籽粒莧花穗色素的穩(wěn)定性研究

廖芙蓉，闞建全*

(西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400716)

籽粒莧(Amaranthus sp.)是一種莧科(Amaranthceae)、莧屬(Amaranthus)草本植物，屬一年生，原產(chǎn)于中美洲和東南亞的熱帶與亞熱帶地區(qū)。籽粒莧具有優(yōu)良的特性，已在我國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)試種成功，主要包括Amaranthus hypochondriacus, A. cruentus和A. caudatus等品種[1-2]。籽粒莧中的蛋白質(zhì)，膳食纖維，不飽和脂肪酸和礦質(zhì)元素的含量均不同程度的高于其他谷物，氨基酸組成較為理想，含量最豐富的淀粉也具有優(yōu)良的品質(zhì)[3-7]。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)籽粒莧具有抗氧化、降血糖、降血脂等生理功能[8-13]。值得注意的是，籽粒莧還是一種天然色素的良好來(lái)源。目前，對(duì)籽粒莧色素的研究還局限于提取方面[14-15]，且仍舊不足，關(guān)于籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)對(duì)籽粒莧花穗色素的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，以期為籽粒莧色素的開(kāi)發(fā)和利用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

籽粒莧花穗，采自重慶北碚區(qū)靜觀(guān)鎮(zhèn)，籽粒莧品種為K112(Amaranthus cruentus L.)。將采摘下的籽粒莧花穗與籽實(shí)分離，除去莖葉及昆蟲(chóng)等雜質(zhì)，然后將花穗放入鼓風(fēng)干燥箱中在40～50℃條件下干燥并粉碎，將處理好的樣品置于陰涼通風(fēng)處備用。

乙醇、過(guò)氧化氫、亞硫酸鈉等均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9240型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；JA2003型分析天平 上海精科天平廠(chǎng)； KQ3200DB數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；UV-2450紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 籽粒莧花穗色素原液的制備

稱(chēng)取一定質(zhì)量的籽粒莧花穗樣品，以10%的乙醇為提取溶劑，在料液比1：50、提取溫度40℃、超聲波功率150W、提取時(shí)間60min的條件下對(duì)樣品進(jìn)行色素提取并過(guò)濾；濾渣按照與樣品相同的方法重復(fù)一次色素提取；將兩次提取得到的濾液合并即得籽粒莧花穗色素原液，將樣品倒入棕色玻璃瓶中冷藏備用。

1.3.2 籽粒莧花穗色素的光譜特征取一定量色素原液，以10%的乙醇溶液進(jìn)行適當(dāng)稀釋?zhuān)哉麴s水為空白對(duì)照，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在400～700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，確定籽粒莧花穗色素在可見(jiàn)光區(qū)的最大吸收波長(zhǎng)。

1.3.3 籽粒莧花穗色素的穩(wěn)定性

以籽粒莧花穗色素在可見(jiàn)光區(qū)的特征吸收峰波長(zhǎng)處的吸光度為指標(biāo)，研究不同條件對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響。取一定量的籽粒莧花穗色素原液，適當(dāng)稀釋后測(cè)定其吸光度，將稀釋后的色素液等量分裝到帶塞試管中備用，每組實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次。

1.3.3.1 溫度對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

將裝有樣品稀釋液的試管分別置于不同溫度的恒溫水浴鍋中保溫，定時(shí)取樣使之快速冷卻至室溫并測(cè)定其吸光度。

1.3.3.2 光對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

將裝有樣品稀釋液的試管分別放置于自然光，室溫避光和冰箱等條件下保存，每24h取樣測(cè)定其吸光度，連續(xù)觀(guān)察1周。

1.3.3.3 pH值對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響[16]

取12支裝有樣品稀釋液的試管，其中一支作空白對(duì)照不進(jìn)行pH值的調(diào)整，用1mol/L HCl和1mol/L NaOH溶液將其余各樣品調(diào)至不同的pH值，測(cè)定各pH值條件下樣品在可見(jiàn)光區(qū)的最大吸收波長(zhǎng)和吸光度，觀(guān)察并記錄相應(yīng)的顏色變化。

1.3.3.4 氧化劑對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

選取H2O2作氧化劑，在裝有樣品稀釋液的試管中加入一定量的H2O2，使色素液中H2O2的體積分?jǐn)?shù)分別為0、0.05%、0.5%、1%、2%，測(cè)定各樣品的吸光度。

1.3.3.5 還原劑對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

選取Na2SO3和VC作還原劑，在裝有樣品稀釋液的試管中分別加入一定量的Na2SO3和VC，使色素液中Na2SO3和VC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%，測(cè)定各樣品的吸光度。

