紅甜菜色素穩(wěn)定性影響因素研究進(jìn)展

王 萍 ， 閆明哲

（1. 東北林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040；2. 黑龍江省森林食品資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱150040）

紅甜菜色素是紅甜菜的次生代謝產(chǎn)物，屬生物堿類，可為人體健康帶來(lái)諸多益處[1]。 在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中，紅甜菜色素已被用于治療便秘、腸胃和關(guān)節(jié)疼痛、鱗片狀頭皮屑等疾病[2]；現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，紅甜菜色素在動(dòng)物和人類體內(nèi)具有抗氧化[3-6]、抗炎[7-9]、減少肥胖[10-12]、降血壓[13-15]、降血糖[16-18]、降血脂[19-21]和預(yù)防心腦血管疾病[22-24]等生物活性和保健功能[25]。

在我國(guó)， 甜菜紅色素在1987 年被正式列入國(guó)家批準(zhǔn)允許使用的食用天然色素名錄[26]。 紅甜菜色素的親水性使之具有較穩(wěn)定的pH 值， 在食品工業(yè)中常作為低酸[27]（5.0

深入研究影響紅甜菜色素穩(wěn)定性因素有助于改善紅甜菜色素穩(wěn)定性， 拓展其應(yīng)用范圍和利用率，為探索增強(qiáng)該類天然色素穩(wěn)定性的方法和技術(shù)手段提供理論依據(jù)。

1 紅甜菜色素簡(jiǎn)介

1.1 紅甜菜色素的來(lái)源

紅甜菜色素是一類水溶性含氮色素，不溶于有機(jī)溶劑，在細(xì)胞質(zhì)和（或）細(xì)胞核中生物合成，貯存于液泡中[32]，是紅甜菜在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的一類次生代謝物質(zhì)[33]。 該類色素主要存在于紅甜菜[34-35]中，還存在于莧菜[36-37]、仙人掌果實(shí)[38-40]、火龍果[41-42]和三角梅屬植物的苞片、三尖杉屬植物的葉、莖等多種植物結(jié)構(gòu)的表皮和表皮下組織中以及一些真菌中（如毒蠅鵝膏菌）[43-45]。

1.2 紅甜菜色素的組成及結(jié)構(gòu)

紅甜菜色素是基于甜菜醛氨酸（betalamic acid）與環(huán)多巴結(jié)合或與氨基酸（或胺）結(jié)合的不定共軛物[46]，根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為甜菜紅素（betacyanins）和甜菜黃素（betaxanthins）[47]，紅甜菜色素的一般結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1[48]。

圖1 紅甜菜色素的一般結(jié)構(gòu)Fig. 1 General structures of betalains

甜菜紅素和甜菜黃素均屬于季胺型生物堿[49]，其中以氨基酸或胺為輔基類型的甜菜黃素呈黃色至橙色，糖苷化類型的甜菜紅素呈紅色至紫色[50]。甜菜色素其核心結(jié)構(gòu)是質(zhì)子化的 1，2，4，7，7-五取代的 1，7-二偶氮庚甲堿（1，7-diazaheptamethin），該結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)色度，亦稱“發(fā)色團(tuán)”[51]，甜菜紅素與甜菜黃素顏色的不同是由于發(fā)色團(tuán)所含的共軛雙鍵結(jié)構(gòu)諧振所產(chǎn)生的[52]，甜菜色素的共振結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2[53-54]。

