紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性研究

王亞云，徐華容，袁 鍇，樊志霞，郭鮮蒲，阮金蘭

(1武昌理工學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院/生物多肽糖尿病藥物湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430223；2武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，武漢 430073)

紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性研究

王亞云1，2，徐華容1，2，袁 鍇1，樊志霞1，郭鮮蒲1，阮金蘭1，2

(1武昌理工學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院/生物多肽糖尿病藥物湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430223；2武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，武漢 430073)

探討pH、光照、溫度、氧化劑、還原劑、金屬離子、防腐劑對紫色馬鈴薯花色苷理化穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：紫色馬鈴薯花色苷只有在酸性條件下才可以穩(wěn)定存在；對光、熱敏感，穩(wěn)定性差；氧化劑和還原劑對紫色馬鈴薯花色苷有較大的破壞作用；Na+、Fe2+對紫色馬鈴薯花色苷有破壞作用，Mg2+、Mn2+、Cu2+可起到一定輔色作用；苯甲酸鈉對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性影響不大，抗壞血酸具有減色作用。在今后的加工或貯藏中，應(yīng)盡量選擇避免對紫色馬鈴薯花色苷具有破壞性的條件。

紫色馬鈴薯；花色苷；穩(wěn)定性

紫色馬鈴薯是采用雜交育種成的馬鈴薯新品種[1]。紫色馬鈴薯營養(yǎng)豐富，除具備普通馬鈴薯的基本營養(yǎng)成分外，還富含花色苷[2]?；ㄉ帐亲匀唤缫活悘V泛存在于植物中的水溶性天然色素[3]，相較于人工合成色素，天然花色苷穩(wěn)定性較低，在生產(chǎn)、貯藏及運(yùn)輸中易受各種因素影響發(fā)生聚合或降解，引起制品顏色變化和質(zhì)量改變，因此，研究花色苷穩(wěn)定性及其降解規(guī)律顯得尤為重要[4]。目前，對紫色馬鈴薯花色苷提取工藝[5]、結(jié)構(gòu)鑒定[6]、生理活性[7-9]的研究已有一些報道，但對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的研究報道不多也不全面，研究內(nèi)容不夠詳細(xì)統(tǒng)一，甚至所得結(jié)論不一。

本試驗主要研究不同pH條件下紫色馬鈴薯花色苷的顏色特征、光譜特性和熱穩(wěn)定性，不同pH環(huán)境中花色苷的熱降解規(guī)律，金屬離子、氧化劑、還原劑和防腐劑對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響。旨在了解紫色馬鈴薯花色苷的穩(wěn)定性，以期為紫色馬鈴薯花色苷結(jié)構(gòu)改造提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫色馬鈴薯，由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)宋波濤教授提供；HCl、NaCl、KCl、MgCl2、MnSO4、FeSO4、CuSO4、H2O2、Na2SO3、乙醇、醋酸鉀、檸檬酸、檸檬酸鈉、醋酸、醋酸鈉、抗壞血酸、苯甲酸鈉等化學(xué)試劑，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司，均為市售分析純；實驗用水均為去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

BSA224S電子天平，塞多利斯科學(xué)儀器有限公司；UV-1800紫外可見分光光度計，日本島津公司；PHS-3C雷磁pH計，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；Avanti J-26XP貝克曼庫爾特高效離心機(jī)，美國貝克曼庫爾特有限公司；HH-S水浴鍋，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；SHZ-D(III)循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；WD-A藥物穩(wěn)定性檢測儀，北京恒奧德儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 紫色馬鈴薯花色苷提取液的制備 按料液比1∶10、50%乙醇(含0.01%HCl)、60℃水浴回流120 min。倒出粗提液，冷卻至室溫，抽濾，離心，上清液在40 ℃下，旋轉(zhuǎn)濃縮。4 ℃保存，備用。

