桃金娘色素穩(wěn)定性及初步分離研究

張少敏，崔 春，趙謀明，陳文芬

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640）

桃金娘色素穩(wěn)定性及初步分離研究

張少敏，崔 春*，趙謀明，陳文芬

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院，廣東廣州510640）

研究了桃金娘色素的穩(wěn)定性和理化性質(zhì)，并對(duì)其進(jìn)行了初步分離純化，為桃金娘色素的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明，桃金娘色素易溶于酸性水溶液、酸性醇溶劑，不溶或難溶于非極性溶劑；在溶液pH小于4.0時(shí)桃金娘色素對(duì)光、熱有較好的穩(wěn)定性，其最大吸收波長(zhǎng)為516nm；耐強(qiáng)氧化劑和還原劑較差；Zn2+、K+、Al3+、Na+、Ca2+離子對(duì)桃金娘色素有不同程度的保護(hù)和增色作用，但Mg2+、Fe3+離子降低色素的穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)葡聚糖凝膠LH-20柱層析和高效液相色譜分離純化，表明桃金娘色素主要由4種色素組成。

桃金娘，色素，穩(wěn)定性，分離

近年來(lái)，合成食用色素對(duì)人體的危害已日益引起人們的高度重視，而天然色素主要是從生物體中提取的，由于其安全性高、且具有一定功能特性，在食品、化妝和醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛[1]，因此世界各國(guó)均在大力研究和開(kāi)發(fā)食用天然色素[2]。桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）為桃金娘科藥用植物，又稱(chēng)稔子、山稔，主要分布于我國(guó)南方各省，成熟的果實(shí)中富含多種有益的化學(xué)成分，并具有藥效功能[3-4]，目前對(duì)于桃金娘的開(kāi)發(fā)利用主要集中在醫(yī)藥、植物資源、生態(tài)學(xué)[5-6]等領(lǐng)域，食品工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)桃金娘果實(shí)在飲料[7-8]方面的研究較多，對(duì)其果實(shí)中的桃金娘色素（Rhodomyrtus tomentosa pigment，簡(jiǎn)稱(chēng)RTP）研究較少。本文探討了桃金娘色素的理化性質(zhì)及其穩(wěn)定性，并對(duì)該色素進(jìn)行了初步分離，旨在為桃金娘色素在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

全熟的桃金娘果實(shí) 采于廣東汕尾，裝于封口袋，-20℃凍藏保存待用；無(wú)水乙醇、乙酸乙酯、甲醇、石油醚、濃鹽酸、蔗糖、檸檬酸、抗壞血酸 均為分析純。

X-5型大孔樹(shù)脂 天津海光公司；Sephadex LH20瑞典Pharmacia公司；GL-21M高速冷凍離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；pHS-25數(shù)顯pH計(jì) 上海精密儀器有限公司；UV-1800紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本島津公司；3001多功能酶標(biāo)儀 美國(guó)Thermo公司；UV-2100紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 尤尼科（上海）儀器有限責(zé)任公司；Waters高效液相色譜儀 美國(guó)Waters公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 桃金娘色素的粗提取 將新鮮桃金娘果實(shí)洗凈切碎后，取100g，加酸化80%乙醇500mL。浸提溫度50℃，浸提時(shí)間3h，浸提兩次。將浸提后的試樣擠壓過(guò)濾得到粗濾液，8000r/min離心20min，抽濾得到紅色澄清色素提取液，最后再將色素溶液減壓蒸餾，得到深紫紅色色素膏體。

1.2.2 桃金娘色素粗提物的純化 采用石油醚、氯仿、乙酸乙酯對(duì)濃縮液分別萃取三次，再用X-5大孔樹(shù)脂層析柱（φ1.25×30cm，使柱高約9cm，柱床體積約11mL）對(duì)澄清提取液上柱進(jìn)行純化，0.5%HCl-80%乙醇洗脫，收集洗脫液，濃縮，得到粗純化的色素[9]。

1.2.3 桃金娘色素理化性質(zhì)的研究方法

1.2.3.1 桃金娘色素的溶解性及可見(jiàn)光吸收特性[10]室溫25℃下，取1.0g桃金娘色素浸膏以1%的濃度分別用水、無(wú)水乙醇、含水乙醇、乙醚、無(wú)水甲醇、含水甲醇、丙酮、石油醚、乙酸乙酯、氯仿、5%鹽酸溶液等進(jìn)行溶解性實(shí)驗(yàn)[11]。取等體積色素濃縮液分別用pH1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0系列緩沖液定容，穩(wěn)定1h，400～600nm光譜掃描，獲得桃金娘色素液在各pH條件下的可見(jiàn)光譜吸收特性。

