紫甘薯飲料中花青素的穩(wěn)定性研究*

孫鵬堯 周芳寧 李喜層 曹燕華 袁素輝 牟德華*

（河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊050000）

·基礎(chǔ)研究·

紫甘薯飲料中花青素的穩(wěn)定性研究*

孫鵬堯**周芳寧 李喜層 曹燕華 袁素輝 牟德華***

（河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊050000）

研究了不同pH值紫甘薯飲料中花青素的色澤光譜特性以及pH值、溫度、抗壞血酸、糖、光照等因素對(duì)紫甘薯飲料中花青素穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，pH值為2.2、3.0、4.0時(shí)花青素較穩(wěn)定，隨著pH值的升高，穩(wěn)定性逐漸降低；高溫處理對(duì)紫甘薯花青素的穩(wěn)定性的影響較顯著，溫度越高，花青素的保留率越低；抗壞血酸的加入會(huì)加速花色苷的降解；葡萄糖和乳糖的加入對(duì)花色苷的穩(wěn)定性無(wú)影響；Fe3+與花青素類(lèi)物質(zhì)形成絡(luò)合物，降低了花青素的穩(wěn)定性，其他的金屬離子對(duì)花色苷的穩(wěn)定性影響不大；光照使花青素穩(wěn)定性降低，自然光在短時(shí)間內(nèi)影響較小，花色苷在白熾燈和紫外燈照射下降解速度加快。

紫甘薯；花青素；穩(wěn)定性

花青素作為一種天然色素廣泛存在于植物的根、莖、葉和花等組織內(nèi)，呈現(xiàn)出紫紅到藍(lán)色的光譜范圍。隨著消費(fèi)者對(duì)合成色素安全性的質(zhì)疑，天然花青素色素在食品、藥品及化妝品行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，但是花青素在使用過(guò)程中容易受到外界因素的影響，如溫度、pH值、光照、金屬離子和添加劑等。紫甘薯飲料是以紫甘薯濃縮汁為主要原料制成的一種含花青素較高的保健飲料，其色澤來(lái)源于花青素。紫甘薯花青素色素因分子中含有大量的?；幕鶊F(tuán)，與其他植物花青素相比色澤鮮亮，穩(wěn)定性較高，具有一定的應(yīng)用前景。

本文主要研究了不同pH值紫甘薯飲料中花青素的色澤光譜特性，并考察了不同pH值條件下和高溫處理后，紫甘薯飲料花青素的變化情況，同時(shí)還考察了抗壞血酸、糖、光照等對(duì)紫甘薯飲料花青素的穩(wěn)定性的影響。

1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1 試驗(yàn)材料及試劑

煙-176紫甘薯，河北省農(nóng)科院糧油所；體積濃度95%乙醇、鹽酸、醋酸鈉、冰醋酸、檸檬酸、磷酸氫二鈉均為分析純，試劑公司購(gòu)置。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

Re-201型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器；SHZ-D（Ⅲ）型循環(huán)水式真空泵；201-升降溫水浴鍋；SP-756p紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)等。

1.3 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

1.3.1 不同pH值下紫甘薯飲料花青素的光譜分析

取1 mL紫甘薯濃縮汁，用不同pH值的磷酸鹽緩沖溶液稀釋至10 mL，做光譜掃描，觀(guān)察光譜特性。

1.3.2 pH值對(duì)飲料花青素穩(wěn)定性的影響

分別取10 mL紫甘薯濃縮汁7份，用磷酸鹽緩沖溶液調(diào)至不同的pH值（2.2～8.0）轉(zhuǎn)移至密封的試管中，放置在室溫下，每隔2 d取樣檢測(cè)（OD530nm），觀(guān)察花青素的變化情況。

1.3.3 溫度對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響

取10 mL紫甘薯濃縮汁用磷酸鹽緩沖溶液調(diào)pH為3，轉(zhuǎn)移至密封的試管中。經(jīng)70℃、80℃、90℃和100℃高溫處理，觀(guān)察花青素的變化情況。

