蛇莓果紅色素降解動力學(xué)研究

朱玉昌，李 偉，周大寨，羿宗國

(1.湖北民族學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 恩施 445000； 2.生物資源保護與利用湖北省重點實驗室(湖北民族學(xué)院)，湖北 恩施 445000； 3.恩施市芭蕉農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，湖北 恩施 445000)

蛇莓果紅色素降解動力學(xué)研究

朱玉昌1，李 偉1，周大寨2，羿宗國3

(1.湖北民族學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 恩施 445000； 2.生物資源保護與利用湖北省重點實驗室(湖北民族學(xué)院)，湖北 恩施 445000； 3.恩施市芭蕉農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，湖北 恩施 445000)

以鮮蛇莓果為原料提取其紅色素，測定該色素提取液在不同光照、pH值及溫度下于540 nm波長的吸光度值，以此表征其穩(wěn)定性，并在此基礎(chǔ)上歸納其降解反應(yīng)動力學(xué)方程.結(jié)果表明：鮮蛇莓果紅色素光降解、酸降解及熱降解均符合動力學(xué)一級反應(yīng)規(guī)律，熱反應(yīng)活化能為17.98 kJ/mol，是一種較為理想的酸性食品添加劑，適用于冷加工食品著色.

蛇莓果;紅色素；穩(wěn)定性；動力學(xué)

蛇莓果紅色素是以多年生草本植物蛇莓(DuchesneaindicaFocke，又稱紅頂果、地楊梅、三葉莓、龍吐珠等[1])的果實為原料提取得到的天然色素，可用于果酒、果汁型飲料、糖果、果凍、山楂糕等的著色.Qin等[2]通過質(zhì)譜鑒定其為花色苷類，包括矢車菊色素(61%)、芍藥色素(34%)和牽?；ㄉ?5%).有關(guān)蛇莓果紅色素提取及穩(wěn)定性的研究已有報道[3-5]，但目前尚無其降解動力學(xué)的深入研究.本文對蛇莓果紅色素在不同光照、pH、溫度及pH和溫度互作下的降解動力學(xué)作了初步研究，提出了不同條件下的降解動力學(xué)方程，計算了反應(yīng)的活化能，為預(yù)測其在提取、貯存和加工過程中的穩(wěn)定性提供必要的理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

蛇莓鮮果：九成熟左右，采摘于湖北民族學(xué)院附近，經(jīng)湖北民族學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院鄭小江教授鑒定，采后低溫高濕保存.無水乙醇、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、蒸餾水、鹽酸、氫氧化鈉等，均為分析純.HH-4型恒溫水浴鍋；FA2140型電子分析天平；pHBJ-260型便攜式pH計；756MC紫外可見分光光度計；冷凍離心機等.

1.2 試驗方法

1.2.1 色素的提取 稱取一定量的新鮮蛇莓果實放入研缽中，磨碎后按1∶3加入80%的乙醇，浸提30 min后，過濾、離心(4 800 r/min，15 min)即得1∶3色素溶液，使用前用80%乙醇稀釋成1∶30色素溶液.

圖1 蛇莓果紅色素特征吸收光譜Fig.1 Charactersistic absorption spectrum of Mockstrawberry fruit re pigment

圖2 不同光照下蛇莓果紅色素穩(wěn)定性Fig.2 Effect of light on stability of Mockstrawberry fruit red pigment

不同光照k/h-1rt1/2/h自然光0．02670．99013．842暗室0．00640．993519．000日光燈0．01130．992910．030

1.2.2 蛇莓果紅色素的光譜特征 取一定量的色素液，用80%乙醇稀釋10倍后在波長200～600 nm范圍內(nèi)進行紫外掃描分析，根據(jù)掃描圖譜得到蛇莓果紅色素的最大吸收波長.

1.2.3 蛇莓果紅色素穩(wěn)定性的研究 在紫外掃描圖得到蛇莓果紅色素的最大吸收波長處測定蛇莓果紅色素在各種環(huán)境條件下的吸光度，以吸光度大小變化來衡量蛇莓果紅色素的穩(wěn)定性.

1.2.3.1 光效應(yīng) 取等量1∶30蛇莓果紅色素溶液，分別置于暗處、室內(nèi)日光燈及自然光下，按0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0 h時間間隔測其在最大吸收峰處的吸光度.

