黑米色素穩(wěn)定性的研究

雷曉燕

(沈陽化工大學(xué) 制藥與生物工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110142)

黑米又稱烏米，是禾本科植物黑稻谷的種仁，性濕，味甘，米質(zhì)多為糯米型［1］.我國是黑米資源最為豐富的國家，據(jù)對我國國家種質(zhì)資源庫4.6 萬余份種質(zhì)及國際水稻研究所中心(IRGC)7.5 萬余份種質(zhì)的檢索，全世界有黑米品種583份，其中我國 359 份，占全世界總量的61.6 %［2］.黑米中除含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、植物脂肪、纖維素、維生素、人體必需的微量元素等，還含有豐富的生物活性物質(zhì)如黃酮類、花青素、生物堿、強(qiáng)心苷、β-胡蘿卜素等物質(zhì)［3］.花色苷(Anthocyanins)是一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素，是植物花和果實中的一種主要呈色物質(zhì)，使其呈現(xiàn)由紅、紫紅到藍(lán)等不同的顏色.黑米花色苷屬黃酮類物質(zhì)，像其他天然黃酮類化合物一樣，具有二苯并吡喃的多羥基取代結(jié)構(gòu)，形成典型的C6—C3—C6 三環(huán)共軛體系，使其具有很高的生物活性［4］.黑米花色苷性質(zhì)很不穩(wěn)定，進(jìn)而比較容易降解或褪色，溫度、pH值、光照、金屬離子、氧化劑、還原劑、酶、糖及其降解物等外在因素都會對黑米花色苷的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響［5］.pH 值不僅影響花色苷的色調(diào)，對花色苷的穩(wěn)定性也有重要影響，一般情況下花色苷在pH ＜3.0 或pH ＜4.0 條件下比較穩(wěn)定［6］.目前，國內(nèi)外常用的花色苷提取方法主要是溶劑浸提法，常用的溶劑為水或親水性有機(jī)溶劑如甲醇、乙醇等.為防止花色苷降解和提高花色苷溶出率，常在溶劑中加入少量的酸，如鹽酸、甲酸、檸檬酸等，同時提取溶液的pH 值控制在2.0～3.0［7］.本文實驗以水為提取溶劑，用超聲波輔助提取，可加快細(xì)胞釋放色素的速度.黑米色素具有抗氧化、改善肝臟中脂質(zhì)、預(yù)防動脈粥樣硬化以及提高視力等生理功能，添加到藥品中既能減少藥品的副作用，又具有天然、安全、增強(qiáng)營養(yǎng)素等優(yōu)點(diǎn)，具有很大的研究價值［8］.黑米色素作為食用天然著色劑具有安全性較高、提供營養(yǎng)及藥理作用、能更好地模仿天然物的顏色、著色時色調(diào)比較自然等諸多優(yōu)點(diǎn)［9－10］.本文實驗考察了一些可能對黑米色素穩(wěn)定性有影響的因素，旨在為黑米色素的進(jìn)一步研究與應(yīng)用提供一些理論依據(jù).

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 樣品來源

黑米:市售(購自沈陽市于洪區(qū)永強(qiáng)農(nóng)貿(mào)市場).

1.1.2 主要試劑

冰醋酸(分析純)，天津博迪化工股份有限公司;乙酸乙酯(分析純)，天津博迪化工股份有限公司;苯甲酸鈉(分析純)，天津博迪化工股份有限公司;過氧化氫(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30 %分析純)，天津博迪化工股份有限公司;丙酮(分析純)，天津博迪化工股份有限公司;檸檬酸(分析純)，天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心;氫氧化鈉(分析純)，天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心;鹽酸(分析純)，沈陽市東興試劑廠;無水乙醇(分析純)，天津市福晨化學(xué)試劑廠;氯化鈉(分析純)，天津市福晨化學(xué)試劑廠;抗壞血酸(分析純)，天津市大茂化學(xué)試劑廠;蔗糖(分析純)，沈陽市新化試劑廠.

1.1.3 主要儀器

SCA210 電子天平，臾豪國際貿(mào)易上海有限公司;721E 型分光光度計，上海光譜儀器有限公司;KQ3200DB 型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲波儀器有限公司;HH4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司;PHB 筆型酸度計，上海盛磁儀器有限公司;紫外誘變箱(自制).

1.2 實驗方法

1.2.1 黑米色素提取方法

稱取新鮮粉碎黑米2 g，加入蒸餾水20 mL，40 W 功率超聲波20 ℃提取20 min;過濾，將提取液稀釋10 倍，即為實驗所用黑米色素稀釋液.