1.2.3.2 pH及光照對(duì)桃金娘紅色素穩(wěn)定性的影響 色素濃縮液分別用pH1.0～9.0的緩沖液定容（1mL→10mL），避光靜置1h，在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度作為初始值A(chǔ)0，用pH1.0、3.0、5.0的緩沖液配制的色素稀釋液分別置于室內(nèi)自然光照射及避光條件下，每隔24h取樣測(cè)吸光度Ai，以Ai/A0計(jì)算色素殘存率，色素最大吸收波長(zhǎng)設(shè)定為：pH1.0～2.0（514nm），pH3.0～6.0（516nm）。

1.2.3.3 不同溫度對(duì)桃金娘色素穩(wěn)定性的研究 取三份色素濃縮液，分別調(diào)節(jié)色素液pH為1.0、3.0、5.0，將色素液分裝在棕色試劑瓶中，于不同溫度恒溫水浴鍋加熱處理3h，測(cè)定色素液吸光度值，以A處理后/A處理前計(jì)算色素殘存率。

1.2.3.4 有機(jī)酸、氧化劑、金屬離子、糖對(duì)桃金娘色素穩(wěn)定性的影響 配制不同濃度檸檬酸、蘋(píng)果酸、酒石酸、沒(méi)食子酸、抗壞血酸、丁二酸、防腐劑溶液、亞硫酸鈉溶液、H2O2溶液、氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鋅、氯化鈣、氯化鋁、氯化鐵、蔗糖、葡萄糖、麥芽糖、乳糖溶液，將定量色素濃縮液分別用配制好的上述溶液定容（1～100mL），以蒸餾水配制的色素液作為對(duì)照樣，室溫避光保存，定期檢測(cè)吸光度A516nm。

1.2.4 桃金娘色素的高效液相色譜分離 采用Waters XBridgeTMC18柱，4.6×150mm，粒徑5μm；柱溫30℃，流速0.6mL/min；流動(dòng)相為A：100%乙腈，B：0.1%三氟乙酸-水（V/V）；洗脫條件：0～5min，15%～20%A；5～10min，20%～23%A；10～15min，23%～25%A；15～20min，25%～28%A；20～23min，28%～15%A。Prostar320 PDA檢測(cè)器，進(jìn)樣量10μL，檢測(cè)波長(zhǎng)520nm。

2 結(jié)果與分析

2.1 桃金娘紅色素的溶解性及光譜特性

桃金娘紅色素溶解性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：桃金娘紅色素易溶于水、乙醇、甲醇、鹽酸等極性溶劑，難溶于乙醚、石油醚、丙酮、油脂、酯類(lèi)、氯仿等非極性溶劑。色素在不同pH條件下的吸收光譜如圖1所示。由圖1可知，pH在1.0～6.0的范圍內(nèi)，色素有明顯的吸收峰，pH為1.0～4.0的色素液吸收峰強(qiáng)度差別不大，說(shuō)明桃金娘紅色素在酸性條件下顯色很好；pH為7.0～8.0時(shí)，色素溶液無(wú)顯著吸收峰。目測(cè)結(jié)果表明，pH為 1.0～3.0時(shí)色素液為深紅色，pH在4.0～6.0之間顏色變淡，pH8.0時(shí)呈紫褐色。結(jié)合溶解性和光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可初步判斷桃金娘色素為花青素類(lèi)色素[11]。

由圖2可見(jiàn)，在pH1.0～7.0范圍內(nèi)，桃金娘色素液的吸光度隨pH的上升而降低；在pH轉(zhuǎn)堿范圍內(nèi)，其吸光度隨著pH的上升而增加，這是因?yàn)榛ㄉ招问接杉t色的黃烊鹽轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色醌式堿所致[12]。為了在很好的顯色條件下研究桃金娘紅色素的其他理化性質(zhì)，以后的實(shí)驗(yàn)中色素溶液的pH定為3.0。

圖1 不同pH條件下桃金娘紅色素的吸收光譜圖Fig.1 Absorption spectrum of Rhodomyrtus tomentosa red pigment under different pH