圖2 甜菜色素的共振結(jié)構(gòu)Fig. 2 Sympathetic vibration formula betalains

R 和R′可以是氫或芳香族取代基，如果R′與發(fā)色團(tuán)不共振，化合物顏色為黃色，則為甜菜黃素；如果R′與發(fā)色團(tuán)共振，化合物顏色則為紅色，即甜菜紅素。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特征，甜菜紅素包括甜菜苷和異甜菜苷 （betanin、iso-betanin）、 前甜菜苷及異前甜菜苷（probetanin、iso-probetanin）， 占紅甜菜色素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的75%~95%； 甜菜黃素包括仙人掌黃素I、仙人掌黃素Ⅱ（vulgaxanthin I、vulgaxanthin II），占甜菜色素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的5%~25%[55]。其中，甜菜苷占甜菜紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的75%~95%[56]，仙人掌黃素I 是甜菜黃素的主要部分，甜菜苷、異甜菜苷和仙人掌黃素I占紅甜菜色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的95%以上[57]。 甜菜紅素和甜菜黃素的吸收光譜分別為532~550 nm 和457~485 nm[58]。甜菜紅素易溶于水，水溶液呈紅色至紫紅色，難溶于醋酸、丙二醇，不溶于無(wú)水乙醇、甘油、丙酮、氯仿、油脂、乙醚等有機(jī)溶劑[59]。 與甜菜黃素相比，甜菜紅素能被糖基或?；糠中揎梉60]，因?yàn)樘鸩塑张浠╞etanidin）是大多數(shù)甜菜紅素（如甜菜苷）的苷元，位于甜菜苷配基C-5 或C-6 的一個(gè)或兩個(gè)羥基的不同取代（糖基化和?；┠Ｊ缴闪瞬煌Y(jié)構(gòu)的甜菜紅素，大多數(shù)是5-O-β-葡萄糖苷，極少數(shù)是6-O-葡萄糖苷[61]。

2 影響紅甜菜色素穩(wěn)定性的因素

紅甜菜色素作為一種天然色素，其穩(wěn)定性與人工合成色素相比較差， 從而限制了該色素的應(yīng)用。紅甜菜色素穩(wěn)定性主要受pH 值、光照、溫度、氧氣和降解酶及微生物等因素影響，具體影響因素見(jiàn)表1[62]。

表1 影響紅甜菜色素穩(wěn)定性的因素Table 1 Factors governing betalains stability

受降低色素穩(wěn)定性的因素影響，紅甜菜中甜菜紅素在易降解位置發(fā)生脫糖基化、脫羧作用、脫氫作用和親核攻擊（胺鍵斷裂和異構(gòu)化）等化學(xué)變化，具體降解位置見(jiàn)圖3[63]。

圖3 甜菜紅素的易降解位置Fig. 3 Easy degradable position of betacyanins

當(dāng)發(fā)生上述降解反應(yīng)時(shí)，紅甜菜中甜菜紅素按照相應(yīng)的途徑降解并產(chǎn)生不同的色素結(jié)構(gòu)，使色素顏色由紫紅色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S橙色。 紅甜菜中甜菜紅素（甜菜苷和異甜菜苷）的降解條件、途徑和產(chǎn)物見(jiàn)圖 4[62，64]。

圖4 甜菜苷及異甜菜苷的降解條件、途徑和產(chǎn)物Fig. 4 Degradation conditions，pathways and products of betanin and iso-betanin

2.1 pH 值對(duì)紅甜菜色素穩(wěn)定性的影響

紅甜菜中甜菜色素受pH 值影響， 其降解的活化能隨pH 值升高而降低， 在pH 5.0~6.0 時(shí)色素較穩(wěn)定，顏色幾乎不會(huì)發(fā)生改變[65-66]。 研究表明，在25 ℃、pH 5.0 時(shí)的甜菜色素溶液穩(wěn)定性最佳， 其半衰期可達(dá)19 d；在4 ℃貯藏時(shí)，其半衰期超過(guò)1 年[67]。

