楊 月，毛兆祥，張連龍，成恒嵩

(無錫健特藥業(yè)有限公司，江蘇 無錫 214091)

紫薯除了具有普通紅薯的營(yíng)養(yǎng)成分外，還富含硒元素和花青素，具有特殊保健功能［1］，在日本國(guó)家癌癥研究中心最近公布的抗癌蔬菜中名列榜首。紫甘薯色素是從其塊根和莖葉中浸提出來的1種天然水溶性紅色素，屬于天然花青素類色素，色澤鮮亮、自然，無毒、無特殊氣味，具有抗氧化、抗突變、保護(hù)肝臟、預(yù)防心血管疾病等功效，是一種理想的天然食用色素資源［2-3］。研究證明，花青素是天然強(qiáng)效自由基清除劑，對(duì)100多種疾病有預(yù)防和治療作用，被譽(yù)為繼水、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素和礦物質(zhì)之后的第7大必需營(yíng)養(yǎng)素［4-5］。

隨著人們生活水平的提高，對(duì)食品色、香、味的要求也越來越高，化學(xué)合成色素的毒副作用越來越受到人們的關(guān)注，而天然色素的應(yīng)用成為必然趨勢(shì)。目前，天然著色劑存在的最大問題就是多數(shù)在產(chǎn)品中不穩(wěn)定，在一定程度上影響了在食品工業(yè)中的應(yīng)用。本文通過研究常用護(hù)色添加劑對(duì)紫甘薯色素在玫瑰花飲料中的護(hù)色作用，期望提高紫甘薯色素在飲料行業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值，旨在為紫甘薯色素的開發(fā)利用提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫甘薯色素，由森馨科技公司提供;三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、磷酸氫二鈉、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)均為食品添加劑。UV2450紫外-可見分光光度計(jì)，常用儀器等。

1.2 方法

1.2.1 單一護(hù)色劑對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色試驗(yàn)

試驗(yàn)在酸性條件下 (pH值3～4)進(jìn)行。配方為紫甘薯色素3 mg·100 mL-1，蔗糖6.5%，檸檬酸0.05%，玫瑰提取液6%及少量甜味劑 (三氯蔗糖)和香精。經(jīng)調(diào)配后，裝入無色透明的PE塑料瓶 (350 mL)中，封蓋后殺菌。各組殺菌冷卻后于陽(yáng)光下晾曬，10 d后測(cè)定色素保存率和降解指數(shù)，記錄色素穩(wěn)定時(shí)間。

1.2.2 復(fù)配護(hù)色劑配方的選擇

在單一護(hù)色劑試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇對(duì)紫甘薯色素效果較好的幾種護(hù)色劑，利用正交設(shè)計(jì)軟件組成不同配方，對(duì)紫甘薯色素進(jìn)行護(hù)色試驗(yàn)。試驗(yàn)的主體配方和工藝同1.2.1節(jié)。

1.2.3 色素穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

參照參考文獻(xiàn) ［6-7］，采用日曬法 (5-6月)，在殺菌冷卻后，將產(chǎn)品置于陽(yáng)光下晾曬，記錄色素穩(wěn)定的時(shí)間。產(chǎn)品中色素含量用最大吸光值Dλmax表示，色素降解常數(shù) DI=D420/Dλmax，色素保存率S/%=D末/D初×100。試驗(yàn)均重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果分析

2.1 紫甘薯色素的光譜學(xué)特性

將紫甘薯色素配制成不同濃度檸檬酸酸性溶液(pH值3～4)，在300～600 nm范圍內(nèi)進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，得到掃描曲線 (圖1)。紫甘薯色素在可見光區(qū)530 nm處有1個(gè)最大吸收峰，是典型花色苷的特征吸收峰，同時(shí)在紫外光區(qū)也有較強(qiáng)的吸收，這與文獻(xiàn)［8］報(bào)道的紫甘薯色素的吸收曲線相同。色素的濃度與530 nm處吸收峰的峰高成正比，因此可根據(jù)紫甘薯色素在530 nm處的吸光度來進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖1 紫甘薯色素吸收光譜

