黑金剛土豆紫紅色素穩(wěn)定性的研究

劉細霞，李爽爽，張玲婭，侯建軍，任柏楊，姚夢瑩，劉馨雅，李莉，賈離離，蘇平

（湖北師范大學生命科學學院食用野生植物保育與利用湖北省重點實驗室，湖北黃石 435002）

黑金剛土豆紫紅色素穩(wěn)定性的研究

劉細霞，李爽爽，張玲婭，侯建軍＊，任柏楊，姚夢瑩，劉馨雅，李莉，賈離離，蘇平

（湖北師范大學生命科學學院食用野生植物保育與利用湖北省重點實驗室，湖北黃石 435002）

研究黑金剛土豆紫紅色素的穩(wěn)定性。通過檢測最大吸收波長處的吸光度值，比較各種物理因素（包括：溫度、pH值、光照）和化學因素（包括氧化劑、還原劑、金屬離子、糖類、防腐劑）對色素穩(wěn)定性的影響。結果表明：該色素對光照、溫度不敏感、酸性條件下穩(wěn)定；在氧化劑和還原劑存在條件下不穩(wěn)定；金屬離子Na＋、Mg2＋、Zn2＋、Ca2＋、Mn2＋存在條件下穩(wěn)定，F(xiàn)e3＋離子存在下變色；糖類可以起到增色作用；防腐劑苯甲酸鈉使色素色澤變弱。系統(tǒng)研究各因素對黑金剛土豆紫紅色素穩(wěn)定性的影響，為將該色素開發(fā)成天然的食品著色劑奠定理論基礎。

黑金剛土豆；紫紅色素；穩(wěn)定性

0 前言

色彩是食品感官品質的一個重要標志，也是吸引消費者的重要因素，所以盡管食品中色素添加量甚少，但對食品質量和品質的影響卻非常大。食用色素主要分為天然色素和合成色素。但自英國（1967年）、美國（1973年）、世界衛(wèi)生組織（1984年）等國家或機構相繼對合成色素（焦油色素）對人體的安全性提出質疑，合成色素的應用受到一定限制。而天然色素因具有安全可靠、無毒副作用、色調自然及多功能性等優(yōu)點，在食品工業(yè)的應用范圍越來越廣泛［1］。

據(jù)報道，日本允許使用的天然色素有97種，占據(jù)了90%的市場份額。我國食品色素開發(fā)較晚且主要以合成色素為主（90%以上），但是隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們食品安全意識的加強，天然色素取代合成色素也將成為主流［2］。然而，天然食用色素的研究與開發(fā)利用面臨的瓶頸問題之一是缺乏具有商業(yè)利用價值的大量天然色素資源。這樣就導致了天然食用色素價格偏貴，在很大程度上也限制其在應用上的普及。

黑金剛土豆是我國引進并栽培成功的新品種，它是集藥用、食用、保健性能于一身的馬鈴薯稀有品種［3］。黑金剛土豆外皮呈黑紫色，烏黑發(fā)亮，富有光澤，其呈現(xiàn)黑紫色的原因是富含DeLphindin（紫色）花青素。其具有抗氧化、抗癌、防治高血壓、心腦血管疾病和提高人體免疫力等功效［4－6］。

國內外對黑金剛土豆的研究主要包括兩個方面：引種栽培技術研究［7］和花青素提取工藝研究［8］。如前所述，黑金剛土豆花青素含量極高，但要使高含量的色素實現(xiàn)較好的應用，色素的穩(wěn)定性是關鍵。但關于黑金剛土豆紫紅色素的穩(wěn)定性尚未見報道。

1 材料與方法

1．1 材料與儀器

0．31mol／L稀鹽酸、蒸餾水；1mol／L稀鹽酸；1mol／L氫氧化鈉溶液；0．1mol／L過氧化氫；1mol／L亞硫酸氫鈉；1mol／L氯化鈉，氯化錳，氯化鎂，氯化鈣，氯化鐵，氯化鋅試劑；1mol／L檸檬酸；1mol／L苯甲酸鈉；1mol／L碳酸氫鈉；1mol／L蔗糖溶液；1mol／L葡萄糖溶液。