1.3.3.6 有機(jī)酸對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

在裝有樣品稀釋液的試管中分別加入一定量的檸檬酸、草酸、乙酸、乳酸和酒石酸，使色素液中各種有機(jī)酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、0.05%、0.1%、0.5%、1%，測(cè)定各樣品的吸光度。

1.3.3.7 糖類(lèi)對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

在裝有樣品稀釋液的試管中分別加入一定量的葡萄糖、木糖和甘露糖，使色素液中甘露糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、5%、10%、15%、18%(甘露糖的溶解度為18%)，葡萄糖和木糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、5%、10%、15%、20%，測(cè)定各樣品的吸光度。

1.3.3.8 防腐劑對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

在裝有樣品稀釋液的試管中分別加入一定量的苯甲酸鈉和山梨酸鉀，使色素液中防腐劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、0.02%、0.06%、0.1%、0.2%，測(cè)定各樣品的吸光度。

1.3.3.9 金屬離子對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

在裝有樣品稀釋液的試管中分別加入一定量的Al3+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+等離子的溶液，使色素液中各種金屬離子的濃度分別為0、0.005、0.01、0.05、0.1mol/L，測(cè)定各樣品的吸光度并觀(guān)察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2 結(jié)果與分析

2.1 籽粒莧花穗色素的光譜特征

圖 1 籽粒莧花穗色素10%乙醇溶液的紫外-可見(jiàn)吸收光譜圖Fig.1 Absorption spectrum of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

圖1為籽粒莧花穗色素10%乙醇溶液的紫外-可見(jiàn)吸收光譜掃描圖譜，可以看出，其在可見(jiàn)光區(qū)的最大吸收波長(zhǎng)為534nm。

2.2 籽粒莧花穗色素的穩(wěn)定性

2.2.1 溫度對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

圖 2 溫度對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of temperature on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖2可知，溫度對(duì)籽粒莧花穗色素的影響較大。當(dāng)溫度低于50℃時(shí)，吸光度下降的較為緩慢，色素溶液穩(wěn)定性維持較好；隨著溫度的升高，色素溶液的穩(wěn)定性逐漸變差，當(dāng)溫度為80℃時(shí)，色素溶解的吸光度在2h內(nèi)從0.852下降至0.084，色素被嚴(yán)重破壞，呈現(xiàn)出淺黃色?？梢?jiàn)，籽粒莧花穗色素對(duì)溫度較敏感，在加工過(guò)程中應(yīng)避免高溫。

2.2.2 光對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

由圖3可知，比較室溫避光和自然光兩種條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，一周之后兩者的吸光度均從高于0.8的水平下降到了0.3以下，其中室溫避光條件下的吸光度水平比自然光條件下略高，可見(jiàn)光能夠?qū)ψ蚜Ｇ{花穗色素造成一定的破壞；冰箱同時(shí)提供了黑暗和低溫的環(huán)境，一周過(guò)后其吸光度仍維持在0.8以上。

圖 3 光對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of light on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

2.2.3 pH值對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

調(diào)節(jié)籽粒莧花穗色素溶液的至不同的pH值，其中空白組不進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，測(cè)定不同pH值條件下籽粒莧花穗色素在可見(jiàn)光區(qū)的最大吸收波長(zhǎng)，并觀(guān)察其顏色變化，結(jié)果見(jiàn)表1。

表 1 pH值對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響Table 1 Effect of pH on the stability of the pigment from grain amaranth flower spikes

從表1可見(jiàn)，當(dāng)pH1～9時(shí)，最大吸收波長(zhǎng)在534nm左右，而當(dāng)pH值大于9時(shí)，最大吸收波長(zhǎng)產(chǎn)生了紅移；在pH 4～9范圍內(nèi)，吸光度均與空白樣品接近，在其余pH值條件下吸光度都較為明顯的低于空白樣品；pH3～8范圍，色素能夠維持紅色，其余pH值條件會(huì)使色素變色。由此可見(jiàn)，籽粒莧花穗色素在pH4～8范圍較為穩(wěn)定。

2.2.4 氧化劑對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

圖 4 H2O2體積分?jǐn)?shù)對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of H2O2 on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖4可知，當(dāng)籽粒莧花穗色素中H2O2體積分?jǐn)?shù)分別為0.05%、0.5%、1%、2%時(shí)，起初吸光度與未添加H2O2的樣品沒(méi)有大的差距，色素基本未受影響；經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，H2O2體積分?jǐn)?shù)越高，存放時(shí)間越長(zhǎng)，吸光度呈現(xiàn)越明顯的下降趨勢(shì)，色素的受破壞程度越大。

