賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素?zé)岱€(wěn)定性影響的研究

華燕菲，賈艷菊，段嘉婧，生慶海

（河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050061）

0 引言

紫玉米（Zea mays L.）是一種特殊的玉米品種，其表皮與芯呈紫黑色，富含3-（3",6"-二丙二醛糖苷）、天竺葵苷-3-糖苷、丙二醛對(duì)應(yīng)物等多種天然花青素[1-2]。紫玉米芯花青素主要以酰基化形式存在[3]，穩(wěn)定的紅色黃烷陽(yáng)離子的相對(duì)比例更高[4]，在食品添加劑和化妝品的開(kāi)發(fā)中具有很大應(yīng)用價(jià)值?；ㄇ嗨貙儆陬?lèi)黃酮色素，具有抑制脂肪生成、抗氧化、抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等功能[5-8]，但在光照、溫度、pH值、糖、亞硫酸鹽和金屬離子等影響下，花青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)極易發(fā)生改變[9]。尤其許多食物在生產(chǎn)加工過(guò)程中的熱處理，會(huì)極大地影響花青素的含量[10]。

實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，常需要加入其他輔助物質(zhì)來(lái)保持花青素良好的穩(wěn)定性。近年來(lái)，氨基酸或蛋白質(zhì)對(duì)花青素穩(wěn)定性影響的研究逐漸展開(kāi)。研究發(fā)現(xiàn)，某些氨基酸對(duì)花青素具有良好的輔色作用，胡能兵等人[11]試驗(yàn)得出甲硫氨酸是對(duì)紫色辣椒葉片色素的最佳氨基酸類(lèi)輔色劑；Chung C等人[12]研究發(fā)現(xiàn)色氨酸能通過(guò)氫鍵與花青素相互作用來(lái)提高飲料中花青素的穩(wěn)定性。賴(lài)氨酸化學(xué)名稱(chēng)為2,6-二氨基己酸，在玉米中含量較高[13]，是一種常見(jiàn)食品添加劑，可用于改善食品的色、香、味及質(zhì)地[14]。極易被機(jī)體吸收，在促進(jìn)蛋白質(zhì)合成、能量代謝、礦物質(zhì)吸收、骨骼代謝、治療病毒感染、減輕焦慮等方面均有著很好的效果[15]。但目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于賴(lài)氨酸對(duì)花青素穩(wěn)定性方面的研究鮮有報(bào)道，試驗(yàn)通過(guò)熱降解加速試驗(yàn)，研究在2種pH值環(huán)境下賴(lài)氨酸對(duì)于紫玉米芯花青素?zé)岱€(wěn)定性的影響，為紫玉米芯花青素產(chǎn)品在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

紫玉米芯花青素濃縮液的制備：以紫色玉米芯粉為原料，按料液比1∶30加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的醋酸溶液，浸提24h后，抽濾得到花青素粗提液。然后，通過(guò)SP207大孔樹(shù)脂分離，再經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到濃縮的花青素溶液。

檸檬酸（分析純），天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司提供；檸檬酸鈉（分析純），天津永大化學(xué)制劑有限公司提供；賴(lài)氨酸（食品添加劑），深圳市振芯嘉貿(mào)易有限公司提供。

HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司產(chǎn)品；722型分光光度計(jì)，上海析譜儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 賴(lài)氨酸-紫玉米芯花青素溶液的配制

將一定量的賴(lài)氨酸分別溶于pH值3.0和pH值5.4的緩沖液中制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)0，1%，3%，5%的賴(lài)氨酸溶液，使用移液槍取1 mL紫玉米花青素濃縮溶液加入到200 mL賴(lài)氨酸溶液中，配制成混合溶液。

1.2.2 不同條件下紫玉米芯花青素吸收光譜的研究

使用移液槍吸取不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)pH值3.0和pH值5.4的賴(lài)氨酸-紫玉米芯花青素溶液（0，1%，3%，5%），用722型分光光度計(jì)于400～600 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)掃描并繪制吸收光譜曲線(xiàn)，記錄吸光度。