2.2 單一護(hù)色劑對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色效果

2.2.1 六偏磷酸鈉對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色效果

在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇六偏磷酸鈉的添加量分別為0.02%，0.08%，0.14%，0.20% (m/V)進(jìn)行試驗(yàn)，連續(xù)陽(yáng)光直射10 d后，不同添加量的六偏磷酸鈉對(duì)體系中紫甘薯色素的護(hù)色效果如圖2。

圖2 六偏磷酸鈉對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色效果

由圖2可見，隨著六偏磷酸鈉添加量的增加，體系中的色素含量先呈平緩趨勢(shì)，當(dāng)添加量大于0.14%時(shí)，色素保存率下降5.29%，呈陡然下降趨勢(shì)。與此同時(shí)，隨著六偏磷酸鈉添加量的增加，降解指數(shù)DI整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。當(dāng)添加量小于0.14%時(shí)，DI值變化不明顯;當(dāng)添加量大于0.14%時(shí)，DI值上升幅度大。這表明降解指數(shù)DI值與六偏磷酸鈉的添加量有一定的關(guān)聯(lián)，添加量大于0.14%時(shí)，添加量增大，降解指數(shù)DI增大，色素保存率降低。綜上分析，六偏磷酸鈉添加量0.02%時(shí)，10 d后的色素保存率為69.41%。

2.2.2 三聚磷酸鈉對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色效果

在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇三聚磷酸鈉的添加量分別為 0.02%，0.08%，0.14%，0.20%進(jìn)行試驗(yàn)，連續(xù)陽(yáng)光直射10 d后，不同添加量的三聚磷酸鈉對(duì)體系中紫甘薯色素的護(hù)色效果如圖3。

圖3 三聚磷酸鈉對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色效果

由圖3可見，隨著三聚磷酸鈉添加量的增加，體系中的色素含量呈逐漸下降趨勢(shì)，當(dāng)添加量為0.20%時(shí)，色素保存率僅為40.59%，色澤呈灰褐色，且體系的色澤變化是在剛加入時(shí)就立即發(fā)生色素降解;隨著添加量的增大，色澤變化就愈明顯。這表明三聚磷酸鈉對(duì)紫甘薯色素的穩(wěn)定性起反作用，這可能是由于三聚磷酸鈉對(duì)某些金屬離子的絡(luò)合作用，抑制了這些金屬離子與花青苷的螯合反應(yīng)。研究表明，花色苷與某些金屬離子如 Zn2+和Al3+發(fā)生螯合反應(yīng)，從而提高花色苷的穩(wěn)定性［4］。由降解指數(shù)DI曲線可知，隨著三聚磷酸鈉添加量的增加，DI值逐漸增大，這表明降解指數(shù)DI值與三聚磷酸鈉的添加量有密切的相關(guān)性;添加量越大，降解指數(shù)DI越大，色素保存率越少。綜上分析，三聚磷酸鈉不適合作為紫甘薯色素的護(hù)色劑，其對(duì)紫甘薯色素的穩(wěn)定有一定的反作用。

2.2.3 磷酸氫二鈉對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色效果

在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇磷酸氫二鈉的添加量分別為 0.02%，0.08%，0.14%，0.20%進(jìn)行試驗(yàn)，連續(xù)陽(yáng)光直射10 d后，不同添加量的磷酸氫二鈉對(duì)體系中紫甘薯色素的護(hù)色效果如圖4。

由圖4可見，隨著磷酸氫二鈉添加量的增加，體系中的色素含量先陡然上升后逐漸下降呈平緩趨勢(shì)。當(dāng)添加量為0.08%時(shí)，最大吸光度 D530值最高，此時(shí)色素保存率為75.29%。降解指數(shù) DI隨著磷酸氫二鈉添加量的增大，呈現(xiàn)陡然下降后逐漸上升至平緩趨勢(shì);在添加量為0.08%時(shí)，降解指數(shù)DI值最低，即降解速率最低。綜上分析，選擇磷酸氫二鈉添加量為0.08%。