1.2.2 黑米色素最大吸收波長的確定

將上述黑米色素稀釋液以蒸餾水為參比，在pH=3.0 條件下，用721E 型分光光度計在不同波長下測吸光度，確定最大吸收波長.

1.2.3 pH 值對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

取黑米色素稀釋液，用6 mol/L 的HCl和4 mol/L的NaOH 調(diào)節(jié)稀釋液的pH 值，觀察并記錄不同pH 值下黑米色素稀釋液顏色的變化.

1.2.4 光照對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

取新鮮制備的黑米色素稀釋液，調(diào)節(jié)pH 值為3.0，分成2 份，分別在自然光和避光處放置，每天取樣，連續(xù)10 d，在最大吸收波長處分別測其吸光度，并觀察稀釋液顏色的變化.直接用蒸餾水提取出來的黑米色素測不出最大吸收波長，在蒸餾水pH=6.0 條件下黑米色素應(yīng)該是混合物，測不出最大吸收波長.

1.2.5 紫外線對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

取黑米色素稀釋液，調(diào)節(jié)pH 值為3.0，平均分成9 份，在紫外燈(15 W)下，高度為30 cm，分別照射0，10，20，30，40，50，60，70，80 min，照射后在最大吸收波長下測其吸光度值.

1.2.6 溫度對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

取黑米色素稀釋液，調(diào)節(jié)pH 值為3.0，平均分成5 份，分別在20，40，60，80，100 ℃下保溫30 min，在最大吸收波長處測其吸收光度值.

1.2.7 添加劑對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

(1)苯甲酸鈉對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

取黑米色素稀釋液，調(diào)節(jié)稀釋液至pH 值為3.0，平均分成6 份，分別向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25 %，0.50 %，0.75 %，1.00 %，1.25 %的苯甲酸鈉，1 份作為空白對照，靜置30 min，在最大吸收波長下，分別測其吸收光度值，并觀察稀釋液顏色變化.

(2)過氧化氫對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

取黑米色素稀釋液，調(diào)節(jié)稀釋液至pH 值為3.0，平均分成6 份，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5 %，1.0 %，1.5 %，2.0 %，2.5 %的過氧化氫，靜置30 min，1 份作為空白對照，在最大吸收波長下，測其吸光度值，并觀察稀釋液顏色變化.

(3)Vc 對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

取黑米色素稀釋液，調(diào)節(jié)稀釋液至pH 值為3.0，平均分成6 份，分別向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0 %，2.0 %，3.0 %，4.0 %，5.0 %的Vc，1 份作為空白對照，放置30 min 后，在最大吸收波長處，測其吸收光度值，并觀察稀釋液顏色變化.

(4)食鹽對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

取黑米色素稀釋液，調(diào)節(jié)稀釋液至pH 值為3.0，平均分成6 份，分別向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0 %，4.0 %，6.0 %，8.0 %，10.0 %的氯化鈉，1 份作為空白對照，放置30 min 后，在最大吸收波長下，測其吸收光度值.

(5)蔗糖對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

取黑米色素稀釋液，調(diào)節(jié)稀釋液至pH 值為3.0，平均分成6 份，分別向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.0 %，10.0 %，15.0 %，20.0 %，25.0 %的蔗糖，1 份作為空白對照，放置30 min 后，在最大吸收波長下，測其吸收光度值.

(6)檸檬酸對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定

取黑米色素稀釋液，調(diào)節(jié)稀釋液至pH 值為3.0，平均分成6 份，分別向其中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0 %，2.0 %，3.0 %，4.0 %，5.0 %的檸檬酸，1 份作為空白對照，放置30 min 后，在最大吸收波長下，測其吸收光度值.

2 結(jié)果與討論

2.1 黑米色素最大吸收波長的測定結(jié)果

圖1 為黑米色素在不同波長下的吸光度.由圖1 可知黑米色素在波長510 nm 時吸光度值最大，因此，確定黑米色素的最大吸收波長為510 nm.

2.2 pH 值對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

圖2 為黑米色素在不同pH 值下的顏色變化情況.由圖2 可知，pH=6.0 時為黑米色素液的自然pH 值，pH 值低于7.0 時黑米色素的顏色主要呈現(xiàn)紅色，pH 值等于或高于7.0 時黑米色素的顏色主要呈現(xiàn)藍(lán)黑色.由文獻(xiàn)［11］可知，黑米色素在酸性條件下結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，所以在后面測定各種影響黑米色素穩(wěn)定性的因素時，將黑米色素稀釋液的pH 值調(diào)為3.0.

