紫甘藍(lán)色素的穩(wěn)定性及抑菌性

楊曉玲，郭彥東

(1.淮海工學(xué)院海洋學(xué)院，江蘇 連云港 222005；2.普渡大學(xué)西拉法葉城校區(qū)，美國 印第安納州 西拉法葉 47906)

紫甘藍(lán)色素的穩(wěn)定性及抑菌性

楊曉玲1，郭彥東2

(1.淮海工學(xué)院海洋學(xué)院，江蘇 連云港 222005；2.普渡大學(xué)西拉法葉城校區(qū)，美國 印第安納州 西拉法葉 47906)

從紫甘藍(lán)葉片中提取分離紫甘藍(lán)色素，研究紫甘藍(lán)色素在不同條件下的穩(wěn)定性及抑菌性。結(jié)果表明：紫甘藍(lán)色素在pH 2的酸性水溶液中呈現(xiàn)原植物具有的紫紅色，穩(wěn)定性較好；隨著pH值的增高，紫甘藍(lán)色素發(fā)生向藍(lán)色再到綠色的轉(zhuǎn)變，且最大吸收波長發(fā)生紅移。紫甘藍(lán)色素自然光照射2d后，色素的保存率在91%以上，自然光照射6d后，色素的保存率仍在79%以上；紫甘藍(lán)色素70℃以下加熱2h，色素的保存率在97%以上，90℃加熱2h，色素的保存率仍在90%以上，這說明紫甘藍(lán)色素對光照和加熱均有一定耐受性。紫甘藍(lán)色素對鈉、鉀、鈣、鎂等金屬離子和氧氣均穩(wěn)定，但鐵離子會(huì)使其變質(zhì)。在紫甘藍(lán)色素溶液的質(zhì)量濃度為10mg/100mL時(shí)，對金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的生長就具有極顯著的抑制作用，隨著色素質(zhì)量濃度的提高，抑制作用愈來愈大，但未見紫甘藍(lán)色素對大腸桿菌生長有抑制效果。

紫甘藍(lán)；色素；穩(wěn)定性；抑菌性

色澤是食品的重要感官指標(biāo)，但一般合成的色素都有不同程度的毒性，有的甚至有致癌性，因此合成色素的使用受到限制[1-2]。由于天然色素安全性高，色澤自然，如何開發(fā)和使用天然色素成為當(dāng)前國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者研究的重要課題。果蔬種類繁多，色彩紛呈，是色素的巨大資源庫。近年來，從果蔬中提取天然食用色素引起了人們極大的興趣。例如，王關(guān)林等[3]研究了甘薯塊根花青素，表明其具有色素和抑菌雙重功能，是理想的功能性天然色素。徐淵金等[4]研究了花色苷分離鑒定方法及其生物活性。嚴(yán)贊開[5]做了桔皮色素的抑菌實(shí)驗(yàn)，表明桔皮色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%～0.9%范圍內(nèi)，均有明顯的抑菌作用。

紫甘藍(lán)(Purple cabbage)，又名紫包菜，屬十字花科蕓薹屬。它作為一種食用性蔬菜，已在我國大面積種植，產(chǎn)量僅次于白包菜。因紫甘藍(lán)葉色紫紅，鮮艷喜人，色素含量高，實(shí)用價(jià)值遠(yuǎn)高于普通包菜[6]。潘

文潔等[7]進(jìn)行了紫甘藍(lán)色素提取條件的研究，找到了紫甘藍(lán)色素提取的較好方法。本實(shí)驗(yàn)研究紫甘藍(lán)色素的穩(wěn)定性及抑菌性，旨在為紫甘藍(lán)色素的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮紫甘藍(lán)(Purple cabbage)，超市購得。大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌由海洋學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 方法

1.2.1 紫甘藍(lán)色素的提取分離與純化

稱取25.00g 紫甘藍(lán)，以50mL pH2的乙醇作為溶劑，常溫浸提24h。然后單層濾紙抽濾得到深紅色提取液。用50mL溶劑沖洗殘?jiān)?，常溫浸?4h后，再抽濾得到提取液，此時(shí)紫甘藍(lán)基本呈白色，合并兩次的提取液。

將紫甘藍(lán)色素提取液在避光處常溫自然干燥，殘?jiān)蒙倭空麴s水溶解。然后用乙醚反復(fù)洗滌數(shù)次，除去醚層。將水層內(nèi)加入5%醋酸鉛純化，3000r/min離心10min收集沉淀。再用8%鹽酸化甲醇溶解，形成氯化鉛白色沉淀，4000r/min離心10min除去沉淀，即得到純度很高的紫甘藍(lán)色素甲醇溶液。將此溶液干燥濃縮后，用pH2的水定容在50mL容量瓶中，即為本實(shí)驗(yàn)所用的紫甘藍(lán)色素原液，置于暗處低溫保存。色素溶液的質(zhì)量濃度為100mg/100mL。