圖4 磷酸氫二鈉對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色效果

2.2.4 EDTA-2Na對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色效果

GB2760中規(guī)定，EDTA-2Na在飲料類中的添加量最大為0.03 g·kg-1。在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上并參照GB2760，選擇 EDTA-2Na的添加量分別為0.001 0%，0.002 0%，0.002 5%，0.003 0% 進(jìn)行試驗(yàn)，連續(xù)陽(yáng)光直射10 d后，不同添加量的EDTA-2Na對(duì)體系中紫甘薯色素的護(hù)色效果如圖5。

圖5 EDTA-2Na對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色效果

由圖5可見，隨著EDTA-2Na添加量的增加，體系中的色素含量呈下降至連續(xù)平緩趨勢(shì)，降解指數(shù)DI呈上升至連續(xù)平緩趨勢(shì)。EDTA-2Na添加量為0.001 0%時(shí)，最大吸光度D530值最大，色素保存率最高為73.53%，降解指數(shù) DI最低。說明當(dāng)EDTA-2Na添加量增加時(shí)，對(duì)體系的護(hù)色作用不明顯。綜上分析，選擇EDTA-2Na添加量為0.001 0%。

2.3 單一護(hù)色劑對(duì)紫甘薯色素的穩(wěn)定時(shí)間

幾種護(hù)色劑對(duì)天然紫甘薯色素的護(hù)色試驗(yàn)中，記錄各單一護(hù)色劑對(duì)該飲料色澤的護(hù)色穩(wěn)定時(shí)間。六偏磷酸鈉為20 d，磷酸氫二鈉為17 d，EDTA-2Na為21 d，三聚磷酸鈉為0 d。

2.4 復(fù)合護(hù)色劑對(duì)對(duì)紫甘薯色素的護(hù)色效果

在單一護(hù)色添加劑護(hù)色試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用對(duì)紫甘薯色素護(hù)色效果較好的3種護(hù)色劑 (六偏磷酸鈉、磷酸氫二鈉、EDTA-2Na)進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn)。經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于各組產(chǎn)品最終色澤均趨于橘黃色，色素降解后各組色澤變化無法用肉眼準(zhǔn)確區(qū)別。因此，在正交復(fù)配試驗(yàn)中主要以15 d后的色素保存率指標(biāo)來衡量護(hù)色效果。按L9(33)設(shè)計(jì)3因素3水平試驗(yàn)，以色素保存率為指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)選試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素水平見表1，結(jié)果見表2。

表1 試驗(yàn)因素水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2結(jié)果表明，在所有正交處理中，8號(hào)護(hù)色效果最佳，色素保存率為66.47%，其他各組處理色素保存率均相差不大。通過極差分析可知，復(fù)合護(hù)色劑對(duì)紫甘薯色素護(hù)色效果的主次因子分別為六偏磷酸鈉 ＞磷酸氫二鈉＞EDTA-2Na。試驗(yàn)獲得的最優(yōu)組合為 A3B2C1，即 0.05%六偏磷酸鈉 +0.05%磷酸氫二鈉。以此組合的復(fù)配護(hù)色劑用于酸性飲料試驗(yàn)紫甘薯色素的色澤穩(wěn)定性，其色澤可穩(wěn)定25 d。

3 討論

紫甘薯色素屬于花青素類色素，花青素在pH為2～5時(shí)色澤較穩(wěn)定。本試驗(yàn)體系 pH為3～4，在此酸性條件下進(jìn)行研究，其色澤鮮亮，口感好，宜作為酸性飲料的色素來源。

從天然紫甘薯色素光譜學(xué)特性來看，在可見光區(qū)530 nm處有1個(gè)最大吸收峰。這證實(shí)了紫甘薯色素為花色苷類色素，同時(shí)在紫外光區(qū)也有較強(qiáng)的吸收。據(jù)此功能特性，可考慮應(yīng)用于化妝品行業(yè)。

