田文慧，李若凡，江坤，孫麗平，孫云

(昆明理工大學 農業(yè)與食品學院，云南 昆明， 650500)

云南省地處我國西南邊陲，海拔76.4～6 740 m，屬于低緯高原。全省地形地貌復雜，氣候多樣，植被豐富，適宜野生菌的分化生長，被稱為“野生食用菌王國”[1]。云南諸多的野生食用菌中，紅菇(Russula)是最常見的一類野生食用菌，據(jù)統(tǒng)計，云南已知的紅菇屬種類有88種，生長期較長，采獲量很大，價格相對較便宜，深受當?shù)叵M者的喜愛，也是云南省出口東南亞等國的大宗貿易品種之一[2]。大紅菇(Russulavinosa)是紅菇屬中可食性較高的一個品種，常見于云南各地野生食用菌市場。大紅菇營養(yǎng)豐富，味道鮮美，民間常以紅菇加肉類燉服治療貧血、水腫、營養(yǎng)不良、產后出血過多等癥狀，常食可增強機體免疫力[3]。大紅菇菌體色澤紅艷，又被稱為葡酒紅菇。日常食用發(fā)現(xiàn)，炒、煮、燉等烹飪過程中，菌體紅色素可溶于湯汁，且色澤保持鮮艷，推斷其可能具有較好的熱、添加劑等穩(wěn)定性，表明大紅菇菌體紅色素可能具有很好的開發(fā)利用價值。本文擬對云南產野生食用大紅菇子實體紅色素進行制取，對其穩(wěn)定性影響因素進行分析，測定了其抗氧化活性并對其物質基礎進行了探討。本研究不僅為云南野生食用菌多元化開發(fā)提供新的途徑，還可為天然紅色素的微生物資源利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

干紅菇(R.vinosa)，購于云南省木水花野生食用菌交易市場，產自云南省普洱墨江片區(qū)，干制工藝為鼓風熱干。經昆明碩擎生物科技有限公司進行內轉錄間隔區(qū)(internal transcribed spacer,ITS)鑒定，確認為大紅菇種。

DPPH、ABTS、三吡啶基三嗪(tripyridyltriazine，TPTZ)(色譜純)，美國Sigma公司，過硫酸鉀、硫代巴比妥酸(分析純)，上海源葉公司；甲醇、無水乙醇、濃HCl、NaOH、三氯乙酸、H2O2溶液、水楊酸溶液等(分析純或化學純)，上海阿拉丁生化科技公司；乙腈、甲酸(質譜級)，德國Merck公司。

1.2 儀器與設備

SB5200D超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司；LGJ-12真空冷凍干燥機，北京松源華興科技發(fā)展有限公司；T9系列雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；超高效液相色譜-四級桿-靜電場軌道阱高分辨質譜(ultra performance liquid chromatography-quadrupole-orbitrip-mass spectrometry，UPLC-Q-Orbitrap-MS)系統(tǒng)，Thermo Fisher Scientific公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

將購置的干紅菇研磨粉碎，過40目篩，收集篩下物于棕色真空干燥器中儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 紅菇紅色素提取劑的篩選

分別以水、體積分數(shù)為20%乙醇、60%乙醇、無水乙醇、乙酸乙酯、丙酮、石油醚作為提取劑，超聲輔助浸提紅菇色素。提取方法為：30 mL提取劑與1 g紅菇粉混合后超聲5 min，靜置5 min，渦旋振蕩30 s，2次循環(huán)后5 000 r/min離心10 min，收集上清液，2次提取，合并上清液定容至100 mL[4]。觀察提取液顏色，并利用雙光束紫外-可見分光光度計對提取液進行全波長掃描，確定紅菇色素的最大吸收波長為546 nm，以色澤和A546nm表征不同提取劑對紅菇色素的溶出能力。

1.3.3 紅菇紅色素最佳提取條件的確定

根據(jù)單因素實驗結果，以乙醇體積分數(shù)20%、40%、60%、料液比1∶50、1∶70、1∶90(g∶mL)、“超聲5 min、靜置5 min、渦旋振蕩30 s”循環(huán)1、3、5次作為實驗因素，采用3因素3水平設計正交表(表1)，以相同單位濃度(10 mg菇粉/mL溶劑)下A546nm表征紅菇紅色素的提取效果，分析紅菇色素最佳提取條件。

