孫曉俠，馬 龍，王改玲，吳珊珊，許 暉

（蚌埠學(xué)院生物與食品工程系，安徽蚌埠233030）

紫甘薯（Ipornoea batatas L.）屬旋花科一年生草本植物，薯肉呈深紫紅色，富含天然紅色素，是甘薯中特有的品種。文獻(xiàn)報(bào)道，紫甘薯色素的主要成分是花青素及甲基花青素形成糖苷后的酰基化衍生物[1-2]，紫甘薯花色苷具有抗氧化、抗腫瘤、抗突變、抗菌、抗衰老、保護(hù)肝臟、緩解高血壓、高血糖和高血脂等生理功能[3-4]，是一種很有開(kāi)發(fā)利用前景的天然食藥兼?zhèn)涞摹肮δ苄陨亍辟Y源。但紫甘薯紅色素在實(shí)際應(yīng)用中因存在應(yīng)用不穩(wěn)定性而限制了其使用范圍，如熱、光、氧氣、酶、食品添加劑等均能引起色素的降解褪色[4]，因此提高花色苷的穩(wěn)定性成為研究熱點(diǎn)。人們通過(guò)各種辦法提高花色苷的穩(wěn)定性，如利用輔色作用[5-6]、通過(guò)結(jié)構(gòu)修飾[7]以及微膠囊化技術(shù)[8]等，目前的研究熱點(diǎn)之一是在花色苷溶液中添加氨基酸、有機(jī)酸、生物堿、類(lèi)黃酮、多酚、香豆素、肉桂酸衍生物等輔色劑來(lái)提高其穩(wěn)定性[9-10]。目前，利用輔色劑提高紫甘薯紅色素的穩(wěn)定性的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。為此，本研究從氨基酸、有機(jī)酸和類(lèi)黃酮等中預(yù)選3種輔色效果較好的輔色劑，采用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)輔色劑的組合和用量進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)輔色前后色素的穩(wěn)定性進(jìn)行了比較，旨在為開(kāi)發(fā)利用紫甘薯紅色素提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫甘薯 市售；鹽酸-L-半胱氨酸、單寧酸、沒(méi)食子酸、檸檬酸、酒石酸、L-蘋(píng)果酸、對(duì)羥基苯甲酸、蔗糖、L-谷氨酸、異抗壞血酸鈉、苯甲酸鈉、亞硫酸鈉、L-脯氨酸、L-賴(lài)氨酸 均為市售；磷酸氫二鈉、過(guò)氧化氫、FeCl3、A lCl3、CuCl2、CaCl2、FeCl2均為分析純。

LSY型數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋 北京醫(yī)療設(shè)備廠；722S型可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海菁華科技儀器有限公司；T-214電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紫甘薯紅色素的制備流程[11]紫甘薯→清洗→切片→0.5%鹽酸溶液浸提→過(guò)濾→AB-8大孔樹(shù)脂純化→真空濃縮→噴霧干燥→樣品→備用

1.2.2 紫甘薯紅色素輔色劑的預(yù)選 向1g/L色素水溶液中分別加入單寧酸、異抗壞血酸鈉、檸檬酸、酒石酸、對(duì)羥基苯甲酸、L-蘋(píng)果酸、沒(méi)食子酸、蔗糖、L-谷氨酸、L-脯氨酸、鹽酸-L-半胱氨酸、L-賴(lài)氨酸，以上試劑添加劑量均為1g/L，同時(shí)以1g/L色素水溶液為空白對(duì)照。室溫放置30min，分別在400～600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行光程掃描，記錄最大吸光度值。

1.2.3 色素輔色劑組合及用量的確定 在輔色劑預(yù)選實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行L9（33）正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)提高紫甘薯紅色素穩(wěn)定化的輔色劑組合及用量進(jìn)行確定。輔色劑用量的設(shè)計(jì)參考我國(guó)食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 2760-2011）[12]和文獻(xiàn)[6]。正交實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table1 Table of factors and levels

1.2.4 加入輔色劑后紫甘薯紅色素的穩(wěn)定性 配制1g/L色素水溶液，分成兩份，向其中一份加入最佳配方的輔色劑，進(jìn)行穩(wěn)定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)。食品添加劑最大添加劑量的設(shè)計(jì)參考我國(guó)食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 2760-2011）[12]。

1.2.4.1 熱對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 取1g/L色素水溶液，置于20、40、60、80、100℃下處理1h，每隔30m in取樣1次，冷卻至室溫后，測(cè)定其在最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度值，并計(jì)算色素保存率R：R（%）=末吸光度值/初吸光度值×100。

1.2.4.2 光照對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 取1g/L色素水溶液分別置于室外自然光照射和室內(nèi)暗處放置8h，每隔2h取樣1次，測(cè)其在最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度值，并計(jì)算色素保存率R。

