田春蓮,文赤夫

(吉首大學(xué)林產(chǎn)化工工程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南張家界 427000)

近年來(lái),人們發(fā)現(xiàn)合成色素多數(shù)有慢性毒性和致癌作用,已意識(shí)到它對(duì)人體健康的威脅,各國(guó)開始限制合成色素的使用[1],而實(shí)用天然色素卻以每年10%的銷售額遞增[2],對(duì)天然色素研究也愈為深入 ;樟樹〔Cinnam om um cam phora(L.)Presl〕屬樟科樟屬的常綠喬木,是我國(guó)特有的園林綠化樹種,但因大量落果對(duì)城市環(huán)境造成污染[3],目前,雖對(duì)樟樹果實(shí)有一定利用和研究,如樟樹果實(shí)紅色素抑菌作用、提取工藝及穩(wěn)定性[4-6],但未涉及 pH值、金屬離子、熱穩(wěn)定性因子等對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜的研究。因此,本實(shí)驗(yàn)研究紅色素吸收光譜,旨在為綜合開發(fā)樟樹資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

樟樹果實(shí)采自吉首大學(xué)張家界校區(qū)校園內(nèi),紫紅色,果實(shí)經(jīng)去核、干燥、粉碎過(guò) 24目篩,冷藏備用。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 主要儀器與設(shè)備

UV-160紫外可見分光光度計(jì),日本島津;BS-220恒溫水浴鍋,北京長(zhǎng)安科學(xué)儀器廠;HM-60V酸度計(jì),上海虹益儀器有限公司;格蘭仕微波爐;CD5-2A離心機(jī),北京;R-215旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,瑞士BUCHE公司。

1.2.2 試劑

所用試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樟樹果實(shí)色素提取純化

樟樹果實(shí)干粉→加水浸提,檸檬酸調(diào) pH至 1～2,低火力微波輔助提取 4次,提取時(shí)間分別為 1 min、45 s、30 s、20 s,得紫紅色溶液 ,過(guò)濾殘?jiān)?,同等條件重復(fù)提取,合并濾液,4 000 r/min離心 20 min,過(guò)濾,濃縮,樹脂純化,得純品色素。

從各相關(guān)系數(shù)來(lái)看，與南京河流表層沉積物中APA最具相關(guān)性的是有機(jī)質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)(r=0.763)，極顯著正相關(guān)(p=0.006)；其次是總磷(r=0.703)，顯著正相關(guān)(p=0.016)；再次為可交換態(tài)氮，與硝酸鹽氮、銨態(tài)氮均顯著正相關(guān)。表明表層沉積物營(yíng)養(yǎng)成分充足情況下，使各種微生物保持旺盛的新陳代謝，則APA相對(duì)較高。各種磷形態(tài)中TP與APA的相關(guān)性最好，OP其次。APA與OP相關(guān)性較好，為正相關(guān)(r=0.576)。這一現(xiàn)象說(shuō)明調(diào)查區(qū)域沉積物的有機(jī)磷經(jīng)堿性磷酸酶作用產(chǎn)生的無(wú)機(jī)磷為沉積物中生物所利用?？山粨Q態(tài)氮與APA的相關(guān)性好于凱氏氮，進(jìn)一步印證了上述結(jié)論。

1.3.2 樟樹果實(shí)紅色素最大吸收波長(zhǎng)的測(cè)定

取樟樹果實(shí)紅色素原液用水稀釋成色素試驗(yàn)液,用 UV-160紫外分光光度計(jì)在 800～400 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行光譜掃描,得最大吸收波長(zhǎng)為517 nm。

1.3.3 pH值對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜的影響

取 3 mL樟樹果實(shí)紅色素溶液,分別用 pH值為2.6～8.6的系列緩沖液定容至 25 mL,暗處放置1 h,以緩沖液作參比,在紫外分光光度計(jì)上自動(dòng)掃描。

1.3.4 熱穩(wěn)定因子對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜的影響

取 2 mL紅色素溶液 7份置于試管,在 100℃分別處理 0、5、10、20、30、60、120 min,冰水冷卻后在800～400 nm掃描。再取 2 mL紅色素溶液 9份置于試管中 ,分別于 0、30、40、50、60、70、80、90、100℃加熱 30 min,冰水冷卻后紫外掃描。

1.3.5 光照對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜的影響

取紅色素 8 mL置于 250 mL的錐形瓶分兩組置于室內(nèi)和暗處,每隔 30 min取樣 10 mL,在 517 nm處紫外檢測(cè)。

取紅色素溶液各 1 mL,分別用濃度為 0.001%、0.05%、0.01%、0.1%、1%的 NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、AlCl3·6H2O、FeCl3鹽溶液定容至 25 mL,于暗處放置 1 h、4 h、24 h后在紫外分光光度計(jì)從 800～400 nm掃描檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜的影響