1.2.2 pH值對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

取紫甘藍(lán)色素原液，用pH2的水稀釋，獲得10 mg/100mL紫甘藍(lán)色素溶液。在PHS-3 型精密酸度計(jì)檢測條件下，用1mol/L NaOH 調(diào)節(jié)色素溶液的pH值，分別配制p H值為2、3、4、5、6、7、8、9、1 0、11、12、13的色素溶液，測定不同pH值條件下紫甘藍(lán)色素溶液的吸收光譜，記錄最大吸收波長及色素溶液所對應(yīng)的顏色。

1.2.3 光照對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

取紫甘藍(lán)色素原液，用pH 2的水稀釋，獲得10mg/100mL紫甘藍(lán)色素溶液。將紫甘藍(lán)色素溶液分裝于具塞試管中，置自然光下照射0、2、4、6 d。然后在4 8 0～580nm波長范圍內(nèi)掃描色素溶液的吸光度。重復(fù)3次，以3次測定結(jié)果的平均值作圖分析。

1.2.4 溫度對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性影響的測定方法

取紫甘藍(lán)色素原液，用pH 2的水稀釋，獲得10mg/ 100mL紫甘藍(lán)色素溶液。將紫甘藍(lán)色素溶液分裝于4組具塞試管中，分別于30、50、70、90℃ 的恒溫水浴中加熱2h。冷卻后，分別測定色素在最大吸收峰530nm波長處的吸光度。重復(fù)3次，以3次測定結(jié)果的平均值作圖分析。

1.2.5 金屬離子對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性影響的測定方法

取紫甘藍(lán)色素原液，用pH2的水稀釋，獲得10 mg/100mL紫甘藍(lán)色素溶液。將紫甘藍(lán)色素溶液分裝于6組具塞試管中，每管10mL，然后向每管中分別加入NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、FeCl3和FeSO4各10mg搖勻。2d后，分別測定色素在最大吸收峰530nm波長處的吸光度。重復(fù)3次，以3次測定結(jié)果的平均值和顏色變化作分析。

1.2.6 氧氣對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

取紫甘藍(lán)色素原液，用pH2的水稀釋，獲得10 mg/100mL紫甘藍(lán)色素溶液。測定記錄紫甘藍(lán)色素溶液的初始吸光度后，將紫甘藍(lán)色素溶液分裝于3個(gè)小燒杯中，使色素溶液在避光條件下與空氣充分接觸，3d后，將色素溶液準(zhǔn)確定容至原來的量值，測定色素溶液在530nm波長處的吸光度。重復(fù)3次，以3次測定結(jié)果的平均值計(jì)算溶液中色素的殘留量，并觀察溶液顏色的變化。

1.2.7 紫甘藍(lán)色素抑菌性的實(shí)驗(yàn)方法

選用大腸桿菌、枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌3種引起食品變質(zhì)的常見細(xì)菌進(jìn)行紫甘藍(lán)色素抑菌效力的測定。采用斜面培養(yǎng)基在37℃培養(yǎng)箱中對菌種進(jìn)行活化24h。用無菌水將各種活化過的菌配制成菌懸液，并在顯微鏡下用血球計(jì)數(shù)板對菌懸液進(jìn)行計(jì)數(shù)，最終配成菌懸液濃度約為106～107個(gè)/mL。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在牛肉膏蛋白胨瓊脂平板培養(yǎng)基上分別接種大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌的菌懸液各0.1mL涂布均勻。

采用濾紙片法進(jìn)行抑菌效力的測定。在無菌條件下，取紫甘藍(lán)色素原液，用pH2的水稀釋，分別獲得10、20、30、50、100mg/100mL的紫甘藍(lán)色素溶液。用無菌鑷子將浸有不同質(zhì)量濃度色素溶液的小圓濾紙片(6mm)平貼在培養(yǎng)基上。對照采用與色素溶液pH值相同的蒸餾水。采用完全試驗(yàn)設(shè)計(jì)，重復(fù)4次。

將處理好的培養(yǎng)皿在37℃培養(yǎng)箱中放置24h，然后測定每一濾紙片抑菌圈直徑大小，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH 值對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

由表1可見，隨著pH值的升高，最大吸收波長發(fā)生紅移，而顏色也發(fā)生相應(yīng)的變化。說明紫甘藍(lán)色素可能存在多種互變異構(gòu)體。在酸性介質(zhì)中，主要呈現(xiàn)紅色或藍(lán)色兩種色調(diào)，色素較為穩(wěn)定。在堿性介質(zhì)中，顏色變化較大，色素不夠穩(wěn)定。只有在pH2時(shí)，紫甘藍(lán)色素才能保持其本色——紫紅色。