1.3.2 試驗指標(biāo)及測定方法 花色苷含量的測定：pH示差法[10]；顏色強(qiáng)度 CI=Amax-A720；顏色密度CD=A420+A520+A620；降解指數(shù) DI=A420/ Amax；顏色色調(diào) CT=A420/ A530；花色苷保存率=C/C0×100%；色澤保存率=(樣液處理后吸光度值/樣液初始吸光度值)×100%[4]。1.3.3 pH值對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響 配制pH值為1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0的緩沖液。取一定量的供試樣品濃縮液，分成若干份，分別以上述緩沖液為稀釋劑，稀釋供試樣品濃縮液至50倍，避光靜置0.5 h，以相應(yīng)緩沖液為對照(CK)，掃描樣品溶液的可見吸收光譜(400-800nm)并記錄A420、A520、A530、Amax、A620、A720以計算其顏色密度(CD)、顏色強(qiáng)度(CI)、降解指數(shù)(DI)及顏色色調(diào)(CT)。用pH示差法，測定被pH 2.0、3.0、4.0、5.0緩沖液稀釋后的供試樣液中的花色苷含量，計算紫色馬鈴薯花色苷的保存率。

1.3.4 溫度對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響 取一定量的供試樣品濃縮液，用pH 3.0檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液稀釋濃縮液至50倍，分成若干份，在室內(nèi)弱光條件下，用恒溫水浴鍋加熱，溫度分別設(shè)定為4 ℃、室溫、40 ℃、60 ℃、80 ℃，每隔1 h測定樣品Amax，連續(xù)測7次。在0、2、4、6 h測定其花色苷含量，考察不同溫度下紫色馬鈴薯花色苷濃縮液的穩(wěn)定性。

1.3.5 光照對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響 取一定量的供試樣品濃縮液，用pH 3.0檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液稀釋濃縮液至50倍，分成若干份，取2份放入藥物穩(wěn)定性檢測儀，設(shè)置照度為2800Lx，1份供試樣品溶液直接放入穩(wěn)定性試驗箱，另取1份用錫箔紙包好放入作為避光處理，測定樣品Amax，每天測1次，連續(xù)測5d。

1.3.6 氧化劑還原劑對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響 取一定量供試樣品濃縮液，用pH 3.0檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液稀釋供試樣品濃縮液至50倍，分成若干份，向其中分別加入H2O2和Na2SO3，使H2O2最終濃度分別為0、0.02%、0.1%、0.3%、0.5%、1%、2%，混勻后避光靜置，每隔0.5 h取樣，以未添加H2O2的樣品溶液為對照(CK)，測定530 nm處吸光度值，并觀測溶液顏色變化；使Na2SO3最終濃度分別為0、0.01%、0.03%、0.05%、0.07%、0.09%、0.11%混勻后避光靜置，每隔0.5 h取樣，以未添加Na2SO3的樣品溶液為對照(CK)，測定530 nm處吸光度值，并觀測溶液顏色變化。

1.3.7 金屬離子對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響 取一定量的供試樣品濃縮液，用pH 3.0檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液稀釋供試樣品濃縮液至50倍，分成若干份，向其中分別添加Na+、Mg2+、Mn2+、Fe2+和Cu2+使金屬離子濃度為1.2mmol/L，室溫避光貯藏，每天測1次，連續(xù)測5 d，以未添加金屬離子的樣品溶液為對照(CK)，測定530 nm處吸光度值，并觀測其吸收光譜變化。

1.3.8 防腐劑對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響 取一定量的供試樣品濃縮液，用pH 3.0檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液稀釋供試樣品濃縮液50倍，分成若干份，其中添加苯甲酸鈉和抗壞血酸，使苯甲酸鈉的最終濃度分別為0.3、0.5、0.7 mg/mL，抗壞血酸的最終濃度分別為1、5、10 mg/mL，混勻后避光靜置，每5 d取樣，測 20 d，以未添加防腐劑的樣品溶液為對照(CK)，測定吸收光譜變化并計算其色澤保存率。

1.3.9 數(shù)據(jù)分析 采用Origin 8.5進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH值對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響

由表1可知，pH越低，溶液顏色越深，紅色黃烊鹽陽離子占優(yōu)勢，隨著pH增加，反應(yīng)向生成藍(lán)色醌型堿的方向進(jìn)行[11]，溶液顏色逐漸變淺。隨著pH增加，溶液可見λmax紅移，CT和DI值先增加后減小。CI值和CD值先減小后增加，且所有轉(zhuǎn)折均出現(xiàn)在pH值為6時，并且此時溶液顏色較淡，可能是此時由于形成的共振穩(wěn)定醌型陰離子所導(dǎo)致，這說明紫色馬鈴薯花色苷在酸性條件下比較穩(wěn)定。

