胡燕輝，紀(jì) 漫，汪麗亞，黃衛(wèi)東

(湖北理工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，湖北 黃石 435003)

近年來(lái)，天然食用色素在市場(chǎng)上的增長(zhǎng)率均保持在10%以上[1]。紫薯中大量的色素顏色鮮艷自然，安全無(wú)毒，沒(méi)有特殊氣味并且它的顏色隨pH值的變化而變化，具有食用和藥用價(jià)值，是一種很好的色素源。研究表明，色素有很強(qiáng)的抗氧化、清除自由基、抗癌等功效，多數(shù)國(guó)家(中國(guó)、美國(guó)、日本等)允許其用作食品著色劑，美國(guó) FDA 將其列入無(wú)須許可證的著色劑[2]。提取色素最常用的方法是溶劑提取法[3]。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)紫甘薯色素研究主要集中在對(duì)其活性成分的提取和分離上，對(duì)其藥理作用研究較少, 而國(guó)外這方面的研究比較活躍。本文主要從紫甘薯色素制備，設(shè)計(jì)不同影響因素的對(duì)比研究紫甘薯色素的穩(wěn)定性方面進(jìn)行探討，以期得到紫甘薯色素的最佳加工儲(chǔ)藏條件并為開(kāi)發(fā)色素新的功能特性提供理論依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料及儀器

紫甘薯(量販公司購(gòu)買(mǎi))、無(wú)水乙醇、石油醚、H2O2、抗壞血酸、大孔吸附樹(shù)脂(AB-8)、莧菜紅標(biāo)準(zhǔn)品(含量為87.4%)，上海源葉生物科技有限公司。

SCIENTZ-ⅡD超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司；UV1800可見(jiàn)-紫外分光光度計(jì)Japan SHIMADAU CORPORATION。

1.2 紫甘薯色素制備

①紫甘薯預(yù)處理：新鮮的紫甘薯(分別烘干用粉碎機(jī)制粉后備用或榨汁機(jī)榨出漿液備用)。

②紫甘薯色素的提?。悍謩e用酸化乙醇進(jìn)行提取或新鮮紫薯漿液離心即得到紫甘薯色素的粗提液。

③大孔吸附樹(shù)脂純化：將紫甘薯色素粗品加入到大孔吸附樹(shù)脂中得到紫甘薯色素純品[4-6]。

④脂質(zhì)、蛋白質(zhì)去除：將紫甘薯色素粗品用石油醚脫脂[6]；采用Sevage法脫蛋白[7]。

⑤多糖去除：將去除脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的紫甘薯色素除去多糖[8]。

1.3 紫甘薯色素含量

以莧菜紅為標(biāo)準(zhǔn)品來(lái)計(jì)算色素含量[9]，得到回歸方程：

Y=0.046X-0.029

(1)

其中：Y為濃度(μg/mL)；X為吸光值。

消光系數(shù)法[10]：

總色素(mg/100 g)=[(吸光值×稀釋倍數(shù))/(樣品重×98.2)] ×100

(2)

1.4 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

分別考察溫度pH常見(jiàn)金屬離子H2O2抗壞血酸對(duì)紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響，溶液中色素含量[11]：

色素降解常數(shù)用降解指數(shù)(DI)表示：

DI=A420/Aλmax

(3)

色素的保存率用S表示：

S=A初/A末

(4)

2 結(jié)果與討論

2.1 紫甘薯色素吸收光譜

將紫甘薯色素加水稀釋到一定濃度，在200～800 nm范圍內(nèi)掃描其波普(如圖1所示)。紫甘薯色素在可見(jiàn)光區(qū)有一個(gè)強(qiáng)吸收峰，即521 nm，為典型的色素的特征吸收峰。

圖1 紫甘薯色素吸收光譜Fig.1 Absorption spectra of PSPP

2.3 溫度對(duì)紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響

由圖2可知，隨著溫度升高，降解指數(shù)總體呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)；但溫度從25 ℃升高到60 ℃，紫甘薯色素的降解指數(shù)增長(zhǎng)幅度較??；溫度從80 ℃升高到100 ℃時(shí)，其降解指數(shù)增長(zhǎng)幅度明顯增大。從而可知，紫甘薯色素在溫度低于60 ℃時(shí)比較穩(wěn)定。

圖2 溫度對(duì)紫甘薯色素降解指數(shù)的影響Fig.2 Effect of temperature on the degradation index of PSPP

