黑木耳黑色素組分穩(wěn)定性研究

馮磊 　程文 　雷虹

摘要：? 比較3種黑木耳黑色素組分的理化性質(zhì)，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行研究的結(jié)果表明，光照會(huì)降低黑木耳黑色素各組分的穩(wěn)定性;低溫有利于黑木耳黑色素各組分的保存，長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)降低黑木耳黑色素各組分保存率;pH值會(huì)顯著影響黑木耳黑色素各組分的溶解性，堿性條件更有利于黑木耳黑色素各組分的溶解;K+、Ca2+和Mg2+會(huì)顯著降低黑木耳黑色素各組分的吸光值，Cu2+和Fe3+會(huì)使黑木耳黑色素各組分的吸光值升高;黑木耳黑色素各組分容易被氧化劑氧化，但還原劑對(duì)其穩(wěn)定性沒有顯著影響;苯甲酸鈉、山梨酸鉀、谷氨酸鈉和丁基化羥基茴香醚這四種食品添加劑對(duì)黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性影響不大。

關(guān)鍵詞：? 黑木耳黑色素;? 理化性質(zhì);? 穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：? ?TS 219? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1001 - 9499（2022）03 - 0036 - 05

黑色素在自然界中廣泛存在于植物、動(dòng)物和微生物中，天然黑色素多數(shù)不溶于水，一般與糖類和蛋白質(zhì)牢固的結(jié)合在一起，很難通過溶解和重結(jié)晶的手段將其分離和純化。

黑色素是由吲哚或酚類化合物氧化聚合而成的非均質(zhì)高分子化合物，顏色一般為黑色或褐色，其形成是由酪氨酸在酪氨酸酶的催化作用下，氧化成多巴，進(jìn)一步氧化成多巴胺，經(jīng)過復(fù)雜的演變過程，最終形成由蛋白質(zhì)、吲哚、醌等所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)緊密的高分子聚合物，即黑色素[ 1 ]。黑色素與人體的生長(zhǎng)發(fā)育、健康還有部分病變有一定的聯(lián)系，是人體內(nèi)部重要的活性物質(zhì)。研究顯示，黑色素具有降低紫外線輻射傷害[ 2 - 3 ]、清除體內(nèi)自由基[ 4 - 5 ]、抗病毒[ 6 - 7 ]和免疫調(diào)節(jié)[ 8 - 9 ]等功能。本文采用已分離的黑木耳黑色素，比較3種黑木耳黑色素組分的理化性質(zhì)，旨在為功能性色素的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所使用的黑木耳黑色素各組分為前期試驗(yàn)所分離純化得到的黑木耳黑色素組分，F(xiàn)1、F2和F3。

1. 2 試驗(yàn)試劑與儀器

濃鹽酸、氫氧化鈉、氯仿、乙酸乙酯、乙醇、氯化鉀、氯化鎂、氯化銅、氯化鐵、高錳酸鉀、亞硫酸鈉、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、谷氨酸鈉、丁基化羥基茴香醚等均為國(guó)產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

1. 3 黑木耳黑色素組分理化性質(zhì)的研究

1. 3. 1 黑木耳黑色素各組分的光穩(wěn)定性

將50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液分別置于暗處和自然光下分別照射0、7、14、21、28天，測(cè)定207 nm下吸光度值，比較各組分的光穩(wěn)定性。

1. 3. 2 黑木耳黑色素各組分的熱穩(wěn)定性

將50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液分別在0、25、100 ℃水浴下分別加熱0、4、8、12 h時(shí)，冷卻后測(cè)定其207 nm下吸光度值，比較各組分的熱穩(wěn)定性。

1. 3. 3 黑木耳黑色素各組分的pH溶解性

將50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液分別用5%的NaOH溶液和5%的HCl溶液調(diào)節(jié)其pH值分別為2.0、5.0、7.0、9.0、12.0，測(cè)定其207 nm下吸光度值，比較各組分的pH溶解性。

1. 3. 4 黑木耳黑色素各組分的金屬離子穩(wěn)定性

分別在50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液中加入MgCl2、KCl、CaCl2、FeCl3、CuCl2，使其濃度為0.015 mol/L，分別在0、24、48 h測(cè)定其207 nm下吸光度值，比較各組分的金屬離子穩(wěn)定性。

1. 3. 5 黑木耳黑色素各組分的氧化還原性

分別在50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液中加入高錳酸鉀和亞硫酸鈉，使其濃度分別為0.025、0.02 mg/mL，分別在0、0.5、1 h測(cè)定其207 nm下吸光度值，比較各組分的氧化還原性。

