胡蘿卜汁中色素穩(wěn)定性分析實(shí)驗(yàn)綜述報(bào)告

田志美,朱昌浩

(阜陽(yáng)師范大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院,安徽 阜陽(yáng) 236037)

胡蘿卜,亦稱(chēng)為黃蘿卜等,屬草本植物,人們主要將它的根部作為食材[1]。胡蘿卜它是被人們所熟知的健康蔬菜,效果甚至可以和人參相媲美[2]。形狀一般分為棍狀和圓錐兩種,根色含橘、粉、黃等色調(diào)。被公認(rèn)約2000年的種植歷史,原產(chǎn)地位于阿富汗(在亞洲西南部),世界各地均有分布。胡蘿卜于13世紀(jì)中期,歷經(jīng)千里被傳入國(guó)內(nèi),在全國(guó)范圍內(nèi)大量種植,在中國(guó)根系菜蔬中產(chǎn)量非常高。因其本身富含多種營(yíng)養(yǎng),包括淀粉、胡蘿卜素及磷鈣,顏色亮麗、口感爽脆多汁,所以,深受人們的喜愛(ài)。100 g新鮮的胡蘿卜中大概含有胡蘿卜素6 mg,對(duì)比之下,100 g新鮮西紅柿僅含有1 mg的胡蘿卜素,這是胡蘿卜飽受人們喜愛(ài)的原因之一。胡蘿卜素被人體吸收之后,經(jīng)過(guò)一系列加工會(huì)合成出維生素A。眾所周知,維生素A可以有效地阻止人們患上夜盲癥。純天然維生素A能夠由胡蘿卜素轉(zhuǎn)化得到,純天然維生素自身效果優(yōu)于合成的一些藥物[3]。

隨著科技手段的不斷更新,經(jīng)過(guò)許多實(shí)驗(yàn)證明,科學(xué)家發(fā)覺(jué)人工合成的色素對(duì)人體具有很大的威脅[4-7]。正因如此,很多地方都對(duì)人工合成色素減少使用并且進(jìn)行了嚴(yán)厲的管制。天然的色素沒(méi)有毒性,顏色靚麗,富含很高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,飽受人民的喜愛(ài),有關(guān)其穩(wěn)定性的研究屢見(jiàn)不鮮[8-12]。大量的研究表明胡蘿卜具有很高的藥用價(jià)值,例如:能夠預(yù)防視力下降等[13]。胡蘿卜汁中擁有的主要色素為類(lèi)胡蘿卜素,而這種色素屬于水溶性色素。也有很多的研究顯示,類(lèi)胡蘿卜素有降低心腦血管疾病發(fā)病率、抗氧化和抵御癌癥等重要功能[14]。色澤是胡蘿卜汁的一項(xiàng)重要感官指標(biāo),胡蘿卜汁本身的顏色會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而發(fā)生一些變化。胡蘿卜色素的穩(wěn)定性被破壞就會(huì)發(fā)生顏色的改變,為了保持胡蘿卜色素的穩(wěn)定性,一般將其放入酸性條件下進(jìn)行保護(hù)。事實(shí)上,在生產(chǎn)胡蘿卜汁時(shí),對(duì)加工工藝有著嚴(yán)苛的要求,合理的方法將提高色素的穩(wěn)定性,很好地避免了胡蘿卜汁變色現(xiàn)象,也能夠保護(hù)其中的類(lèi)胡蘿卜素[15]。