2.4 pH值對(duì)紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響

由表1可知，在2.2～8.0的pH范圍內(nèi)，pH小于3.0時(shí)紫甘薯色素溶液呈紅色；pH大于3.0時(shí)，其顏色逐步從粉紅色過(guò)渡到藍(lán)色；隨pH增大，色素溶液的吸收峰增大且最大吸光值(Aλmax)減小；pH大于6.0時(shí)，該色素的吸收峰偏離了色素的特征吸收峰(521nm)且Aλmax增大；紫甘薯色素的降解指數(shù)(DI)隨pH的升高而增大。原因可能是堿性溶液會(huì)影響色素元母核的交叉共軛體系，引起電子轉(zhuǎn)移、重排，而使化合物的顏色發(fā)生改變[12]。

表1 pH值對(duì)紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響Table 1 Effect of pH value on the stability of purple sweet potato pigment

2.5 金屬離子對(duì)紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響

由表2可知，色素溶液隨Cu2+濃度增加，最大吸光值(Aλmax)減小且降解指數(shù)(DI)減小，但當(dāng)Cu2+濃度增加到0.05 mol/L時(shí)，Aλmax和DI均增加，則說(shuō)明Cu2+對(duì)色素沒(méi)有明顯的保護(hù)作用。隨Fe3+的濃度的增加，Aλmax和降解指數(shù)(DI)均增加；Fe3+濃度為0.05 mol/L時(shí)，色素溶液的吸收峰偏離了色素的特征吸收峰值，則說(shuō)明Fe3+對(duì)色素溶液具有一定的破壞作用。Zn2+濃度從0.005～0.02 mol/L和Al3+濃度從0.01～0.02 mol/L時(shí)，Aλmax均保持不變且DI值均低于空白組，則說(shuō)明Al3+和Zn2+對(duì)色素有一定保護(hù)作用；原因是Al3和Zn2+與色素形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的螯合物[13]。Na+濃度的改變對(duì)色素的Aλmax和DI均沒(méi)有很大影響，因此，Na+對(duì)色素溶液既不具保護(hù)作用，也不具破壞作用。

表2 金屬離子對(duì)紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響Table 2 Effect of metal ions on the stability of anthocyanins from purple sweet potato

續(xù)表2

2.6 氧化劑對(duì)紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響

向同體積色素溶液中加入同體積的3%、2%、1%的，測(cè)出1～10 min在波峰處(521 nm)的吸光值，根據(jù)吸光值和時(shí)間的關(guān)系，得到見(jiàn)圖3。

圖3 H2O2對(duì)紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of H2O2 on the stability of PSPP

由圖3可知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，不同濃度的H2O2所處理的紫甘薯色素溶液的吸光值均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。相同的處理時(shí)間H2O2濃度越大，吸光值越小。當(dāng)H2O2濃度為3%時(shí)，10 min后色素的保存率由公式(3)和公式(4)計(jì)得，僅為21.79%，溶液顏色由紅色變成淡紅色，則說(shuō)明該色素對(duì)H2O2的耐受力較差，原因是H2O2對(duì)色素的2位碳原子進(jìn)行親核攻擊，從而破壞了吡喃環(huán)[14]。

2.7 還原劑對(duì)紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響

由圖4、圖5表明，隨著抗壞血酸濃度的增加，紫甘薯色素溶液的最大吸光值(Aλmax)呈現(xiàn)出先降后升的趨勢(shì)、降解指數(shù)(DI)呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)。當(dāng)抗壞血酸濃度為4%時(shí)，溶液的Aλmax有所回升，DI減小，但Aλmax的值比空白對(duì)照組低，DI的值比空白對(duì)照組大，則說(shuō)明紫甘薯色素能被抗壞血酸降解，降解程度與抗壞血酸的濃度有關(guān)。

圖4 抗壞血酸對(duì)紫甘薯色素最大吸光值的影響Fig.4 Effect of ascorbic acid on maximum absorbance of PSPP

圖5 抗壞血酸對(duì)紫甘薯色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of ascorbic acid on the stability of PSPP

3 結(jié) 論

(1)低溫、低pH有利于紫甘薯色素的保存。當(dāng)pH小于3時(shí)，紫甘薯色素呈現(xiàn)紅色；隨pH值升高，顏色逐漸變成藍(lán)紫色且降解指數(shù)增大；溫度小于60 ℃時(shí)，紫甘薯色素比較穩(wěn)定。

(2)A13+和Zn2+對(duì)色素具有一定的保護(hù)作用，有利于提高色素穩(wěn)定性；Fe3+對(duì)其有一定的破壞作用；Cu2+和Na+對(duì)色素不具保護(hù)作用。紫甘薯色素耐H2O2和耐抗壞血酸能力較差。