金屬離子和食品添加劑對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響

付紅巖，李自強(qiáng)，姚 晶，張 筠，姜瞻梅，*

(1.黑龍江東方學(xué)院，黑龍江哈爾濱150086;2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150001)

花色苷(Anthocyanin)是一種廣泛分布于自然界的人們最為熟悉的水溶性天然色素，它們構(gòu)成了植物王國(guó)中絕大多數(shù)品種的紅色、紫色、藍(lán)色和黃色等?；ㄉ盏膩?lái)源也十分豐富，廣泛的存在于植物的果實(shí)、花、莖和葉中的液泡內(nèi)，如紫葡萄、黑豆、紫玉米、黑加侖、草莓、黑樹(shù)莓、蘋果、櫻桃、紫甘藍(lán)、茄子皮等，使其呈現(xiàn)紅、紫紅到藍(lán)等不同顏色［1］。已知存在的天然花色苷有250多種，但花色苷仍未能廣泛的應(yīng)用于食品染色，其原因主要有三:首先它們的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，而且難于提純，所以不易作為商品大量獲得。其次，花色苷與合成色素相比，其色度在數(shù)量級(jí)上要低100倍。而且其顏色很容易受到食品中發(fā)生的大量化學(xué)反應(yīng)的影響［2］。紫甘薯花色苷(PSPA)是從紫色甘薯的塊根中浸提出的一種優(yōu)質(zhì)的天然食用色素，色澤鮮亮自然，無(wú)毒，無(wú)特殊氣味。近年來(lái)的研究表明，紫甘薯色素具有清除自由基、抗氧化、抗突變、降血壓，改善肝機(jī)能等多種生理功能，在食品、化妝品及醫(yī)藥等行業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景［3］?；ㄉ赵诩庸み^(guò)程中容易被氧化和破壞而失去生物活性，因此保持紫甘薯花色苷的生物活性是紫甘薯花色苷應(yīng)用的一大關(guān)鍵。本論文主要研究紫甘薯花色苷在加工保藏過(guò)程中影響其穩(wěn)定性的因素，為設(shè)計(jì)紫甘薯花色苷的加工和保藏工藝提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫甘薯 市售;葡萄糖、蔗糖、抗壞血酸、山梨酸鉀 食品級(jí)。

紫外分光光度計(jì)Spectrum723 上海光譜儀器有限公司;恒溫水浴鍋HH.S21－Ni4 北京長(zhǎng)安科學(xué)儀器;高速冷凍離心機(jī)GL－25MS(H2500R)GL－25M 上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紫甘薯花色苷提取液的制備 新鮮紫甘薯切成約5mm薄片，在50℃溫度下烘干至恒重。經(jīng)中藥粉碎機(jī)粉碎后，過(guò)60目篩，于－10℃冷藏避光保存。

結(jié)合毛建霏、顧紅梅［4－5］等人的方法，取紫甘薯粉4g于250mL錐形瓶，加入100mL 0.1mol/L檸檬酸溶液，在25℃下超聲半個(gè)小時(shí)，超聲后于4000r/min下旋轉(zhuǎn)離心，將上層提取液合并得到紫甘薯花色苷提取液。

1.2.2 紫甘薯花色苷提取液吸光值的測(cè)定 參考毛建飛［4］等人的方法，取5mL提取液于10mL試管，用0.1mol/L檸檬酸水溶液稀釋至10mL?？瞻状郎y(cè)試管取相同量樣品液，在定容前加入0.5mL 10%Na2SO3溶液?；靹虿㈧o置5min后分別于1cm的比色皿中。以加入Na2SO3溶液的提取液為空白，用分光光度計(jì)在波長(zhǎng)518nm處測(cè)定提取液得到吸光值。

1.2.3 金屬離子對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性影響

1.2.3.1 Zn2+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響 鋅在食品中的最大允許值為20mg/kg(以Zn2+濃度計(jì))，在食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)使用范圍內(nèi)，向花色苷溶液中添加硫酸鋅，使花色苷溶液中Zn2+的濃度分別為0、5、10、15、20(mg/kg，以 Zn2+計(jì))，在 50℃ 分別保溫 1 和 3h后，對(duì)處理前后的紫甘薯花色苷提取液吸光度進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.3.2 Cu2+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響 銅在食品中的最大允許值為10mg/kg(以Cu2+濃度計(jì))，在食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)使用范圍內(nèi)，向紫甘薯花色苷提取液中添加硫酸銅，使紫甘薯花色苷提取液中Cu2+的濃度分別為 0、2.5、5、7.5、10(mg/kg，以 Cu2+計(jì))。吸光值檢測(cè)方法如1.2.3.1。