如今對(duì)于胡蘿卜汁的加工方法、功能和性質(zhì)的研究已經(jīng)有很多文獻(xiàn)報(bào)道了,但是對(duì)于其中色素穩(wěn)定性的研究卻很少有報(bào)道。所以,此文就胡蘿卜汁中色素的穩(wěn)定性進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn),主要是不同溫度條件、還原劑、不同光照條件、氧化劑、不同pH值、不同金屬離子對(duì)胡蘿卜汁中色素穩(wěn)定性的影響展開(kāi)了研究,希望為胡蘿卜汁在生產(chǎn)及保存過(guò)程中的維持顏色處理和儲(chǔ)藏提供重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)儀器:725N型分光光度計(jì),上海佑科儀器儀表有限公司;電子天平,上海越平科學(xué)儀器有限公司;破壁機(jī),九陽(yáng)股份有限公司;恒溫水浴槽,南京南大萬(wàn)和科技有限公司;高速離心機(jī),金壇市杰瑞爾科技有限公司;紫外線殺菌消毒燈,佛山益辰電子科技有限公司。

實(shí)驗(yàn)藥品:五水合硫酸銅,西隴化工股份有限公司;硫酸鋅,天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司;硝酸鋁、蔗糖、無(wú)水硫酸鎂,天津市大茂化學(xué)試劑廠;三氯化鐵、硫代硫酸鈉,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;30%過(guò)氧化氫,江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司;硫酸亞鐵銨,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 溶液配制

1) 0.1 mol·L-1的硫酸鎂溶液:稱(chēng)6.013 g硫酸鎂倒入50 mL小燒杯中;溶解后定容至500 mL容量瓶保存。

2) 0.1 mol·L-1的硫酸銅溶液:稱(chēng)12.455 g五水合硫酸銅倒入50 mL小燒杯中溶解;然后定容至500 mL容量瓶保存。

3) 0.1 mol·L-1的硝酸鋁溶液:稱(chēng)18.732 g硝酸鋁倒入50 mL小燒杯中攪拌溶解;然后定容至500 mL容量瓶保存。

4) 0.1 mol·L-1的硫酸亞鐵銨溶液:稱(chēng)19.600 g硫酸亞鐵銨倒入50 mL小燒杯溶解,定容到500 mL容量瓶保存。(現(xiàn)配現(xiàn)用)。

5) 0.1 mol·L-1的硫酸鋅溶液:稱(chēng)14.365 g硫酸鋅倒入50 mL小燒杯中溶解;定容至500 mL的容量瓶保存。

6)0.05 mol·L-1的六水合三氯化鐵溶液:稱(chēng)6.745 g六水合三氯化鐵倒入50 mL小燒杯溶解;定容至500 mL容量瓶保存。

7)0.1 mol·L-1的蔗糖溶液:稱(chēng)3.411 g蔗糖倒入50 mL小燒杯溶解后定容至100 mL容量瓶保存。

1.3 方法

取一塊白紗布備用,將新鮮的胡蘿卜洗凈切成小胡蘿卜丁,放入破壁機(jī)中打碎成胡蘿卜泥,用干凈的白紗布將胡蘿卜過(guò)濾得到胡蘿卜汁,將其倒入試管中,然后放入離心機(jī)中以2 000 r/min的速度離心20 min,靜置20～30 min,放在試管架上備用。

2 結(jié)果與討論

2.1 胡蘿卜色素的光譜特征

取1 mL胡蘿卜汁溶液于50 mL容量瓶中,并且定容至刻度。確定胡蘿卜汁上清液的吸光度大小,吸收峰見(jiàn)圖1。由圖1可知,在470～550 nm處有兩吸收峰,最大吸收峰在490 nm[16]。所以胡蘿卜色素特征吸收峰是490 nm,以下實(shí)驗(yàn)中所有的測(cè)定波長(zhǎng)都設(shè)在490 nm處。

圖1 胡蘿卜色素的特征光譜

2.2 不同pH值對(duì)胡蘿卜汁中色素穩(wěn)定性的影響

取1 mL胡蘿卜汁溶液于50 mL容量瓶中,加入pH值=2.2的酸性緩沖溶液,定容至刻度測(cè)定波長(zhǎng)在490 nm處吸光度值。同理,依次測(cè)定加入pH值=3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13的緩沖溶液的吸光度值。放置24,48 h后繼續(xù)測(cè)量溶液的吸光度值,結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 溶液pH值對(duì)胡蘿卜汁吸光度的影響