從圖1可知,樟樹果實(shí)紅色素在 pH為 3.6～8.6的緩沖溶液中光譜吸收特性變化不一,pH為2.6～3.6的強(qiáng)酸性環(huán)境中,紅色素在 517 nm處有吸收高峰且光譜特性穩(wěn)定,說(shuō)明色素在強(qiáng)酸性條件下穩(wěn)定易保存;pH為 8.6時(shí),最大吸收峰漂移到402 nm處,此時(shí)吸光值為 1.403,說(shuō)明樟樹果實(shí)紅色素在堿性條件下其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,此結(jié)論與前人研究一致[5]。

圖1 pH值對(duì)紅色素吸收光譜的影響

2.2 熱穩(wěn)定因子對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜的影響

表1 溫度對(duì)紅色素吸光值的影響 (λmax=517 nm)

表2 加熱時(shí)間對(duì)紅色素吸光值的影響 (λmax=517 nm)

表1得出:溫度對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜影響較小,色素性質(zhì)穩(wěn)定。0～100℃內(nèi),紅色素最大吸收峰在 517 nm處,,吸光值在 1.321～1.412之間;表2看出:紅色素耐短時(shí)高溫,隨加熱時(shí)間延長(zhǎng),吸收光譜發(fā)生變化,100℃加熱 60 min以內(nèi),紅色素性質(zhì)穩(wěn)定,517 nm處吸光值范圍是 1.318～1.479,但加熱 120 min時(shí),紅色素最大吸收峰移至512.5 nm,且吸光值下降至 1.189。從而判定長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱,紅色素結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

2.3 光照對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜的影響

樟樹果實(shí)紅色素對(duì)光的耐受性較好,光照時(shí)間對(duì)其吸收光譜無(wú)明顯影響。從圖2可見,隨光照時(shí)間的延長(zhǎng),在自然光照射下,紅色素吸光值隨光照時(shí)間呈正態(tài)分布現(xiàn)象,90～120 min時(shí),吸光值上升0.127,隨后吸光值隨光照時(shí)間延長(zhǎng)而下降,避光下紅色素吸光值持續(xù)平穩(wěn)。因此,紅色素在避光條件下易于保存。

圖2 光照對(duì)紅色素吸收光譜的影響

2.4 金屬離子對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜的影響

2.4.1 Na+、K+處理后紅色素的吸收光譜

總體來(lái)說(shuō),加入 Na+、K+的色素溶液吸收光譜無(wú)明顯變化,該色素的最大吸收波長(zhǎng)為 517 nm。但處理 4 h時(shí),由圖3得出:加入 0.1%Na+的紅色素溶液吸收光譜在 517 nm后持續(xù)平穩(wěn),從 517～600 nm吸光值僅降低 0.099;24 h后,圖4顯示,加入0.05%K+的紅色素溶液吸收光變化明顯,其最大吸收波長(zhǎng)是 477 nm,隨后吸光值急劇下降;其他濃度下,當(dāng)波長(zhǎng)由 517 nm～530 nm時(shí),吸光值呈負(fù)相關(guān),以 0.01%K+的下降幅度最大,吸光值減少0.543。所以,在色素應(yīng)用過(guò)程中也應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間的Na+、K+干擾。

圖3 Na+對(duì)紅色素吸收光譜的影響(4 h)

圖4 K+對(duì)紅色素吸收光譜的影響 (24 h)

2.4.2 Mg2+、Ca2+對(duì)紅色素吸收光譜的影響

圖5 Mg2+對(duì)紅色素吸收光譜的影響(1 h)

圖5～10表明:加入 Mg2+、Ca2+后的紅色素吸收光譜呈正態(tài)分布,但加入Mg2+后隨處理時(shí)間延長(zhǎng)至 24 h時(shí),最大吸收波長(zhǎng)漂移至 512 nm處;不同的Mg2+濃度對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜影響較為明顯,從 400～517 nm,濃度高的上升幅度大,517～600 nm,濃度越大下降幅度越大,1%和 0.001%的吸光值分別下降 1.154與 0.897。

圖6 Mg2+對(duì)紅色素吸收光譜的影響 (4 h)

圖7 Mg2+對(duì)紅色素吸收光譜的影響 (24 h)

圖8 Ca2+對(duì)紅色素吸收光譜的影響(1 h)

圖9 Ca2+對(duì)紅色素吸收光譜的影響 (4 h)

圖10 Ca2+對(duì)紅色素吸收光譜的影響(24 h)

