胡萝卜汁中色素稳定性分析实验综述报告

田志美,朱昌浩

(阜阳师范大学 化学与材料工程学院,安徽 阜阳 236037)

胡萝卜,亦称为黄萝卜等,属草本植物,人们主要将它的根部作为食材[1]。胡萝卜它是被人们所熟知的健康蔬菜,效果甚至可以和人参相媲美[2]。形状一般分为棍状和圆锥两种,根色含橘、粉、黄等色调。被公认约2000年的种植历史,原产地位于阿富汗(在亚洲西南部),世界各地均有分布。胡萝卜于13世纪中期,历经千里被传入国内,在全国范围内大量种植,在中国根系菜蔬中产量非常高。因其本身富含多种营养,包括淀粉、胡萝卜素及磷钙,颜色亮丽、口感爽脆多汁,所以,深受人们的喜爱。100 g新鲜的胡萝卜中大概含有胡萝卜素6 mg,对比之下,100 g新鲜西红柿仅含有1 mg的胡萝卜素,这是胡萝卜饱受人们喜爱的原因之一。胡萝卜素被人体吸收之后,经过一系列加工会合成出维生素A。众所周知,维生素A可以有效地阻止人们患上夜盲症。纯天然维生素A能够由胡萝卜素转化得到,纯天然维生素自身效果优于合成的一些药物[3]。

随着科技手段的不断更新,经过许多实验证明,科学家发觉人工合成的色素对人体具有很大的威胁[4-7]。正因如此,很多地方都对人工合成色素减少使用并且进行了严厉的管制。天然的色素没有毒性,颜色靓丽,富含很高营养价值,饱受人民的喜爱,有关其稳定性的研究屡见不鲜[8-12]。大量的研究表明胡萝卜具有很高的药用价值,例如:能够预防视力下降等[13]。胡萝卜汁中拥有的主要色素为类胡萝卜素,而这种色素属于水溶性色素。也有很多的研究显示,类胡萝卜素有降低心脑血管疾病发病率、抗氧化和抵御癌症等重要功能[14]。色泽是胡萝卜汁的一项重要感官指标,胡萝卜汁本身的颜色会随着时间的增长而发生一些变化。胡萝卜色素的稳定性被破坏就会发生颜色的改变,为了保持胡萝卜色素的稳定性,一般将其放入酸性条件下进行保护。事实上,在生产胡萝卜汁时,对加工工艺有着严苛的要求,合理的方法将提高色素的稳定性,很好地避免了胡萝卜汁变色现象,也能够保护其中的类胡萝卜素[15]。

如今对于胡萝卜汁的加工方法、功能和性质的研究已经有很多文献报道了,但是对于其中色素稳定性的研究却很少有报道。所以,此文就胡萝卜汁中色素的稳定性进行了一系列实验,主要是不同温度条件、还原剂、不同光照条件、氧化剂、不同pH值、不同金属离子对胡萝卜汁中色素稳定性的影响展开了研究,希望为胡萝卜汁在生产及保存过程中的维持颜色处理和储藏提供重要依据。

1 材料与方法

1.1 材料

实验仪器:725N型分光光度计,上海佑科仪器仪表有限公司;电子天平,上海越平科学仪器有限公司;破壁机,九阳股份有限公司;恒温水浴槽,南京南大万和科技有限公司;高速离心机,金坛市杰瑞尔科技有限公司;紫外线杀菌消毒灯,佛山益辰电子科技有限公司。

实验药品:五水合硫酸铜,西陇化工股份有限公司;硫酸锌,天津市光复科技发展有限公司;硝酸铝、蔗糖、无水硫酸镁,天津市大茂化学试剂厂;三氯化铁、硫代硫酸钠,国药集团化学试剂有限公司;30%过氧化氢,江苏强盛功能化学股份有限公司;硫酸亚铁铵,天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 溶液配制

