熱處理下食品添加成分對(duì)梔子紅穩(wěn)定性的影響

劉玲紅，鄢煦，吳考，程榮，趙安心*

1.武漢淡雅香生物科技有限公司（武漢 430030）；2.湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院，菲利普斯親水膠體研究中心（武漢 430068）

食用色素不僅可以改善食品的色澤，如食用香精香料微膠囊的色澤[1]，也可以改善食品的感官性質(zhì)，是一類重要的食品添加劑，可分為天然色素和合成色素。近些年隨著社會(huì)對(duì)食品安全重視程度的加深，天然色素因其安全性能強(qiáng)、色彩柔和、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高等特點(diǎn)更受青睞[2]。梔子紅色素是一種極易溶于水，不溶于無(wú)水乙醇及油脂的水溶性食用天然紅色素，具有顏色鮮艷、安全性高、染色性好、無(wú)異味、不潮解、使用方便等特點(diǎn)[3]。研究同時(shí)表明梔子紅具備一定的保健功能，如抗腫瘤活性、抗高血壓功能等[4-6]，但其缺點(diǎn)在于穩(wěn)定性通常較差，因此需在合適的著色條件下使用。

梔子紅由梔子黃精制剩余廢液中豐富的梔子苷經(jīng)生物轉(zhuǎn)化而來(lái)，其相對(duì)分子質(zhì)量約為4 000[7]。研究認(rèn)為梔子紅（圖1）的形成機(jī)制是：梔子苷在堿性條件下發(fā)生酯水解，脫去甲氧基，生成京尼平苷酸；然后再經(jīng)β-葡萄糖苷酶水解脫去葡萄糖，生成京尼平酸；最后京尼平酸與伯氨基化合物發(fā)生呈色反應(yīng)，生成梔子紅色素[8-9]。關(guān)于梔子紅色素的研究目前主要側(cè)重于色素的生產(chǎn)優(yōu)化。吳拾荊等[10]采用固態(tài)發(fā)酵法，對(duì)梔子紅色素轉(zhuǎn)色酶的產(chǎn)生菌進(jìn)行了篩選；董智[11]對(duì)梔子紅色素的制備條件與精制方法進(jìn)行了初步研究；林英等[12]研究了以梔子黃生產(chǎn)副產(chǎn)物京尼平苷洗脫液生物轉(zhuǎn)化梔子紅的反應(yīng)過(guò)程；張慶華等[13]采用大孔樹(shù)脂法對(duì)梔子紅發(fā)酵液進(jìn)行了精制。

圖1 梔子紅色素

由于食品成分復(fù)雜，食用色素的使用環(huán)境常常伴隨著多種成分的存在。因此研究不同食品可能存在的成分對(duì)食用色素的穩(wěn)定性影響十分重要。張美等[14]研究發(fā)現(xiàn)Cu2+、Fe3+不利于梔子紅色素的穩(wěn)定性；周慶新等[8]發(fā)現(xiàn)梔子紅色素著色能力受過(guò)氧化氫影響較小。以上研究均在室溫條件下進(jìn)行，然而食品加工過(guò)程中常涉及加熱操作，并可能影響到食品品質(zhì)，例如莫堅(jiān)濤[15]發(fā)現(xiàn)加熱滅菌影響到了醬油的穩(wěn)定性。在加熱條件下，食品不同成分對(duì)梔子紅的穩(wěn)定性影響可能與室溫下不同。研究常見(jiàn)食品添加成分（如食品加工助劑、食品防腐劑、酸度調(diào)節(jié)劑）及金屬離子在加熱條件下對(duì)梔子紅色素的穩(wěn)定性影響有助于優(yōu)化色素的使用條件。研究通過(guò)探究常用食品加工助劑（過(guò)氧化氫）、食品防腐劑（山梨酸鉀）、酸度調(diào)節(jié)劑（碳酸鈉）、金屬離子等在不同溫度條件下對(duì)色素穩(wěn)定性的影響，增進(jìn)對(duì)梔子紅色素穩(wěn)定性的認(rèn)知，也為食用色素的實(shí)際應(yīng)用提供理論和參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

梔子紅，武漢綠孚生物工程有限責(zé)任公司；過(guò)氧化氫、亞硫酸鈉、碳酸鈉、山梨酸鉀、磷酸、氫氧化鈉、氯化鈣、氯化鎂、硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸銅等均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

