馬鈴薯淀粉對紅曲紅色素的吸附及光褪色與熱穩(wěn)定性研究

劉立增，董世瑞，連喜軍，*，王巖巖，呂俊營

（1.天津商業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，天津300134；2.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津300134）

馬鈴薯淀粉對紅曲紅色素的吸附及光褪色與熱穩(wěn)定性研究

劉立增1，董世瑞2，連喜軍2，*，王巖巖1，呂俊營1

（1.天津商業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，天津300134；2.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津300134）

對紅曲紅色素吸附于馬鈴薯淀粉顆粒的形貌、紅色素光褪色、熱穩(wěn)定性進行了研究。紫外吸收實驗表明，淀粉對紅曲紅色素有極強的吸附作用。光學(xué)顯微鏡實驗結(jié)果表明：在淀粉表面發(fā)生了對紅色素的吸附作用，且表層吸附的紅色素未對淀粉球晶的黑十字消光產(chǎn)生明顯的影響。落射熒光顯微鏡研究結(jié)果表明，對吸附混合物6個月自然光照射后，紅色素發(fā)生了明顯的光褪色。100℃的蒸制溫度對淀粉吸附的紅曲紅色素結(jié)構(gòu)破壞比較小。

馬鈴薯淀粉，紅曲色素，吸附作用，光褪色，熱穩(wěn)定性

近年來，越來越多的天然色素被應(yīng)用于面制食品中，例如辣椒紅色素用于餅干噴油、梔子黃用于方便面著色、葉綠素銅鈉鹽和番茄紅色素用于蔬菜型掛面的著色、姜黃用于蛋糕、紅曲色素用于烘焙食品著色等［1-4］。雖然天然色素在面制食品中的應(yīng)用有了相當(dāng)大的進展，但面制食品制作過程包括烘焙、蒸煮、煎炸等高溫處理使得天然色素不易著色均勻、染著性較差，堅牢度差，所以天然色素的推廣仍存在著相當(dāng)大的困難。紅曲色素應(yīng)用于面制品生產(chǎn)中，如生產(chǎn)紅曲餅干、紅曲面包、糕點、紅曲面條等［5-7］。在制作此類面制品時，添加紅曲水浸提液，其添加量的不同對紅曲面制品的香、味及口感影響不是很大，但隨添加量的增加，其顏色變紅。對于紅曲色素在面制品制作過程中淀粉與紅曲色素間的相互作用和染色機理報道很少。本文采用紫外、熒光、偏光、落射熒光顯微鏡對馬鈴薯淀粉對紅曲色素的吸附作用進行了研究，以期為紅曲色素作為著色劑用于面制食品提供有益的理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

馬鈴薯淀粉市售；紅曲紅（色價100） 山東中惠食品有限公司；薄層層析硅膠板GF254（20cm× 20cm）、柱層析硅膠（200～300目）青島海洋化工有限公司；無水甲醇、二氯甲烷、正己烷、乙酸乙酯、四氯化碳（分析純）天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上海亞榮生化儀器廠；PerkinElmer Lambda25紫外分光光度計美國PerkinElmer公司；Tri-BK-POL透射偏光顯微鏡、BKFL-4落射熒光顯微鏡重慶奧特光學(xué)儀器有限公司；KER3100-08S型精密恒溫工作臺南京凱爾儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1制備紅色素初級品的方法稱取市售紅曲紅色素30g裝入紙包，放置于索氏提取器中。分別用200m L正己烷、乙酸乙酯、甲醇作為索氏提取溶劑，進行3次索氏提取。將所得甲醇提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，濃縮，干燥后，薄層色譜（20cm×20cm）分離，展開劑為CH2Cl2∶CH3OH=3∶1。使用刮刀將Rf=0.4的色帶刮下，甲醇溶解，過濾，旋干。得紅色素初級品。

1.2.2馬鈴薯淀粉吸附紅色素實驗取適量的1.2.1制備的紅色素初級品溶于蒸餾水中，調(diào)節(jié)其初始吸光度為1.0（紅色素濃度為0.0001g/m L）。分別量取該紅色素水溶液1、5、10、15m L與1g馬鈴薯淀粉混合，不加色素作為空白實驗。超聲下充分混合10m in后，離心（3040×g）5min，取上清液測試紫外吸收。將試管底部淀粉色素混合物所形成的淀粉乳取適量滴于載玻片上，加上蓋玻片，避光干燥24h。置于顯微鏡樣品臺上，觀察淀粉顆粒的形貌。分別在普通光、B光（420～480nm）和偏振光下拍攝淀粉顆粒的照片。

