加热会破坏黑木耳黑色素各组分的结构，低温环境更有利于黑木耳黑色素各组分的保存。

（3）pH值会显著的影响黑木耳黑色素各组分的溶解性，碱性条件更有利于黑木耳黑色素各组分的溶解。

（4）K+、Ca2+和Mg2+会降低黑木耳黑色素各组分的吸光值;Cu2+和Fe3+会是黑木耳黑色素各组分的吸光值升高。

（5）氧化剂会迅速与黑木耳黑色素各组分反应，显著降低黑木耳黑色素各组分的保存率;而黑木耳黑色素各组分对还原剂比较稳定。

（6）苯甲酸钠、山梨酸钾、谷氨酸钠和丁基化羟基茴香醚这四种食品添加剂对黑木耳黑色素各组分稳定性影响不大。

参考文献

[1] 谢益安.  铁及缺铁性贫血的诊断与治疗现状[J].  内科， 2007， 01： 99 - 102.

[2] Gauslaa Y， Solhaug K.A. Fungal melanins as a sun screen for symbiotic green algae in the lichen Lobaria pulmonaria[J]. Oecologia， 2001， 126（4）： 462 - 471.

[3] 郭赓艺.  粒毛盘菌YM404黑色素的纯化、结构及抗紫外线辐射活性研究[D].  合肥：  合肥工业大学， 2013.

[4] 李斌.  黑木耳黑色素對细菌群体感应调控行为的抑制及其抗氧化活性的研究[D].  南京：  南京农业大学， 2011.

[5] 赵萍，  王雅，  魏明广，  等.  葵花籽壳黑色素提取鉴定及抗氧化性研究[J].  食品工业科技， 2012， 33（22）： 133 - 136.

[6] 张晓玲，  杨桥，  代俊，  等.  黑色素及谷胱甘肽通过抑制NF-KB途径的激活可有效抑制H5N1禽流感病毒感染[J]. 生物化学与分子生物学报， 2009（4）： 364 - 372.

[7] Manning JT， Bundred PE， Henzi P. Melanin and HIV in sub-Saharan Africa[J]. Journal of Theoretical Biology， 2003， 223：131 - 133.

[8] Sava VM， Galkin BN， Hong MY， et al. A novel melanin-like pigment derived from black tea leaves with immuno-stimulating activity[J]. Food Research International， 2001， 34： 337 - 343.

[9] 雷敏，赵梦醒，刘淇. 鱿鱼墨黑色素的免疫调节作用[J]. 食品工业科技， 2012， 33（6）：397-400.

第1作者简介：  冯磊（1981-），  男，  副研究员，  研究方向：  森林食品培育及加工。

程文（1992-），  女，  助理研究员，  研究方向：  食品的药物活性挖掘及研发。

通讯作者：  雷虹（1971-），  女，  教授，  研究方向：  食品的药物活性挖掘及研发。

收稿日期： 2022 - 02 -  20

黑龙江省森林工业总局科技计划（sgzjY2015016）;黑龙江省属科研院所基本业务费资源项目