圖2 桃金娘色素在pH1.0～9.0的初始吸光度Fig.2 Initial absorbance of Rhodomyrtus tomentosa pigment under pH1.0～9.0

2.2 光照對(duì)桃金娘色素穩(wěn)定性的影響

圖3 不同pH對(duì)色素穩(wěn)定性的影響（避光）Fig.3 Effect of different pH on pigment stability（obstacle light）

圖3、圖4為pH不同的桃金娘色素在不同光照條件的變化情況，由圖3可見(jiàn)，在常溫避光條件下，色素在pH1.0的條件下最穩(wěn)定，隨著pH的升高，穩(wěn)定性呈下降趨勢(shì)。由圖4可知，常溫光照條件下，色素降解的速度大于避光條件，且在pH1.0的條件下最穩(wěn)定，pH3.0的條件下次之，pH5.0的條件下穩(wěn)定性最差，且降解多發(fā)生在前10d內(nèi)。由圖5色素在不同pH下的殘存率知，常溫避光條件下，pH對(duì)色素穩(wěn)定性的影響較大，pH1.0的色素液很穩(wěn)定，pH2.0～4.0的色素液比較穩(wěn)定，pH5.0～6.0的色素液穩(wěn)定性差；在前5d內(nèi)吸光度迅速下降，之后緩慢下降；而光照條件下色素的穩(wěn)定性變差，尤其是pH大于4的樣品，色素殘存率下降更為劇烈，隨著色素穩(wěn)定性變差，結(jié)構(gòu)變化，生成褐色物質(zhì)，因而隨著pH升高，吸光值又會(huì)逐漸上升。因此，該色素適合在pH1.0～4.0的酸性條件下使用。

圖4 不同pH對(duì)色素穩(wěn)定性的影響（室內(nèi)自然光照）Fig.4 Effect of different pH on pigment stability（natural light）

圖5 不同pH對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of different pH on pigment stability

2.3 熱處理對(duì)桃金娘色素穩(wěn)定性的影響

桃金娘色素的熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。處理時(shí)間為3h，pH1.0的樣品在溫度加熱到80℃時(shí)，溶液顏色無(wú)明顯變化；pH3.0的樣品加熱到70℃，仍為透明的紅色；pH5.0的樣品70℃處理3h殘存率較低。綜合得出，pH1.0和pH3.0的色素液保留率較好。這說(shuō)明在酸性條件下桃金娘紅色素溶液對(duì)熱比較穩(wěn)定，色素降解率也很低。

表1 溫度對(duì)色素的穩(wěn)定性的影響Table 1 Effect of temperature on pigment stability

2.4 有機(jī)酸、氧化劑、還原劑、防腐劑對(duì)桃金娘色素穩(wěn)定性的影響

由圖6～圖8可知，低濃度的山梨酸鉀、苯甲酸鈉（濃度＜0.2%）對(duì)桃金娘色素的吸光度影響較小，而高濃度的防腐劑造成色素吸光值略微上升，在食品工業(yè)允許添加的范圍內(nèi)均無(wú)明顯不良影響。常用護(hù)色劑檸檬酸對(duì)色素具有較明顯的輔色作用，酒石酸、蘋(píng)果酸有較弱的輔色作用。低濃度的雙氧水對(duì)色素具有明顯的破壞作用，顏色均由深紅色變?yōu)闇\黃色。亞硫酸鈉是食品加工、保藏中常用的漂白劑和防腐劑，一般認(rèn)為花色苷能和亞硫酸氫鹽發(fā)生加成或縮合反應(yīng)，生成無(wú)色的化合物，使花色苷褪色[13]。

圖6 有機(jī)酸、防腐劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of organic acid and preservatives on pigment stability

圖7 不同濃度氧化劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of different concentrations of oxidants on pigment stability

圖8 不同濃度還原劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of different concentrations of reducing agent on pigment stability

2.5 不同金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

由表2金屬離子對(duì)色素穩(wěn)定性的影響可以看出，Ca2+、Zn2+在研究濃度范圍內(nèi)對(duì)色素穩(wěn)定性無(wú)明顯影響。K+、Na+在較高濃度下有一定增色效果，隨濃度降低而減弱。低濃度的Mg2+溶液在短時(shí)間內(nèi)對(duì)色素具有一定的增色作用，較高濃度則對(duì)色素有不良影響。較高濃度的Al3+對(duì)色素溶液有一定的增色作用，而當(dāng)Fe3+濃度達(dá)到一定程度時(shí)，可能是因?yàn)镕e3+能和花色苷生成絡(luò)合物，色澤鮮艷的紫紅色溶液轉(zhuǎn)變?yōu)楹志G色，由此可見(jiàn)，F(xiàn)e3+對(duì)色素穩(wěn)定性有顯著的不良影響。結(jié)果表明部分金屬離子可通過(guò)絡(luò)合作用起到較好的輔色作用。