1.3.4 金屬離子對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響

取2 mL紫甘薯濃縮汁，加入10 mL質(zhì)量濃度為0.002 g/mL含有不同金屬離子（Cu2+、Fe2+、Zn2+、Fe3+、Ca2+）的溶液混合均勻，在吸收波長(zhǎng)530 nm處測(cè)定其吸光度，觀(guān)察花青素的變化情況。

1.3.5 抗壞血酸對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響

取2 mL紫甘薯濃縮汁，加入10 mL不同質(zhì)量濃度（0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%）的抗壞血酸溶液混合均勻，在吸收波長(zhǎng)530 nm處測(cè)定其吸光度，觀(guān)察花青素的變化情況。

1.3.6 糖對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響

取2 mL紫甘薯濃縮汁，加入10 mL不同質(zhì)量濃度（0.00%、0.01%、0.05%、0.10%、0.20%、0.50%）的葡萄糖及乳糖糖溶液混合均勻，在吸收波長(zhǎng)530 nm處測(cè)定其吸光度，觀(guān)察花青素的變化情況。

1.3.7 光照對(duì)花青素的穩(wěn)定性影響

取2 mL紫甘薯濃縮汁，加入10 mL pH值為3的磷酸鹽緩沖溶液混合均勻，在吸收波長(zhǎng)530 nm處測(cè)定其吸光度，觀(guān)察花青素的變化情況。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同pH值下紫甘薯花青素的光譜特性

在不同的pH值下，溶液中花青素所存在的4種結(jié)構(gòu)的主體成分是不一樣的，所以溶液的最大吸收峰隨著pH值的不同會(huì)發(fā)生改變。不同pH值下紫甘薯花青素的光譜特性見(jiàn)圖1。由圖1可知，在pH值2.2、3.0、4.0、5.0時(shí)紫甘薯花青素的最大吸收峰出現(xiàn)在530 nm左右，且隨著pH值的升高，吸光度值降低，隨著pH值的再升高溶液的最大吸收波長(zhǎng)產(chǎn)生紅移。

圖1 不同pH值下紫甘薯花青素吸光度值

2.2 pH值對(duì)紫甘薯花青素穩(wěn)定性的影響

不同pH值下紫甘薯色素溶液的保留率見(jiàn)下頁(yè)圖2。由圖2可知，pH值在2.2、3.0、4.0時(shí)紫甘薯花青素較穩(wěn)定，在放置8 d后保留率仍較高，而pH值為5.0、6.0、7.0、8.0放置一段時(shí)間后花青素的保留率明顯較低，尤其是在pH值為7.0和8.0時(shí)，保留率降為50%以下。

2.3 溫度對(duì)紫甘薯花青素穩(wěn)定性的影響

2.3.1 不同溫度處理對(duì)紫甘薯花青素保留率的影響

不同溫度處理后紫甘薯色素溶液的花青素保留率見(jiàn)圖3。由圖3可知，高溫處理對(duì)紫甘薯花青素的穩(wěn)定性的影響較顯著，尤其是在90℃、100℃時(shí)的熱處理下紫甘薯花青素的保留率明顯降低，90℃和100℃處理6 h后溶液中花青素的保留率變?yōu)?1.88%和45.76%，而在70℃和80℃，相對(duì)較穩(wěn)定。

圖3 不同高溫處理后紫甘薯色素溶液的花青素保留率

2.3.2 不同溫度下紫甘薯花青素的變化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)

對(duì)不同溫度下紫甘薯花青素溶液的保留率取負(fù)對(duì)數(shù)，并與時(shí)間t做曲線(xiàn)，得到-ln（At/A0）—t曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖4。由圖4可知，兩者的關(guān)系可擬合為直線(xiàn)，表明不同的高溫處理后紫甘薯花青素的變化符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

圖4 不同高溫處理后紫甘薯花青素的變化動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)

2.4 抗壞血酸對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響

加入不同質(zhì)量濃度的抗壞血酸對(duì)紫甘薯色素溶液花青素保留率的影響，見(jiàn)圖5。由圖5可知，在紫甘薯花青素在抗壞血酸溶液中的保留率下降，且抗壞血酸質(zhì)量濃度越高，保留率越低，紫甘薯花青素的穩(wěn)定性下降。這是由于抗壞血酸被氧化后能產(chǎn)生H2O2，H2O2能引起花青素變化。