當(dāng)pH＜3.0 時(shí)，紅甜菜色素由紅色變?yōu)樽霞t色，即甜菜苷C-15 發(fā)生異構(gòu)化或脫氫， 生成異甜菜苷或新甜菜苷，產(chǎn)生紅色到紫紅色的可見(jiàn)顏色變化[68-69]。紅甜菜酶粗提液含有降解酶（β—葡萄糖苷酶、多酚氧化酶、過(guò)氧化物酶）；在pH 3.4 時(shí)，酶粗提液會(huì)分解紅甜菜色素，對(duì)甜菜黃素的脫色活性要強(qiáng)于甜菜紅素，這可能是因?yàn)榻到饷傅拿撋Чc紅甜菜自身所含色素含量有關(guān)[70]；在pH 4.0 時(shí)，甜菜苷和異甜菜苷主要發(fā)生脫羧和脫氫反應(yīng)，分別生成2-脫羧基甜菜苷、2-脫羧基異甜菜苷、17-脫羧基甜菜苷、17-脫羧基異甜菜苷、15-脫羧基甜菜苷和新甜菜苷；在 pH 6.0 時(shí)，紅甜菜汁經(jīng)熱處理（95 ℃、5 min）使甜菜苷和異甜菜苷的醛亞胺鍵水解，生成亮黃色的甜菜醛氨酸、 異甜菜醛氨酸和無(wú)色的環(huán)多巴5-O-β-葡萄糖苷[71-73]；當(dāng) pH>7.0 時(shí)，甜菜苷和異甜菜苷的醛亞胺鍵水解增強(qiáng)，不僅紫紅色顏色強(qiáng)度降低，而且顏色還向黃色方向移動(dòng)，使色素溶液逐漸變黃[64]；當(dāng) pH＞10.0 時(shí)，溶液顏色迅速變黃，是因?yàn)樘鸩塑赵趬A性溶液條件下的氫或芳香族取代基與甜菜紅素的發(fā)色團(tuán)“1，7-二偶氮庚甲堿”不共振，使色素溶液由紅色變?yōu)辄S色，此時(shí)甜菜苷經(jīng)過(guò)脫氫反應(yīng)生成新甜菜苷[74]。

Mikolajczyk-Bator 等[75]研究了紅甜菜色素溶液在加熱（90 ℃、30 min）過(guò)程中pH 值對(duì)色素含量的影響，發(fā)現(xiàn)在pH 4.0~9.0 的條件下，隨著溶液pH 值的升高， 甜菜色素液中黃色色素的含量隨pH 值的升高而增加，而紅色色素含量則相反，且pH 6.5 和pH 7.0 時(shí)黃色色素含量增加最為明顯。研究認(rèn)為[76]，紅甜菜色素含量變化的原因是甜菜苷的醛亞胺鍵水解， 水解產(chǎn)物中的氨基化合物與環(huán)多巴5-O-β-葡萄糖苷競(jìng)爭(zhēng)甜菜醛氨酸，通過(guò)氨基化合物與甜菜醛氨酸的結(jié)合生成甜菜黃素， 這也是經(jīng)90 ℃處理后甜菜紅素溶液變黃的原因。 此時(shí)，因甜菜黃素的形成消耗了部分甜菜醛氨酸，減少了甜菜醛氨酸與環(huán)多巴5-O-β-葡萄糖苷結(jié)合生成甜菜紅素的機(jī)會(huì)，使甜菜紅素含量少于甜菜黃素。

2.2 光照對(duì)紅甜菜色素穩(wěn)定性的影響

在自然光或者紫外光的條件下，光照可加速紅甜菜色素氧化和降解。 甜菜色素的發(fā)色團(tuán)“1，7-二偶氮庚甲堿”吸收了光，電子激發(fā)到了更高的能量狀態(tài)， 導(dǎo)致更高的反應(yīng)性或更低的分子活化能，降低了甜菜色素分子的穩(wěn)定性，使甜菜色素降解速度加快[77]。 甜菜紅素的穩(wěn)定性在2 200~4 400 lx 范圍內(nèi)與光強(qiáng)呈負(fù)相關(guān)[78]，經(jīng)紫外照射120 h 后可完全褪色[79]。