1.2.3光照時間對馬鈴薯淀粉吸附紅色素穩(wěn)定性的影響用自然光照射的方法，將1.2.2制備的紅色素淀粉乳樣品片，置于太陽光下進行照射。每隔10d測定樣品的落射熒光，測試光源B光。

1.2.4溫度對馬鈴薯淀粉吸附紅色素穩(wěn)定性的影響

將1.2.2制備的紅色素淀粉乳樣品片，置于恒溫工作臺中，升溫速度1℃/s，溫度范圍25～220℃，測試光源B光。

2　結(jié)果與討論

2.1紅色素初級品的準備

進行定性的測定時，首先應(yīng)將色素進行分離，再測定紅色素的吸光度、光穩(wěn)定性、熒光等性質(zhì)。本文采用正己烷、乙酸乙酯、甲醇作為索氏提取萃取溶劑，除去橙色素、黃色素，得到紅色素粗品［8］。為了避免紅色素粗品中的鹽、氨基酸等小分子在色素與淀粉吸附、干燥過程中，析出的晶體對光產(chǎn)生的折射作用，采用了薄層色譜分離紅色素粗品。使用經(jīng)上述方法得到的紅色素初級品開展本文研究內(nèi)容，避免了影響樣品偏光和光致發(fā)光性質(zhì)的因素。

2.2馬鈴薯淀粉吸附紅色素對紫外吸收的影響

依據(jù)紅色素濃度、用量以及所用馬鈴薯淀粉質(zhì)量，得出實驗所用馬鈴薯與紅色素的質(zhì)量比分別為1∶0.0001、1∶0.0005、1∶0.001、1∶0.0015。從圖1所測得上清液紫外吸收結(jié)果可知，當(dāng)馬鈴薯淀粉與紅色素質(zhì)量比為1∶0.0005時，吸光度值從1.0驟減至0.1，馬鈴薯淀粉對色素的吸附效果明顯。當(dāng)馬鈴薯淀粉與紅色素質(zhì)量比繼續(xù)增大時，吸光度值基本不再變化，說明馬鈴薯淀粉對色素有很強的吸附作用。原因可能是目前報道的紅色素，分子結(jié)構(gòu)中具有羰基、氨基、羥基、羧基等極性基團，與淀粉中的羥基存在較強的氫鍵作用所致［9-10］。

圖1　紅色素與馬鈴薯淀粉質(zhì)量比對吸光度的影響Fig.1　Effectof potato starch/red monascus pigmentmass ration on the absorbance value

圖2　馬鈴薯淀粉，馬鈴薯淀粉+紅曲紅色素光學(xué)和熒光顯微鏡圖（40倍）Fig.2　Opticalmicroscope and fluorescencemicroscope of potato starch，potato starch+red monascus pigment（40×）

2.3馬鈴薯淀粉吸附紅色素作用的熒光和偏光圖

以馬鈴薯淀粉與紅色素質(zhì)量比1∶0.0005為測試對象，用Tri BK-POL透射偏光顯微鏡、BK-FL-4落射熒光顯微鏡拍攝馬鈴薯淀粉、馬鈴薯淀粉吸附紅色素樣品，放大倍數(shù)為40×，結(jié)果見圖2。圖2（A）表明，在普通光下，馬鈴薯淀粉顆粒表面部分較光滑，顆粒多呈球形和橢球形。當(dāng)馬鈴薯淀粉吸附紅色素后，淀粉顆粒被紅色素包裹而呈紅色球形和橢球形顆粒。由圖2（B）可知在B光下，馬鈴薯淀粉沒有光的反射與熒光發(fā)射現(xiàn)象，視野中為暗場現(xiàn)象。當(dāng)馬鈴薯淀粉吸附紅色素后，淀粉顆粒呈強黃色熒光現(xiàn)象（發(fā)射波長范圍580～595nm），這與文獻報道的現(xiàn)象是一致的［11］。由于在團粒內(nèi)無定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)的D-葡糖基單元都呈規(guī)則走向，若采用偏光顯微鏡觀察，可以看到淀粉的雙折射現(xiàn)象，稱之為偏光十字。從圖2（C）得到馬鈴薯淀粉顆粒的偏光十字很明顯，有的呈“+”型，有的顆粒呈斜十字形［12］。當(dāng)馬鈴薯淀粉吸附紅色素后，對黑十字圖像的形狀和亮度都沒有影響，但折射光呈紅色。由圖2（D）、（E）、（F）看出，在室溫下，馬鈴薯淀粉與色素之間發(fā)生了表面吸附作用，且色素沒有改變馬鈴薯淀粉的偏光性質(zhì)。

