紅曲橙、黃色素穩(wěn)定性探究

邢宏博，許贛榮，倪冬姣，3，曾 李，莫金鈴，鄒新華，*

1(佛山播恩生物科技有限公司，廣東 佛山，528100) 2(播恩生物技術(shù)股份有限公司，江西 贛州，341000) 3(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部生物飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州，341000)

紅曲色素分為紅色素、黃色素、橙色素3類，目前市面上的產(chǎn)品主要為紅曲紅色素[1-2]。一般認(rèn)為，紅曲色素的穩(wěn)定性較差，尤其是對光的穩(wěn)定性差[3-8]。色素的穩(wěn)定性包含色素種類的穩(wěn)定性及色素含量的穩(wěn)定性，即色素產(chǎn)品不易“變色”及“褪色”。

天然紅曲橙、黃色素因發(fā)酵產(chǎn)物的色價較低而未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，隨著研究人員的不懈努力，色素的產(chǎn)量在不斷提高[9-19]。在產(chǎn)品的制備及應(yīng)用過程中，涉及到這些新型色素穩(wěn)定性的問題必將出現(xiàn)。如張慧娟[20]研究發(fā)現(xiàn)紅曲橙色素光穩(wěn)定性較差，熱穩(wěn)定性良好，且紅曲橙色素在酸性條件下較為穩(wěn)定。代春華等[21]發(fā)現(xiàn)紅曲黃色素對光較為敏感。楊強(qiáng)等[22]的研究也表明，紅曲黃色素對光較為敏感，金屬離子對色素穩(wěn)定性有一定影響。因此從發(fā)酵液到產(chǎn)品階段，如何在保持紅曲橙、黃色素穩(wěn)定性的前提下大批量生產(chǎn)紅曲橙、黃色素產(chǎn)品，是必須面對的問題。

本研究以紫色紅曲菌W-2液態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的紅曲橙、黃色素發(fā)酵液為研究對象，采用光譜掃描(spectral scanning)及薄層層析(thin layer chromatography, TLC)的檢測方法，對紅曲橙、黃色素在制備及應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性進(jìn)行探究。

1 材料與方法

1.1 材料

紅曲橙、黃色素發(fā)酵液由本實(shí)驗(yàn)室采用紫色紅曲菌W-2通過100 L機(jī)械攪拌發(fā)酵罐，在通氣量為0.5 vvm、裝料量為70%、罐壓為0.05 MPa、溫度為30 ℃、轉(zhuǎn)速控制在200～400 r/min的條件下通過補(bǔ)料發(fā)酵5 d制得。其中黃色素色價為465 U/mL、橙色素色價為451 U/mL。

1.2 主要儀器設(shè)備

UV1600紫外可見光分光光度計(jì),上海菁華科技有限公司生產(chǎn)；ML204電子天平,梅特勒-托利多儀器有限公司生產(chǎn)；P-1;200 cm×200 cm層析缸,壘固科技有限公司生產(chǎn)； TLC硅膠(60 F254。25 Aluminium sheets 20 cm×20 cm)Merck生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 紅曲色素萃取液的波長掃描

取1 mL發(fā)酵液或0.5 g烘干后紅曲物料于50 mL比色管中，用體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇定容到50 mL，然后用定性濾紙過濾，再用體積分?jǐn)?shù)70%乙醇稀釋到一定濃度，用紫外可見光分光光度計(jì)在300～600 nm的范圍內(nèi)進(jìn)行波長掃描。

1.3.2 紅曲色素萃取液薄層層析分析方法

取1 mL發(fā)酵液或1 g烘干后紅曲物料于試管中，加入9 mL的無水乙醇萃取30 min，期間每10 min充分混勻1次，然后用定性濾紙進(jìn)行過濾。過濾后樣品用點(diǎn)樣毛細(xì)管點(diǎn)樣，以V(甲苯)∶V(乙酸乙酯)∶V(甲酸)=7∶3∶1作為展開劑進(jìn)行TLC分析。

(1)

1.3.3 紅曲橙、黃色素色價及殘存率計(jì)算

將發(fā)酵結(jié)束后的發(fā)酵液或干燥后的紅曲橙、黃色素產(chǎn)品充分混勻，用移液器準(zhǔn)確吸取1 mL發(fā)酵液或準(zhǔn)確稱取0.5 g紅曲產(chǎn)品置于50 mL比色管中并用體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇定容到50 mL，萃取30 min，期間每10 min充分混勻1次，然后用定性濾紙過濾，而后稀釋到適宜濃度在300～600 nm處進(jìn)行波長掃描。

橙色素色價=OD(460～480)max×總稀釋倍數(shù)

黃色素色價=OD(390～420)max×總稀釋倍數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 光照對紅曲橙、黃色素穩(wěn)定性的影響

研究了光照對紅曲橙、黃色素的影響，用無水乙醇將紅曲橙、黃色素發(fā)酵液稀釋100倍，然后放于平均光照強(qiáng)度為80 000 LUX的日光下照射0、2、4、6、8 h。光照結(jié)束后將樣品再稀釋10倍，用分光光度計(jì)進(jìn)行波長掃描，結(jié)果如圖1所示。

