篤斯越橘酰化花青素穩(wěn)定性分析

朱良玉，周麗萍，王化，李夢(mèng)莎，張悅，沈光*

（黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，黑龍江哈爾濱150040）

篤斯越橘酰化花青素穩(wěn)定性分析

朱良玉，周麗萍，王化，李夢(mèng)莎，張悅，沈光*

（黑龍江省科學(xué)院自然與生態(tài)研究所，黑龍江哈爾濱150040）

采用分光光度法，通過多梯度、多組合系列試驗(yàn)，對(duì)光照、溫度、金屬離子、氧化劑、還原劑等因素下的篤斯越橘?；ㄇ嗨睾秃V斯越橘花青素的穩(wěn)定性進(jìn)行比較分析。研究表明，與未?；幕ㄇ嗨叵啾?，?；ㄇ嗨啬凸庑蕴岣?，各種環(huán)境里的抗色素分解能力增加。Fe2+、Fe3+、Cu2+對(duì)無論?；c否的花青素都會(huì)產(chǎn)生不同程度的不利影響，在色素應(yīng)用過程中（加工、保存及運(yùn)輸）應(yīng)避免與其接觸。結(jié)果證明，篤斯越橘?；ㄇ嗨胤€(wěn)定性優(yōu)于未經(jīng)修飾的花青素，有較高的開發(fā)應(yīng)用和研究?jī)r(jià)值。

篤斯越橘；花青素；?；揎棧环€(wěn)定性

ZHU Liangyu,ZHOU Liping,WANG Hua,LI Mengsha,ZHANG Yue,SHEN Guang*
(Institute of Natural Resources and Ecology,Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150040,China)

篤斯越橘（Vaccinium uliginosumLinn.）是我國野生藍(lán)莓品種，其富含的花青素是一種天然食用色素，具有抗氧化活性，清除自由基，延緩衰老等功效，有極高的研究開發(fā)價(jià)值[1-3]。但是由于花青素自身的不穩(wěn)定特性，限制了其應(yīng)用范圍，降低了花青素在加工和使用過程中的利用率[4-6]。

影響花青素穩(wěn)定性的原因是花青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和其高活性。一般情況下，甲基化程度提高可使其穩(wěn)定性增加，羥基化程度提高會(huì)使其穩(wěn)定性下降[7]。溫度、pH、光、金屬離子、抗壞血酸、糖及其降解產(chǎn)物等因素也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響[8]。因此，貯藏加工方式不同對(duì)花青素穩(wěn)定性產(chǎn)生不同影響。通常情況下，天然色素在低溫或干燥狀態(tài)時(shí)較穩(wěn)定，加熱或高溫可加快變色反應(yīng)[9-12]。金屬離子也對(duì)花青素穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。楊萬政等[13]研究玫瑰花紅色素的穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e3+引起色素溶液變黑。杜連啟等[14]研究紫甘薯色素穩(wěn)定性的結(jié)果表明，Cu2+、Zn2+、Fe3+等離子在一定程度上影響色素的穩(wěn)定性，放置時(shí)間越長(zhǎng)，吸光度值越小。

已有研究表明，?；ㄉ障鄬?duì)來說具有較高的穩(wěn)定性[15]，GIUSTI M M等[16]用肉桂酸和丙二酸?；幕ㄉ赵诔叵驴杀４?個(gè)月。?；ㄉ諏?duì)pH值的改變、溫度和光照等均表現(xiàn)出較強(qiáng)的穩(wěn)定性。張智等[6]研究酸對(duì)藍(lán)靛果花色苷穩(wěn)定性的影響結(jié)果表明，對(duì)羥基苯甲酸能顯著提高藍(lán)靛果花色苷的穩(wěn)定性。