1.2.4.3 防腐劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 以苯甲酸鈉作為防腐劑，分別配制劑量0～1g/L苯甲酸鈉的色素溶液，室溫放置2h，定期取樣，測(cè)其在最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度值，并計(jì)算色素保存率R。

1.2.4.4 氧化劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 以H2O2作為氧化劑，分別配制劑量0～0.5g/L H2O2的色素溶液，室溫放置2h，定期取樣，測(cè)其在最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度值，并計(jì)算色素保存率R。

1.2.4.5 還原劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 以Na2SO3作為還原劑，分別配制劑量0～0.6g/L Na2SO3的色素溶液，室溫放置1.5h，定期取樣，測(cè)其在最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度值，并計(jì)算色素保存率R。

1.2.4.6 金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 分別配制劑量0～0.5g/L Fe3+、A l3+、Fe2+、Cu2+和Ca2+的色素溶液，室溫放置1h，測(cè)其在最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度值，并計(jì)算色素保存率R。

2 結(jié)果與分析

2.1 色素輔色劑的預(yù)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

由表2可見(jiàn)，在實(shí)驗(yàn)劑量下，與空白相比吸光度值增大最多的3種輔色劑依次為鹽酸-L-半胱氨酸、單寧酸和檸檬酸。紫甘薯紅色素溶液中加人單寧后產(chǎn)生了分子間輔色效應(yīng)，穩(wěn)定性得到提高，這與朱洪梅[5]、Bakowska[13]的研究結(jié)果一致。大量研究結(jié)果也表明檸檬酸能起到穩(wěn)定花色苷構(gòu)型的作用?；ㄉ找话憧膳c類(lèi)黃酮、生物堿、氨基酸和有機(jī)酸等產(chǎn)生分子間共色效應(yīng)，使自身的穩(wěn)定性大大增加，兩者通過(guò)非共價(jià)結(jié)合，主要以氫鍵和疏水鍵為主，此種結(jié)合具有飽和性[10]。因此選用鹽酸-L-半胱氨酸、單寧酸和檸檬酸做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

2.2 色素輔色劑組合及用量的確定

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)表3。由表3可知，實(shí)驗(yàn)所考察的3個(gè)因素對(duì)色素的穩(wěn)定性的影響程度依次為A＞B＞C，即鹽酸-L-半胱氨酸＞單寧酸＞檸檬酸，色素輔色劑最佳組合及用量為A3B3C3，即鹽酸-L-半胱氨酸0.6g/L、單寧酸0.2g/L、檸檬酸3g/L，按照此工藝參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，室溫放置30m in時(shí)的吸光度值為0.668，這與正交實(shí)驗(yàn)中的各組相比，其吸光度值最大，即輔色效果最佳。

2.3 輔色劑對(duì)紫甘薯紅色素穩(wěn)定性的影響

表2 色素輔色劑預(yù)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table2 Results of preliminary experimenton co-pigments

2.3.1 熱對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖1可知，隨著溫度的升高和加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，色素的保存率下降，且當(dāng)溫度高于60℃時(shí)，其下降明顯，色素的耐熱性較差；加入輔色劑后，色素保存率均比對(duì)照有提高，在高溫時(shí)較為明顯，且隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)其下降趨勢(shì)比對(duì)照也小。因此，加入輔色劑后，可以有效地提高色素對(duì)熱的耐受性。

表3 L9（33）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table3 Results of L9（33）orthogonal experiment

圖1 加熱對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of heating on the stability of pigment

2.3.2 光照對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖2可知，色素樣品在室內(nèi)暗處條件下放置8h時(shí)，保存率為96.8%，加入輔色劑后保存率可達(dá)98.8%。不加輔色劑室外自然光下，隨著照射時(shí)間延長(zhǎng)，色素保存率急劇下降，8h時(shí)保存率僅為72.1%，可知色素耐光性較差，需避光貯存；加入輔色劑后，色素保存率始終高于對(duì)照，且下降趨勢(shì)減緩，增加了色素的耐光性，照射8h時(shí)保存率為88.2%，比對(duì)照增加16.1%。

圖2 光對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effectof light on the stability of pigment

2.3.3 防腐劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖3可知，在實(shí)驗(yàn)劑量范圍內(nèi)苯甲酸鈉對(duì)色素沒(méi)有明顯減色作用，尤其低劑量時(shí)對(duì)色素穩(wěn)定性影響較??；加入輔色劑后，色素保存率略有提高，表明輔色劑對(duì)提高色素對(duì)苯甲酸鈉的耐受性有一定作用，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，這種作用越微弱。

圖3 苯甲酸鈉對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effectof benzoate sodium on the stability of pigment