由圖2可知,在pH值=4時(shí),溶液的吸光度最大。原因是強(qiáng)酸性會(huì)破壞胡蘿卜色素的結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致沉淀現(xiàn)象。pH值比較大時(shí)胡蘿卜的顏色會(huì)加深。因此,選擇pH值=8時(shí)效果最好(以下實(shí)驗(yàn)所用到的緩沖溶液均為pH值=8的緩沖溶液)。隨放置時(shí)間的增大,溶液的吸光度變大,原因可能是溶液變暗,導(dǎo)致吸光度變大。

2.3 紫外光對(duì)胡蘿卜汁中色素穩(wěn)定性的影響

取1 mL胡蘿卜汁溶液于50 mL容量瓶中。用pH值=8的檸檬酸緩沖溶液定容至刻度。同理,再配置三份相同的溶液并貼上標(biāo)簽,分別將其靜置和避光,放在日光,紫外燈四種條件下一定時(shí)間,然后測(cè)定吸光度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與蔡曉雯,謝建華的胡蘿卜色素穩(wěn)定性分析的研究結(jié)果一致[16]。結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同條件下光照對(duì)胡蘿卜汁吸光度的影響

由圖3可知,日光對(duì)胡蘿卜汁溶液中的色素破壞得最明顯。7 h過(guò)后溶液已經(jīng)能夠看出分層,上層顏色褪去,所以吸光度很低。紫外燈開(kāi)始對(duì)溶液的吸光度影響較小,一段時(shí)間后,吸光度值變化比較明顯;靜置,避光的吸光度變化不明顯。對(duì)溶液中色素影響下。綜上所述,證明紫外光會(huì)在一定程度上影響胡蘿卜色素的穩(wěn)定性,在生產(chǎn)和加工的過(guò)程中應(yīng)該做到避光保存。

2.4 氧化劑對(duì)胡蘿卜汁中色素穩(wěn)定性的影響

取1 mL離心后的汁液于50 mL容量瓶中,分別加30%H2O2溶液各5,6,7,8,9,10 mL,定容至刻度,混合均勻后測(cè)定其吸光度,結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 氧化劑H2O2對(duì)胡蘿卜汁吸光度的影響

由圖4可以看出:向胡蘿卜汁溶液中加入氧化劑過(guò)氧化氫會(huì)使胡蘿卜溶液的吸光度下降,由此就可以證明該色素的抗氧化性不是太強(qiáng),對(duì)氧化劑比較敏感。所以,要嚴(yán)格避免胡蘿卜汁與氧化性強(qiáng)的物質(zhì)相接觸。

2.5 還原劑對(duì)胡蘿卜汁中色素穩(wěn)定性的影響

首先,分別取1 mL上清液于5個(gè)50 mL容量瓶中,然后分別加入還原劑0.1 mol/L硫代硫酸鈉0,10,20,30,40,49 mL至刻度線,在可見(jiàn)光區(qū)最大吸收波長(zhǎng)的條件下,測(cè)定其吸光度值。結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 還原劑對(duì)胡蘿卜汁吸光度穩(wěn)定性的影響

由圖5可以發(fā)現(xiàn),還原劑硫代硫酸鈉對(duì)溶液汁色素穩(wěn)定性影響較大。伴隨著用量的增多,可以看到溶液的吸光度發(fā)生顯著下降。由此可見(jiàn),剛生產(chǎn)加工完的胡蘿卜汁應(yīng)該避免與還原性強(qiáng)的物質(zhì)接觸,否則可能會(huì)導(dǎo)致胡蘿卜汁顏色發(fā)生變化,甚至發(fā)生變質(zhì)。