在前期試驗(yàn)中采用Novozym435脂肪酶法輔助軟脂酸對(duì)篤斯越橘花青素進(jìn)行化學(xué)修飾，通過吸光度值的改變來計(jì)算保存率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。利用紫外、紅外圖譜掃檢測(cè)驗(yàn)證其?；?。最終測(cè)得其保存率為87.40%，紫外圖譜中花色苷在波長(zhǎng)300～330 nm左右有吸收峰且可見光區(qū)最大吸收峰有右移，紅外圖譜中，在波數(shù)為1 650～1 750 cm-1之間有較強(qiáng)的紅外吸收峰，推測(cè)該羰基基團(tuán)應(yīng)當(dāng)與共軛基團(tuán)相連，得到?；蟮幕ㄇ嗨?。以此為原料，探討不同溫度、光照、金屬離子、氧化劑對(duì)?；蠡ㄇ嗨胤€(wěn)定性的影響，為花青素的?；芯刻峁?shù)據(jù)參考及理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

篤斯越橘：大興安嶺市售。

無水乙醇（分析純）、過氧化氫（分析純）、氯化鉀、氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、硫酸亞鐵、氯化鐵、硫酸銅：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；亞硫酸鈉（分析純）：北京化工廠。

1.2 儀器與設(shè)備

DK-98-11A恒溫水浴鍋：天津市泰斯特儀器有限公司；LGJ-18冷凍干燥機(jī)：北京松源華興科技發(fā)展有限公司；FA2004電子分析天平：上海天平儀器廠；DZF-6053真空干燥箱：上海恒科技有限公司；Re-52CS真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海圣科儀器設(shè)備有限公司；PHS-3D精密pH計(jì)：上海精科儀器；ZD-85恒溫震蕩器：國華企業(yè)集團(tuán)有限公司；UV-1700USA紫外分光光度計(jì)：天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 花青素的提取與?；椒?/p>

篤斯越橘花青素的提取采用體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇，料液比1∶20（g∶mL），室溫條件下浸提1 h后超聲波提取30 min，超聲溫度35℃，超聲功率100 W，過濾取上清液，在45℃條件下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，得到花青素的粗提液。大孔樹脂X-5進(jìn)行純化，體積分?jǐn)?shù)為70%乙醇洗脫，洗脫液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，凍干后得到酰化前的大興安嶺篤斯越橘花青素粉體。

選擇軟脂酸作為?；w，篤斯越橘花青素與軟脂酸和Novozym435脂肪酶的質(zhì)量比為1∶4∶1，反應(yīng)pH4、時(shí)間4h、溫度50℃，反應(yīng)后凍干后得到?；蟮拇笈d安嶺篤斯越橘花青素粉體。

分別量取1.00 g的?；昂蟮拇笈d安嶺篤斯越橘花青素粉體溶于1 000 mL的蒸餾水中，在紫外可見分光光度計(jì)下經(jīng)250～700 nm全光譜掃描，確定未轉(zhuǎn)化樣品最大吸收波長(zhǎng)531 nm為其檢測(cè)波長(zhǎng)。?；蠡ㄇ嗨貦z測(cè)波長(zhǎng)為其最大吸收波長(zhǎng)536 nm。調(diào)節(jié)?；昂笃湮舛戎导s為0.70，作為試驗(yàn)用樣。

1.3.2 溫度對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響

取?；坝脴雍王；笥脴痈?00 mL，分裝6份，每份50 mL，室內(nèi)自然光照，分別置于50℃、60℃、70℃、80℃、90℃的恒溫水浴鍋中2h后于波長(zhǎng)531nm和536nm處測(cè)量吸光度值，分析溫度對(duì)花青素及其?；螽a(chǎn)物穩(wěn)定性的影響。

1.3.3 光照對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響

采用的花青素材料同上，取樣150 mL，分裝3份，每份50mL，在室溫條件下分別置于室內(nèi)自然光照、日光燈（30W）照射和避光環(huán)境（實(shí)驗(yàn)臺(tái)下背光柜櫥中），每天定時(shí)測(cè)量各自最大吸收波長(zhǎng)下的吸光度值，共觀測(cè)49 d，分析光照對(duì)花青素及其?；螽a(chǎn)物穩(wěn)定性的影響。

1.3.4 氧化劑和還原劑對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響

采用的花青素材料同上，取樣100 mL，分裝2份，每份50 mL，在室溫自然光照條件下分別加入與樣液1∶1體積的10%的過氧化氫溶液和亞硫酸鈉溶液。分別隔1h、6h、12h、24h、48h測(cè)量各自最大吸收波長(zhǎng)下的吸光度值，共測(cè)定5次，分析氧化劑和還原劑以及其濃度對(duì)花青素及其酰化后產(chǎn)物穩(wěn)定性的影響。