1.2.3 熱降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測(cè)定

郭村有八百年歷史，是舊時(shí)寧國(guó)、徽州、池州三府交界之地，興旺的時(shí)候，村里有十座祠堂，店鋪毗連，商賈云集。

參照焦宇知等人[16]的方法，將pH值3.0和pH值5.4的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸-紫玉米芯花青素溶液（0，1%，3%，5%）置于85℃恒溫水浴鍋中加熱3 h，且每隔1 h于510 nm處測(cè)定吸光度，以ln(A/A0)為y軸，t為x軸作圖得斜率-k，根據(jù)k計(jì)算熱降解半衰期（t1/2）與熱降解率P。按照朗伯-比爾定律和阿倫尼烏斯公式計(jì)算如下：

式中：A——t時(shí)刻色素溶液吸光度；

A0——色素溶液初始吸光度；

k——熱降解反應(yīng)常數(shù)；

t——時(shí)間，h；

t1/2——熱降解半衰期，h；

P——熱降解率，%。

每個(gè)試驗(yàn)均重復(fù)4次，利用Excel 2016軟件處理分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，并用Graphpad Prism 8.0軟件繪圖，并使用SPSS 22.0軟件對(duì)熱降解率指標(biāo)進(jìn)行方差顯著性分析和Ducan多重比較分析，p＜0.05表示數(shù)據(jù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)于紫玉米芯花青素溶液吸收光譜的影響

pH值3.0時(shí)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素吸收光譜的影響見(jiàn)圖1。

圖1 pH值3.0時(shí)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素吸收光譜的影響

在pH值3.0時(shí)，添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素溶液的吸收光譜無(wú)明顯影響，最大吸收峰均在510 nm處。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0，1%，3%，5%賴(lài)氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)花青素溶液對(duì)應(yīng)的最大吸光度依次為0.213，0.202，0.189，0.185。隨著賴(lài)氨酸添加量的增加，吸光度值逐漸降低，這表明在pH值3.0環(huán)境下，賴(lài)氨酸對(duì)花青素具有減色效應(yīng)。

pH值5.4時(shí)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素吸收光譜的影響見(jiàn)圖2。

在pH值5.4時(shí)，添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫

圖2 pH值5.4時(shí)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素吸收光譜的影響

玉米芯花青素溶液的可見(jiàn)吸收光譜無(wú)明顯影響。于波長(zhǎng)510 nm處，添加0，1%，3%，5%賴(lài)氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的花青素溶液的吸光度依次為0.115，0.113，0.115，0.112，表明在弱酸條件下，添加賴(lài)氨酸對(duì)花青素顏色沒(méi)有影響。花青素溶液在pH值3.0時(shí)的吸光度明顯高于pH值5.4時(shí)的吸光度，這與王新廣，Luna-Vital D等人[17-18]得出的結(jié)果相一致。這是因?yàn)樽嫌衩仔净ㄇ嗨卦谳^低pH值更易保證黃烷陽(yáng)離子的優(yōu)勢(shì)[19]，使花青素穩(wěn)定[20]。

2.2 pH值3.0時(shí)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素?zé)峤到饴实挠绊?/h3>

pH值3.0時(shí)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素?zé)峤到饴实挠绊懸?jiàn)圖3。

圖3 pH值3.0時(shí)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素?zé)峤到饴实挠绊?/p>

在pH值3.0條件下，對(duì)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的賴(lài)氨酸-紫玉米芯花青素混合溶液（0，1%，3%，5%） 進(jìn)行85℃恒溫水浴3 h，紫玉米芯花青素的熱降解率基本呈現(xiàn)隨賴(lài)氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、加熱時(shí)間的增加而增加的趨勢(shì)。賴(lài)氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)紫玉米芯花青素的熱降解率均有極顯著的影響（p＜0.01）。添加1%，3%，5%賴(lài)氨酸的熱降解率為20.07%±1.02%，19.34%±0.66%，21.56%±1.22%，極顯著高于未添加賴(lài)氨酸的紫玉米芯花青素溶液的熱降解率12.79%±1.55%（p＜0.01），添加1%賴(lài)氨酸的和添加3%，5%賴(lài)氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的花青素溶液熱降解率的差異不顯著（p＞0.05），添加5%的熱降解率顯著高于添加3%的熱降解率（p＜0.05）。結(jié)果表明，在pH值3.0條件下，添加賴(lài)氨酸可降低花青素溶液的穩(wěn)定性，使花青素?zé)峤到饴曙@著升高。