圖1 光照對紅曲橙、黃色素穩(wěn)定性的影響Fig.1 Influence of illuminative time on the stability ofmonascorubrin and monascin from Monascus

從圖1可以看出，隨著光照時間的延長，紅曲橙、黃色素的OD值在不斷下降。光照8 h后最大吸收波長為408 nm的紅曲黃色素的色素殘存率僅有63.16%，而最大吸收波長為466 nm的紅曲橙色素的色素殘存率僅有46.56%。由此可見2種色素的光穩(wěn)定性較差，且紅曲橙色素的光穩(wěn)定性較紅曲黃色素更差。

選用光照0、4、8 h的紅曲橙、黃色素樣品進(jìn)行TLC分析，點(diǎn)樣量均為400 μL，結(jié)果如圖2及表1所示。

從圖2可以看出，隨著光照時間的延長，色素條帶的種類及含量均發(fā)生了變化。其中編號1和3所對應(yīng)的Rf2條紅色素條帶幾乎消失，說明這2種紅色素極不穩(wěn)定；編號為9和10對應(yīng)的2條橙色素條帶隨著光照時間的延長而變淡，而在光照4及8 h的層析圖譜上可以看到多出3條黃色素條帶，編號分別為5、6和7，相對應(yīng)Rf值分別為0.209、0.470及0.489，編號為2、4對應(yīng)的2個黃色素條帶顏色明顯加深。這可能是由于在日光照射下部分紅曲橙色素轉(zhuǎn)化為紅曲黃色素，這也是紅曲橙色素在光照條件下其OD值下降更快的原因之一。

1-光照0 h；2-光照4 h；3-光照8 h圖2 薄層層析圖譜Fig.2 Monascus pigments of the TLC

表1 薄層層析主要數(shù)據(jù)Table 1 Main data of TLC

條帶編號顏色距離/cmRf值0 h4 h8 h0 h4 h8 h1紅色1.21.21.20.076 0.076 0.0762黃色1.81.81.80.114 0.114 0.1143紅色1.91.91.90.121 0.121 0.1214黃色2.52.52.50.159 0.159 0.1595黃色3.33.30.209 0.2096黃色7.47.40.470 0.4707黃色7.77.70.489 0.4898橙色9.49.49.40.597 0.597 0.5979橙色10.110.110.10.641 0.641 0.64110橙色10.310.30.654 0.65411橙色11.211.211.20.711 0.711 0.71112黃色11.711.711.70.743 0.743 0.74313橙色12.512.512.50.794 0.794 0.79414橙色13.013.013.00.825 0.825 0.825

2.2 發(fā)酵液與不同物料混合并干燥后的色素穩(wěn)定性

紅曲橙、黃色素主要應(yīng)用于食品行業(yè)，把色素加入到食品中或與食品原料混合時，色素顏色是否發(fā)生變化，是首先需要考慮的問題。為此，嘗試將紅曲橙、黃色素發(fā)酵液分別與谷物粉、淀粉、麥芽糊精、環(huán)糊精、變性淀粉及蛋白粉混合并干燥，觀察色素變色情況。如圖3所示，紅曲黃、橙色素的發(fā)酵液與谷物粉或蛋白粉混合并干燥的過程中，物料顏色由橙黃色逐漸變?yōu)樽霞t色；與淀粉、麥芽糊精、環(huán)糊精及變性淀粉混合并干燥，物料顏色始終保持為橙、黃色。因此可以確定，加入到谷物粉及蛋白粉中的黃、橙色素種類已經(jīng)發(fā)生改變，而與淀粉、麥芽糊精、環(huán)糊精及變性淀粉混合后，色素則沒有變化。進(jìn)一步用分光光度計(jì)對紅曲黃、橙色素發(fā)酵液及發(fā)酵液與各種物料混合并干燥后的物料萃取物進(jìn)行光譜掃描，結(jié)果如圖4所示。

a-紅曲橙、黃色素發(fā)酵液；b-發(fā)酵液+谷物粉；c-發(fā)酵液+淀粉圖3 發(fā)酵液加入谷物粉或淀粉烘干后的顏色變化Fig.3 Color change of fermented broth after adding cerealflour or starch after drying

a-發(fā)酵液+含蛋白類物質(zhì)；b-發(fā)酵液+不含蛋白類物質(zhì)1-發(fā)酵液；2-淀粉；3-麥芽糊精；4-環(huán)糊精；5-變性淀粉圖4 發(fā)酵液與不同物料混合后的萃取物的掃描圖Fig.4 Scanning of extracts of fermentation broth mixedwith different materials