1. 3. 6 黑木耳黑色素各組分的食品添加劑穩(wěn)定性

分別在50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液中加入山梨酸鉀、苯甲酸鈉、丁基化羥基茴香醚、谷氨酸鈉，使其濃度分別為0.05、0.05、0.02、0.02 mg/mL的溶液，分別在0、1、3、5天測(cè)定其207 nm下吸光度值，比較各組分的食品添加劑穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與分析

2. 1 光對(duì)黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響

由圖1A可知，在避光環(huán)境下4 w，黑木耳黑色素各組分的保存率隨著時(shí)間的增長(zhǎng)顯著降低（P<0.05）。其中F1和F2在前2周保存率的減少?zèng)]有顯著性差異（P>0.05），但從第3 w開始差異顯著（P<0.05），4 w后保存率分別為88.43%和84.38%;F3在前3 w保存率差異顯著，但第3w和第4 w之間差異并不明顯（P>0.05），說明在避光條件下隨著時(shí)間延長(zhǎng)，F(xiàn)3會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。自然光照射4 w后，3個(gè)組分的保存率分別為78.88%、71.29%和68.91%，且與初始值相比差異顯著（P<0.05）（圖1B）。相比于避光條件，光照使得3個(gè)組分保存率分別下降了9.55%、13.10%和4.69%，說明3個(gè)組分中光照最不利于F2的穩(wěn)定性，而F3對(duì)光照最不敏感。F1和F3在前3 w的保存率差異并不顯著（P>0.05），而F2在整個(gè)試驗(yàn)期間每周的保存率都顯著降低（P<0.05）。這表明光照對(duì)黑木耳黑色素的破壞作用隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，可能是由于光照使黑木耳黑色素各組分的結(jié)構(gòu)發(fā)生了不同程度的變化，從而使得其保存率有不同程度的下降。

2. 2 溫度對(duì)黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響

模仿一般食品的加工和貯藏環(huán)境，分別對(duì)黑木耳黑色素各組分以及黑色素總提取物在0、25 ℃以及100 ℃下的穩(wěn)定性進(jìn)行考察（圖2）。在3個(gè)溫度下黑色素各組分的保存率均隨保存時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，并且隨著溫度的升高各組分的保存率降低。在0 ℃的環(huán)境下，黑木耳黑色素各組分保存率變化差異并不明顯（P<0.05），說明低溫有利于各組分的穩(wěn)定保存;溫度為25 ℃時(shí)，F(xiàn)1的保存率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)沒有顯著差異（P>0.05），而F2和F3在各時(shí)間段間保存率下降顯著（P<0.05），12 h后F3的保存率為93.47%。說明F1可以在室溫下保存，但F2和F3在室溫下可能會(huì)發(fā)生分解，不建議長(zhǎng)期存放于室溫環(huán)境。在100 ℃加熱條件下，隨著時(shí)間的增加黑木耳黑色素各組分的保存率都顯著降低（P<0.05），同時(shí)各組分的保存率在3個(gè)時(shí)間段間差異顯著（P<0.05），12 h后保存率分別為96.29%、94.76%和85.45%。

這表明加熱會(huì)破壞黑木耳黑色素的結(jié)構(gòu)，且3種組分均不耐熱，長(zhǎng)時(shí)間高溫條件會(huì)使各組分損失，所以在加工或烹飪時(shí)應(yīng)適當(dāng)控制加熱溫度和加熱時(shí)間，以免造成損失。

2. 3 pH值對(duì)黑木耳黑色素各組分溶解性的影響

由于黑色素的堿溶酸沉特性，結(jié)合黑木耳黑色素的提取過程，選擇pH2～12對(duì)各組分的酸堿穩(wěn)定性進(jìn)行考察。由圖3可以看出，隨著溶液由堿性到中性再到酸性，黑木耳黑色素F1的溶解率逐漸降低，pH值由12到9的過程中并沒有顯著性差異（P>0.05），當(dāng)pH值下降到7時(shí)，F(xiàn)1的溶解率顯著降低（P<0.05），當(dāng)溶液pH值進(jìn)入到酸性范圍內(nèi)，隨著酸性的增加，各pH值跨度間沒有顯著差異（P>0.05）。并且在試驗(yàn)過程中，隨著pH值的減小，溶液顏色變淺，出現(xiàn)細(xì)小的懸浮顆粒并逐漸增多，這時(shí)溶液中F1的溶解率只有21%。而F2在溶液中的溶解率，在pH值由12到7的過程中差異顯著（P<0.05），當(dāng)pH值下降到7時(shí)F2的溶解率達(dá)到最低，為61.14%，當(dāng)溶液pH值進(jìn)入到酸性范圍內(nèi)，隨著酸性的增加，F(xiàn)2的溶解率上升，但差異并不顯著（P>0.05）。F3在溶液中的溶解率，在pH值由12到7的過程中沒有顯著差異（P>0.05），當(dāng)pH值下降到7時(shí)，F(xiàn)2的溶解率達(dá)到最低，為70.11%，當(dāng)溶液pH值進(jìn)入到酸性范圍內(nèi)，隨著酸性的增加，F(xiàn)2的溶解率上升，并且沒有顯著差異（P>0.05）。

