王曉婷,劉會平,朱振元,張　靜,郭明珠,羅　游,劉　飛

(食品營養(yǎng)與安全教育部重點實驗室,天津科技大學食品工程與生物技術學院,天津 300457)

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不同貯存方式對核桃青皮色素的性質及生物活性影響

王曉婷,劉會平,朱振元*,張靜,郭明珠,羅游,劉飛

(食品營養(yǎng)與安全教育部重點實驗室,天津科技大學食品工程與生物技術學院,天津 300457)

研究了兩種保存方式下(曬干、冷藏)的核桃青皮棕褐色色素的理化性質及抗氧化活性?？疾炝藀H、溫度、不同金屬離子、氧化還原劑、不同的食品添加劑等因素對核桃青皮色素的穩(wěn)定性的影響,并對兩種保存方式下提取的核桃青皮色素的抗氧化性進行了研究。研究表明,兩種保存方式下提取的核桃青皮色素對溫度、Na+、K+、食鹽、山梨酸鉀、安賽蜜及還原劑穩(wěn)定;pH、氧化劑及Fe3+、Mg2+、Cu2+、Ca2+、Al3+對兩種色素的影響均較明顯;蔗糖對色素有增色效果,檸檬酸、抗壞血酸對色素有減色效果。兩種色素均具有還原力和清除·OH的能力,曬干核桃青皮色素的還原力和對·OH的清除能力高于冷藏的。核桃青皮色素有較好的穩(wěn)定性,抗氧化活性與色素溶液的濃度存在一定的量效關系。

核桃青皮,色素穩(wěn)定性,貯存方式

核桃,別名胡桃、羌桃等,是胡桃科核桃屬多年生落葉喬木,原產于地中海沿岸和中國的新疆地區(qū),中國主要分布在河北、山東、云南等省份[1]。核桃植株全身都是寶,除其果仁可食用外,核桃青皮、核桃殼、核桃葉等均可入藥,而且采集方便,具有消熱、解毒、抗癌、鎮(zhèn)痛等作用[2]。核桃青皮為胡桃科胡桃楸和胡桃的未成熟外果皮[3]。核桃青皮又稱青龍衣,為核桃外層厚厚的綠色果皮[4]。胡桃屬植物青皮不僅在醫(yī)學上有重要價值,在農藥殺蟲和抑菌、食品、化妝品等方面也起著重要的作用[5-7]。

核桃青皮為原料提取的天然食用色素,色素附著力較強,原料來源豐富,變廢為寶,生產工藝簡單,產率高,成本低,安全無毒。因此,色素在食品工業(yè)中有很好的開發(fā)應用價值[8]。許澤宏等[9]以氫氧化鈉為萃取劑,核桃青皮為原料,提取了安全無毒的天然食用色素并對其理化性質進行了研究。核桃青皮中的醌類物質對多種體內移植性腫瘤有明顯的抑制作用,體外殺傷細胞的作用更強,且毒性較低,其他成分的提取物也有不同程度的抗菌、抗腫瘤、鎮(zhèn)痛等作用[10]。呂俊芳等[11]以60 ℃的純水為萃取劑,以水與青皮質量比為1∶5,可對晾干的核桃青皮中褐色素進行提取,得到褐色素浸膏。吳春華等[12]使用板栗殼提取天然棕色素,通過穩(wěn)定性實驗,表明該板栗殼色素對光照、溫度、還原劑、氧化劑、pH有良好的穩(wěn)定性。

本文在前期研究的基礎上以提取的核桃青皮棕褐色色素為原料,比較了曬干條件下得到的干燥與冷藏兩種儲存方式對核桃青皮色素的性質及抗氧化性的異同。該色素不僅適用食品,還用于染發(fā)劑等許多方面,因此青龍衣中提取的色素在食品工業(yè)中有很好的開發(fā)應用價值。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