2.6 甜味劑、輔色劑對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

由圖9可知，甜味劑在一定濃度內(nèi)對(duì)桃金娘色素都有或多或少的增色作用，其中蔗糖增色作用最明顯，隨著甜味劑的濃度增大，增色作用減弱。由圖10得到，常用的護(hù)色劑中沒(méi)食子酸的增色護(hù)色效果明顯，丁二酸沒(méi)有明顯影響，抗壞血酸對(duì)色素液沒(méi)有輔色作用，相反，能引起色素的降解，且隨著抗壞血酸的濃度增大，降解速度也加快，這可能是由于在有氧的條件下，抗壞血酸被氧化生成H2O2，進(jìn)而促使花色苷降解[9]。

表2 金屬離子對(duì)桃金娘色素穩(wěn)定性的影響效果Table 2 Effect of metal ion on Rhodomyrtus tomentosa stability

圖9 糖濃度對(duì)桃金娘色素穩(wěn)定性的影響Fig.9 Effect of sugar concentration on Rhodomyrtus tomentosa

圖10 有機(jī)酸對(duì)桃金娘色素的輔色性能Fig.10 Organic acid on the color performance of stability Rhodomyrtus tomentosa pigment

2.7 桃金娘色素的HPLC分析

由圖11可以看出，純化色素樣中主要含有4類(lèi)花色苷，峰1、峰2、峰3和峰4，保留時(shí)間分別為2.7727、3.3267、3.7801、5.0322min，含量分別占0.75%、5.94%、57.23%和36.07%，相對(duì)總含量大于樣品的99%，判斷桃金娘色素中主要含有4種花色苷。

圖11 純化樣品的高效液相色譜圖Fig.11 High performance liquid chromatography chart of purification samples

3 結(jié)論

3.1 桃金娘色素理化性質(zhì)研究表明，桃金娘色素為水溶性色素，光譜特征也與花青素相似。

3.2 在pH小于4的條件下桃金娘色素穩(wěn)定，色澤深紅，吸收峰明顯，pH大于4時(shí)色素變色吸收峰逐漸平緩。桃金娘色素耐熱耐光性能較好，易于加工和貯藏；氧化劑和還原劑破壞色素的穩(wěn)定性；在食品工業(yè)允許范圍內(nèi)，防腐劑、酸味劑、甜味劑等食品添加劑對(duì)桃金娘色素的穩(wěn)定性無(wú)影響。

3.3 純化色素樣經(jīng)過(guò)高效液相色譜進(jìn)一步分離純化表明桃金娘色素主要含有4種色素。

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Study on pigment stability and separation from Rhodomyrtus tomentosa

ZHANG Shao-min，CUI Chun*，ZHAO Mou-ming，CHEN Wen-fen
（College of Light Industry and Food，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

In order to provide theory and experimental data for the popularization and application of Rhodomyrtus tomentosa pigment（RTP），the stability and separation of RTP was investigated.The results indicated that，this pigment was easily dissolved in acidic aqueous solution or acid alcohol solvent，insoluble or hardly soluble in non-polar solvents.In the buffer solution，RTP was stable when the solution pH value was lower than 4.0，the maximum absorption wavelength of RTP was 516nm.It was found that the red pigment resistant to common food additives，such as carbohydrate，organic acid，sodium benzoate，potassium sorbate.The pigment was poor resistant to light，heat，reduct，oxide.It was stable to metal ions such as：Zn2+，K+，Al3+，Na+，Ca2+，which could add its color or could not badly affect it while Mg2+，F(xiàn)e3+could change its color.HPLC showed that there were four main pigments in RTP.

Rhodomyrtus tomentosa；pigment；stability；separation

TS202.3

A

1002-0306（2012）05-0299-05

2011－04－06 *通訊聯(lián)系人

張少敏（1987-），女，碩士研究生，研究方向：食品生物技術(shù)。

國(guó)家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2007AA100404）；廣東省教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目（2009B090600120）。