以上結(jié)果表明，黑木耳黑色素F1在酸性條件下溶解度較小，在堿性條件下溶解度較大，溶解性更高;F2與F3的pH穩(wěn)定性相似，在堿性條件下溶解度較大，比較穩(wěn)定，在中性環(huán)境下穩(wěn)定性最差，可能是由于黑色素的主要前體物質(zhì)多巴溶于堿性和酸性溶液，同時(shí)各組分的聚合度不同，游離的多巴含量不同，導(dǎo)致了這一差異。由于F1在黑木耳黑色素中所占的比率遠(yuǎn)大于另外兩種組分，所以黑木耳黑色素的pH穩(wěn)定性與F1相似。

2. 4 金屬離子對(duì)黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響

選取食品加工過程中經(jīng)常使用的5種金屬離子，分別考察K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe3+對(duì)黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響，以初始值作為零點(diǎn)，比較這5種金屬離子如何影響溶液的吸光值以及吸光值的變化幅度。

由圖4可知，K+會(huì)降低黑木耳黑色素各組分的吸光值，并且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，各組分的損失增加，說明K+破壞各組分的穩(wěn)定性是一個(gè)緩慢的過程。且在試驗(yàn)期間黑木耳黑色素各組分吸光值的差異顯著（P<0.05），是由于K+與對(duì)苯二酚和苯醌這兩種基團(tuán)結(jié)合，使這一部分黑色素不能溶解。Ca2+會(huì)降低黑木耳黑色素各組分的吸光值，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，黑木耳黑色素F2的吸光值變化沒有顯著性差異（P>0.05），而F1和F3差異顯著（P<0.05）。說明相比于F1和F3，F(xiàn)2中存在更多的對(duì)苯二酚和苯醌，能與Ca2+持續(xù)的結(jié)合，從而使F2的吸光值緩慢降低。Mg2+也會(huì)降低黑木耳黑色素各組分的吸光值，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)1的吸光值變化差異顯著（P<0.05），而F2和F3沒有顯著差異（P>0.05）。說明相比于F2和F3，F(xiàn)1中存在更多的對(duì)苯二酚和苯醌，能與Mg2+持續(xù)的結(jié)合，從而使F1的吸光值降低速率較大。Cu2+會(huì)使黑木耳黑色素各組分的吸光值先升高后降低，這可能是因?yàn)镃u2+的存在會(huì)使酪氨酸酶活性增強(qiáng)，促進(jìn)了黑色素的形成，導(dǎo)致吸光值升高，同時(shí)Cu2+也會(huì)絡(luò)合一部分黑木耳黑色素，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)容器底部出現(xiàn)少量沉淀。Fe3+與Cu2+相似，會(huì)使黑木耳黑色素各組分的吸光值先升高后降低，是由于Fe3+結(jié)合特定基團(tuán)后，可以使黑色素的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并具有一定的增色作用。但第2天黑木耳黑色素F1的吸光值降低不顯著（P>0.05），可能是由于F2和F3只有少量的基團(tuán)會(huì)Fe3+結(jié)合。

2. 5 氧化劑和還原劑對(duì)黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響

向黑木耳黑色素溶液中加入氧化劑高錳酸鉀后，如圖5A所示，吸光值明顯減小，但隨著時(shí)間延長(zhǎng)吸光值基本不變，且沒有顯著差異（P>0.05），同時(shí)觀察到溶液顏色明顯變淺，可能是由于黑木耳黑色素組分中存在的酚羥基，加入氧化劑時(shí)被迅速氧化，形成了相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，所以隨著時(shí)間的延長(zhǎng)吸光值基本保持不變。與高錳酸鉀的迅速反應(yīng)，也意味著這3種黑木耳黑色素組分可以用來做抗氧化劑，是要被保護(hù)的物質(zhì)免受氧化劑的影響。其中F1最容易被氧化，吸光值降低了18.09%。黑木耳黑色素各組分對(duì)還原劑比較穩(wěn)定，加入還原劑亞硫酸鈉后，3種黑木耳黑色素組分的吸光值都有不同程度的降低，但與初始值相比變化不大，并且隨著時(shí)間變化沒有顯著差異（P>0.05）（圖5B）?？赡苁呛谀径谏馗鹘M分中沒有能與還原劑發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)。