2.4.3 加入 Fe3+后樟樹果實(shí)紅色素的吸收光譜

Fe3+對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜影響最大,不同濃度和處理時(shí)間均產(chǎn)生明顯變化。圖11～13結(jié)果表明:1 h后,由于 Fe3+與色素發(fā)生了反應(yīng),紅色素顏色產(chǎn)生變化,0.01%、0.05%產(chǎn)生紅褐色沉淀,1%和 0.1%使色素溶液變?yōu)樯詈稚皽\褐色,這與前人報(bào)道的 Fe3+使花色苷顏色變褐、對(duì)色素的結(jié)構(gòu)有不良影響相一致[5,7];就吸光值來(lái)說(shuō),Fe3+濃度 >0.01%,在 400～500 nm之間吸光值達(dá)到 1.8,500 nm以上,吸光值與波長(zhǎng)成反比;從 Fe3+濃度<0.01%,吸光值隨波長(zhǎng)增加呈現(xiàn)下降 -上升 -再下降的趨勢(shì)。因此,在該色素制取、使用和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中應(yīng)盡量避開鐵質(zhì)容器。

圖11 Fe3+對(duì)紅色素吸收光譜的影響 (1 h)

圖12 Fe3+對(duì)紅色素吸收光譜的影響(4 h)

2.4.4 加入Al3+的樟樹果實(shí)紅色素的吸收光譜

Al3+對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜影響顯著程度介于 Fe3+和其他金屬離子之間。如圖所示,最大吸收波長(zhǎng)在 517 nm,400～448 nm,吸光值隨波長(zhǎng)增加而下降,448～517 nm,吸光值與波長(zhǎng)成正相關(guān),517 nm后下降;不同濃度和處理時(shí)間變化幅度不同,1～4 h,0.01%～1%吸光值的變化幅度大于低濃度條件下,當(dāng)處理 24 h后,以 0.05%的 Al3+處理變化最小。所以,該色素使用過(guò)程中盡量避免與鋁器接觸。

圖14 Al3+對(duì)紅色素吸收光譜的影響 (1 h)

圖15 Al3+對(duì)紅色素吸收光譜的影響 (4 h)

圖16 Al3+對(duì)紅色素吸收光譜的影響 (24 h)

3 結(jié) 論

(1)樟樹果實(shí)色素主要成分為花色苷色素,具有一般花色苷類色素的共同特性,其吸收光譜和顏色穩(wěn)定性受多種因素的影響。pH為 3.6～6.6的緩沖溶液對(duì)光譜吸收特性無(wú)明顯變化,λmax是 517 nm,色素在強(qiáng)酸性條件下穩(wěn)定易保存;pH為 8.6的堿性環(huán)境下吸收峰漂移至 402 nm,說(shuō)明紅色素在堿性條件下結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

(2)溫度對(duì)該色素吸收光譜影響較小,100℃以內(nèi),色素性質(zhì)穩(wěn)定,該色素耐短時(shí)高溫,隨加熱時(shí)間延長(zhǎng),吸收光譜發(fā)生變化,100℃加熱 120 min,最大吸收峰移至 512.5 nm;紅色素對(duì)光的耐受性較好,自然光照射 90～120 min時(shí),吸光值上升 0.127,避光下該色素穩(wěn)定性好。提取加工及保藏中要盡量避光。

(3)大多數(shù)金屬離子對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜無(wú)明顯影響,但 Fe3+使紅色素短時(shí)間內(nèi)變色,產(chǎn)生沉淀,吸收光譜發(fā)生漂移,Fe3+濃度越高影響越大,吸收光譜隨之改變,所以,生產(chǎn)中應(yīng)避免接觸鐵、鋁容器;當(dāng)加入Mg2+時(shí)間延長(zhǎng)至 24 h,最大吸收峰由 517 nm漂移至 512 nm,隨 Mg2+濃度升高,從 400～517 nm及從 517～600 nm的上升或下降幅度越大。其他金屬離子和氧化劑對(duì)樟樹果實(shí)紅色素吸收光譜的影響有待于進(jìn)一步研究。

[1] 趙桂紅,姚鳳蓮.藍(lán)靛果天然色素提取條件研究[J].食品研究與開發(fā),2005,26(3):106-107.

[2] 周國(guó)立.食用天然色素及其提取應(yīng)用[M].濟(jì)南:山東科技出版社,1993:44.

[3] 許莉勇.樟樹籽的開發(fā)利用[J].浙江萬(wàn)里學(xué)院學(xué)報(bào),2000,13(4):19-20.

[4] 文赤夫,曾超文,黃造成,等.樟樹果實(shí)紅色素的抑菌活性[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2007,33(4):23-25.

[5] 文赤夫,趙虹橋,田春蓮,等.樟樹熟果紅色素提取工藝及穩(wěn)定性研究[J],食品科學(xué),2006,27(4):157-160.

[6] 蔣益花,蔣新龍.樟樹果實(shí)紅色素的提取及性質(zhì)研究[J].生物質(zhì)化學(xué)工程,2006,40(6):29-33.

[7] 呂曉玲,范輝,馬淑青,等.1次和 2次精制紫甘薯色素理化特性的比較[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2009,35(2):7-11.