2.4光照時間對馬鈴薯淀粉吸附紅色素穩(wěn)定性的影響

目前研究結(jié)果表明紅曲色素對光不穩(wěn)定，在光照（太陽光、紫外光和可見光等）下會逐漸分解，這方面文獻報道很多［13-15］。經(jīng)太陽光照射不同時間后，通過B光下測得馬鈴薯淀粉吸附紅色素樣品熒光的變化如圖3（A）、（B）、（C）所示。當(dāng)照射時間為6個月時，紅色素?zé)晒馑p嚴重。實驗結(jié)果表明長時間照射下，紅色素發(fā)生了光氧化等分解反應(yīng)，色素所具有的經(jīng)典共軛結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，產(chǎn)生了紅色素光褪色現(xiàn)象［16］。

圖3　太陽光照射時間對馬鈴薯淀粉吸附紅色素樣品熒光影響Fig.3　Effectof sunlight irradiation time on the red pigment sample fluorescence

2.5溫度對馬鈴薯淀粉吸附紅色素穩(wěn)定性的影響

蒸制、烘烤、油炸是完成面食制品的最后加工步驟，是決定產(chǎn)品質(zhì)量的重要一環(huán)。烘烤溫度和烘烤時間對成品的色澤、體積、內(nèi)部組織、口感和風(fēng)味也有著重要的影響。蒸制條件一般為100℃30min，烘烤、油炸面食一般溫度在180～200℃［17-20］。選擇馬鈴薯淀粉與紅色素質(zhì)量比1∶0.0005為測試對象，采用KER3100-08S型熱臺梯度升溫，考察溫度對馬鈴薯淀粉吸附的紅色素穩(wěn)定性的影響。從圖4（B）、（C）、（D）、（E）可以看出，B光下，紅色素發(fā)出的黃色熒光在100℃下和100℃下加熱30min時，基本無變化；當(dāng)加熱至220℃時，色素?zé)晒鈴姸让黠@降低，當(dāng)220℃恒溫30m in時，紅色素?zé)晒鈴姸确浅Ｎ⑷酰巯啾扔?5℃圖4（A）］，但目鏡視野中所有馬鈴薯淀粉顆粒所吸附的紅色素仍有一定的熒光強度。通過以上不同溫度、時間對馬鈴薯淀粉吸附紅色素?zé)晒獾挠绊憣嶒灴芍?，?dāng)人們在采用吸附作用將馬鈴薯淀粉與紅色素混合后蒸制面食的過程中，100℃的加工條件沒有改變紅色素的結(jié)構(gòu)；而在烘烤、油炸時，有部分紅色素發(fā)生了結(jié)構(gòu)上的改變。

圖4　加熱溫度與時間對馬鈴薯淀粉吸附紅色素樣品熒光影響Fig.4　Effectof temperature and heating time on the red pigment sample fluorescence

3　結(jié)論

以馬鈴薯淀粉與紅色素混合物所形成的淀粉乳為研究對象，當(dāng)?shù)矸叟c色素質(zhì)量比為1∶0.0005，甚至達1∶0.0015時，紫外吸收光譜顯示馬鈴薯淀粉與紅色素間的氫鍵作用，使得淀粉對色素實現(xiàn)了全部吸附。馬鈴薯淀粉的十字消光并未受所吸附的紅色素影響，實驗結(jié)果證明二者之間發(fā)生了表面吸附作用，而且吸附于淀粉表面的紅色素對偏正光產(chǎn)生折射與衍射作用。自然光照射、溫度對吸附效果和色素穩(wěn)定性影響實驗表明，光照對紅色素的穩(wěn)定性有較大影響，蒸制溫度對吸附效果、色素穩(wěn)定性影響較小，基本滿足面食加工工藝要求。本文的研究結(jié)果為擴大紅曲色素在面食加工方面的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

［1］張衛(wèi)明，趙伯濤，張廣倫.辣椒紅色素的研究與應(yīng)用［J］.中國野生植物資源，2013，32（6）：55-58.

［2］李雄.梔子黃色素的提取及抗氧化活性的研究［D］.長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2012：10-11.

［3］張彩芳，李翠翠，岳燕霞.姜黃色素提取及其性質(zhì)研究［J］.中國調(diào)味品，2013，38（11）：89-94.