1.2.3.2 酸堿效應(yīng) 取等量1∶30蛇莓果紅色素溶液，分別加入等體積pH分別為2、4、6、8的緩沖液，充分振蕩后按0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h時間間隔測其在最大吸收峰處的吸光度.

1.2.3.3 熱效應(yīng) 取等量1∶30蛇莓果紅色素溶液，分別置于20、30、40、50、60、70、80、90℃恒溫水浴鍋中，按5、10、15、20、25、30、35、40 min時間間隔測其在最大吸收峰處的吸光度.

1.2.3.4 酸與熱的互作效應(yīng) 在編號為pH2、pH4、pH6的帶塞試劑瓶中分別加入等量蛇莓果紅色素溶液，再對應(yīng)加入等量pH為2、4、6、8的緩沖液，分別加熱至20、30、40、50、60、70℃維持2 min，取出迅速冷卻后測其在最大吸收峰處的吸光度.

2 結(jié)果與分析

2.1 蛇莓果紅色素的光譜特征

蛇莓果紅色素80%乙醇溶液在200～600 nm范圍內(nèi)的特征吸收光譜如圖1所示，其在338 nm、490 nm和540nm處各有一個明顯的吸收峰，與田成[3]的研究結(jié)果一致.蛇莓果紅色素的色澤是引起其可見光區(qū)吸收峰值變化的原因，故本試驗以可見光區(qū)540 nm吸收峰作為該色素測定的最大波長.

2.2蛇莓果紅色素穩(wěn)定性研究

表1數(shù)據(jù)顯示，蛇莓果紅色素的降解速率在自然光照下最快，半衰期最短，放置10 h后降解率達到61.80%，而在日光燈和暗室下僅降解24.50%和12.29%，說明蛇莓果紅色素對陽光很不穩(wěn)定，這與欽傳光等[4]的研究結(jié)果一致，所著色的食品應(yīng)避免光照.

2.2.2 酸堿度對蛇莓果紅色素穩(wěn)定性的影響 在酸性和堿性體系中，蛇莓果紅色素的穩(wěn)定性有明顯差異(圖3)：在試驗設(shè)定的酸性條件下(pH2、pH4、pH6)，隨著pH值的增加，吸光度值隨時間的增加呈現(xiàn)降低趨勢，色澤由紅色到粉紅色再到淡黃褐色；而在試驗設(shè)定的堿性條件下(pH8)則作無規(guī)律變化，色澤為黃褐色.在酸性環(huán)境下，蛇莓果紅色素的吸光度與時間均為線性關(guān)系，根據(jù)郎伯-比爾定律得到不同酸性條件反應(yīng)下的k值、線性相關(guān)系數(shù)r及半衰期t1/2(表2).

圖3 不同pH下蛇莓果紅色素穩(wěn)定性Fig.3 Effect of pH on stability of Mockstrawberry fruit red pigment

pH值k/h-1rt1/2/h20．00040．9798185．9440．00040．9973177．9060．00040．9939170．90

圖4 不同溫度下蛇莓果紅色素穩(wěn)定性Fig.4 Effect of temperature on stability of Mockstrawberry fruit red pigment

溫度/℃k/h-1rt1/2/h200．00180．997479．19300．00190．997974．39400．00190．994773．25500．00210．998664．94600．00220．999360．88700．00220．994359．00

圖5 不同pH和溫度下蛇莓果紅色素穩(wěn)定性Fig.4 Effect of pH and temperature on stability of Mockstrawberry fruit red pigment

在不同的酸性環(huán)境中，蛇莓果紅色素反應(yīng)的k值和線性相關(guān)系數(shù)r及半衰期t1/2沒有明顯差異，說明其在酸性體系中穩(wěn)定性較強，不適宜于中性或堿性條件下使用.

2.2.3 熱對蛇莓果紅色素穩(wěn)定性的影響 如圖4顯示，當(dāng)溫度在試驗設(shè)定的70℃范圍內(nèi)，蛇莓果紅色素在短時間內(nèi)處于較穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)40 min熱處理，最高降解率為15.55%(70℃)，說明該色素具有一定的熱穩(wěn)定性.當(dāng)溫度高于70℃時，蛇莓果紅色素迅速被破壞，在5 min內(nèi)其色澤由紅色變?yōu)樽厣憩F(xiàn)出對高溫的敏感性.在試驗設(shè)定的低溫下(不超過70℃)，蛇莓果紅色素的吸光度與時間均為線性關(guān)系，這與大量文獻報道的花色苷熱降解為一級反應(yīng)一致[6-7]，根據(jù)郎伯-比爾定律得到不同低溫?zé)峤到夥磻?yīng)下的k值、線性相關(guān)系數(shù)r及半衰期t1/2(表3).