1.2.3.3 Mg2+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響 為考察鎂離子對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響，向紫甘薯花色苷提取液中添加硫酸鎂，使花色苷提取液中Mg2+的濃度分別為 0、0.05、0.1、0.15、0.2(mol/L，以Mg2+計(jì))。吸光值檢測(cè)方法如1.2.3.1。

1.2.3.4 K+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響 為考察K+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響，向紫甘薯花色苷提取液中添加氯化鉀，使紫甘薯花色苷提取液中K+的濃度分別為 0、0.05、0.1、0.15、0.2(mol/L，以 K+計(jì))。吸光值檢測(cè)方法如1.2.3.1。

1.2.4 添加劑對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響

1.2.4.1 葡萄糖對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響 為考察葡萄糖對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響，向紫甘薯花色苷提取液中添加葡萄糖，使待測(cè)溶液中葡萄糖濃度分別為0%、2%、4%、6%、8%。吸光值檢測(cè)方法如1.2.3.1。

1.2.4.2 蔗糖對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響 為考察蔗糖對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響，向紫甘薯花色苷提取液中添加蔗糖，使待測(cè)溶液中蔗糖濃度分別為0%、2%、4%、6%、8%。50℃分別保溫1、2、3h后，對(duì)處理前后的花色苷提取液吸光度進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.4.3 抗壞血酸對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響為考察抗壞血酸對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響，向紫甘薯花色苷提取液中添加抗壞血酸，使待測(cè)溶液中抗壞血酸濃度分別為 0、1、1.5、2、2.5mg/mL。50℃分別保溫1h后，對(duì)處理前后的花色苷提取液吸光度進(jìn)行檢測(cè)。

1.2.4.4 山梨酸鉀對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響 為考察山梨酸鉀對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響，向紫甘薯花色苷提取液中添加山梨酸鉀，使待測(cè)溶液中山梨酸鉀濃度分別為0.05%、0.1%、0.15%、0.2%。50℃分別保溫1、3h后，對(duì)處理前后的花色苷提取液吸光度進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 Zn2+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響

在所研究的濃度范圍內(nèi)(0～20mg/kg)，Zn2+對(duì)紫甘薯花色苷影響規(guī)律如圖1。

圖1 Zn2+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of Zn2+on stability of anthocyanins pigment from purple sweetpotato

由圖1可知，從整體上看，在食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)使用范圍內(nèi)，Zn2+對(duì)紫甘薯花色苷起增色作用，能幫助穩(wěn)定花色苷構(gòu)型。50℃下保持1h，除濃度為10mg/kg Zn2+紫甘薯花色苷提取液外，其余三個(gè)濃度與未添加Zn2+離子提取液吸光值相近。50℃下保持3h，添加Zn2+樣品均較未添加樣品吸光值增加，但各濃度間差異不大。說(shuō)明Zn2+對(duì)紫甘薯花色苷起增色作用，能穩(wěn)定花色苷構(gòu)型，但在5～20mg/kg Zn2+濃度范圍內(nèi)，其穩(wěn)定性作用與濃度無(wú)明顯關(guān)系。

花色苷因?yàn)榫哂朽徫涣u基結(jié)構(gòu)，能和金屬離子形成配合物，這種配合物的穩(wěn)定性高于花色苷，一旦生成不易逆轉(zhuǎn)，從而體現(xiàn)出對(duì)花色苷穩(wěn)定性影響的作用。50℃保溫1h，Zn2+濃度為10mg/kg樣品組，其吸光值低于未添加對(duì)照組，保溫3h則顯現(xiàn)出對(duì)紫甘薯花色苷的增色作用，且與其他添加組吸光值相近，推測(cè)可能是鋅離子與紫甘薯花色苷間的平衡作用有關(guān)。

2.2 Cu2+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響

在所研究濃度范圍內(nèi)(0～10mg/kg)，Cu2+對(duì)紫甘薯花色苷影響規(guī)律如圖2。

圖2 Cu2+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of Cu2+on stability of anthocyanins pigment from purple sweetpotato

由圖2可知，從整體上看，在食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)使用范圍內(nèi)，Cu2+對(duì)紫甘薯花色苷起增色作用，能幫助穩(wěn)定花色苷構(gòu)型。50℃下保持1h，除濃度為5mg/kg Cu2+的紫甘薯花色苷提取液外，其余三個(gè)濃度與未添加Cu2+離子提取液吸光值相近。50℃下保持3h，添加Cu2+樣品均較未添加樣品吸光值增加，10mg/kg添加組在50℃條件下保存3h，吸光值增加33.3%。

Cu2+對(duì)紫甘薯花色苷起增色作用，能穩(wěn)定花色苷構(gòu)型。其中Cu2+濃度為5mg/kg樣品組其吸光值在保溫1h下低于未添加對(duì)照組，保溫3h下顯現(xiàn)出對(duì)紫甘薯花色苷的增色作用，其可能原因同2.1。