核桃外果皮采自天津市薊縣處理方法分別為太陽自然曬干10 d,粉碎過60目篩、-20 ℃冷藏一個月剪碎備用;濃鹽酸,三氯乙酸,鄰苯三酚,硫酸亞鐵,3,5-二硝基水楊酸等試劑均為分析純;天津市北方天醫(yī)化學試劑廠。

PHS-3C型pH計上海里達儀器廠;HH數(shù)顯恒溫水浴鍋金壇市金城國勝實驗儀器廠;SP-2102UV紫外分光光度計上海光譜儀器有限公司;高速粉碎機中誠制藥機械廠;ESJ2054型電子分析天平沈陽龍騰電子稱量儀器有限公司。

1.2實驗方法1.2.1核桃青皮色素的外觀、顏色及溶解性取1.00 g曬干核桃青皮粉末及5.00 g冷藏核桃青皮,以0.15 mol/L的氫氧化鈉作為提取劑,曬干核桃青皮料液比為1 g∶100 mL,冷藏核桃青皮料液比為5 g∶100 mL,溫度55 ℃提取30 min,浸提兩次。經離心合并濾液后,濃縮凍干,得色素粗品。觀察兩種保存方式下得到的色素溶解后的外觀、顏色,及在常用溶解劑中的溶解性。

1.2.2曬干和冷藏核桃青皮色素的穩(wěn)定性

1.2.2.1pH對兩種色素穩(wěn)定性的影響對兩種核桃青皮色素各取0.50 g,分別按下述操作。蒸餾水定容至100 mL,每份取5 mL,分別加入不同濃度的HCl和NaOH溶液,并定容至10 mL。使得溶液的pH為3、4、5、6、7、8、9、10、11、12[13-14],分別測定在540 nm處吸光值,觀察實驗現(xiàn)象。

1.2.2.2色素溶液的熱穩(wěn)定性對兩種核桃青皮色素各取0.50 g,分別按下述操作。蒸餾水定容至100 mL,各取10 mL于具塞試管中,置于20、40、60、80 ℃的水浴中靜置0.5 h[15],冷卻至室溫,稀釋5倍后在540 nm處測定吸光值,觀察實驗現(xiàn)象。

1.2.2.3金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響對兩種核桃青皮色素各取0.50 g,分別按下述操作。蒸餾水定容至100 mL。分別配制含濃度為0、0.01、0.05、0.1 mol/L常見金屬離子的鹽溶液(NaCl、KCl、FeCl3、MgSO4、CuSO4、CaCl2、AlCl3),取1 mL鹽溶液加入2 mL色素溶液中,搖勻,置于暗處1 h。觀察金屬離子對色素溶液的影響[16],測定在540 nm處的吸光值。

1.2.3食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響對兩種核桃青皮色素各取0.20 g,分別按下述操作。蒸餾水定容至100 mL,取2 mL色素溶液,分別加入1 mL濃度梯度質量百分比為1%、2%、3%、5%的蔗糖、食鹽,0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的山梨酸鉀、安賽蜜、抗壞血酸,0.02%、0.05%、0.08%、0.1%的檸檬酸,室溫震蕩1 h后,在540 nm處測定吸光值[17],觀察食品添加劑對色素溶液的影響。

1.2.4氧化劑、還原劑對色素穩(wěn)定性的影響對兩種核桃青皮色素各取0.20 g,分別按下述操作。蒸餾水稀釋到100 mL。取2 mL色素溶液,分別加入1 mL濃度為0、3%、6%、9%、12%的雙氧水溶液,0、0.5%、1%、1.5%、2%的亞硫酸鈉溶液,搖勻,立即測定在540 nm處吸光值[18],觀察氧化劑、還原劑對色素溶液的影響。