將pH 7.0 甜菜苷溶液置于15 ℃下6 d，觀察光和氧的共同作用，光照和氧氣分別導(dǎo)致甜菜苷的半衰期縮短了15.6%和14.6%， 二者同時(shí)存在使甜菜苷的半衰期縮短了28.6%， 表明在光照時(shí)氧氣的存在會(huì)使甜菜色素降解加快[80]。 學(xué)者研究光照對(duì)含有不同濃度色素溶液在厭氧條件下的含量變化[81]，將pH 5.0 不同濃度的甜菜苷溶液貯存在 25 ℃下50 h，發(fā)現(xiàn)在厭氧條件下，單獨(dú)增加色素濃度對(duì)溶液中色素的整體穩(wěn)定性沒(méi)有影響。 研究發(fā)現(xiàn)，不同光源的光照對(duì)甜菜紅素溶液的含量也會(huì)產(chǎn)生影響[82]，將等量甜菜紅素溶液分別置于自然光、20 W 紫外燈（30 cm）下8 h 后測(cè)得甜菜紅素保留率，甜菜紅素在自然光比紫外光下穩(wěn)定，當(dāng)光照8 h 時(shí)，甜菜紅素溶液在自然光下的色素保留率在80%以上，紫外光下的色素保留率在50%以上。研究認(rèn)為[83]，甜菜紅素光照后易分解，將甜菜紅素水溶液置于陽(yáng)光下10 d，與避光處理的樣品相比，色素保留率為74.3%，說(shuō)明光照對(duì)甜菜紅素影響較大，應(yīng)避光保存。

2.3 溫度對(duì)紅甜菜色素穩(wěn)定性的影響

有學(xué)者研究了 pH 值[84-86]、氧氣[87-88]、光照[89-90]對(duì)甜菜色素穩(wěn)定性的影響，大多強(qiáng)調(diào)了溫度對(duì)色素保留率的重要性，表明高溫是導(dǎo)致甜菜色素在貯藏和加工過(guò)程中穩(wěn)定性降低的重要因素。 關(guān)于甜菜紅素與甜菜黃素結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，一些學(xué)者[91-93]認(rèn)為在室溫下或加熱后，甜菜紅素要比甜菜黃素更穩(wěn)定。

有學(xué)者研究了紅甜菜片在煮沸后紅甜菜色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，當(dāng)煮沸處理時(shí)間從60、120、180 s逐漸增加時(shí)，甜菜紅素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相應(yīng)減少了6%、22%和51%， 甜菜黃素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則分別減少了18%、23%和 33%[94]。 將紅甜菜在 105、115、125 ℃下處理30 min，觀察甜菜紅素和甜菜黃素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)[95]，甜菜紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次下降了24%、62%和81%， 甜菜黃素下降了 13%、60%和73%， 說(shuō)明高溫導(dǎo)致甜菜紅素和甜菜黃素質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少。研究85 ℃下加熱8 h 后紅甜菜鮮汁顏色的變化，發(fā)現(xiàn)鮮汁的色相角由358°偏移至62°，此時(shí)溶液由紫紅色變?yōu)辄S橙色[96]。 對(duì)加熱后的紅甜菜汁進(jìn)行HPLC 和LC-MS 鑒定，發(fā)現(xiàn)汁液中含有大量呈黃色的色素新甜菜苷、甜菜苷異構(gòu)化生成少量紅色的異甜菜苷和在C-17 發(fā)生脫羧反應(yīng)生成橙色的17-脫羧基甜菜苷、17-脫羧基異甜菜苷以及在C-15 發(fā)生脫羧反應(yīng)且伴有手性中心損失所生成紅色的15-脫羧基甜菜苷。 這5 種化合物是紅甜菜汁在熱處理過(guò)程中發(fā)生橙變的原因，且甜菜色素的降解程度隨著溫度的升高而增加。 通過(guò)研究貯藏溫度（25、35、45 ℃）對(duì)濃縮紅甜菜汁中甜菜色素穩(wěn)定性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)甜菜色素的降解遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型[97]（在紅色火龍果汁中甜菜紅素的降解[98]、90 ℃下藜麥樣品中甜菜色素的降解[99]均遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型），而L*、a*、b*和C* 值的變化符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型；25 ℃下樣品中甜菜紅素和甜菜黃素的降解速度慢于其他溫度下的降解速度，說(shuō)明此溫度下紅甜菜色素較穩(wěn)定；甜菜紅素和甜菜黃素降解的反應(yīng)速率常數(shù)隨貯藏溫度和時(shí)間的增加而增大， 且所有樣品中甜菜黃素降解的活化能（Ea為92.04~93.27 kJ/mol）與甜菜紅素降解活化能（Ea為 66.07~66.13 kJ/mol）的比較表明，甜菜黃素的熱敏感性高于甜菜紅素。 將由紅甜菜分離得到的甜菜紅素和甜菜黃素在90 ℃處理30 min，發(fā)現(xiàn)甜菜紅素耐熱性要比甜菜黃素高，高溫處理后甜菜紅素?fù)p失了13%~15%， 甜菜黃素?fù)p失了45%，而甜菜紅素的熱穩(wěn)定性是甜菜黃素的3 倍[100]。