752N紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海儀電分析儀器有限公司；DK-S22電熱恒溫水浴鍋，上海精宏儀器設(shè)備有限公司；電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；TGL-20M醫(yī)用離心機(jī)，長(zhǎng)沙平凡儀器儀表有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 梔子紅色素穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)朗伯-比爾定律A=Kbc，摩爾吸光系數(shù)K不變，當(dāng)吸收層厚度b一定時(shí)，吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c呈正比。因此，在相同的稀釋倍數(shù)、相同的試樣質(zhì)量條件下，測(cè)得的吸光度的變化可反映梔子紅色素的穩(wěn)定性，吸光度損失率即為色素?fù)p失率（式1），損失率越高，梔子紅穩(wěn)定性越弱[16]。以水為空白對(duì)照，在400～600 nm波長(zhǎng)范圍對(duì)色素水溶液進(jìn)行光譜掃描，結(jié)果顯示梔子紅色素的最大吸收波長(zhǎng)為530 nm，與劉國(guó)榮等[17]研究相一致。因此試驗(yàn)以530 nm作為梔子紅色素的特征吸收峰開(kāi)展穩(wěn)定性評(píng)估。

式中：A前為處理前溶液吸光度，A后為處理后溶液吸光度。

1.3.2 溫度對(duì)梔子紅色素溶液穩(wěn)定性的影響

參考胡雅芹等[18]的研究方法，稱取0.50 g梔子紅色素粉末，置于250 mL容量瓶中并使用蒸餾水定容。搖勻后取8 mL梔子紅水溶液置于15 mL帶蓋玻璃試管中并使用錫紙包裹避光，分別于4 ℃冰箱、室溫（20℃）、40～100 ℃的水浴鍋中放置0～4 h。取1 mL待測(cè)溶液稀釋25倍，在530 nm處下測(cè)定吸光度。

1.3.3 典型食品添加劑及金屬離子對(duì)梔子紅色素溶液穩(wěn)定性的影響

參考陳小梅等[19]和鄒立君[20]的方法，稱取0.50 g梔子紅置于250 mL容量瓶中，分別用不同濃度（0.1%～0.3%）的過(guò)氧化氫、不同濃度（0.1%～0.3%）的食品防腐劑（山梨酸鉀）和酸度調(diào)節(jié)劑（碳酸鈉）、0.1%濃度的金屬離子溶液（CaCl2、MgCl2、FeSO4、Fe2(SO4)3、CuSO4）定容，搖勻后取8 mL梔子紅水溶液置于15 mL帶蓋玻璃試管中。使用錫紙包裹避免光照，然后室溫下放置0～4 h或0～4 d。取1 mL待測(cè)溶液稀釋25倍，在530 nm處下測(cè)定吸光度。

1.3.4 加熱條件下食品添加劑及金屬離子對(duì)梔子紅色素溶液穩(wěn)定性的影響

與試驗(yàn)方法1.3.3基本一致，將室溫放置條件修改為40～100 ℃水浴加熱0～4 h。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

測(cè)試結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”顯示。使用SPSS 19.0和Origin Pro 2017進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用ANOVA進(jìn)行圖基（Tukey’s）差異分析，以p＜0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)梔子紅色素溶液穩(wěn)定性的影響

梔子紅色素在加熱條件下的穩(wěn)定性變化如圖2所示。于40～100 ℃加熱0～4 h，梔子紅色素的吸光度維持在0.245～0.254，經(jīng)計(jì)算其損失率均小于4.0%，未出現(xiàn)顯著變化，與陳鋒等[3]研究一致。100 ℃處理4 h時(shí)吸光度略有增大，可能是由于高溫帶來(lái)的溶劑蒸發(fā)使得色素濃縮所致[8]。因此梔子紅的受熱穩(wěn)定性良好，便于工業(yè)應(yīng)用。