1.3.5 金屬離子對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響

采用的花青素材料同上，取樣350 mL，分裝7份，每份50 mL，在室溫自然光照條件下分別加入與樣液1∶1體積的0.10 mol/L的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+不同金屬離子溶液。室溫靜置1 d，測(cè)量各自最大吸收波長(zhǎng)下的吸光值，并觀察溶液顏色變化，分析金屬離子對(duì)花青素及其?；螽a(chǎn)物穩(wěn)定性的影響。

以上實(shí)驗(yàn)均做3次平行，取其平均值做單因素分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度因素下花青素?；昂蠓€(wěn)定性比較

溫度對(duì)花青素?；昂笪舛戎档挠绊懸妶D1。由圖1可知，通過水浴鍋加溫實(shí)驗(yàn)，隨著溫度的升高，樣品的吸光度值呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，?；ㄇ嗨匚舛戎嫡w上明顯高于酰化前樣品，尤其是當(dāng)溫度高于60℃以后，花青素樣品的耐溫性顯著低于?；飿悠?，說明?；瘯壕徚嘶ㄇ嗨氐慕到?，增強(qiáng)了花青素的穩(wěn)定性，使其耐溫性有所提高，僅從這一點(diǎn)上看，酰化花青素對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)過程中的高溫具有一定程度的耐受性。

圖1 溫度對(duì)花青素酰化前后吸光度值的影響Fig.1 Effect of temperature on the absorbance of anthocyanins before and after acylation

2.2 光照因素下花青素?；昂蠓€(wěn)定性比較

置于室內(nèi)自然光照、日光燈直射和避光環(huán)境下的花青素在?；昂蟮奈舛戎惦S時(shí)間的變化見圖2。

由圖2可知，三種條件下都呈現(xiàn)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，吸光度值降低的趨勢(shì)，即保存率逐漸降低。以上三種光環(huán)境下，3 d之內(nèi)花青素?；昂笪庵底兓顒e都不大，3 d之后兩者吸光度值差別逐漸加大，且三種光環(huán)境條件下吸光度值差別顯著，說明三種光環(huán)境對(duì)花青素吸光度的影響有明顯區(qū)別。

三種光環(huán)境下處理84 d后花青素?；昂笪舛戎当容^結(jié)果見表1。持續(xù)燈光和自然光照條件相比，持續(xù)燈光處理加速了花青素的降解，在84 d時(shí)?；昂蠡ㄇ嗨氐奈舛戎捣謩e是0.37和0.52，自然光條件84 d時(shí)，吸光度值分別是0.42和0.56，可見直射燈光比自然光更不利于花青素的保存；相比而言，避光環(huán)境有利于色素的穩(wěn)定性，三種光環(huán)境下?；锏墓夥€(wěn)定性都優(yōu)于未?；a(chǎn)物，光照下從第14天開始，?；a(chǎn)物的吸光度值明顯高于未酰化物，說明?；锕夥€(wěn)定性有了顯著提高。避光保存下，1～14 d之間花青素吸光度值下降緩慢，?；瘶勇愿哂谖歹；ㄇ嗨?，14 d后酰化樣開始明顯高于未?；瘶??？傮w來看，?；蠡ㄇ嗨啬凸庑悦黠@高于未?；瘶悠?。

圖2 自然光照（A）、日光燈（B）、避光環(huán)境（C）對(duì)花青素?；昂笪舛戎档挠绊慒ig.2 Effects of natural light(A),fluorescent lamp(B)and dark environment(C)conditions on the absorbance value before and after anthocyanins acylation

表1 三種光環(huán)境下處理84 d對(duì)花青素?；昂笪舛戎档挠绊慣able 1 Effect of three kinds of light treatments for 84 d on the absorbance value of anthocyanins before and after acylation