表1 pH值對紫色馬鈴薯花色苷吸收光譜和顏色的影響

由圖1可知，室溫避光條件下，紫色馬鈴薯花色苷在pH 2.0的緩沖溶液中降解速率最小，10 d后的保存率為90%，pH 4.0 和pH 5.0的緩沖溶液中降解較快，在pH 5.0 的緩沖溶液中2d已完全降解。pH 3.0的緩沖溶液中，10 d后的保存率為62%。可見紫色馬鈴薯花色苷的穩(wěn)定性受pH值影響變化明顯，在pH 2.0附近的穩(wěn)定性最高。因此，紫色馬鈴薯花色苷加工、貯藏及運(yùn)輸過程中，應(yīng)盡量選擇酸性環(huán)境。

圖1 pH值對紫色馬鈴薯花色苷保存率的影響

2.2 溫度對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響

由圖2、圖3可知，紫色馬鈴薯花色苷對熱不穩(wěn)定，80 ℃對花色苷的破壞作用尤為明顯，加熱時間越長花色苷保存率越低。無論從吸光度或保存率的角度，室溫都優(yōu)于其他溫度但與4℃差值不明顯，說明即使較低溫度花色苷依然會發(fā)生降解。因此，在紫色馬鈴薯花色苷加工過程中，應(yīng)盡量采用高溫瞬時或低溫長時間殺菌的方式，以減少花色苷的熱降解。紫色馬鈴薯花色苷的貯藏，室溫即可。

圖2 溫度對紫色馬鈴薯花色吸光度的影響

圖3 溫度對紫色馬鈴薯花色苷保存率的影響

2.3 光照條件對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響

由圖4可知，紫色馬鈴薯花色苷在光照條件下褪色快，在避光條件下褪色慢，這可能是由于紫色馬鈴薯花色苷在光照條件下引起價電子躍遷，導(dǎo)致花色苷結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使花色苷穩(wěn)定性下降。因此，紫色馬鈴薯花色苷應(yīng)盡量在避光條件下貯藏和運(yùn)輸。

圖4 光照條件對紫色馬鈴薯花色苷吸光度的影響

2.4 氧化劑還原劑劑對紫色馬玲薯花色苷穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，添加不同濃度的H2O2后紫色馬鈴薯花色苷溶液吸光度值均呈不同程度下降，且H2O2濃度越高，色素溶液吸光度值越低；當(dāng)H2O2濃度達(dá)到0.02%后，隨其濃度繼續(xù)增大色素溶液吸光度值明顯下降?？梢?，H2O2能對紫色馬鈴薯花色苷產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞作用，使花色苷迅速發(fā)生降解和褪色，且降解程度隨H2O2濃度不同而有所差異。

圖5 H2O2對紫色馬鈴薯花色苷吸光度的影響

由圖6可知，添加Na2SO3后色素溶液吸光度值從開始就一直明顯低于CK，相同Na2SO3濃度下，隨時間延長樣品溶液吸光度下降并不明顯。不同濃度Na2SO3對樣品溶液吸光度值的影響也無顯著差異，且在加入Na2SO3瞬間，樣品溶液立即變白。以上結(jié)果表明Na2SO3對紫色馬鈴薯花色苷色素有漂白作用。因此，應(yīng)盡量避免紫色馬鈴薯花色苷與Na2SO3等還原劑接觸。

圖6 Na2SO3對紫色馬鈴薯花色苷吸光度的影響

2.5 金屬離子對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響

由圖7可知，5種金屬離子對花色苷都有一定影響，其中Na+對樣品溶液的影響尤為顯著，在添加Na+的瞬間樣品溶液變?yōu)闊o色。其次是添加Fe2+后，樣品溶液逐步由粉色變?yōu)闇\粉色、橘黃色、淺橘黃，最后變?yōu)辄S色溶液。Mg2+、Mn2+、Cu2+對樣品溶液有一定的輔色作用，可能是Mg2+、Mn2+、Cu2+與花色苷發(fā)生螯合作用，起到輔色效果。