圖5 抗壞血酸對(duì)紫甘薯色素溶液花青素保留率的影響

2.5 不同糖對(duì)對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響

2.5.1 乳糖

不同質(zhì)量濃度的乳糖對(duì)花青素的影響見(jiàn)圖6。由圖6可知，花青素在不同質(zhì)量濃度的乳糖溶液中貯存一段時(shí)間后的變化情況，乳糖的存在以及乳糖質(zhì)量濃度的變化在常溫常壓下對(duì)花青素的變化影響不顯著，在放置15 d后花青素的保留率仍在85%以上，可知，在乳糖的存在下花青素較穩(wěn)定。

圖6 乳糖對(duì)紫甘薯花青素保留率的影響

2.5.2 葡萄糖

葡萄糖對(duì)花青素的影響見(jiàn)下頁(yè)圖7，由圖7可知，花青素在不同質(zhì)量濃度的葡萄糖溶液中貯存一段時(shí)間后的變化情況，葡萄糖的存在以及葡萄糖質(zhì)量濃度的變化在常溫常壓下對(duì)花青素的變化影響不顯著，在放置15 d后花青素的保留率仍在85%以上，表明在葡萄糖的存在下花青素較穩(wěn)定。

2.6 不同金屬離子對(duì)紫甘薯花青素穩(wěn)定性的影響

花青素的相鄰羥基可以螯合多價(jià)的金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，使花青素更穩(wěn)定。不同金屬離子對(duì)花青素的影響見(jiàn)圖8。由圖8可知，吸光度值明顯降低，說(shuō)明花青素類(lèi)物質(zhì)和Fe3+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)雜的絡(luò)合物。而其他的金屬離子對(duì)花青素的穩(wěn)定性影響不大。

圖7 葡萄糖對(duì)紫甘薯花青素保留率的影響

圖8 不同金屬離子對(duì)紫甘薯花青素保留率的影響

2.7 光照對(duì)紫甘薯花青素穩(wěn)定性的影響

光照對(duì)花青素的影響見(jiàn)圖9。由圖9可以看出，隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，花青素變化的程度加大。自然光在短時(shí)間內(nèi)影響較小，花青素在白熾燈和紫外燈照射下變化速度加快。

圖9 光照對(duì)紫甘薯花青素保留率的影響

3 結(jié)論

紫甘薯花青素在pH值2.2、3.0、4.0、5.0時(shí)紫甘薯花青素的最大吸收峰出現(xiàn)在530 nm左右，且隨著pH值的升高，吸光度值降低，隨著pH值的再升高溶液的最大吸收波長(zhǎng)產(chǎn)生紅移。紫甘薯花青素溶液在pH值為2.2、3.0、4.0時(shí)較穩(wěn)定，在放置8 d后保留率仍較高，而pH值為5.0、6.0、7.0、8.0放置一段時(shí)間后花青素的保留率明顯較低，尤其是在pH值為7.0和8.0時(shí)，保留率降為50%以下。

高溫處理對(duì)紫甘薯花青素的穩(wěn)定性的影響較顯著，尤其是在100℃、90℃的處理下紫甘薯花青素的保留率明顯降低，90℃和100℃處理6 h后溶液中花青素的保留率變?yōu)?1.88%和45.76%，而在70℃和80℃相對(duì)較穩(wěn)定，且紫甘薯花青素的熱變化符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

在試驗(yàn)濃度范圍內(nèi)，抗壞血酸的加入會(huì)加速花青素的變化；葡萄糖和乳糖的加入對(duì)花青素的穩(wěn)定性無(wú)影響；Fe3+能使花青素的溶液呈現(xiàn)紅褐色，吸光度值明顯降低，而其他的金屬離子對(duì)花青素的穩(wěn)定性影響不大。隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，花青素變化的程度加大，自然光在短時(shí)間內(nèi)影響較小，花青素在白熾燈和紫外燈照射下變化速度加快。