表1 正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.3.4 紅菇紅色素粗提物的制取

以正交實驗的最優(yōu)提取條件制取紅菇紅色素提取液，將提取液旋蒸濃縮、冷凍干燥后制得紅菇紅色素粗提物，置于干燥器內保存供測試。

1.3.5 紅色素的色價測定

準確稱取紅色素粗提物0.1 g，溶于100 mL體積分數(shù)為40%的乙醇溶液，并用體積分數(shù)為40%的乙醇溶液稀釋一定倍數(shù)，在最大吸收波長λmax處測定色素溶液吸光值，使吸光值在0.3～0.8，計算色價，如公式(1)所示：

(1)

1.3.6 紅菇紅色素穩(wěn)定性的研究

1.3.6.1 溫度對色素穩(wěn)定性的影響

準確稱取色素粗提物配制成質量濃度10 g/L的色素溶液，分別于20、40、60、80、100 ℃下水浴加熱20 min，取出冷卻至室溫后，測定其A546nm。

1.3.6.2 pH對色素穩(wěn)定性的影響

分別以NaH2PO4-Na2HPO4(0.1 mol/L)、檸檬酸-檸檬酸鈉(0.05 mol/L)、NaHCO3-Na2CO3(0.1 mol/L)的緩沖溶液調制為pH 3、4、5、6、7、8、9、10的溶液，溶解色素粗提物，配制質量濃度為10 g/L的色素溶液，充分搖勻，靜置1 h后離心，測定其A546nm。

1.3.6.3 光照對色素穩(wěn)定性的影響

準確稱取色素粗提物配制成10 mg/mL的色素溶液，分別用UVB中波紫外線燈管(280～320 nm)照射100 min，每20 min取出1次測定其A546nm；照射30 min，每5 min取出1次測定其A546nm。

1.3.6.4 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

準確稱取色素粗提物配制成20 mg/mL的色素溶液，分別向其中添加等體積質量分數(shù)為0.2%的Na+、Fe3+、Ca2+、K+、Al3+溶液，即作用體系中色素濃度為10 mg/mL，金屬離子濃度為0.1%。反應1 h后離心、測其A546 nm。

1.3.6.5 食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響

準確稱取色素粗提物配制成20 mg/mL的色素溶液，分別向其中添加等體積質量濃度為3 g/L的蔗糖、檸檬酸鈉、抗壞血酸溶液，即作用體系中色素溶液質量濃度為10 g/L，食品添加劑質量濃度為1.5 g/L。反應1 h后離心、測其A546nm。

1.3.7 紅菇紅色素粗提物抗氧化活性研究

1.3.7.1 DPPH·清除能力的測定

參考文獻[5]的方法，準確稱取色素粗提物配制成濃度梯度的樣品液，用甲醇配制0.1 mmol/L DPPH·工作液。準確吸取0.4 mL樣品液和2 mL DPPH·工作液于試管中，漩渦振蕩，室溫暗處反應30 min，于517 nm下測定吸光值。0.4 mL蒸餾水+2 mL甲醇為空白調零，0.4 mL蒸餾水+2 mL DPPH工作液作為對照，清除率計算如公式(2)所示,IC50值表示清除率為50%時樣品的濃度。

(2)

1.3.7.2 ABTS+·清除能力的測定

參考文獻[5]的方法，準確稱取色素粗提物配制成濃度梯度的樣品液，取88 μL過硫酸鉀溶液(140 mmol/L)與5 mL ABTS溶液(7 mmol/L)混合避光反應16 h，制得ABTS+·儲備液，使用前稀釋成A734nm為0.70±0.02的工作液。準確吸取0.5 mL樣品液和4 mL ABTS+·工作液于試管中，漩渦振蕩，30 ℃水浴6 min，于734 nm處測定吸光值。0.5 mL蒸餾水+4 mL乙醇為空白凋零，0.5 mL蒸餾水+4 mL ABTS+·工作液作為對照。清除率計算如公式(3)所示,IC50值表示清除率為50%時樣品的濃度。

(3)

1.3.7.3 ·OH清除能力的測定

參考文獻[6]的方法，準確稱取色素粗提物配制成濃度梯度的樣品液，準確吸取1 mL樣品液于試管中，依次加入0.3 mL FeSO4溶液(8 mmol/L)，0.25 mL H2O2溶液(20 mmol/L)和1 mL水楊酸溶液(3 mmol/L)，混勻，37 ℃水浴30 min，取出，冷卻，加入0.45 mL蒸餾水，混勻后3 000 r/min離心10 min，取上清液于510 nm處測吸光值。1 mL蒸餾水+0.3 mL FeSO4+1 mL無水乙醇+0.25 mL H2O2混合液的吸光值作為空白調零，1 mL蒸餾水+0.3 mL FeSO4+0.25 mL H2O2+1 mL水楊酸作為對照。清除率計算如公式(4)所示,IC50值表示清除率為50%時樣品的濃度。