2.3 氧化劑和還原劑下花青素酰化前后穩(wěn)定性比較

向體系中分別加入過氧化氫和亞硫酸鈉，考察氧化劑和還原劑對(duì)花青素?；昂笪舛戎档挠绊?，結(jié)果見圖3。

圖3 過氧化氫（A）和亞硫酸鈉（B）對(duì)花青素?；昂笪舛戎档挠绊慒ig.3 Effect of hydrogen peroxide(A)and sodium sulfite(B)on the absorbance value of anthocyanins before and after acylation

由圖3A可知，?；瘶悠芳尤脒^氧化氫溶液在短時(shí)間內(nèi)吸光度值增加，1 h后吸光度值隨著時(shí)間的增加而逐漸減少；而未?；瘶悠吩? h內(nèi)吸光度值快速下降至約0.20，然后隨著時(shí)間的增加吸光度值減小速度過緩，直至48 h達(dá)到0.12左右。這說明就吸光度值而言?；蠡ㄇ嗨胤€(wěn)定性增加，適應(yīng)性強(qiáng)，有著很好的抗氧化能力，對(duì)于提高花青素的穩(wěn)定性有積極作用。

由圖3B可知，花青素酰化吸光度值的變化趨勢(shì)與加入過氧化氫一樣，但變化幅度相對(duì)較小。不同的是未?；瘶游舛戎翟? h時(shí)升高，隨后急劇下降，?；蠡ㄇ嗨厥冀K呈降低趨勢(shì)。在48 h后，?；昂蠡ㄇ嗨匚舛戎抵饾u趨于一致。原因可能是由于亞硫酸鈉為強(qiáng)還原劑，具有漂白作用，與花青素反應(yīng)生成絡(luò)合物，降低了花青素溶液的吸光度值，?；蟮幕ㄇ嗨貙?duì)還原劑的耐性一般，并不高于未?；蠡ㄇ嗨?。

2.4 金屬離子因素下花青素?；昂蠓€(wěn)定性比較

七種金屬離子的添加對(duì)花青素溶液吸光度值的影響見圖4。?；蠡ㄇ嗨氐奈舛认鄬?duì)于未酰化樣品顯著增加，但同時(shí)也產(chǎn)生了不同程度的絮狀物，金屬離子對(duì)花青素?；昂箢伾兓挠绊懡Y(jié)果見表2。

圖4 金屬離子對(duì)花青素?；昂笪舛戎档挠绊慒ig.4 Effect of metal ions on the absorbance value of anthocyanins before and after acylation

由圖4可知，加入金屬離子后花青素?；昂笪舛戎得黠@增加，以加入Ca2+離子的溶液吸光度值增加的幅度最大，其次是Mg2+、K+、Na+、Fe2+。Fe3+和Cu2+的吸光度值相對(duì)增加較小。就吸光度值而言，酰化后花青素穩(wěn)定性增加，對(duì)于提高花青素的穩(wěn)定性有積極作用。但是添加金屬離子使花青素穩(wěn)定性產(chǎn)生影響還表現(xiàn)在花青素的顏色變化上，因此結(jié)合考察金屬離子對(duì)花青素?；昂箢伾挠绊憽?/p>

由表2可知，加入金屬離子后花青素酰化前后顏色變化比較，未?；瘶悠诽砑覨e2+溶液呈灰紫有黑色沉淀物，F(xiàn)e3+添加溶液呈黃灰色有灰色沉淀物，添加Cu2+為無色，添加其他離子溶液澄清呈粉紅色。?；瘶悠稦e2+添加后呈灰紫，F(xiàn)e3+添加后呈金黃，Cu2+添加后呈淺粉，其他離子添加與未?；瘶宇伾恢?。所有離子反應(yīng)均產(chǎn)生絮狀物，吸光度值明顯高于未?；瘶悠?。

表2 金屬離子對(duì)花青素?；昂笕芤侯伾挠绊慣able 2 Effect of metal ions on the solution color of anthocyanins before and after acylation

產(chǎn)生這樣的原因是由于花青素本身含有多個(gè)酚羥基，易與金屬離子絡(luò)合，影響顯色基團(tuán)，產(chǎn)生不同程度的顏色變化。酰化后的花青素產(chǎn)生絮狀物的原因，可能是因?yàn)轷；笈c金屬離子反應(yīng)生成不溶性螯合物，這些螯合物或多或少影響了吸光度值的變化。總體來看花青素的穩(wěn)定性都遭到了破壞。