［4］王文風(fēng)，袁兵兵，徐玲.紅曲的研究現(xiàn)狀［J］.發(fā)酵科技，2014，43（1）：39-50.

［5］王金字，董文賓，楊春紅，等.紅曲色素的研究及應(yīng)用新進展［J］.食品科技，2010，35（1）：245-248.

［6］李慧琴，曾永青.天然色素在面制食品中的應(yīng)用及推廣［C］.“科技創(chuàng)新與食品產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展”學(xué)術(shù)研討會暨2008年廣東省食品學(xué)會年會論文集，2008：80-82.

［7］趙燕，溫輝梁，胡曉波.紅曲色素及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用［J］.中國食品添加劑，2004（4）：28-30.

［8］張皓雪，吳俐勤，徐杰，等.分離制備紅曲單一色素標準品［J］.化學(xué)試劑，2013，35（4）：359-363.

［9］Izawa S，Harada N，Watanabe T，et al.Inhibitory effects of food-coloring agents derived from monascus on themutagenicity of heterocyclic amines［J］.Journal of Agricultural andFood Chemistry，1997，45：3980-3984.

［10］Sang-aroon W，Saekow S，Amornkitbamrung V.Density functional theory study on the electronic structure of monascus dyes as photosensitizer for dye-sensitized solar cells［J］.Journal of Photochemistry and Photobiology A：Chemistry，2012，236：35-40.

［11］Huang ZB，Xu Y，LiLS，etal.Two newmonascusmetabolites with strong bue fluorescence isolated from red yeast rice［J］. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2008，56：112-118.

［12］李秀娟，鐘敏.菠蘿蜜種子淀粉顆粒性質(zhì)的研究［J］.食品科學(xué)，2004，25（6）：69-74.

［13］Mapari S，Meyer A S，Thrane U.Photostability of natural orange-red and yellow fungal pigments in liquid food model systems［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2009，57（14）：6253-6261.

［14］Sheu F，Wang C L，Shyu Y T.Fermentation ofmonascus purpureus on bacterial cellulose-nata and the color stability of monascus-nata complex［J］.Journal of Food Science，2000，65（2）：342-345.

［15］Jung H，Choe D，Nam K Y，et al.Degradation patterns and stability predictions of the original reds andamino acid derivatives of monascus pigments［J］.European Food Research and Technology，2011，232（4）：621-629.

［16］王昌祿，王瑩，陳勉華，等.紅曲色素不同成分的光穩(wěn)定性研究［J］.食品研究與開發(fā)，2008，29（10）：189-192.

［17］夏光輝，朱旭.紅薯玉米面包的研制［J］.通化師范學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，35（1）：15-16.

［18］趙建春，史秀麗，張鵬，等.持續(xù)烘烤對面包硬化過程的影響研究［J］.食品與機械，2014，30（2）：56-59.

［19］朱運平，袁佐云，呂躍剛.油炸時間及溫度對方便面水分及含油量的影響［J］.北京工商大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，29（1）：15-17.

［20］刁恩杰，李向陽，丁曉雯.油炸溫度-時間對雞肉中丙烯酰胺含量的影響［J］.肉類研究，2009（6）：42-45.

Photobleaching and thermostability studies on monascus red pigment absorbed by potato starch

LIU Li-zeng1，DONG Shi-rui2，LIAN Xi-jun2，*，WANG Yan-yan1，LV Jun-ying1
（1.School of Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China；2.The Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，Departmentof Biological Technology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China）

The shape，the photob leaching，and the thermo-stability of red monascus p igment absorbed by potato starch were investigated.The strong absorp tion effec t of potato starch on monascus pigment was confirmed by the changes of absorbance value.The op ticalm icroscopy experimental results indicated that the red monascus p igmentwere embed on the surface of potato starch g ranules，and the typ ical polarization cross of starch was not obviously changed by the red monascus p igment layer.Under illum inated by the sunlight，6 months，the great changes of photolum inescence intensity were caused by the photob leaching of red monascus p igment.Under steamed at100℃，only smallamounts of red pigments were decom posed.

potato starch；monascus p igment；absorp tion；photob leaching；thermostability

TS231

A

1002-0306（2015）06-0082-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.010

2014-06-23

劉立增（1973-），男，博士，研究方向：食品科學(xué)。

連喜軍（1972-），男，博士，研究方向：回生淀粉。

國家自然科學(xué)基金項目（31271935）。