紅甜菜經(jīng)高溫處理后的顏色變化與紅甜菜色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系[101]，將紅甜菜汁、紅甜菜漿和紅甜菜整根在120 ℃加熱60 min， 發(fā)現(xiàn)隨著加熱時(shí)間的增加，樣品的紅顏色逐漸褪去，整體顏色有不同程度的變黃， 總甜菜色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸減少。此外， 還發(fā)現(xiàn)紅甜菜汁在高溫處理后顏色參數(shù)L*和b*與紅甜菜色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)，C*和a*與紅甜菜色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)；與紅甜菜漿、紅甜菜整根相比，紅甜菜汁中顏色參數(shù)L*、a*、C*、b*與紅甜菜色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)相關(guān)性最高。 高溫下甜菜苷的醛亞胺鍵水解、脫羧和異構(gòu)化，分別生成亮黃色的甜菜醛氨酸和無(wú)色的環(huán)多巴5-O-β-葡萄糖苷、紅色的15-脫羧基甜菜苷和紅色的異甜菜苷， 甜菜色素裂解后的產(chǎn)物繼續(xù)進(jìn)行脫氫產(chǎn)生黃色的新甜菜苷等色素苷元[102]。 在加熱甜菜色素溶液的過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)顏色由紫紅色變?yōu)辄S橙色又逐漸變回紫紅色，此變化稱作甜菜紅素的色素再生，這與甜菜苷的醛亞胺鍵水解有關(guān)。Huang 等[103]將pH 5.0 的紅甜菜色素溶液在氮?dú)猸h(huán)境90 ℃短時(shí)間加熱后， 甜菜苷的醛亞胺鍵水解產(chǎn)物甜菜醛氨酸的醛基與環(huán)多巴5-O-β-葡萄糖苷的氨基進(jìn)行親核加成完成席夫堿縮合，重新生成甜菜紅素，甜菜紅素再生現(xiàn)象說(shuō)明醛亞胺鍵水解是一個(gè)部分可逆反應(yīng)。 此外，甜菜醛氨酸和環(huán)多巴5-O-β-葡萄糖苷的積累增大了甜菜紅素再生的反應(yīng)速率，從而減少了甜菜紅素?fù)p失的量。

2.4 氧氣對(duì)紅甜菜色素穩(wěn)定性的影響

有研究表明，甜菜苷和甜菜苷配基在氧氣存在的條件下不穩(wěn)定，使紅甜菜色素及含有該類色素的產(chǎn)品變暗和失去顏色，說(shuō)明氧氣可加速甜菜色素的降解[104-105]。 在有氧氣條件下甜菜苷降解動(dòng)力學(xué)遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，但在缺氧條件下偏離一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型[106]。