2.3 pH值5.4時(shí)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素?zé)峤到饴实挠绊?/h3>

pH值5.4時(shí)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素?zé)峤到饴实挠绊懸?jiàn)圖4。

在pH值5.4條件下，添加賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素的熱降解率具有極顯著影響（p＜0.01），花青素的熱降解率基本呈現(xiàn)隨賴(lài)氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增加的趨勢(shì)，加熱3 h均達(dá)最大值。添加0，1%，3%，5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的賴(lài)氨酸所對(duì)應(yīng)的熱降解率依次為18.64%±0.69%，18.81%±0.46%，22.15%±0.74%，22.73%±1.18%。添加0和1%賴(lài)氨酸的花青素溶液的熱降解率無(wú)顯著差異（p＞0.05），添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%和5%賴(lài)氨酸的花青素溶液的熱降解率無(wú)顯著差異（p＞0.05），添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，5%賴(lài)氨酸的花青素溶液的熱降解率極顯著高于添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0，1%賴(lài)氨酸的花青素溶液的熱降解率（p＜0.01）。結(jié)果表明，在pH值5.4條件下，添加賴(lài)氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)3%時(shí)，可降低花青素的熱穩(wěn)定性。

圖4 pH值5.4時(shí)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素?zé)峤到饴实挠绊?/p>

2.4 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素?zé)峤到鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的影響

賴(lài)氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)紫玉米芯花青素的熱降解參數(shù)影響見(jiàn)表1。

表1 賴(lài)氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)紫玉米芯花青素的熱降解參數(shù)影響

研究表明，在紫玉米芯花青素中添加賴(lài)氨酸后，其熱降解變化情況遵循一級(jí)熱降解動(dòng)力學(xué)模型。添加賴(lài)氨酸可導(dǎo)致紫玉米芯花青素在熱降解過(guò)程中半衰期的縮短，pH值為3.0時(shí)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，3%，5%賴(lài)氨酸組的花青素半衰期比未添加賴(lài)氨酸組分別降低了38.67%，40.67%，45.53%；pH值為5.4時(shí)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，3%，5%賴(lài)氨酸組的花青素半衰期比未添加賴(lài)氨酸組的分別降低了9.82%，23.57%和23.93%。

添加賴(lài)氨酸可增大花青素的熱降解速率常數(shù)：pH值為3.0時(shí)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，3%和5%的賴(lài)氨酸組花青素的熱降解速率常數(shù)比對(duì)照組的分別增加了0.029 1，0.031 7，0.038 6；pH值為5.4時(shí)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，3%，5%賴(lài)氨酸組的花青素降解速率常數(shù)比對(duì)照組的分別增加了0.091 2，0.034 8，0.052 4。結(jié)果表明，溶液中添加賴(lài)氨酸能夠降低紫玉米芯花青素的熱穩(wěn)定性，且加入的賴(lài)氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈高，紫玉米芯花青素的熱穩(wěn)定性愈差。

3 結(jié)論

在pH值3.0和5.4下，添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)賴(lài)氨酸對(duì)紫玉米芯花青素的吸收光譜無(wú)明顯影響，pH值3.0時(shí)賴(lài)氨酸對(duì)花青素有減色效應(yīng)。紫玉米芯花青素顏色受pH值影響較大，在pH值3.0的環(huán)境中穩(wěn)定性相對(duì)較高，因此紫玉米芯花青素主要適合于酸性產(chǎn)品的制備。

在pH值3.0和5.4下，于85℃下恒溫水浴處理3 h，添加賴(lài)氨酸均可增加花青素溶液的熱降解率，且隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，花青素的熱降解反應(yīng)常數(shù)逐漸增加、半衰期逐漸降低?？梢?jiàn)，賴(lài)氨酸的添加可降低花青素的熱穩(wěn)定性。