紫外可見分光光度計（TU－1901，北京普析通用儀器有限責任公司）。

1．2 方法

1．2．1 “黑金剛”土豆紫紅色素提取工藝流程

“黑金剛”土豆 →去雜洗凈 → 去皮、烘干、打粉 → 浸提→最佳提取條件→收集色素液備用

1．2．2 “黑金剛”土豆紫紅色素的提取

準確稱取10g土豆粉，按照1：60料液比，加入0．31moL／L的鹽酸試劑?；靹蚝蠓胖迷跍囟葹?0°C的恒溫水浴鍋中加熱87min，用高速冷凍離心機離心15min（離心機內的溫度控制為10°C，4000rpm／min），取上清液保存?zhèn)溆谩?/p>

1．2．3 溫度對色素穩(wěn)定性的影響

取4mL色素液，分別置于室溫：30°C、50°C、70°C、80°C、90°C條件下恒溫水浴1h，待冷卻至室溫后，立即于530nm波長處測定吸光度值，并觀察色素液顏色變化。

1．2．4 pH值對色素穩(wěn)定性的影響

取4mL色素液，調節(jié)pH至1、3、5、7和原液（不調pH），后定容至10mL，立即于530nm波長處測定吸光度值，并觀察色素液顏色變化。

1．2．5 光照對色素穩(wěn)定性的影響

取4mL色素液，分別置于太陽光、自然光和黑暗條件下5h，每隔1h于530nm波長處測定吸光度值，并觀察色素液顏色變化。

1．2．6 氧化劑對色素穩(wěn)定性的影響

取4mL色素液，分別加入過氧化氫溶液使終濃度分別為0．001mol／L、0．003mol／L、0．01mol／L、0．03mol／L，并用蒸餾水定容至10mL，在室溫下放置8h，每隔2h于530nm波長處測定吸光度值，并觀察色素液顏色變化。

1．2．7 還原劑對色素穩(wěn)定性的影響

取4mL色素液，分別加入亞硫酸氫鈉溶液使終濃度分別為0．05mol／L、0．1mol／L、0．15mol／L、0．2mol／L，并用蒸餾水定容至10mL，在室溫下放置8h，每隔2h于530nm波長處測定吸光度值，并觀察色素液顏色變化。

1．2．8 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

取4mL色素液，分別加入終濃度為0．2mol／L、0．4mol／L、0．6mol／L的氯化鈉、氯化錳、氯化鎂、氯化鈣、氯化鐵、氯化鋅，并用蒸餾水定容至10mL，在室溫下放置1h后于530nm波長處測定吸光度值，并觀察色素液顏色變化。

1．2．9 糖類對色素穩(wěn)定性的影響

取4mL色素液，分別加入0．2mol／L、0．4mol／L、0．6mol／L、0．8mol／L蔗糖溶液和葡萄糖溶液，并用蒸餾水定容至10mL，在室溫下放置24h，并在1h和24h時于530nm波長處測定吸光度值，并觀察色素液顏色變化。

1．2．10 食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響

取4mL色素液，按照國家食品添加劑質量標準，分別加入終濃度為0．0004mol／L、0．0008mol／L、0．0012mol／L、0．0016mol／L、0．0020mol／L的檸檬酸溶液、苯甲酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液，并用蒸餾水定容至5mL，在室溫下放置1h后，再于530nm波長處測定吸光度值，并觀察色素液顏色變化。

2 結果與討論

2．1 溫度對紫紅色素穩(wěn)定性的影響

保存溫度對紫紅色素穩(wěn)定性的影響，如圖1所示。隨溫度逐漸升高，溶液吸光度值逐漸減小，在25°C至70°C溫度范圍內，色素穩(wěn)定性好，色澤僅發(fā)生很小的波動；當溫度大于70°C后，溶液顏色變淺，吸光度值急劇下降。表明溫度超過70°C后，“黑金剛”土豆紫紅色素穩(wěn)定性變差，色澤急劇下降，可能其呈色花色苷的化學性質發(fā)生變化。據(jù)于文娟［9］等報道，紫色馬鈴薯花青素在70°C下的穩(wěn)定性較好，高于此溫度加熱，花青素含量下降較快，與本研究的結果一致。因此在實際應用中盡量避免70°C以上的高溫加熱。

圖1 保存溫度對色素穩(wěn)定性的影響

圖2 pH值對色素穩(wěn)定性的影響

2．2 pH值對紫紅色素穩(wěn)定性的影響

據(jù)報道［10］，pH值是影響天然色素穩(wěn)定性的重要因素之一。本研究考察保存環(huán)境體系pH值對紫紅色素穩(wěn)定性的影響，結果如圖2所示。當溶液pH值＜3時，溶液呈現(xiàn)鮮艷的紫紅色，pH值越小，色素的色澤越深；當pH＝3時，色素液的顏色變淺，溶液呈淺粉色；當pH值繼續(xù)升高，色素液已經(jīng)不再是紫紅色，由粉色、淺粉色、淺綠色的順序發(fā)生變化。表明紫紅色素穩(wěn)定性遭到破壞，因此黑金剛土豆紫紅色素在保存時，應盡量控制溶液pH不超過2，適合在酸性食品中作為天然著色劑。