1.2.5核桃青皮色素的抗氧化性的研究

1.2.5.1還原力的測定參照文獻[19]描述的方法測定樣品還原力。對兩種核桃青皮色素各取0.20 g,分別按下述操作。定容至200 mL得到2 mg/mL溶液,分別取0、40、80、120、160、200 μL于具塞試管中,加入pH=6.6磷酸緩沖液200、160、120、80、40、0 μL補齊為200 μL。再加入200 mmol/L磷酸鹽緩沖液(pH6.6)和1% K3Fe(CN)6各0.2 mL,混勻后于50 ℃反應20 min。取出后再加入0.2 mL 10%三氯乙酸混勻,5000 r/min離心10 min。取上層溶液0.5 mL加入蒸餾水0.5 mL,0.1% FeCl30.1 mL,37 ℃孵育10 min,冷卻至室溫后測定700 nm處吸光度?？箟难嶙麝栃詫φ铡?/p>

1.2.5.2對·OH 的清除能力本實驗采用水楊酸法進行測定[20]。取兩種核桃青皮色素各0.10 g,定容至50 mL,濃度為2 mg/mL。取一定體積色素溶液配成0、0.5、1、1.5、2 mg/mL。取2.0 mL 2.0 mmol/L FeSO4溶液,1.0 mmol/L H2O2溶液2.0 mL于具塞試管中,震蕩搖勻,室溫靜置20 min,再加入6.0 mmol/L水楊酸溶液3.0 mL,37 ℃反應15 min,震蕩混勻。加入色素溶液1 mL,靜置10 min,測A510。VC作陽性對照。按下式計算清除率:

式中:A0為以蒸餾水代替樣品的吸光度值即空白對照液的吸光值;Ai加入不同濃度樣品的吸光度值;Aj以蒸餾水代替H2O2溶液的吸光度值。

表1　pH與不同貯存方式下核桃青皮色素的關系

2　結果與分析

2.1色素的外觀、顏色及溶解性

在室溫下提取的核桃青皮色素為棕(紅)褐色;經凍干后的色素為絮狀,搗碎研磨后為棕色粉末狀,密封后放入干燥器中避光保存。兩種色素粉末都易溶于水及堿性溶液,微溶于無水乙醇。故兩種貯存條件下的核桃青皮色素外觀、顏色差別不大,均為水溶性色素。

2.2曬干和冷藏核桃青皮色素的穩(wěn)定性

2.2.1pH對色素穩(wěn)定性的影響由圖1及表1可以看出隨著pH的減小,兩種色素溶液不僅吸光值隨之減小,顏色也隨之變淺,并且當pH降到3～5時,會有紅棕色的絮狀沉淀產生,當逐漸增大pH時,絮狀沉淀消失,溶液又變回為紅棕色,兩種貯存條件下色素的顏色均具有可逆性且差別不明顯?？梢酝ㄟ^改變pH來調節(jié)色素溶液顏色。該色素在常見的食品加工過程中使用時可以避免在酸性條件下破壞色素的結構。

圖1　pH對色素的影響Fig.1　The influence of pH on the pigment

2.2.2色素溶液的熱穩(wěn)定性色素是在加熱條件下提取的,有一定的耐熱性能,可在常溫下穩(wěn)定。由圖2可以看出,兩種色素溶液在20～80 ℃溫度范圍內,吸光度基本穩(wěn)定,兩種色素的熱穩(wěn)定性均較好且差別不大。在常見的食品加工過程中,高溫處理并不常見,故核桃青皮色素可作為食品添加劑,用于食品的著色。

圖2　色素溶液的加熱溫度與吸光度的關系曲線Fig.2　Absorbency of the pigment under different temperature

2.2.3金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

2.2.3.1金屬離子對曬干核桃青皮色素穩(wěn)定性的影響金屬離子易與色素中的某些成分發(fā)生絡合反應,形成穩(wěn)定的絡合物,對色素穩(wěn)定性產生不良影響或者起到增色和保色的作用[16]。當加入等體積的各離子溶液后,與空白(0 mol/L)對比,由圖3可以看出Fe3+、Mg2+溶液的顏色加深,對色素溶液具有增色效應,Fe3+的增色效應更明顯;色素在Na+、K+溶液中穩(wěn)定;Cu2+、Ca2+、Al3+在0～0.01 mol/L時,溶液顏色基本不變,在0.05～0.1 mol/L時,Cu2+產生墨綠色懸浮沉淀,Ca2+、Al3+產生紅棕色懸浮沉淀,因此這三種離子低濃度時對色素的穩(wěn)定性幾乎沒有什么影響,高濃度下能夠使色素溶液產生沉淀。所以應避免在后三種離子溶液中使用。