pH 6.0 的紅甜菜汁和pH 6.0 的甜菜紅素溶液在90 ℃加熱9 min 后紅甜菜色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在空氣中加熱時(shí)，空氣與溶液體積的比值在1.9~12.6 不會(huì)影響甜菜紅素溶液色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其原因可能是加熱時(shí)間較短；而對(duì)于紅甜菜汁，加熱后的甜菜紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著空氣體積的增加而降低。 由于樣品在加熱過(guò)程中的晃動(dòng)，氧氣的擴(kuò)散阻力接近于零，使得氧氣與紅甜菜汁的接觸面積變大， 甜菜苷損失受空氣中氧氣擴(kuò)散速率的影響，穩(wěn)定性隨著氧氣體積分?jǐn)?shù)的增加呈線性降低[107]。研究發(fā)現(xiàn)[108]，甜菜苷和甜菜苷配基生成新甜菜苷的原因是空氣氧化，此時(shí)堿性共軛體系在吡啶和重氮甲烷的影響下脫質(zhì)子化， 生成的新甜菜苷呈黃色，這也是甜菜色素溶液由紫紅色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色的原因之一。 甜菜苷的降解是一個(gè)部分可逆的反應(yīng)，將紅甜菜汁置于完全密閉的容器中 （pH 4.75、20 ℃、130 min），甜菜苷保留率從 54 %提高至 92%[109]。 因此，為了提高甜菜紅素再生的色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，有必要在密閉環(huán)境下對(duì)色素進(jìn)行處理，反應(yīng)可逆性是導(dǎo)致甜菜苷降解偏離一級(jí)動(dòng)力學(xué)的原因。 通過(guò)比較甜菜苷和甜菜苷配基在氧氣存在時(shí)的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)糖基化結(jié)構(gòu)甜菜苷要比苷元結(jié)構(gòu)甜菜苷配基更穩(wěn)定，其原因可能是前者具有更高的氧化還原電位，不易發(fā)生氧化反應(yīng)；當(dāng)甜菜苷被氧氣氧化時(shí)，可將兩個(gè)電子轉(zhuǎn)移到O2中生成H2O2，或?qū)2加到甜菜苷分子上，形成有機(jī)過(guò)氧化物[110]。

2.5 降解酶對(duì)紅甜菜色素穩(wěn)定性的影響

對(duì)于紅甜菜自身來(lái)說(shuō)， 未經(jīng)殺菌的紅甜菜，降解酶的存在可引起紅甜菜色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及顏色變化，如β—葡萄糖苷酶、多酚氧化酶、過(guò)氧化物酶等。

β—葡萄糖苷酶可使甜菜紅素的糖苷發(fā)生脫糖基化， 生成紫紅色的甜菜苷配基和異甜菜苷配基，使紅甜菜色素由紅色向紫紅色轉(zhuǎn)變[111]。 過(guò)氧化物酶也可使紅甜菜色素分解，與甜菜黃素相比，甜菜紅素更易被過(guò)氧化物酶分解[112]。 降解酶可促使甜菜苷的異構(gòu)化和脫氫、脫糖基，使紅甜菜色素降解，產(chǎn)生相應(yīng)的降解產(chǎn)物并積累，利于甜菜紅素再生。 紅甜菜片經(jīng)自然發(fā)酵后， 甜菜色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降了61%~88%[113]，這與紅甜菜自身所含β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶、 過(guò)氧化物酶使紅甜菜色素分解有關(guān)。除β—葡萄糖苷酶外， 紅甜菜攜帶的乳酸菌類植物源細(xì)菌可以利用多種碳水化合物作為碳源， 包括β—葡萄糖苷[114]。Martínez-Parra 等[115]研究發(fā)現(xiàn)，紅甜菜中甜菜苷和甜菜苷配基氧化后的產(chǎn)物中除甜菜醛氨酸和環(huán)多巴5-O-β-葡萄糖苷外， 還含有過(guò)氧化物酶，該酶使甜菜苷配基氧化并生成甜菜苷配基自由基，甜菜苷配基自由基經(jīng)歧化作用生成甜菜苷配基和甜菜苷配基醌。 在過(guò)氧化物酶對(duì)甜菜苷配基氧化過(guò)程中，甜菜苷配基降解速率與底物濃度的關(guān)系遵循米氏方程。

在pH 值、光照、溫度、氧氣和降解酶等因素影響下，紅甜菜色素易發(fā)生降解反應(yīng)。 甜菜苷在降解過(guò)程中受影響因素的不同可能發(fā)生如醛亞胺鍵斷裂、脫氫、脫糖基化、脫羧和異構(gòu)化等反應(yīng)，產(chǎn)生不同結(jié)構(gòu)的色素。 根據(jù)影響穩(wěn)定性因素作用程度的不同，紅甜菜色素會(huì)發(fā)生由紅色變?yōu)樽霞t色至黃橙色或最終為無(wú)色的褪色現(xiàn)象，但在特定條件下可觀察到顏色逐漸向紅色轉(zhuǎn)變或甜菜紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升，即發(fā)生了甜菜紅素再生。