在設(shè)定的低溫范圍內(nèi)，溫度越高，蛇莓果紅色素的降解速率越快(表3)，70℃時的半衰期為20℃時的1.34倍，在其加工或使用過程中應(yīng)避免長時間加熱.

2.2.4 酸堿與熱互作對蛇莓果紅色素穩(wěn)定性的影響 在不同pH和溫度共同影響下，蛇莓果紅色素的降解反應(yīng)仍遵循一級反應(yīng)(圖5).在同一pH條件下，蛇莓果紅色素的降解速率隨溫度的升高而加快；在同一溫度下，蛇莓果紅色素?zé)峤到夥磻?yīng)隨著pH值的增大而加快，進一步驗證了上述酸效應(yīng)和熱效應(yīng)對色素穩(wěn)定性的影響.

3 結(jié)論

蛇莓果紅色素的光降解、酸降解均符合動力學(xué)一級反應(yīng)規(guī)律，其降解反應(yīng)半衰期隨光強度、pH值的增加呈縮短趨勢，是一種較為理想的酸性食品添加劑，使用中應(yīng)避免強光照.與大多數(shù)花色苷的熱降解相似，蛇莓果紅色素的熱降解反應(yīng)為一級反應(yīng)，熱反應(yīng)活化能為17.98 kJ/mol，不適于高溫處理的食品著色.

[1] Jiangsu New Medical College. Dictionary of Chinese material medica[M].Shanghai： Shanghai Scientific and Technical Publishers,1997: 2116.

[2] Qin C G,Li Y,Zhang R J,et al.Separation and elucidation of anthocyanins in the fruit of mockstrawberry (DuchesneaindicaFocke)[J].Natural Product Research,2009,23(17):1589-1598.

[3] 田成.蛇莓果實色素的穩(wěn)定性研究[J].食品科學(xué),2008,29(4):12-18.

[4] 欽傳光,張泗軍,丁焰,等.蛇莓果天然色素的穩(wěn)定性分析究[J].中南民族學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,1997,16(3):42-46.

[5] 欽傳光, 張泗軍,丁焰,等.蛇莓紅色素穩(wěn)定性的研究[J].食品添加劑, 1997(3):34-35.

[6] 宋會歌,劉美艷,董楠,等.食品中花色苷降解機制研究進展[J].食品科學(xué),2011,32(13):355-359.

[7] Ochoa M R,Kesseler A G,De Michelis A,et al.Kinetics of colour change of raspberry, sweet (Prunus avium) and our (Prunus cerasus) cherries preserves packed in glass containers: light and room temperature effects[J].Journal of Food Engineering,2001,49(1):55-62.

[8] 宗順.物理化學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2000:2-19.

ResearchonDegradationKineticofMockstrawberryFruitRedPigment

ZHU Yu-chang1,LI Wei1,ZHOU Da-zhai2,YI Zong-guo3

(1.School of Biological Science and Technology,Hubei University for Nationalities,Enshi 445000,China;2.Key Laboratory of Biologic Resources and Utilization of Hubei Province (Hubei University for Nationalities), Enshi 445000,China;3.Enshi Bajiao Agricalture Service Center,Enshi 445000,China)

The red pigment was extracted from fresh Mockstrawberry fruit. The absorbance of extract was measured at 540nm wavelength under different light, pH and temperature, and the pigment stability was indicated by absorbance. On the base, the dynamics equations to describe the degrading reaction were induced. The results showed that the light degradation, acid degradation and thermal degradation all belonged to the first class dynamics reaction, and the thermal activation energy was 17.98kJ/mol. These results indicated that the red pigment is a quite ideal food additive for food made in acidic conditions, and suitable for coloring cold processing food.

Mockstrawberry fruit; red pigment; stability; kinetics

2013-05-10.

國家自然科學(xué)基金地區(qū)項目(31260057)；湖北省教育廳B類項目(B20082901).

朱玉昌(1979- )，女，講師，碩士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工的研究.

TS202.3

A

1008-8423(2013)02-0129-03