圖2 溫度對(duì)梔子紅色素水溶液穩(wěn)定性的影響

2.2 常見(jiàn)食品添加成分及金屬離子對(duì)梔子紅色素溶液穩(wěn)定性的影響

梔子紅是具有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的芳香化合物，芳香環(huán)的特征是具有平面或接近平面的環(huán)狀閉合共軛體系，鍵長(zhǎng)趨于平均化，Π電子高度離域，具有離域能，體系能量低，較穩(wěn)定[21]。室溫條件下食品加工助劑、食品添加劑、金屬離子對(duì)梔子紅色素水溶液穩(wěn)定性的影響如圖3所示。結(jié)果表明，室溫下，食品加工助劑、食品添加劑對(duì)梔子紅色素的穩(wěn)定性影響較小，只有金屬離子對(duì)梔子紅破壞性較大。

過(guò)氧化氫是常用的食品加工助劑，可用于奶酪生產(chǎn)過(guò)程中空洞的形成，具備氧化開(kāi)環(huán)效果[22]。圖3（a）表明，梔子紅色素水溶液可以在0.1%～0.3%過(guò)氧化氫水溶液中穩(wěn)定存在，其吸光度變化很小，在4 h內(nèi)最大損失率僅為4.0%，色素顏色也沒(méi)有明顯的變化。隨著處理時(shí)間加長(zhǎng)至4 h，損失率僅略有提升。因此，過(guò)氧化氫在濃度＜0.3%的情況下，其對(duì)梔子紅色素沒(méi)有不良影響，與周慶新[23]研究相一致。其可能的原因是梔子紅具有的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)較難氧化，其抗氧化能力較強(qiáng)[8]。

金屬是食品加工過(guò)程中不可避免需要接觸的物質(zhì)，研究金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響非常重要。由圖3（b）可知，F(xiàn)e3+、Cu2+對(duì)梔子紅色素穩(wěn)定性影響很大。隨著處理時(shí)間的加長(zhǎng)，溶液先后出現(xiàn)渾濁、褪色等情況并出現(xiàn)懸浮沉淀物，離心后上清液較為澄清，對(duì)梔子紅色素水溶液吸光度產(chǎn)生明顯影響。其可能的原因是Fe3+在水溶液中易發(fā)生水解生成Fe(OH)3沉淀，同時(shí)也容易與梔子紅色素通過(guò)配位鍵結(jié)合形成絡(luò)合物；Cu2+在水溶液中實(shí)際上是以水合離子[Cu(H2O)4]2+的形式存在的，也會(huì)和梔子紅色素通過(guò)配位鍵結(jié)合形成絡(luò)合物，這些都容易造成溶液褪色、沉淀產(chǎn)生。同時(shí)Fe3+、Cu2+可能對(duì)梔子紅色素結(jié)構(gòu)中的共軛雙鍵具有一定的氧化性，加速溶液褪色。因此，F(xiàn)e3+、Cu2+對(duì)梔子紅色素有嚴(yán)重的破壞作用，濃度越高，影響越大，而其他的金屬離子Ca2+、Mg2+等對(duì)梔子紅色素穩(wěn)定性影響不大，這與周慶新[23]研究相一致。

山梨酸鉀、碳酸鈉等分別為常用食品防腐劑和酸度調(diào)節(jié)劑。山梨酸鉀其作用主要是具有較高的抗菌性能，抑制霉菌的生長(zhǎng)繁殖，被廣泛用于食品生產(chǎn)[24]；碳酸鈉作為酸度調(diào)節(jié)計(jì)，降酸效果明顯，且成本低，可用于果酒酸度的調(diào)節(jié)[25]。如圖3（c）所示，碳酸鈉對(duì)梔子紅水溶液的影響較小，隨著處理時(shí)間加長(zhǎng)，其損失率最大僅為9.75%；山梨酸鉀處理后，梔子紅色素水溶液吸光度有少許上升，但變化不大且溶液不褪色，說(shuō)明這兩類食品添加劑對(duì)梔子紅色素的穩(wěn)定性沒(méi)有不良的影響，且對(duì)梔子紅色素表現(xiàn)出不同程度的增色和護(hù)色效應(yīng)[8]。

圖3 過(guò)氧化氫（a）、金屬離子（b）、食品添加劑（山梨酸鉀和碳酸鈉，c）對(duì)梔子紅色素水溶液穩(wěn)定性的影響

2.3 加熱條件下常見(jiàn)食品添加成分及金屬離子對(duì)梔子紅色素溶液穩(wěn)定性的影響

加熱是常見(jiàn)的一種食品加工處理手段。通常溫度越高，分子內(nèi)能加大，反應(yīng)速度加快。雖然梔子紅溶液在單獨(dú)加熱條件下較為穩(wěn)定，但與其他食品添加劑共同加熱，其穩(wěn)定性可能出現(xiàn)變化，影響使用效果。