2.3.4 氧化劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖4可知，隨著H2O2劑量的升高，色素保存率下降，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，下降趨勢(shì)變明顯，但色素在低H2O2劑量下穩(wěn)定性好；加入輔色劑后，色素保存率增大，表明輔色劑對(duì)提高色素的耐氧化性有一定作用。

圖4 H2O2對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effectof H2O2 on the stability of pigment

2.3.5 還原劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由圖5可知，隨著Na2SO3劑量的升高，色素保存率下降，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，下降趨勢(shì)越明顯，褪色現(xiàn)象越嚴(yán)重，表明在實(shí)驗(yàn)劑量范圍內(nèi)，還原劑Na2SO3對(duì)色素的穩(wěn)定性影響很大；加入輔色劑后，色素保存率變化不大，表明輔色劑對(duì)提高色素的耐還原性作用不大。

圖5 Na2SO3對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effectof Na2SO3 on the stability of pigment

表4 金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Table4 Effect ofmetal ions on the stability of pigment

2.3.6 金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響 由表4可見(jiàn)，未加輔色劑時(shí)，F(xiàn)e3+和A l3+對(duì)色素具有增色作用，且劑量越大，增色作用越明顯，F(xiàn)e2+和Cu2+對(duì)色素具有減色作用，且隨著劑量增大，減色作用增強(qiáng)，F(xiàn)e2+使色素保存率下降更明顯，Ca2+對(duì)色素穩(wěn)定性的影響不大；加入輔色劑后，均可提高色素對(duì)實(shí)驗(yàn)金屬離子的穩(wěn)定性，尤其減弱了Fe2+和Cu2+對(duì)色素的不良影響。

3 結(jié)論

輔色劑預(yù)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，輔色效果最好的3種輔色劑依次為鹽酸-L-半胱氨酸、單寧酸和檸檬酸；正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的色素輔色劑最佳配方為鹽酸-L-半胱氨酸0.6g/L、單寧酸0.2g/L、檸檬酸3g/L；加入最佳配方的輔色劑后，顯著地提高了色素對(duì)熱和光照的耐受性，提高了Fe3+和A l3+的對(duì)色素的增色效果，減弱了Fe2+和Cu2+對(duì)色素的不良影響，對(duì)防腐劑苯甲酸鈉的耐受性影響不大，對(duì)提高色素的耐氧化和耐還原性稍有增加。使用輔色劑對(duì)紫甘薯紅色素的穩(wěn)定性有了較大的改進(jìn)和提高，因此大大提高了其市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

[1]TERAHARA Norihiko，SHIMIZU Takashige，KATOYoshiaki，etal.Six diacylated anthocyanins from the storage roots of purple sweet potato，Ipomoea batatas[J].Bioscience，Biotechnology and Biochemistry，1999，63（8）：1420-1424.

[2]OKI Tomoyuki，MIYOSHI Ayako，GOTO Kazuhisa，et al.Determination of major anthocyanins in processed foods madefrom purple-fleshed sweet potato[J].Nippon Shokuhin Kagaku Kogaku Kaishi，2010，57（3）：128-133.

[3]彭強(qiáng)，高彥祥，袁芳.紫甘薯及其花色苷的研究與開(kāi)發(fā)進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2010（23）：401-405.

[4]程琤，劉超，賀煒，等.紫甘薯花青素的穩(wěn)定性及抗氧化性研究[J].營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)，2011，33（3）：291-296.

[5]朱洪梅，韓永斌，顧振新，等.單寧對(duì)紫甘薯花色苷的輔色作用研究[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，29（3）：98-102.

[6]張智，宋靜，王振宇，等.輔色素對(duì)藍(lán)靛果花色苷穩(wěn)定性的影響[J].食品工業(yè)科技，2011（4）：320-323.

[7]李穎暢，李冰心，呂春茂，等.?；{(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性和對(duì)氧自由基清除能力[J].食品工業(yè)科技，2012，33（6）：212-214.

[8]李穎暢，齊鳳元，樊嚴(yán)藍(lán).莓花色苷的微膠囊化[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2010，36（6）：71-75.

[9]李穎暢，齊鳳元，樊嚴(yán).提高花色苷穩(wěn)定性的研究進(jìn)展[J].中國(guó)調(diào)味品，2009，34（11）：88-90.

[10]王鋒，鄧潔紅，譚興和，等.花色苷及其共色作用研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2008，29（2）：472-475.

[11]呂曉玲，孫曉俠，姚秀玲.采用熒光化學(xué)發(fā)光法分析紫甘薯花色苷產(chǎn)品的抗氧化作用[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，31（9）：53.

[12]衛(wèi)生部衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì).GB2760-2011食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[13]Bakowska A.The effects of heating，UV irradiation，and storage on stability of the anthocyanin-polyphenol copigment complex[J].JFood Chem，2003，81（6）：349-355.