1) 0.1 mol·L-1的硫酸镁溶液:称6.013 g硫酸镁倒入50 mL小烧杯中;溶解后定容至500 mL容量瓶保存。

2) 0.1 mol·L-1的硫酸铜溶液:称12.455 g五水合硫酸铜倒入50 mL小烧杯中溶解;然后定容至500 mL容量瓶保存。

3) 0.1 mol·L-1的硝酸铝溶液:称18.732 g硝酸铝倒入50 mL小烧杯中搅拌溶解;然后定容至500 mL容量瓶保存。

4) 0.1 mol·L-1的硫酸亚铁铵溶液:称19.600 g硫酸亚铁铵倒入50 mL小烧杯溶解,定容到500 mL容量瓶保存。(现配现用)。

5) 0.1 mol·L-1的硫酸锌溶液:称14.365 g硫酸锌倒入50 mL小烧杯中溶解;定容至500 mL的容量瓶保存。

6)0.05 mol·L-1的六水合三氯化铁溶液:称6.745 g六水合三氯化铁倒入50 mL小烧杯溶解;定容至500 mL容量瓶保存。

7)0.1 mol·L-1的蔗糖溶液:称3.411 g蔗糖倒入50 mL小烧杯溶解后定容至100 mL容量瓶保存。

1.3 方法

取一块白纱布备用,将新鲜的胡萝卜洗净切成小胡萝卜丁,放入破壁机中打碎成胡萝卜泥,用干净的白纱布将胡萝卜过滤得到胡萝卜汁,将其倒入试管中,然后放入离心机中以2 000 r/min的速度离心20 min,静置20～30 min,放在试管架上备用。

2 结果与讨论

2.1 胡萝卜色素的光谱特征

取1 mL胡萝卜汁溶液于50 mL容量瓶中,并且定容至刻度。确定胡萝卜汁上清液的吸光度大小,吸收峰见图1。由图1可知,在470～550 nm处有两吸收峰,最大吸收峰在490 nm[16]。所以胡萝卜色素特征吸收峰是490 nm,以下实验中所有的测定波长都设在490 nm处。

图1 胡萝卜色素的特征光谱

2.2 不同pH值对胡萝卜汁中色素稳定性的影响

取1 mL胡萝卜汁溶液于50 mL容量瓶中,加入pH值=2.2的酸性缓冲溶液,定容至刻度测定波长在490 nm处吸光度值。同理,依次测定加入pH值=3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13的缓冲溶液的吸光度值。放置24,48 h后继续测量溶液的吸光度值,结果见图2。

图2 溶液pH值对胡萝卜汁吸光度的影响

由图2可知,在pH值=4时,溶液的吸光度最大。原因是强酸性会破坏胡萝卜色素的结构,从而导致沉淀现象。pH值比较大时胡萝卜的颜色会加深。因此,选择pH值=8时效果最好(以下实验所用到的缓冲溶液均为pH值=8的缓冲溶液)。随放置时间的增大,溶液的吸光度变大,原因可能是溶液变暗,导致吸光度变大。

2.3 紫外光对胡萝卜汁中色素稳定性的影响

取1 mL胡萝卜汁溶液于50 mL容量瓶中。用pH值=8的柠檬酸缓冲溶液定容至刻度。同理,再配置三份相同的溶液并贴上标签,分别将其静置和避光,放在日光,紫外灯四种条件下一定时间,然后测定吸光度,实验结果与蔡晓雯,谢建华的胡萝卜色素稳定性分析的研究结果一致[16]。结果见图3。

图3 不同条件下光照对胡萝卜汁吸光度的影响

由图3可知,日光对胡萝卜汁溶液中的色素破坏得最明显。7 h过后溶液已经能够看出分层,上层颜色褪去,所以吸光度很低。紫外灯开始对溶液的吸光度影响较小,一段时间后,吸光度值变化比较明显;静置,避光的吸光度变化不明显。对溶液中色素影响下。综上所述,证明紫外光会在一定程度上影响胡萝卜色素的稳定性,在生产和加工的过程中应该做到避光保存。