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表3 雙螺桿擠壓膨化溫度的設(shè)定試驗(yàn)

由表3可見(jiàn)，配方-4的五谷雜糧在70℃、130℃、180℃的溫度區(qū)間段中，擠壓膨化后的色澤和熟化度最佳。

3.4 油炸試驗(yàn)

五谷鍋巴已經(jīng)過(guò)熟化過(guò)程，油炸是為了確保雜糧鍋巴質(zhì)感和酥脆度。油炸階段最重要的是掌握油炸鍋巴時(shí)的溫度與加熱時(shí)間的長(zhǎng)短，以確保雜糧鍋巴質(zhì)感和酥脆度。如果油炸鍋巴的油溫太高，則雜糧片顏色變黑，有苦味，且鍋巴明顯脹大，膨脹的厚度也不一致；如果油炸鍋巴的油溫過(guò)低，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，雜糧片上色不均，酥脆程度不勻。經(jīng)多次試驗(yàn)可知，油量要多，油溫為80℃，油炸時(shí)間以鍋巴浮于油面為宜，此時(shí)雜糧片受熱上色均勻，酥脆程度適宜。

4 結(jié)論

4.1 五谷鍋巴的配方

玉米（60目）、大豆、燕麥、芝麻、小米質(zhì)量比為2.0∶1.0∶0.5∶0.5∶1.0。

4.2 工藝條件

a）雜糧預(yù)煮條件是玉米、小米在水溫30℃中靜置時(shí)間30 min，大豆、燕麥在水溫20℃中靜置時(shí)間40 min。

b）擠壓膨化的三段溫度為70℃、130℃、180℃。

c）油炸條件為油溫80℃，油炸時(shí)間以鍋巴浮于油面為宜。

4.3 指標(biāo)

感觀(guān)指標(biāo)：產(chǎn)品色澤呈淺褐色，無(wú)焦生現(xiàn)象，具有五谷雜糧的特殊香味和調(diào)味品的滋味和香味。理化指標(biāo)：水分≤5%，鉛≤0.2 mg/kg，砷≤0.2 mg/kg。衛(wèi)生指標(biāo)：細(xì)菌總數(shù)≤l 000 cfu/g，大腸桿菌群≤30 cfu/100g，致病菌不得檢出。

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Study on the stability ofanthocyanin in purp le sweet potato beverage*

SUN Peng-Yao**ZHOU Fang-Ning LI Xi-Ceng Cao Yan-Hua YUAN Su-Hui MOUDe-Hua***
（College ofbioscience and bioengineering，Hebei university ofscience and technology，Hebei Shijiazhuang 050000，China）

Thespectrum characteristicsofanthocyanins in purplesweetpotatobeveragewith differentpHwasanalyzed, besides,theeffectofpH,temperature,Vc,sugar,and lighton thestabilityofanthocyanin from purplesweetpotatobeverage werestudied.The resultsshowed thattheanthocyaninshad betterstabilityatthepH of2.2,3.0,4.0。Thestabilitygradually decreased alongwith the pH increased.High temperature had obvious effect on the stabilityofpurple sweet potatoanthocyaninsand thehigher the temperaturewas,the lower retention ofanthocyanin had.Vc could accelerate thedegradation of anthocyanins.Glucoseand lactosehad noeffecton thestabilityofanthocyanins.Clathratewhich formed ofFe3+and anthocyan might reduce the stability ofanthocyanins,however,other metal ions had no influence almost.The stabilityofanthocyaninsdecreased under the light.Natural lighthad noobviousimpactinashortperiod oftime.Incandescentlightand ultravioletlamp could speed up decomposition ofanthocyanin.

purple sweet potato；anthocyanin；stability

TS273

A

1673-6044（2014）03-0028-05

10.3969/j.issn.1673-6044.2014.03.010

河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“山區(qū)甘薯綜合加工技術(shù)與示范”（12231009D）；河北科技大學(xué)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201310082013）。

**孫鵬堯，女，1990年出生，河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院食品科學(xué)專(zhuān)業(yè)在讀研究生。

***牟德華，通訊作者：E-mail：dh_mou@163.com.

2014-06-11