圖3　不同金屬離子對曬干核桃青皮色素穩(wěn)定性的影響Fig.3　Effects of different ions on stability of pigment from dry walnut green husk

圖4　不同金屬離子對冷藏核桃青皮色素穩(wěn)定性的影響Fig.4　Effects of different ions on stability of pigment from cold walnut green husk

表2　食品添加劑對曬干核桃青皮色素穩(wěn)定性的影響

表3　食品添加劑對冷藏核桃青皮色素穩(wěn)定性的影響

2.2.3.2金屬離子對冷藏核桃青皮色素穩(wěn)定性的影響當加入等體積的各離子溶液后,與空白(0 mol/L)對比,由圖4可以看出Na+、K+對冷藏的核桃青皮色素穩(wěn)定性沒有影響,且顏色也沒有變化,可以與色素溶液共存;Fe3+與Mg2+對冷藏色素具有增強作用,并且使色素溶液顏色加深;Cu2+、Ca2+、Al3+在0～0.01 mol/L時溶液顏色基本沒變化,在0.05～0.1 mol/L時都產生紅棕色懸浮沉淀,因此高濃度的Cu2+、Ca2+、Al3+能夠使冷藏的核桃青皮色素逐漸產生沉淀,所以在使用中應避免和這三種離子混用。

2.2.4食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響由表2和表3可以看出食鹽、山梨酸鉀、安賽蜜這三種添加劑對曬干和冷藏核桃青皮色素無明顯影響;蔗糖對兩種色素溶液有增色作用;檸檬酸、抗壞血酸均有減色作用。

所以食品添加劑對曬干和冷藏的核桃青皮色素的影響無明顯差別。在應用核桃青皮色素時注意各食品添加劑對色素色澤的影響。蔗糖有助于核桃青皮色素在食品上的應用,而應將檸檬酸與抗壞血酸控制在低濃度下,才能保持色素溶液的穩(wěn)定。

2.2.5氧化劑與還原劑對色素穩(wěn)定性的影響由圖5表明,與對照組相比,兩種色素溶液隨著加入雙氧水濃度的增加,溶液吸光值降低,顏色逐漸變淺,加入雙氧水的體積分數(shù)達到3%以上時,吸光值趨于平穩(wěn),說明兩種色素在有氧化劑存在的條件下很不穩(wěn)定,耐氧化性不強,在使用的過程中應盡量避免與氧化劑一起使用,以防止其穩(wěn)定性被破壞。

圖5　H2O2處理對核桃青皮色素的影響Fig.5　Effects of H2O2 on the pigment of walnut green husk

由圖6表明,加入Na2SO3溶液后,兩種色素溶液顏色基本沒有變化,吸光值也沒有明顯變化,說明亞硫酸鈉對兩種色素的穩(wěn)定性均影響不大。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是亞硫酸鈉會對色素產生護色效果。

圖6　Na2SO3處理對核桃青皮色素的影響Fig.6　Effects of Na2SO3 on the pigment of walnut green husk

2.3核桃青皮色素的抗氧化性研究

2.3.1核桃青皮色素還原力的測定根據圖7可以看出,曬干與冷藏的核桃青皮色素均有還原力,并且在相同濃度范圍內,抗壞血酸的還原力高于曬干和冷藏核桃青皮色素的還原力,而后兩者相比,曬干的高于冷藏核桃青皮色素的還原力。

圖7　核桃青皮色素的還原力Fig.7　Reducing power of the walnut green husk pigment

2.3.2對·OH的清除能力由圖8可以看出,曬干及冷藏的核桃青皮色素均具有對·OH 的清除能力,并且各物質隨著試樣濃度的增加,清除率呈上升趨勢,清除率和色素的濃度存在一定的量效關系;在同等濃度下,三種物質對·OH的清除能力的大小為:抗壞血酸>曬干的核桃青皮色素>冷藏的核桃青皮色素。