Fe3+和Cu2+對(duì)無論酰化與否的花青素溶液結(jié)構(gòu)狀態(tài)都產(chǎn)生了不同程度的影響，但是對(duì)比反應(yīng)后的顏色可知，?；蟮幕ㄇ嗨仡伾?，特別是對(duì)于Cu2+的添加，反應(yīng)物呈淺粉色，而未?；a(chǎn)物為無色，這說明?；ㄇ嗨乜笴u2+能力增加，色素保存率提高，穩(wěn)定性提高，這是?；ㄇ嗨貎?yōu)于未酰化花青素之處。

總的來看加入這7種金屬離子，大部分未使花青素的顏色發(fā)生，最大波長(zhǎng)下的吸光度值?；蟮幕ㄇ嗨孛黠@增加，但是有沉淀物生成，未酰化的花青素吸光度值減小，穩(wěn)定性降低，因此對(duì)于K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+這些金屬離子，花青素在應(yīng)用過程中（加工、保存及運(yùn)輸）應(yīng)避免與其接觸。對(duì)于Fe3+、Cu2+這2種金屬離子，?；ㄇ嗨厣乇４媛氏鄬?duì)提高，穩(wěn)定性增加，如果解決反應(yīng)物沉淀問題，將有更強(qiáng)的研究意義。

3 結(jié)論

試驗(yàn)采用分光光度法對(duì)篤斯越橘花青素的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析研究。研究表明光照、溫度、氧化劑和還原劑、金屬離子等因素與花青素穩(wěn)定性密切相關(guān)。

花青素的?；岣吡似淠蜏匦?、耐光性和各種環(huán)境里的抗色素分解能力。

花青素的穩(wěn)定性在一定范圍內(nèi)與時(shí)間長(zhǎng)短、溫度高低呈反相關(guān)，酰化花青素在同樣時(shí)間和同樣溫度下，穩(wěn)定性高于未?；ㄇ嗨?。當(dāng)溫度高于60℃以后，花青素吸光度值大幅度下降，與?；瘶悠肺舛戎挡顒e顯著，即未?；瘶悠纺蜏匦燥@著低于?；瘶悠?，說明?；沟闷淠蜏匦阅苡辛撕艽蟮母牧?，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)過程中的高溫具有一定程度的耐受性。

避光可以降低色素分解，持續(xù)燈光比自然光對(duì)花青素分解的影響較大，?；ㄇ嗨卦谕瑯庸獾沫h(huán)境中其穩(wěn)定性高于未?；ㄇ嗨?。

?；ㄇ嗨貙?duì)氧化劑適應(yīng)性強(qiáng)，有著很好的抗氧化能力，對(duì)于提高花青素的穩(wěn)定性有積極作用，對(duì)還原劑的耐性一般，儲(chǔ)存或應(yīng)用應(yīng)避免與還原劑接觸。?；蠡ㄇ嗨嘏c金屬離子反應(yīng)會(huì)生成絮狀物或沉淀，其性質(zhì)有待深入研究。

試驗(yàn)證明?；岣吡嘶ㄇ嗨氐姆€(wěn)定性，其酰化物的穩(wěn)定性比未?；锩黠@優(yōu)勢(shì)；花青素物質(zhì)應(yīng)該低溫避光保存；Fe2+、Fe3+和Cu2+對(duì)無論?；c否的花青素都會(huì)產(chǎn)生不同程度的不利影響，在色素應(yīng)用過程中（加工、保存及運(yùn)輸）應(yīng)避免與其接觸，其機(jī)理及其應(yīng)用技術(shù)還需進(jìn)一步研究。

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Q946.5

0254-5071（2017）05-0136-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.05.029

2016-12-01

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2016YFC0500300）；黑龍江省科學(xué)院青年創(chuàng)新項(xiàng)目（ZLY2016-1）

朱良玉（1984-），女，助理研究員，博士研究生，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物化學(xué)。

*通訊作者：沈光（1977-），男，副研究員，博士研究生，研究方向?yàn)榻?jīng)濟(jì)植物。