(4)

1.3.7.4 Fe3+還原能力(FRAP法)的測定

參考文獻[5]的方法，準確稱取色素粗提物配制成濃度梯度的樣品液，將醋酸緩沖液(300 mmol/L, pH 3.6)，TPTZ溶液(10 mmol/L)和FeCl3溶液(20 mmol/L)按體積比10∶1∶1混勻，制得FRAP試劑，37 ℃水浴備用。準確吸取0.15 mL樣品液和4.5 mL FRAP試劑于試管中，混勻， 37 ℃水浴反應10 min，于593 nm處測定吸光值。EC50值表示還原產生0.5 mmol/L Fe2+時樣品的濃度。

1.3.7.5 抑制脂質體過氧化能力的測定

參考文獻[1]的方法，準確稱取色素粗提物配制成濃度梯度的樣品液。準確吸取1 mL樣品液于試管中，依次加入1 mL脂質體磷酸鹽緩沖分散系，1 mL FeCl3溶液(40 μmol/L)和1 mL抗壞血酸溶液(400 μmol/L)，混勻，37 ℃避光水浴60 min，再加入2 mL三氯乙酸-硫代巴比妥酸-鹽酸混合液，混勻，沸水浴15 min，立即冷卻，5 000 r/min離心10 min，取上清液于532 nm處測定吸光值。1 mL 蒸餾水代替樣品+1 mL磷酸鹽緩沖液代替脂質體分散體系為空白調零，1 mL蒸餾水代替樣品作為對照。脂質體過氧化抑制率計算如公式(5)所示,IC50值表示抑制率為50%時樣品的濃度。

(5)

1.3.8 紅菇紅色素粗提物基本組成成分分析

1.3.8.1 總酚含量測定

采用Folin-Ciocalteu法測定紅菇色素粗提物中總酚含量，結果表達為紅菇色素粗提物中所含沒食子酸當量(mg GAE/g DW)。

1.3.8.2 水溶性總糖含量測定

采用硫酸-苯酚法測定紅菇色素粗提物中水溶性總糖含量，結果表達為%紅菇色素粗提物。

1.3.8.3 水溶性蛋白質含量測定

采用考馬斯亮藍法測定紅菇色素粗提物中水溶性蛋白質含量，結果表達為%紅菇色素粗提物。

1.3.8.4 UPLC-Q-Orbitrap-MS分析

樣品處理：準確稱取色素粗提物配制成4 mg/mL的溶液，過0.45 μm濾膜于棕色液相小瓶中。

色譜條件：色譜柱，InfinityLab Poroshell 120 EC-C18(2.1×100 mm，1.9 μm，Agilent Technologies)，柱溫40 ℃；流動相A，水(0.1%甲酸)，流動相B，乙腈；梯度洗脫：0～1 min，5%B，1～5 min，5%～15%B，5～10 min，15%～38%B，10～12 min，38%～72%B，12～18 min，72%～80%B，18～20 min，80%～100%B，20～28 min，100%B，28～29 min，100%～5%B；流速0.2 mL/min，進樣量3 μL[7]。

質譜條件：在正離子(ESI+)和負離子(ESI-)監(jiān)測模式掃描，掃描范圍m/z100～1 000；噴霧電壓3.5 kV，毛細管傳輸溫度320 ℃，干燥器溫度350 ℃；一級和二級質譜的分辨率分別為70 000和35 000。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個實驗至少3次重復，使用Microsoft Office Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析；正交試驗采用正交設計助手Ⅱ V3.1進行數(shù)據(jù)處理；紫外-可見光譜掃描作圖使用Origin 9.0 軟件，UPLC-Q-Orbitrap-MS采用Thermo Xcalibur Qual Browser軟件對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結果與分析

2.1 紅菇紅色素提取劑的選擇

如表2所示，水和體積分數(shù)為20%、60%的乙醇作為提取劑制得提取溶液呈紅色，而丙酮等制取的提取液為淡黃色。濃縮后經紫外-可見光譜分析(圖1)，水和乙醇提取液在546 nm有特征吸收峰，被認為是花青素的特征吸收峰之一[8]。表明紅菇紅色素極易溶于水、乙醇混合體系等強極性溶劑中，在丙酮等弱極性有機試劑的溶出能力低，可能是紅菇紅色素或其前體中含有羥基或羰基等極性基團，屬于水溶性花色苷類物質[9]。后續(xù)研究中選用一定濃度的水-乙醇體系作為提取劑。

表2 不同提取劑對紅菇紅色素的溶出效果Table 2 Solubility of red pigments from R.vinosa in different solvents