紅甜菜色素在pH 5.0 時(shí)最穩(wěn)定，在pH 5.0~6.0時(shí)較穩(wěn)定，在pH<3.0 時(shí)發(fā)生由紅色向紫紅色轉(zhuǎn)變，在pH>7.0 時(shí)顏色向黃色轉(zhuǎn)變； 紅甜菜及紅甜菜色素應(yīng)進(jìn)行避光處理， 避免光照引起色素的氧化降解；紅甜菜及其色素純品在4 ℃存放最佳，含有紅甜菜色素的產(chǎn)品的貯存溫度最佳為25 ℃。 紅甜菜色素對(duì)熱敏感，甜菜黃素的熱敏感性要高于甜菜紅素，色素降解程度隨處理溫度的升高而增加，不宜長(zhǎng)時(shí)間高溫處理，避免高溫導(dǎo)致的色素?fù)p失；甜菜色素受熱處理其熱降解遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，顏色參數(shù) （L*、a*、b*和C*） 的變化符合零級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)；氧氣的存在可加速紅甜菜色素氧化，在有氧氣的條件下甜菜苷的降解動(dòng)力學(xué)遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，含有甜菜紅素產(chǎn)品進(jìn)行包裝時(shí)應(yīng)在包裝內(nèi)充入氮?dú)?，減少氧氣與紅甜菜色素接觸，避免氧氣引起色素的褪色；在貯藏和加工過(guò)程中還應(yīng)重視降解酶和微生物引起的色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和顏色變化，應(yīng)在適宜的pH 值和溫度條件下進(jìn)行滅酶和滅菌處理，減少因降解酶所引起的色素降解。

針對(duì)紅甜菜色素及紅甜菜產(chǎn)品，在加工、貯藏、運(yùn)輸及銷售過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)下應(yīng)滿足低酸 （pH 在5.0~6.0）、低溫、避光和隔氧的條件，還應(yīng)進(jìn)行滅酶和滅菌處理。

3 展 望

紅甜菜在我國(guó)已有多個(gè)地區(qū)種植，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)適用性高，是商業(yè)化甜菜色素的主要來(lái)源。 未來(lái)可從以下方面深入研究以提高紅甜菜色素的穩(wěn)定性：1）甜菜紅素?；?，如阿魏酸、對(duì)香豆酸、咖啡酸等可提供?；鶊F(tuán)與甜菜苷配基分子締合形成?；擒?， 減少醛亞胺鍵斷裂的可能，提高甜菜紅素的穩(wěn)定性；2）甜菜紅素包埋技術(shù)，應(yīng)選擇適宜的壁材包埋甜菜紅素， 有效解決其在熱、光照、酸、堿、氧氣等不同環(huán)境中穩(wěn)定性差的問(wèn)題，同時(shí)最大限度保留該色素的生物活性；3）甜菜紅素再生， 應(yīng)結(jié)合甜菜紅素與甜菜黃素的生物合成途徑，深入研究甜菜紅素再生的特定條件，促使醛亞胺鍵斷裂產(chǎn)生的甜菜醛氨酸與環(huán)多巴5-O-β-葡萄糖苷結(jié)合生成甜菜苷， 異甜菜醛氨酸與環(huán)多巴5-O-β-葡萄糖苷結(jié)合生成異甜菜苷，利于維持紅甜菜色素在易降解環(huán)境中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并有助于提升色素穩(wěn)定性；4） 微生物發(fā)酵技術(shù)提高甜菜紅素穩(wěn)定性，如通過(guò)以乳酸發(fā)酵為主的發(fā)酵技術(shù)， 使發(fā)酵液的pH值有利于甜菜紅素的穩(wěn)定。

甜菜色素穩(wěn)定性的研究有助于將其更好、更全面的應(yīng)用于食品、營(yíng)養(yǎng)保健品、化妝品、染料等領(lǐng)域，充分發(fā)揮其生物活性和潛在的保健價(jià)值，逐步減少合成紅色素（如胭脂紅、莧菜紅和赤蘚紅）的使用，提高紅甜菜及甜菜色素的利用率。