2.2.5 還原劑對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

圖 5 Na2SO3(a)和VC(b)對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of Na2SO3(a) vitamin C(b) on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖5可知，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.04%的Na2SO3和VC時(shí)，起初吸光度降幅微小，可以認(rèn)為對(duì)籽粒莧花穗色素幾乎沒(méi)有影響；隨著存放時(shí)間的延長(zhǎng)，可以發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，還原劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，吸光度越小，色素被破壞程度越大；從24h后的吸光度曲線(xiàn)可以看出，當(dāng)Na2SO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.04%時(shí)，吸光度的下降趨勢(shì)趨于平緩，VC質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.02%時(shí)，吸光度就開(kāi)始顯著下降。

2.2.6 有機(jī)酸對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

圖 6 檸檬酸(a)、草酸(b)、乙酸(c)、乳酸(d)和酒石酸(e)對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of citric acid(a), oxalic acid(b), acetic acid(c), lactic acid(d) and tartaric acid(e) on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖6可知，當(dāng)加入的有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%以下時(shí)，吸光度多呈現(xiàn)較為明顯的下降趨勢(shì)，5h和24h后，實(shí)驗(yàn)組的吸光度更顯著的低于空白組；當(dāng)有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.1%時(shí)，其使吸光度減小的趨勢(shì)變的相對(duì)平緩，可見(jiàn)，有機(jī)酸對(duì)色素穩(wěn)定性的影響并未隨著有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增大而增大。

2.2.7 糖類(lèi)對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

圖 7 葡萄糖(a)、木糖(b)、甘露糖(c)對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of glucose(a), xylose(b) and mannose(c) on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖7可知，當(dāng)加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的葡萄糖、木糖和甘露糖后，吸光度有所增加，加入的葡萄糖和甘露糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%時(shí)，吸光度增大較顯著，而當(dāng)木糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10%，吸光度比更低質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)有所下降；5h后，各種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)糖的添加仍能將吸光度值維持在與空白樣品相當(dāng)?shù)乃?；?4h后，各添加量木糖和甘露糖條件下的吸光度均低于空白樣，葡萄糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%和20%時(shí)的吸光度與空白樣的吸光度接近?？梢?jiàn)，糖類(lèi)能夠起到一定的增色、護(hù)色的效果，其中以葡萄糖的效果較為明顯，有利于維持籽粒莧花穗色素的穩(wěn)定性。

2.2.8 防腐劑對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

圖 8 苯甲酸鈉(a)、山梨酸鉀(b)對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of sodium benzoate(a) and potassium sorbate(b) on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖8可知，5h內(nèi)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.2%的防腐劑對(duì)籽粒莧花穗色素基本沒(méi)有影響；24h后，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.06%的苯甲酸鈉對(duì)色素有明顯的破壞作用，山梨酸鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.02%時(shí)可對(duì)色素產(chǎn)生較明顯的破壞；看來(lái)，防腐劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，存放時(shí)間越長(zhǎng)，色素被破壞程度越嚴(yán)重。

2.2.9 金屬離子對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響

表 2 金屬離子對(duì)籽粒莧花穗色素穩(wěn)定性的影響Table 2 Effect of metal ions on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由表2可知，Ca2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+等金屬離子可嚴(yán)重破壞籽粒莧花穗色素，使之產(chǎn)生混濁甚至改變本色；Al3+、Na+、K+、Mg2+等對(duì)籽粒莧花穗色素的影響相對(duì)較小，它們的存在不會(huì)使色素產(chǎn)生渾濁和變色等不良變化，低濃度的Al3+和Mg2+有一定的增色作用，Na+和K+的存在使得色素的吸光度產(chǎn)生了小幅度的降低，隨著濃度的增大，這種影響并沒(méi)有表現(xiàn)的更為明顯。

3 結(jié) 論

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，籽粒莧花穗色素?zé)岱€(wěn)定性較差，適合應(yīng)用于低溫食品；在pH4～8范圍內(nèi)穩(wěn)定，在應(yīng)用的過(guò)程中應(yīng)避免酸堿性條件；Ca2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+等可使色素混濁變色，在生產(chǎn)利用時(shí)應(yīng)防止與可能存在這些金屬離子的設(shè)備接觸；Na+、K+和低濃度的氧化還原劑和防腐劑不會(huì)對(duì)色素的穩(wěn)定性造成大的影響；某些糖類(lèi)，Al3+、Mg2+在一定條件下能對(duì)籽粒莧花穗色素起到護(hù)色和增色作用。

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