圖1 紅菇色素水提取液的紫外-可見光譜Fig.1 UV-vis spectrum of red pigments from R. vinosa in water

2.2 紅菇紅色素最佳提取條件的確定

由表3可知，各因素對紅菇紅色素提取效果的影響主次順序為乙醇濃度(A)>料液比(B)>循環(huán)次數(shù)(C)，即乙醇濃度對紅菇紅色素提取效果影響最大。最佳工藝參數(shù)為A2B3C3，即乙醇體積分數(shù)為40%，料液比1∶90，循環(huán)提取5次。在此條件下10 mg菇粉/mL溶劑質量濃度下提取液的A546nm為0.286。

表3 正交試驗設計及結果Table 3 Design and results of orthogonal experiments

2.3 紅色素的色價測定

色價能從一定程度上反映色素含量的高低和產品著色能力的強弱。紅菇紅色素粗提物的色價為57.46。與辣椒紅色素色價51.60～75.60相近[10]。

2.4 紅菇紅色素穩(wěn)定性的影響因素

2.4.1 溫度對色素穩(wěn)定性的影響

由圖2可知，紅菇色素在20～60 ℃時穩(wěn)定性較好，能耐受一定的熱處理。當溫度高于80 ℃時，色素溶液A546 nm呈下降趨勢，表明高溫對色素有一定的破壞作用。

圖2 溫度對色素穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of temperature on stability of the pigments

2.4.2 pH對色素穩(wěn)定性的影響

以未調pH的色素水溶液作為參比，調節(jié)色素水溶液在pH 6～9時，溶液顏色為紅色，且在pH 8時，顏色最深，A546 nm最大，如圖3所示。在pH>9或pH<6時，顏色變淡，為橙黃色。因此，紅菇色素在中性及弱堿性條件下色度較好，在酸性、堿性中顯色較差。在pH>9時，色素溶液更澄清透明，而pH<4時，產生沉淀，這也可能說明紅菇紅色素物質結構中含有羧基，在弱堿性環(huán)境中溶解性更好。

圖3 pH對色素穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effects of pH on the stability of the pigments

2.4.3 光照對色素穩(wěn)定性的影響

由圖4可知，紫外照射100 min時，隨照射時間增加，紅菇色素溶液A546nm逐漸減小，且溶液褪色明顯，由粉紅、橙紅變?yōu)辄S色、橙色。但紫外照射30 min時色素溶液吸光值變化較慢，隨時間的增加逐漸呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，長時間光照對紅菇色素影響較大，短時間照射對其影響較小。

A-照射時間100 min，每20 min檢測1次；B-照射時間30 min，每5 min檢測1次圖4 光照對色素穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of UV irradiation on the stability of the pigments

2.4.4 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，以未加入金屬離子的色素溶液作參比，色素溶液加入Fe3+、Al3+后溶液變棕黃，且Fe3+加入1 h后的色素溶液產生絮狀沉淀。添加其他金屬離子的溶液無明顯變化。說明Fe3+、Al3+對紅菇色素的穩(wěn)定性影響較大，K+、Na+、Ca2+對紅菇色素的穩(wěn)定性影響較小，因此紅菇色素生產和使用過程中要盡量避免和含鐵、鋁等容器的接觸。

圖5 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of metal ions on the stability of the pigments

2.4.5 食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響

由圖6可知，以未加食品添加劑的色素溶液作為空白，添加了抗壞血酸的色素溶液吸光度減小，添加了蔗糖的色素溶液吸光度增大，添加了檸檬酸鈉的色素溶液吸光度變化較小。標明抗壞血酸對紅菇色素有一定的影響，蔗糖對其有一定的增色作用，檸檬酸鈉對其影響較小。

圖6 食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of food additives on the stability of the pigments

2.5 紅菇紅色素抗氧化性的研究

2.5.1 DPPH·清除活性

DPPH·溶于有機溶劑后顯紫色，加入自由基清除劑時，其孤電子被配對，導致溶液顏色變淺，在 517 nm 處的吸光度變小，其變化程度與自由基清除程度呈線形關系[11]。紅菇色素提取物對DPPH·具有一定的清除能力(圖7)，且隨著色素濃度的增加，DPPH·清除活性也不斷增大，其IC50值為4.252 mg/mL，相同評價體系中VC清除DPPH·的IC50值為14.250 μg/mL。