2.3 光照對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

將黑米色素稀釋液分別置于光照和避光2種條件下，每天測定2 種條件下黑米色素稀釋液的吸光度，結(jié)果如圖3 所示.由圖3 可知，光照對黑米色素穩(wěn)定性的影響較大，吸光度從第2 天起就明顯下降，且顏色變?yōu)榉奂t色;但避光放置時，黑米色素的穩(wěn)定性較好，吸光度下降不明顯，且色素顏色不改變.

2.4 紫外線對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

黑米色素稀釋液經(jīng)不同時間紫外線照射后，測定其吸光度，結(jié)果如圖4 所示.

由圖4 可知，隨著紫外線照射時間的增長，吸光度值逐漸減小，但減小程度甚微，并且黑米色素稀釋液的顏色并沒有發(fā)生變化，說明紫外線照射對黑米色素穩(wěn)定性影響很小.

2.5 溫度對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

溫度對黑米色素穩(wěn)定性的影響如圖5 所示.從圖5 可以看出，溫度對黑米色素的穩(wěn)定性有一定影響，尤其是在80～100 ℃范圍內(nèi)黑米色素吸光度變化比較明顯，但20～80 ℃以內(nèi)黑米色素吸光度變化不明顯，穩(wěn)定性較好，但在整個測定過程中黑米色素稀釋液顏色沒有發(fā)生變化.

2.6 添加劑對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

2.6.1 苯甲酸鈉對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的苯甲酸鈉分別與黑米色素稀釋液混合后，經(jīng)放置30 min 后測定吸光度，結(jié)果如圖6 所示.由圖6 可知:加入苯甲酸鈉后黑米色素溶液吸光度增大，色素液的pH 值也增加，由原來的酸性轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性.苯甲酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大對吸光度的影響越大，并且加入苯甲酸鈉后黑米色素顏色發(fā)生改變，可見苯甲酸鈉對黑米色素的穩(wěn)定性影響較大.

2.6.2 過氧化氫對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

過氧化氫對黑米色素穩(wěn)定性的影響如圖7 所示.由圖7 可知，隨著過氧化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，黑米色素稀釋液的吸光度明顯減小，且顏色發(fā)生變化，說明過氧化氫對黑米色素穩(wěn)定性影響較大.

2.6.3 Vc 對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

Vc 對黑米色素穩(wěn)定性的影響如圖8 所示.由圖8 可知，隨Vc 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，黑米色素稀釋液的吸光度值變化較小，并且黑米色素溶液顏色沒有改變，色素液的pH 沒有明顯變化，說明Vc 對黑米色素穩(wěn)定性影響不大.

2.6.4 食鹽對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

食鹽對黑米色素穩(wěn)定性的影響如圖9 所示.由圖9 可知，隨氯化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，黑米色素液吸光度的變化很小，色素液顏色沒有發(fā)生改變，說明食鹽對黑米色素穩(wěn)定性幾乎沒有影響.

2.6.5 蔗糖對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

蔗糖對黑米色素穩(wěn)定性的影響如圖10 所示.由圖10 可以看出，隨蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，黑米色素液吸光度值變化很小，且色素液顏色沒有發(fā)生變化，說明蔗糖對黑米色素穩(wěn)定性的影響不大.

2.6.6 檸檬酸對黑米色素穩(wěn)定性影響的測定結(jié)果

檸檬酸對黑米色素穩(wěn)定性的影響如圖1 所示.由圖11 可以看出，隨檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，黑米色素液吸光度呈下降趨勢，但下降不是很明顯，且黑米色素液顏色未發(fā)生變化，色素液的pH 值沒有發(fā)生明顯改變，可見檸檬酸對黑米色素穩(wěn)定性的影響不大.

3 結(jié)論

(1)黑米色素在蒸餾水中的最大吸收波長為510 nm.

(2)pH 值對黑米色素的色澤影響較大，不同pH 值質(zhì)下色素顏色發(fā)生改變.

(3)光照對黑米色素穩(wěn)定性影響較大，避光條件下黑米色素穩(wěn)定性較好.

(4)紫外線照射在短時間內(nèi)對黑米色素穩(wěn)定性影響較小.

(5)溫度對黑米色素的穩(wěn)定性有一定的影響，在30 min 內(nèi)，80～100 ℃范圍內(nèi)黑米色素吸光度變化比較明顯，但20～80 ℃以內(nèi)黑米色素穩(wěn)定性較好.

(6)苯甲酸鈉和過氧化氫對黑米色素穩(wěn)定性影響較大，同時還會導(dǎo)致色素液顏色明顯改變.不適合與黑米色素同用.

(7)Vc、蔗糖、食鹽以及檸檬酸在酸性條件下對黑米色素穩(wěn)定性影響很小，適合與黑米色素同時使用.

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