圖3 光照對色素穩(wěn)定性的影響

圖4 氧化劑對色素穩(wěn)定性的影響

2．3 光照強度對紫紅色素穩(wěn)定性的影響

保存環(huán)境的光照條件對紫紅色素穩(wěn)定性的影響結果如圖3所示。在太陽光直接照射條件下的溶液吸光度值無明顯改變，溶液保持紫紅色，太陽光直接照射對色素穩(wěn)定性影響不大；在室內自然光和黑暗條件下，隨著時間的推移，溶液吸光度值逐漸增大，溶液顏色不斷加深。而且，隨著保存時間的延長，紫紅色素的色澤深淺順序如下：黑暗＞室內自然光＞太陽光。結果表明黑金剛土豆紫紅色素在室內自然光和黑暗條件下色澤更深，因此，在后期應用時，盡量在避光條件下保存色素液。

2．4 氧化劑對紫紅色素穩(wěn)定性的影響

氧化劑對紫紅色素穩(wěn)定性的影響如圖4所示。在相同時間下，氧化劑濃度越高，溶液吸光度值越低；在同一濃度下，時間越長，溶液吸光度值越低?；ㄇ嗨鼐哂泻軓姷目寡趸?，可以作為天然抗氧化劑，其特點是抗氧化劑本身被氧化。本研究的結果也證實了這一特點，紫紅色素作為抗氧化劑，在與氧化劑共存時，其本身被氧化。隨著氧化劑濃度的增加，其被氧化程度越深，顏色越淺。共存的時間越長，其被氧化的程度也越深，顏色也越淺。因此，氧化劑會影響色素的穩(wěn)定性，并與其迅速反應使其快速褪色，黑金剛土豆紫紅色素在保存過程中應避免與氧化性物質接觸或者該紫紅色素可以作為天然抗氧化劑。

圖5 還原劑對色素穩(wěn)定性的影響

圖6 金屬離子對色素穩(wěn)定性的影響

2．5 還原劑對紫紅色素穩(wěn)定性的影響

還原劑對紫紅色素穩(wěn)定性的影響如圖5所示。紫紅色素的吸光度值與還原劑濃度成反比，還原劑濃度越高，吸光度值越小。表明還原劑會改變紫紅色素呈色穩(wěn)定性，但在不同的保存時間時，吸光度值大小和下降趨勢基本一致。這表明還原劑與紫紅色素發(fā)生作用的速度較快，在很短的時間內，就可以作用完全，后期色澤不再發(fā)生變化。因此在工業(yè)上制取色素和保存色素時，應盡量避免與還原性物質接觸。

2．6 金屬離子對紫紅色素穩(wěn)定性的影響

金屬離子對紫紅色素穩(wěn)定性的影響如圖6所示。Na＋、Mg2＋、Zn2＋、Ca2＋、Mn2＋對紫紅色素色澤的影響基本一致，加入這些金屬離子后，色素的色澤均會加深，其顏色加深的變化趨勢為先升高后下降。但是，F(xiàn)e3＋使紫紅色素液的色澤先變淺后加深，始終低于其它幾種金屬離子存在時色素液的色澤，且溶液顏色由紫紅色變成黃褐色。因此在該紫紅色素保存或應用時應盡量避免接觸Fe3＋．

圖7 糖類對色素穩(wěn)定性的影響

圖8 食品添加劑對色素穩(wěn)定性的影響

2．7 糖類對紫紅色素穩(wěn)定性的影響

像蔗糖、葡萄糖在食品加工中常被應用來改變食品的風味，其對紫紅色素穩(wěn)定性的影響如圖7所示。紫紅色素液色澤與糖濃度成正比，糖類濃度增大，色素液色澤大致呈上升趨勢；但是隨著保存時間的延長，色素液的色澤會變淺，這可能與保存時間延長后，紫紅色素本身的結構發(fā)生變化有關。