2.6 溫度對(duì)胡蘿卜汁中色素穩(wěn)定性的影響

依次取3份1 mL胡蘿卜汁上清液于三個(gè)50 mL容量瓶中。分別加入pH值=8的檸檬酸緩沖溶液至刻度線,在常溫條件下分別測(cè)定其吸光度值(λ=490 nm),因?yàn)槭遣煌娜芤?所以溶液初始吸光度可能有所不同,不過(guò)也不影響討論。

將三個(gè)容量瓶分別放入三個(gè)不同溫度的恒溫水浴中加熱并保溫一段時(shí)間,再分別測(cè)定其吸光度值的大小,在不同溫度下保溫不同時(shí)間。設(shè)定溫度為30,40,50 ℃,時(shí)間為0,0.5,1,1.5,2 h。結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 不同溫度對(duì)胡蘿卜汁吸光度的影響

由圖6可知,溫度對(duì)溶液中色素穩(wěn)定性的影響比較大。低溫時(shí)對(duì)溶液中色素穩(wěn)定性的影響不是很明顯,高溫時(shí)則會(huì)變得非常明顯,當(dāng)恒溫加熱到30 min時(shí)高溫就會(huì)破壞胡蘿卜色素,從而使溶液發(fā)生了沉淀現(xiàn)象,導(dǎo)致溶液的吸光度發(fā)生明顯下降,當(dāng)在50 ℃的條件下加熱90 min后,溶液的吸光度變得更低了,說(shuō)明溫度越高,對(duì)胡蘿卜色素穩(wěn)定性的影響就會(huì)越大。由此可知,胡蘿卜色素應(yīng)該放在低溫下保存是比較合理的。

2.7 金屬離子對(duì)胡蘿卜汁中色素穩(wěn)定性的影響

首先要做的是配制六種金屬離子濃度為0.1 mol/L的溶液(其中Fe2+需要現(xiàn)配現(xiàn)用,時(shí)間長(zhǎng)會(huì)被氧化從而引起較大的誤差),接著依次研究不同金屬離子的影響,然后吸1 mL胡蘿卜汁于50 mL容量瓶中。分別加入5 mL六種金屬離子溶液定容至刻度,然后按照不同的時(shí)間梯度測(cè)定其吸光度,容易氧化的金屬離子溶液應(yīng)該優(yōu)先測(cè)定。結(jié)果圖7、8。

圖7 不同金屬離子對(duì)胡蘿卜汁吸光度的影響

圖8 不同金屬離子對(duì)胡蘿卜汁吸光度的影響

由圖7、8結(jié)合可知:Al3+和Zn2+對(duì)吸光度的影響很小?；究梢院雎圆挥?jì)且顏色也沒(méi)有發(fā)生改變。Cu2+和Fe2+對(duì)溶液中色素的影響非常大,并且還會(huì)產(chǎn)生比較明顯的色變。所以,除了Cu2+和Fe2+兩種離子外,其他離子對(duì)溶液的吸光度影響甚微。

3 結(jié)論

對(duì)胡蘿卜汁的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,結(jié)果顯示:胡蘿卜色素在日光的照射下非常容易被分解,對(duì)紫外光比較敏感,對(duì)氧化劑和還原劑也比較敏感,同時(shí)具有一定的熱穩(wěn)定性和耐糖性,但是溫度高于60 ℃的時(shí)候就會(huì)變得不穩(wěn)定,會(huì)發(fā)生沉淀,在保存胡蘿卜色素的時(shí)候應(yīng)該注意避免與它們接觸,胡蘿卜色素在偏堿性(pH值=8時(shí))的條件下比較穩(wěn)定。所以,需將胡蘿卜色素放在低溫的條件下儲(chǔ)存比較好,同時(shí),金屬離子大都對(duì)胡蘿卜色素影響并不明顯,但是Zn2+和Fe2+對(duì)胡蘿卜色素的吸光度和顏色影響較大,因此,在使用和保存的過(guò)程中應(yīng)該注意避免兩種金屬離子的存在。