2.6 防腐劑對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性的影響

由表2可知，CK在0、5、10 d的色澤保存率分別為98.49%、92.06%、59.86%，在20 d時樣品溶液呈混懸液，出現(xiàn)絮狀沉淀，無法準(zhǔn)確測其吸光度值。與CK相比，隨著時間的延長，添加苯甲酸鈉樣品溶液的保存率有所下降，但不是很明顯，其中以0.5 mg/mL濃度的苯甲酸鈉作為防腐劑效果最好，且樣品溶液澄清透明，無混懸物出現(xiàn)。而添加抗壞血酸后樣品溶液色澤保存率明顯降低，在10 d時，樣品溶液變?yōu)榘咨鞈乙海液鯛畛恋恚瑹o法準(zhǔn)確測其吸光度值。以上分析表明苯甲酸鈉的防腐效果較好，以0.5 mg/mL濃度最佳，對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性影響不大，而抗壞血酸則會致使紫色馬鈴薯花色苷逐漸褪色。

圖7 金屬離子對紫色馬鈴薯花色苷吸光度的影響

防腐劑濃度(mg/mL)色澤保存率(%)0d5d10d20dCK0.098.49±0.7892.06±0.9959.86±0.38-苯甲酸鈉0.397.84±1.2873.89±1.3670.32±0.3764.42±0.820.599.21±0.1889.37±0.9875.48±1.0971.97±0.560.799.05±0.2082.43±0.9974.25±0.5770.75±0.53抗壞血酸1.098.18±0.2469.38±0.59--5.098.69±0.4768.17±0.40--10.098.03±0.5750.15±1.19--

3 結(jié)論

本研究以紫色馬鈴薯花色苷為材料，對影響其穩(wěn)定性的主要因素進(jìn)行了較全面的考察。結(jié)果表明：pH值對供試樣品溶液的吸收光譜和顏色特征及穩(wěn)定性影響很大，低溫有利于花色苷貯藏，光照能使紫色馬鈴薯花色苷發(fā)生降解。因此低溫、避光、酸性環(huán)境對紫色馬鈴薯花色苷穩(wěn)定性最好。H2O2使花色苷降解和褪色，Na2SO3對其具有漂白作用，應(yīng)盡量避免與這兩類物質(zhì)接觸。Na+、Fe2+不僅無增色效果，還會導(dǎo)致花色苷褪色，Mg2+、Mn2+、Cu2+可與花色苷發(fā)生螯合作用，起到一定輔色效果。苯甲酸鈉對花色苷穩(wěn)定性影響不大，抗壞血酸具有減色作用。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，本研究結(jié)果[12-13]比較，發(fā)現(xiàn)River John Blue中花色苷的穩(wěn)定性較好，可能與其富含的花色苷多具有酰基化結(jié)構(gòu)有關(guān)。該研究結(jié)果對于保證紫色馬鈴薯的質(zhì)量，為紫色馬鈴薯花色苷的深度研究與開發(fā)利用提供了實驗依據(jù)與參考。◇

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(責(zé)任編輯 李婷婷)

Study on Stability of Anthocyanins from Purple Potato

WANG Ya-yun1，2，XU Hua-rong1，2，YUAN Kai1，F(xiàn)AN Zhi-xia1，GUO Xian-pu1，RUAN Jin-lan1，2

(1School of Life Science，Wuchang University of Technology/Synergy Innovation Center of Biological Peptide Antidiabetics of Hubei Province，Wuhan 430223，China；2School of Chemical Engineering & Pharmacy，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430073，China)

The effect of pH，light，temperature，oxidants，reducing agent，metal ions，antiseptic substance on stability of anthocyanin from purple potato were discussed Results showed that only in acidic environments，the pigment had high stability.Anthocyanins had low fever and light stability.Oxidant and reductant had strong destructive effect to anthocyanin.Fe2+could destruct anthocyanin，but Mg2+、Mn2+、Cu2+had counterproductive.Sodium benzoate had little effect on the stability of anthocyanin，but ascorbic acid could make it fade，so it should choose the right environment when producing or storing the anthocyanin.

purple potato；anthocyanin；stability

王亞云(1990— )，女，碩士，研究方向：糖尿病生物藥物。

阮金蘭(1952— )，男，博士生導(dǎo)師，研究方向：糖尿病生物藥物。