A-紅菇色素；B-VC圖7 DPPH·清除能力Fig.7 DPPH·-scavenging capacity

2.5.2 ABTS+·清除活性

ABTS+·是一種以氮為中心的自由基，溶于有機溶劑、水以及水性緩沖液后顯墨綠色，加入自由基清除劑時電子轉移導致溶液顏色變淺，在 734 nm 處的吸光度變小，其變化程度與自由基清除程度呈線形關系[12]。如圖8所示，紅菇色素具有較強的ABTS+·清除能力，隨著色素濃度的增加，ABTS+·清除活性也不斷增大，其IC50值為0.690 mg/mL，相同評價體系中VC清除ABTS+·的IC50值為15.134 μg/mL。

A-紅菇色素；B-VC圖8 ABTS+·清除能力Fig.8 ABTS+·-scavenging capacity

2.5.3 ·OH清除活性

Fenton反應生成的·OH與水楊酸反應，生成紫色的2,3-二羥基苯甲酸，在510 nm處的吸光值與·OH的量成正比，向反應體系中加入自由基清除劑時被氧化的水楊酸減少，體系顏色變淺[13]。本試驗通過對·OH的清除能力來評價紅菇紅色素的抗氧化活性，如圖9所示，紅菇色素對·OH清除能力隨著色素濃度的增加而增大，其IC50值為3.605 mg/mL，相同評價體系中VC的IC50值為0.360 mg/mL。

A-紅菇色素；B-VC圖9 ·OH清除能力Fig.9 ·OH scavenging capacity

2.5.4 鐵離子還原能力

在酸性條件下抗氧化劑可以提供電子將Fe3+還原成Fe2+，F(xiàn)e2+與TPTZ結合生成藍色絡合物，在593 nm處有最大吸收峰[14]?？寡趸瘎┑倪€原能力被認為是提供電子的能力。如圖10所示，紅菇紅色素粗提物還原Fe3+生成Fe2+的能力隨濃度的而增強，其EC50值分別為8.430 mg/mL。相同評價體系中VC的EC50值為0.030 mg/mL。

A-紅菇色素；B-VC圖10 鐵離子還原能力Fig.10 Fe3+ reducing ability

2.5.5 抑制脂質體過氧化能力的測定

在Fe2+引發(fā)的卵磷脂脂質體體系中，紅菇紅色素對脂質體有明顯的抑制作用，抑制率隨濃度的增加而增大，其IC50值為17.301 mg/mL，二丁基羥基甲苯(butylated hydroxytoluene，BHT)的IC50值為14.534 μg/mL(圖11)。

A-紅菇色素；B-BHT圖11 抑制脂質體過氧化能力Fig.11 Lipid peroxidation inhibition capacity

2.6 紅菇紅色素提取物基本組成成分

2.6.1 基本組成成分

紅菇色素提取物中總酚含量為26.84 mg GAE/g DW，水溶性總糖質量分數(shù)為5.88%，可溶性蛋白質質量分數(shù)為2.69%。多酚質量分數(shù)與周倩[15]測得的新疆黑桑紅色素的23.18～64.53 mg GAE/g DW相近。多糖質量分數(shù)低于新疆黑桑紅色素的28.72%～51.59%。

2.6.2 UPLC-Q-Orbitrap-MS分析

應用UPLC-Q-Orbitrap-MS系統(tǒng)對紅菇紅色素溶液進行進一步分析，總離子流圖如圖12所示。根據(jù)文獻進行化合物定性分析[16-28]，結果如表4所示，主要鑒定到31個化合物，其中有機酸類成分9個，多元醇類成分1個，多糖類成分1個，維生素類成分1個，花青素類成分9個，確定了紅菇紅色素為花色苷類色素。

A-負離子模式;B-正離子模式圖12 紅菇色素在UPLC-Q-Orbitrap-MS系統(tǒng)分析中的總離子流圖Fig.12 UPLC-Q-Orbitrap-MS spectums of the pigments

3 結論

本文制取了云南產野生大紅菇子實體水溶性花色苷類色素粗提物。該色素提取物具有一定的溫度、pH、金屬離子和食品添加劑等因素影響下的穩(wěn)定性。紅菇紅色素提取物在不同的抗氧化評價體系中均表現(xiàn)出一定的自由基清除能力和供電子能力，抗氧化活性較好。經UPLC-Q-Orbitrap-MS系統(tǒng)分析，主要鑒定到紅菇色素提取物中的31個化合物，其中有機酸類成分9個，多元醇類成分1個，多糖類成分1個，維生素類成分1個，花青素類成分9個，確定了紅菇紅色素為水溶性花色苷類色素。后續(xù)可進一步對紅菇色素提取物進行分離純化，研究紅菇花青素的生理活性，進而探討其“補血”的物質基礎及作用機制，為紅菇的綜合開發(fā)和高值化利用提供理論支撐。

表4 紅菇紅色素主要化學成分信息