2. 6 食品添加劑對(duì)黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響

考慮到食品加工過程中食品添加劑的使用，選用苯甲酸鈉和山梨酸鉀這兩種最常用的防腐劑，家庭加工和工廠加工都很常見的鮮味劑——谷氨酸鈉，以及丁基化羥基茴香醚這種抗氧化劑為例，考察食品添加劑對(duì)黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響（圖6）。黑木耳黑色素各組分在2種防腐劑的作用下會(huì)有不同程度的損失，試驗(yàn)前3天黑木耳黑色素各組分保存率沒有顯著的差異（p>0.05），到第5天差異顯著，說明各組分與這兩種防腐劑是緩慢反應(yīng)的。在苯甲酸鈉作用下，各組分的保存率為97.12%、93.54%和92.26%;在山梨酸鉀作用下，各組分的保存率為97.63%、96.75%和93.54%。谷氨酸鈉會(huì)使黑木耳黑色素各組分保存率降低，試驗(yàn)前3天黑木耳黑色素各組分保存率沒有顯著的差異（p>0.05），到第5天差異顯著，同樣說明黑木耳黑色素各組分與谷氨酸鈉的反應(yīng)是緩慢發(fā)生的。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各組分的保存率為96.22%、93.06%和95.06%。在丁基化羥基茴香醚的作用下，黑木耳黑色素F2和F3的保存率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)差異不顯著，F(xiàn)1在試驗(yàn)前3天保存率沒有顯著差異，到第5天差異顯著（p<0.05）。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，黑木耳黑色素各組分的保存率為96.81%、96.00%和95.32%。說明在抗氧化劑的參與下，抗氧化劑能夠保護(hù)黑木耳黑色素各組分，使其保持穩(wěn)定狀態(tài)。

以上結(jié)果說明，苯甲酸鈉、山梨酸鉀、谷氨酸鈉和丁基化羥基茴香醚這四種食品添加劑對(duì)黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性影響不大。

3 結(jié) 論

本文對(duì)分離得到的黑木耳黑色素組分進(jìn)行了穩(wěn)定性研究，現(xiàn)得到如下結(jié)果：

（1）自然光照射4 w后，黑木耳黑色素各組分的保存率會(huì)顯著降低，且光照對(duì)黑木耳黑色素的破壞作用隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加。

（2）在0、25 ℃和100 ℃ 3個(gè)溫度下，隨著溫度的升高，黑木耳黑色素各組分的保存率顯著降低，長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)破壞黑木耳黑色素各組分的結(jié)構(gòu)，低溫環(huán)境更有利于黑木耳黑色素各組分的保存。

（3）pH值會(huì)顯著的影響黑木耳黑色素各組分的溶解性，堿性條件更有利于黑木耳黑色素各組分的溶解。

（4）K+、Ca2+和Mg2+會(huì)降低黑木耳黑色素各組分的吸光值;Cu2+和Fe3+會(huì)是黑木耳黑色素各組分的吸光值升高。

（5）氧化劑會(huì)迅速與黑木耳黑色素各組分反應(yīng)，顯著降低黑木耳黑色素各組分的保存率;而黑木耳黑色素各組分對(duì)還原劑比較穩(wěn)定。

（6）苯甲酸鈉、山梨酸鉀、谷氨酸鈉和丁基化羥基茴香醚這四種食品添加劑對(duì)黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性影響不大。

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第1作者簡(jiǎn)介：? 馮磊（1981-），? 男，? 副研究員，? 研究方向：? 森林食品培育及加工。

程文（1992-），? 女，? 助理研究員，? 研究方向：? 食品的藥物活性挖掘及研發(fā)。

通訊作者：? 雷虹（1971-），? 女，? 教授，? 研究方向：? 食品的藥物活性挖掘及研發(fā)。

收稿日期： 2022 - 02 -? 20

黑龍江省森林工業(yè)總局科技計(jì)劃（sgzjY2015016）;黑龍江省屬科研院所基本業(yè)務(wù)費(fèi)資源項(xiàng)目