花色苷在水溶液中以2-苯基苯并吡喃陽(yáng)離子、醌型堿、假堿、查爾酮的形式存在，這4種形式隨水溶液pH值的變化而相互轉(zhuǎn)化［4，6］。因其具有的裸露陽(yáng)離子和多種不飽和酸易受光、氧、熱的影響，在吸收光線中某一段波長(zhǎng)光的能量后會(huì)發(fā)生降解［9］，從而致使色素結(jié)構(gòu)的改變，發(fā)生光降解。

幾種護(hù)色劑在本試驗(yàn)體系中正反作用的原因是六偏磷酸鈉在飲料中主要起品質(zhì)改良劑、螯合劑、pH調(diào)節(jié)劑及一定的抗氧化作用;磷酸二氫鈉主要起酸度調(diào)節(jié)劑的作用;EDTA-2Na具有廣泛的配位性能，幾乎能與所有的金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，從而有效地抑制金屬離子對(duì)色素的不良影響。研究表明，F(xiàn)e3+等對(duì)花色苷有明顯的破壞作用，EDTA-2Na可絡(luò)合Fe3+等，從而起到一定的護(hù)色作用［6］。三聚磷酸鈉也有一定的絡(luò)合多價(jià)離子、pH調(diào)節(jié)劑及抗氧化的作用，而不同添加量的三聚磷酸鈉加入后，可能是對(duì)整個(gè)體系的pH有一定的影響，從而起反作用。但食品添加劑的加入會(huì)絡(luò)合一定的金屬離子，必然會(huì)降低食品中礦物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。因此，在達(dá)到護(hù)色的前提下，應(yīng)盡可能的減少各食品添加劑的用量。

4 小結(jié)

目前對(duì)紫甘薯色素的提取工藝、光譜學(xué)性質(zhì)、穩(wěn)定性等已有一定的研究，但將其制成酸性天然飲料，并對(duì)其色澤穩(wěn)定性進(jìn)行研究還未見報(bào)道，本研究?jī)?yōu)選出0.05%六偏磷酸鈉+0.05%磷酸氫二鈉復(fù)配護(hù)色劑，用于天然紫甘薯色素玫瑰花飲料護(hù)色，使其色澤可穩(wěn)定25 d。天然紫甘薯色素是一種具有開發(fā)前景的理想天然食用色素，可應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥等多種行業(yè)。本研究關(guān)于紫甘薯色素穩(wěn)定性的研究還處在基礎(chǔ)階段，作用機(jī)理與更廣泛的研究還需深入，期此研究對(duì)天然色素在飲料中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。

［1］ 李博，雷激，湯富蓉，等.紫甘薯色素提取條件及穩(wěn)定性研究［J］.食品與發(fā)酵科技，2010，46(4):56-60.

［2］ 暴海軍，袁紅波，李靜，等.紫甘薯色素的研究進(jìn)展［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38(23):12386-12387.

［3］ 吳敏，張杰，曾凡駿.天然花青素穩(wěn)定性研究性狀［J］.中國(guó)食品添加劑，2008(5):50-53.

［4］ Giusti M M，Wrolstad R E.Acylated anthocyanins from edible sources and their applications in food systems［J］.Biochemical Engineering Journal，2003，14(3):217-225.

［5］ Gongjian Fan，Yonbin Han，Zhenxin Gu，et al.Optimizing conditions for anthocyanins extraction from purple sweet potato using response surface methodology(RSM)［J］.LWT-Food Science and Technology，2008，41(1):155-160.

［6］ 朱洪梅，趙猛.紫甘薯色素理化性質(zhì)及穩(wěn)定性研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(6):2434-2436.

［7］ 林文庭.常用色素的護(hù)色劑選擇研究［J］.飲料工業(yè)，2006，9(10):6-9.

［8］ 徐明生，吳磊燕，湯凱潔，等.紫紅薯色素穩(wěn)定性的研究［J］.食品科學(xué)，2002，23(8):71-73.

［9］ 陳鼎，夏春鏜.花青素類天然色素的光降解比較［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào):醫(yī)學(xué)版，2006，27(5):13-17.