2.3 Mg2+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響

在所研究濃度范圍內(nèi)(0～0.2mol/L)，Mg2+對(duì)紫甘薯花色苷影響規(guī)律如圖3。

圖3 Mg2+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of Mg2+on stability of anthocyanins pigment from purple sweetpotato

由圖3可知，從整體上看，Mg2+對(duì)甘薯花色苷起穩(wěn)定作用。50℃下保溫3h，添加Mg2+樣品吸光值均大于未添加組，且隨濃度升高，吸光值遞增。50℃下保溫1h，添加Mg2+樣品吸光值均大于較未添加對(duì)照組，Mg2+濃度超過(guò)0.15mol/L時(shí)，Mg2+對(duì)紫甘薯花色苷增色能力減弱，其吸光值下降。從整理來(lái)看Mg2+具有穩(wěn)定紫甘薯花色苷的作用，能幫助穩(wěn)定花色苷構(gòu)型，但高濃度組(＞0.15mol/L)隨時(shí)間延長(zhǎng)，增色作用減弱，這可能Mg2+與紫甘薯花色苷配合物穩(wěn)定性有關(guān)。

2.4 K+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響

在所研究濃度范圍內(nèi)(0～0.2mol/L)，K+對(duì)紫甘薯花色苷影響規(guī)律如圖4。

由圖4可知，從整體上看，K+對(duì)紫甘薯花色苷起增色作用。50℃下保持1h，各濃度K+添加組與未添加對(duì)照組吸光值相近。50℃下保持3h，添加K+樣品均較未添加樣品吸光值增加，濃度低于0.15mol/L時(shí)，隨濃度升高，吸光值明顯增加，經(jīng)單因素方差分析，與未添加樣品差異顯著。說(shuō)明K+對(duì)紫甘薯花色苷起增色作用，能穩(wěn)定花色苷構(gòu)型，但K+濃度超過(guò)0.15mol/L時(shí)，其對(duì)紫甘薯花色苷增色作用減弱，可能原因同2.3。

圖4 K+對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of K+on stability of anthocyanins pigment from purple sweetpotato

2.5 葡萄糖對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響

在所研究濃度范圍(0～8%，以質(zhì)量計(jì))內(nèi)，葡萄糖對(duì)紫甘薯花色苷影響規(guī)律如圖5。

圖5 葡萄糖對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of glucose on stability of anthocyanins pigment from purple sweetpotato

由圖5可知，從整體上看，葡萄糖對(duì)紫甘薯花色苷起增色作用，能幫助穩(wěn)定花色苷構(gòu)型。50℃下保持1、3h，添加葡萄糖組吸光值均大于未對(duì)照組吸光值，且在研究濃度范圍內(nèi)，隨葡萄糖濃度升高，紫甘薯花色苷提取液吸光值逐漸遞增，經(jīng)單因素方差分析，差異性顯著。

可見(jiàn)葡萄糖對(duì)花色苷的穩(wěn)定性影響與糖濃度有關(guān)，在高濃度的糖存在下，由于水分活度降低，花色苷生成假堿式結(jié)構(gòu)的速度減慢，所以花色苷的顏色得到了保護(hù)。

糖及其降解產(chǎn)物均能引起花色苷的降解，Daravingas等在研究中發(fā)現(xiàn)蔗糖、果糖、葡萄糖和木糖均能以同樣的方式加速花色苷的降解，糖的典型降解產(chǎn)物中糠醛對(duì)花色苷的降解比羥甲基糠醛更重要［6］。在本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未見(jiàn)高濃度葡萄糖與蔗糖對(duì)紫甘薯花色苷提取液穩(wěn)定性影響，可能是因?yàn)樘崛∫旱蚿H(pH3.07)抑制了美拉德反應(yīng)。

2.6 蔗糖對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響

在所研究濃度范圍內(nèi)(0～8%，以質(zhì)量計(jì))，蔗糖對(duì)紫甘薯花色苷影響規(guī)律如圖6。

由圖6可知，從整體上看，蔗糖對(duì)紫甘薯花色苷起增色作用，能幫助穩(wěn)定花色苷構(gòu)型。50℃下保持1、3h，添加蔗糖組吸光值均大于未對(duì)照組吸光值，差異顯著，添加蔗糖比對(duì)照組吸光值均增高0.1以上，且在研究濃度范圍內(nèi)，隨蔗糖濃度升高，紫甘薯花色苷提取液吸光值逐漸遞增。其原因同2.5。

圖6 蔗糖對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of sucrose on stability of anthocyanins pigment from purple sweetpotato