2.4 氧化剂对胡萝卜汁中色素稳定性的影响

取1 mL离心后的汁液于50 mL容量瓶中,分别加30%H2O2溶液各5,6,7,8,9,10 mL,定容至刻度,混合均匀后测定其吸光度,结果见图4。

图4 氧化剂H2O2对胡萝卜汁吸光度的影响

由图4可以看出:向胡萝卜汁溶液中加入氧化剂过氧化氢会使胡萝卜溶液的吸光度下降,由此就可以证明该色素的抗氧化性不是太强,对氧化剂比较敏感。所以,要严格避免胡萝卜汁与氧化性强的物质相接触。

2.5 还原剂对胡萝卜汁中色素稳定性的影响

首先,分别取1 mL上清液于5个50 mL容量瓶中,然后分别加入还原剂0.1 mol/L硫代硫酸钠0,10,20,30,40,49 mL至刻度线,在可见光区最大吸收波长的条件下,测定其吸光度值。结果见图5。

图5 还原剂对胡萝卜汁吸光度稳定性的影响

由图5可以发现,还原剂硫代硫酸钠对溶液汁色素稳定性影响较大。伴随着用量的增多,可以看到溶液的吸光度发生显著下降。由此可见,刚生产加工完的胡萝卜汁应该避免与还原性强的物质接触,否则可能会导致胡萝卜汁颜色发生变化,甚至发生变质。

2.6 温度对胡萝卜汁中色素稳定性的影响

依次取3份1 mL胡萝卜汁上清液于三个50 mL容量瓶中。分别加入pH值=8的柠檬酸缓冲溶液至刻度线,在常温条件下分别测定其吸光度值(λ=490 nm),因为是不同的溶液,所以溶液初始吸光度可能有所不同,不过也不影响讨论。

将三个容量瓶分别放入三个不同温度的恒温水浴中加热并保温一段时间,再分别测定其吸光度值的大小,在不同温度下保温不同时间。设定温度为30,40,50 ℃,时间为0,0.5,1,1.5,2 h。结果见图6。

图6 不同温度对胡萝卜汁吸光度的影响

由图6可知,温度对溶液中色素稳定性的影响比较大。低温时对溶液中色素稳定性的影响不是很明显,高温时则会变得非常明显,当恒温加热到30 min时高温就会破坏胡萝卜色素,从而使溶液发生了沉淀现象,导致溶液的吸光度发生明显下降,当在50 ℃的条件下加热90 min后,溶液的吸光度变得更低了,说明温度越高,对胡萝卜色素稳定性的影响就会越大。由此可知,胡萝卜色素应该放在低温下保存是比较合理的。

2.7 金属离子对胡萝卜汁中色素稳定性的影响

首先要做的是配制六种金属离子浓度为0.1 mol/L的溶液(其中Fe2+需要现配现用,时间长会被氧化从而引起较大的误差),接着依次研究不同金属离子的影响,然后吸1 mL胡萝卜汁于50 mL容量瓶中。分别加入5 mL六种金属离子溶液定容至刻度,然后按照不同的时间梯度测定其吸光度,容易氧化的金属离子溶液应该优先测定。结果图7、8。

图7 不同金属离子对胡萝卜汁吸光度的影响

图8 不同金属离子对胡萝卜汁吸光度的影响

由图7、8结合可知:Al3+和Zn2+对吸光度的影响很小。基本可以忽略不计且颜色也没有发生改变。Cu2+和Fe2+对溶液中色素的影响非常大,并且还会产生比较明显的色变。所以,除了Cu2+和Fe2+两种离子外,其他离子对溶液的吸光度影响甚微。

3 结论

对胡萝卜汁的稳定性进行了研究,结果显示:胡萝卜色素在日光的照射下非常容易被分解,对紫外光比较敏感,对氧化剂和还原剂也比较敏感,同时具有一定的热稳定性和耐糖性,但是温度高于60 ℃的时候就会变得不稳定,会发生沉淀,在保存胡萝卜色素的时候应该注意避免与它们接触,胡萝卜色素在偏碱性(pH值=8时)的条件下比较稳定。所以,需将胡萝卜色素放在低温的条件下储存比较好,同时,金属离子大都对胡萝卜色素影响并不明显,但是Zn2+和Fe2+对胡萝卜色素的吸光度和颜色影响较大,因此,在使用和保存的过程中应该注意避免两种金属离子的存在。