從圖4可以看出,谷物粉、蛋白粉與紅曲發(fā)酵液混合后，從物料中萃取的色素最大吸收波長發(fā)生了變化。紅曲橙、黃色素發(fā)酵液萃取液的最大吸收波長為406及466 nm，發(fā)酵液與谷物粉混合并烘干的物料萃取液的最大吸收波長為425及510 nm，發(fā)酵液與蛋白粉混合并烘干的物料萃取液的最大吸收波長變?yōu)?06及502 nm，這2種情況波峰對應(yīng)的波長均發(fā)生了偏移。而發(fā)酵液與不含蛋白質(zhì)的淀粉類物質(zhì)混合并烘干的物料萃取液的最大吸收波長與發(fā)酵液萃取物相比，均無明顯變化。由此可以判斷，紅曲橙、黃色素確實(shí)與某些蛋白結(jié)合從而發(fā)生結(jié)構(gòu)上的改變。合理的解釋是特征波長數(shù)值較小的橙、黃色素轉(zhuǎn)變成了特征波長數(shù)值更大的紅色素。

谷物粉、淀粉、蛋白粉與發(fā)酵液混合干燥后得到的紅曲產(chǎn)品及發(fā)酵液的TLC分析結(jié)果如圖5和表2所示。

1-橙、黃色素發(fā)酵液；2-發(fā)酵液加淀粉萃取物；3-發(fā)酵液加谷物粉萃取物；4-發(fā)酵液加蛋白粉萃取物圖5 發(fā)酵液與不同物料混合后的萃取物的薄層層析圖譜Fig.5 TLC of extracts from fermentation broth mixed withdifferent materials

從圖5可以看出，以淀粉與紅曲橙、黃色素發(fā)酵液混勻干燥得到的紅曲產(chǎn)品與紅曲橙、黃色素發(fā)酵液的TLC圖譜較為一致。而谷物粉與紅曲橙、黃色素發(fā)酵液混勻干燥得到的紅曲產(chǎn)品橙色素條帶消失，即編號為16、17、18及19的色素條帶消失，但增加了編號分別為3、4、5、10及11的條帶，這些條帶均為紅色，且其Rf值相對較小，說明色素條帶的親水性增強(qiáng)，這可能是谷物粉與紅曲橙、黃色素發(fā)酵液混勻后，谷物粉中的某些物質(zhì)與紅曲橙、黃色素結(jié)合變成紅色；蛋白粉與紅曲橙、黃色素發(fā)酵液混勻干燥得到的紅曲產(chǎn)品中沒有橙色、黃色及紅色色素條分離出來，這可能是由于紅曲橙、黃色素與蛋白粉中的某些物質(zhì)結(jié)合后，由疏水性紅曲橙、黃色素變?yōu)橛H水性紅曲紅色素，因此TLC圖譜上只有點(diǎn)樣的初始出發(fā)線上的紅色素條帶，而看不到其他色素條帶。由于谷物粉和蛋白粉都含有蛋白質(zhì)且蛋白粉蛋白含量更高，因此猜測紅曲橙、黃色素能與蛋白質(zhì)結(jié)合變?yōu)橛H水性紅曲紅色素。由此可見紅曲橙、黃色素產(chǎn)品應(yīng)用于含有蛋白的物料中會變成紅色，但若生產(chǎn)水溶性紅曲紅色素可以考慮在處理發(fā)酵液過程中加入適量蛋白粉，促進(jìn)其他色素轉(zhuǎn)化為親水性紅曲紅色素。

表2 薄層層析分離數(shù)據(jù)Table 2 Rf data of the pigments in the TLC

2.3 溫度對紅曲橙、黃色素穩(wěn)定性的影響

溫度也是發(fā)酵液儲存及處理過程中一個必需考慮的因素。將發(fā)酵液分別置于20、40、60、80、100 ℃的水浴鍋中處理2 h，研究溫度對紅曲橙、黃色素穩(wěn)定性的影響。

從圖6可以看出，當(dāng)溫度不高于80 ℃時，紅曲橙、黃色素殘存率在95%以上，說明2種色素可耐受80 ℃高溫。但溫度達(dá)到100 ℃時，紅曲橙、黃色素殘存率低于90%。因此紅曲橙、黃色素發(fā)酵液在儲存及處理過程中溫度盡量低于80 ℃。

圖6 溫度對紅曲橙、黃色素殘存率的影響Fig.6 Effect of different temperatures on monascorubrinand monascin from Monascus

3 結(jié)論

紅曲橙、黃色素對光照較為敏感，因此在生產(chǎn)及儲存過程中都應(yīng)避免日光直接照射。此外紅曲橙、黃色素發(fā)酵液可以與谷物粉及蛋白粉中的某些蛋白結(jié)合而發(fā)生結(jié)構(gòu)上的改變，因此在生產(chǎn)及應(yīng)用過程中應(yīng)避免與蛋白類物質(zhì)接觸。紅曲橙、黃色素雖然耐熱性良好，但在仍應(yīng)避免加工溫度高于80 ℃。影響紅曲橙、黃色素穩(wěn)定性的因素較多，在后續(xù)研究過程中，期望能對影響紅曲橙、黃穩(wěn)定性的因素進(jìn)行更為全面的探究，同時期望能借助更為精密的儀器對色素的變化過程進(jìn)行監(jiān)測，探索轉(zhuǎn)化機(jī)理，增加認(rèn)知，以便更好地開發(fā)利用紅曲橙、黃色素。