2.7 山梨酸鉀對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響

在所研究濃度范圍內(nèi)(0～0.2%，以質(zhì)量計(jì))，山梨酸鉀對(duì)紫甘薯花色苷影響規(guī)律如圖7。

圖7 山梨酸鉀對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of potassium sorbate on stability of anthocyanins pigment from purple sweetpotato

由圖7可以看出，添加4種不同濃度山梨酸鉀，50℃保存1h，紫甘薯花色苷提取液吸光值接近未添加對(duì)照組。50℃保存3h，紫甘薯花色苷提取液的吸光值明顯高于未添加對(duì)照組。由此可見(jiàn)，山梨酸鉀對(duì)紫甘薯花色苷有一定的護(hù)色作用。

2.8 抗壞血酸對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響

在所研究濃度范圍內(nèi)(0～2.5mg/mL)，抗壞血酸對(duì)紫甘薯花色苷影響規(guī)律如圖8。

圖8 抗壞血酸對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of ascorbic acid on stability of anthocyanins pigment from purple sweetpotato

由圖8可以看出，添加4種濃度抗壞血酸后，紫甘薯花色苷溶液的穩(wěn)定性有所降低，添加抗壞血酸的花色苷提取液的吸光度從1h即低于未添加組，且溶液抗壞血酸濃度越高，吸光度越低，抗壞血酸濃度為0.25mg/mL的花色苷提取液，50℃下保溫3h，吸光值下39%。

由此可見(jiàn)，抗壞血酸對(duì)黑莓色素有明顯的降解作用，這可能是因?yàn)榭箟难岜谎趸竽墚a(chǎn)生H2O2，H2O2直接親核進(jìn)攻花色苷的C2位，使花色苷開(kāi)環(huán)生成查爾酮引起花色苷的降解。

3 結(jié)論

不同的金屬離子和食品添加劑對(duì)紫甘薯花色苷穩(wěn)定性起到不同的作用:5種金屬離子K+、Mg2+、Zn2+、Cu2+均有一定的護(hù)色或增色作用，幫助穩(wěn)定花色苷構(gòu)型。其中Zn2+、Cu2+均顯現(xiàn)出較強(qiáng)的增色作用，Cu2+增色能力高于 Zn2+，10mg/kg Cu2+添加組在50℃條件下保存3h，吸光值增加33.3%，同濃度Zn2+添加組吸光值增加26.2%;Mg2+與 K+濃度超過(guò)0.15mol/L時(shí)其穩(wěn)定作用減弱，這可能Mg2+、K+與紫甘薯花色苷配合物穩(wěn)定性有關(guān)。

甜味劑葡萄糖和蔗糖對(duì)紫甘薯花色苷均有一定的護(hù)色作用，且在研究濃度范圍內(nèi)(0～8%，以質(zhì)量計(jì))，隨葡萄糖、蔗糖濃度升高，紫甘薯花色苷提取液吸光值逐漸遞增。可見(jiàn)葡萄糖對(duì)花色苷的穩(wěn)定性影響與糖濃度有關(guān)，在高濃度的糖存在下，由于水分活度降低，花色苷生成假堿式結(jié)構(gòu)的速度減慢，所以花色苷的顏色得到了保護(hù)。防腐劑山梨酸鉀對(duì)紫甘薯花色苷有一定的護(hù)色作用，但效果并不明顯?？箟难釋?duì)紫甘薯花色苷有明顯的破壞作用，50℃下保溫3h，吸光值下降39%，這可能是因?yàn)榭箟难岜谎趸竽墚a(chǎn)生H2O2，H2O2直接親核進(jìn)攻花色苷的C2位，使花色苷開(kāi)環(huán)生成查爾酮引起花色苷的降解。

［1］龐志申.2000.花色苷研究概況［J］.北京農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000，18(5):37－42.

［2］任玉林，李華，邴貴德.天然食用色素－花色苷［J］.食品科學(xué)，1995，7(16):22－27.

［3］Truong V，Deighton N，Thompson R T，et al.Characterization of Anthocyanins and Anthocyani dins in Purple －FleshedSweetpotatoes by HPLC－DAD/ESI－MS/MS［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2010，58(2):404－410.

［4］毛建霏，付成平，郭靈安，等.可見(jiàn)分光光度法測(cè)定紫甘薯總花青素含量［J］.食品與發(fā)酵科技，2010(2):101－104.

［5］顧紅梅，張新申，蔣小萍.超聲波法和凍結(jié)－融解法相結(jié)合提取紫甘薯中花色甙［J］.食品科學(xué)，2004，25(7):104－108.

［6］Daravingas G，Cain R F.Thermal degradation of black raspberry anthocyanin pigments in model systems［J］.Journal of Food Science，1968(33):138－142.