圖8　核桃青皮色素對·OH的清除能力Fig.8　·OH scavenging activity of the pigment of walnut green husk

3　結論

通過研究可以看出核桃青皮色素是一種性質基本穩(wěn)定的天然色素。兩種貯存條件下的核桃青皮色素均為水溶性色素,是一種棕褐色的粉末。pH對兩種色素均有明顯的影響;兩種色素對于溫度都很穩(wěn)定;Na+與K+對兩種色素均沒有影響,Fe3+與Mg2+對兩種色素均有增色作用,Al3+、Cu2+、Ca2+使色素溶液產生懸浮沉淀;食鹽、山梨酸鉀、安賽蜜這三種添加劑對曬干和冷藏核桃青皮色素無明顯影響;蔗糖對兩種色素溶液有增色作用;檸檬酸、抗壞血酸均有減色作用,在應用核桃青皮色素時注意各食品添加劑對色素色澤的影響。而應將檸檬酸與抗壞血酸控制在低濃度下,才能保持色素溶液的穩(wěn)定;氧化劑能夠影響色素的穩(wěn)定性,色素的耐還原能力比耐氧化能力強。

兩種色素均具有還原力及對·OH均具有一定的清除能力,且清除能力對樣品濃度產生依賴性,并且曬干的核桃青皮色素在還原力與對·OH的清除能力上高于冷藏的核桃青皮色素。兩者各有利弊,考慮到經濟成本,宜選用曬干的核桃青皮。本實驗通過對曬干和冷藏的核桃青皮色素性質和抗氧化的對比研究,為選取良好的天然食用色素著色劑提供了依據,在國內大量的核桃青皮被廢棄本身也是一種浪費,因此,開發(fā)與生產干燥核桃青皮色素產品具有很大空間。

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Effect of different storage on the pigment and biological activity of walnut green husk

WANG Xiao-ting,LIU Hui-ping,ZHU Zhen-yuan*,ZHANG Jing,GUO Ming-zhu,LUO You,LIU Fei

(Key Laboratory of Food Nutrition and Safety,Ministry of Education,College of Food Science and Biotechnology,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China)

In this paper,physicochemical property,and antioxidant of the pigment from the two kinds of preservation(dry and cold)walnut green husk were studied. The effect of pH,temperature,different metal ions,oxidizing agents reducing agent,the impact of different food additives and other factors on the stability of the pigment of the walnut green husk,the pigment of walnut green husk for the two kinds of preservation method oxidation resistance were studied. It showed that the pigment of walnut green husk for the two kinds of preservation method were stable to different temperature and common food additives. In addition,temperature,Na+,K+,NaCl,Potassium sorbate,Acesulfame Potassium and reducing agent had no influence on the pigment,but pH,antioxidant and Fe3+,Mg2+,Cu2+,Ca2+,Al3+had significant impact on the pigment. The effect of sucrose on the pigment was hyperchromic,and the effect of citric acid and Vitamin C was hypochromic. The antioxidant tests showed that the pigment of dry and cold walnut green husk had good effect on reducing power and scavenging ·OH. The reducing power and scavenging ·OH ability of dry walnut green husk was stronger than that of cold storage. The pigment of walnut green husk showed better stability,the antioxidant activity and the solution concentration of pigment had certain concentration-response relationship.

walnut green husk;pigment stability;storage methods

2016-01-08

王曉婷(1992-),女,碩士,研究方向:功能性碳水化合物開發(fā)及其作用機理,E-mail:iamwxt2014@126.com。

朱振元(1969-),男,博士,教授,研究方向:生物資源與功能食品,E-mail:zhyuanzhu@tust.edu.cn。

國家星火計劃重點項目(2015GA610001);天津市高等學?？萍及l(fā)展基金計劃項目(20090604);天津科技大學科學研究基金資助項目(20120106)。

TS201.2

A

1002-0306(2016)13-0053-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.002