不同溫度條件下過(guò)氧化氫對(duì)梔子紅色素水溶液穩(wěn)定性的影響如圖4（a）所示。結(jié)果表明，在60 ℃以下，0.3%的過(guò)氧化氫對(duì)梔子紅色素穩(wěn)定性的影響較小，其最大損失率為5.08%（4 h內(nèi)）。但溫度提升至60 ℃以上，梔子紅色素溶液吸光度顯著下降，且溫度越高，其值越小，最大損失率可達(dá)44.14%（100 ℃處理4 h）。因此在有過(guò)氧化氫存在的條件下使用梔子紅，其溫度不能超過(guò)60 ℃。

不同加熱條件下金屬離子對(duì)梔子紅色素水溶液的穩(wěn)定性影響由圖4（b）所示。結(jié)果表明，加熱后Ca2+和Mg2+對(duì)梔子紅色素穩(wěn)定性影響依舊不大，部分條件下吸光度有少量上升，可能是溶劑的少量蒸發(fā)使色素濃縮所致。當(dāng)溫度超過(guò)60 ℃后，F(xiàn)e2+對(duì)色素的破壞作用顯著加強(qiáng)，且溫度越高，吸光度越小，最大色素?fù)p失率可達(dá)77.10%（80 ℃處理1 h）。該原因可能與Fe2+在高溫情況下更易生成Fe(OH)2沉淀，并被氧化成為紅褐色的Fe(OH)3有關(guān)。因此，不同溫度條件下Ca2+、Mg2+對(duì)梔子紅色素穩(wěn)定性影響不大，而Fe2+在低溫下對(duì)梔子紅色素穩(wěn)定性影響不大，而溫度升高會(huì)使Fe2+對(duì)梔子紅色素穩(wěn)定性造成嚴(yán)重破壞。

不同加熱條件下食品添加劑（碳酸鈉和山梨酸鉀）對(duì)梔子紅色素水溶液的穩(wěn)定性影響如圖4（c）所示。結(jié)果表明，隨著加熱溫度的升高，添加碳酸鈉和山梨酸鉀的梔子紅色素的吸光度均在不同程度上增大，但相對(duì)較穩(wěn)定，100 ℃處理1 h時(shí)吸光度增大幅度大，可能是加熱條件下二者存在的增色作用得到加強(qiáng)[23]，同時(shí)高溫使少量溶劑蒸發(fā)引起色素濃縮，也可能增進(jìn)這一效果[8]。

圖4 加熱條件下0.3%過(guò)氧化氫（a）、金屬離子（b）、食品添加劑（山梨酸鉀和碳酸鈉，c）對(duì)梔子紅色素水溶液穩(wěn)定性的影響

3 結(jié)論

梔子紅在室溫條件下具備良好的穩(wěn)定性，且在該條件下食品加工助劑（過(guò)氧化氫）、酸度調(diào)節(jié)劑（碳酸鈉）、食品防腐劑（山梨酸鉀）、常見(jiàn)金屬離子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）均對(duì)其穩(wěn)定性無(wú)影響或影響較小。Fe3+、Cu2+會(huì)破壞梔子紅色素溶液并產(chǎn)生沉淀，因此梔子紅色素在生產(chǎn)加工過(guò)程中應(yīng)避免與這些物質(zhì)接觸。雖然梔子紅溶液對(duì)加熱處理較為穩(wěn)定，但在60 ℃以上，過(guò)氧化氫和Fe2+均開(kāi)始對(duì)其水溶液穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，需要引起注意。其主要原因在于處理溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加快，氧化反應(yīng)或分子絡(luò)合反應(yīng)加快，使得色素分子結(jié)構(gòu)受到破壞，影響著色效果。在常用食品防腐劑、酸度調(diào)節(jié)劑存在的情況下，梔子紅色素隨加熱溫度的升高，其吸光度出現(xiàn)升高情況，這可能是由于二者均存在一定程度的增色作用和護(hù)色作用，在高溫下效果得到加強(qiáng)。綜上，在加熱條件下天然色素的穩(wěn)定性會(huì)受到其他食品添加成分的影響，需要引起注意。