2．8 食品添加劑對紫紅色素穩(wěn)定性的影響

食品添加劑對紫紅色素穩(wěn)定性的影響如圖8所示。紫紅色素液與苯甲酸鈉共存時，溶液色澤變化不大，但會產(chǎn)生絮狀沉淀，濃度越高，絮狀沉淀越多，溶液越渾濁；而加入檸檬酸和碳酸氫鈉后，色素液的顏色變深。因此在國家規(guī)定的安全劑量范圍之內，與一定濃度的檸檬酸和碳酸氫鈉共存，使色素液的色澤加深。而與防腐劑苯甲酸鈉共存時，會產(chǎn)生難以接受的絮狀沉淀。因此，在實際應用中應該嚴格控制與防腐劑苯甲酸鈉共同使用。

3 結論

黑金剛土豆紫紅色素對光和熱不敏感，在高酸性條件下穩(wěn)定。與氧化劑或還原劑共存時，色澤變淺；金屬離子Na＋、Mg2＋、Zn2＋、Ca2＋、Mn2＋對色素穩(wěn)定性基本影響不大，而Fe3＋使該色素變色；與葡萄糖或蔗糖體系共存時，色素不變色；食品添加劑苯甲酸鈉會影響色素液的穩(wěn)定性，而適量的檸檬酸和碳酸氫鈉使色素增色。本研究為該紫紅色素用作食品著色劑開發(fā)奠定理論基礎。

［1］張 紅．從應用角度對天然色素研究方向發(fā)展的思考［J］．廣東化工，2014，（21）：135～136．

［2］侯擁鋩，王建華．天然色素的開發(fā)應用［J］．中國藥業(yè)，2009，（7）：1～4．

［3］賈貴華，任雪峰，高玉姣，等．“黑金剛”土豆總黃酮提取動力學研究［J］．中獸醫(yī)醫(yī)藥雜志，2014，（1）：8～12．

［4］劉學銘，黃小霞，廖森泰，等．3種富含花青素植物提取物抗氧化和降血脂活性比較研究［J］．中國食品學報，2014，（1）：20～27．

［5］崔 建，李曉巖．花青素抗腫瘤作用機制研究進展［J］．食品科學，2014，（13）：310～315．

［6］鐘蘭蘭，屠 迪，楊 亞，等．花青素生理功能研究進展及其應用前景［J］．生物技術進展，2013，（5）：346～352．

［7］曾鈺婷．拉薩市紫色馬鈴薯黑金剛高產(chǎn)栽培技術［J］．現(xiàn)代農業(yè)科技，2014，（10）：102．

［8］楊智勇，李新生，馬嬌燕，等．響應面法優(yōu)化“黑金剛”馬鈴薯花青苷提取工藝研究［J］．食品工業(yè)，2013，（10）：49～53．

［9］于文娟，王常青，訾 艷，等．紫馬鈴薯花青素穩(wěn)定性分析研究［J］．農產(chǎn)品加工，2015，（4）：58～61．

［10］畢艷紅，王朝宇，趙 立，等．天然蘋果籽殼色素的提取劑穩(wěn)定性研究［J］．山東農業(yè)大學學報，2014，（5）：641

～645．

Stability of purple－red pigment from heijingang potato

LIU Xi－xia，LI Shuang－shuang，ZHANG Ling－ya，HOU Jian－jun，REN Bai－yang，YAO Meng－ying，LIU Xin－ya，LI Li，JIA Li－li，SU－ping

（Hubei Key Laboratory of Edible Wild Plants Conservation and Utilization，College of Life Sciences，Hubei Normal University，Huangshi 435002，China）

The stability of purple－red pigment extracted from Heijingang potato was studied in this research．The physical factors（temperature，pH，light）and chemical factors（oxidant，reductant，metallic ions，sugar，preservatives）impact on the stability of the pigment were investigated．The results shown that the purple－red pigment was not sensitive to light，temperature and stable under acidic condition；Under the environment with oxidant and reducing agent，the pigment was unstable；The metallic ions（Na＋、Mg2＋、Zn2＋、Ca2＋、Mn2＋）didn’t effect the stability；but Fe3＋altered the colour of the pigment．Sugar（glucose or sucrose）can have better effect；Preservative（sodium benzoate）make pigment colour lighter．In this paper，systematic study the factors influence on stability of purple－red pigment from Heijingang potato，which provided the theoretical basis for natural food colorants．

heijingang potato；purple－red pigment；stability

Q946；TS201．1

：A

1009－2714（2016）04－0001－05

10．3969／j．issn．1009－2714．2016．04．001

2016—02—15

野生植物保育與利用湖北省重點實驗室開放基金項目（EWPL201405）．

劉細霞（1983— ），女，講師，博士，研究方向為食品營養(yǎng)與食品質量安全．