2.2 自然光照射對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

由圖1可見，紫甘藍(lán)色素溶液經(jīng)自然光分別照射0、2、4、6d后，最大吸收波長530nm處的吸光度分別為

0.462、0.422、0.394、0.365。即隨自然光照射時(shí)間的增加，紫甘藍(lán)色素在最大吸收波長530nm處的吸光度減小。照射2、4、6d后，紫甘藍(lán)色素的保存率分別降為91%、85%、79%，表明自然光照射對紫甘藍(lán)色素的穩(wěn)定性有一定影響。

表1 紫甘藍(lán)色素pH值變色域及對應(yīng)最大吸收波長Table 1 Effect of pH on maximum absorption wavelength and color of purple cabbage pigment

圖1 自然光照射對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of natural light on stability of purple cabbage pigment

2.3 溫度對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

圖2 溫度對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of temperature on stability of purple cabbage pigment

由圖2可見，紫甘藍(lán)色素在溫度低于70℃時(shí)，對熱的穩(wěn)定性較好，色素顏色幾乎無變化，色素的保存率為97%。在溫度為90℃時(shí)，最大吸收峰530nm波長處吸光度減小，但色素顏色的變化不大，色素的保存率仍在90%以上。由此可見，溫度對紫甘藍(lán)色素的穩(wěn)定性影響不大。

2.4 金屬離子對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

表2 金屬離子對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響Table 2 Effect of metal ions on stability of purple cabbage pigment

由表2可見，紫甘藍(lán)色素溶液加入NaCl、KCl、MgCl2、CaCl22d后，溶液的吸光度均無顯著變化，且色調(diào)仍都呈現(xiàn)紫紅色，而加入FeCl3、FeSO4的溶液顏色已變?yōu)楹诰G或黃綠。說明鈉、鉀、鈣、鎂等離子對紫甘藍(lán)色素?zé)o不良影響，即紫甘藍(lán)色素在鈉、鉀、鈣、鎂等離子溶液中具有較好的穩(wěn)定性，而二價(jià)或三價(jià)鐵離子均會(huì)引起紫甘藍(lán)色素變質(zhì)。

2.5 氧氣對紫甘藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

紫甘藍(lán)色素溶液在避光條件下與空氣充分接觸3d后，溶液顏色沒有變化，仍為紫紅色。根據(jù)測定的吸光度比較計(jì)算，溶液中色素的殘留量在98%以上。說明紫甘藍(lán)色素對氧氣不敏感，具有較好的氧穩(wěn)定性。

2.6 紫甘藍(lán)色素的抑菌效果

圖3 紫甘藍(lán)色素對細(xì)菌生長的抑制作用Fig.3 Inhibitory effect of purple cabbage pigment against bacterial growth

由圖3可見，紫甘藍(lán)色素對金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌生長的抑制作用隨著色素質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析表明，紫甘藍(lán)色素對金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌生長的抑制作用均達(dá)到極顯著水平(F= 7.13和9.56＞F0.01=4.25)。不同質(zhì)量濃度的紫甘藍(lán)色素對大腸桿菌生長的抑制作用均不顯著。

3 結(jié) 論

花色苷是花色素與糖以糖苷鍵結(jié)合而成的一類化合物，具有C6—C3—C6骨架，廣泛存在于植物的花、果實(shí)、莖、葉和根器官的細(xì)胞液中，使其呈現(xiàn)由紅、紫紅到藍(lán)等不同顏色。紫甘藍(lán)色素屬于花色苷類物質(zhì)，在本實(shí)驗(yàn)中，紫甘藍(lán)色素 在pH2的酸性水溶液中呈現(xiàn)原植物具有的紫紅色，穩(wěn)定性較好；隨著pH值的增高，紫甘藍(lán)色素發(fā)生向藍(lán)色再到綠色的轉(zhuǎn)變，且最大

吸收波長發(fā)生紅移。

在不同條件下，花色苷的穩(wěn)定性不同。一般認(rèn)為，花色苷對光照、溫度較為敏感，光照和加熱均可使花色苷的保存率下降。紫甘藍(lán)色素對光照和加熱均有一定的耐受性。紫甘藍(lán)色素對鈉、鉀、鈣、鎂等金屬離子和氧氣均穩(wěn)定，但鐵離子會(huì)使其變質(zhì)。

天然色素有一定的抑菌作用。紫甘藍(lán)色素對金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的生長具有極顯著的抑制作用，而且隨著色素溶液濃度的提高，抑制作用愈來愈大，但未見紫甘藍(lán)色素對大腸桿菌生長有抑制效果。

[1]周立國. 食用天然色素及其提取應(yīng)用[M]. 濟(jì)南: 山東科學(xué)技術(shù)出版社, 1993.

[2]陳正行, 狄濟(jì)樂. 食品添加劑[M]. 南京: 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社, 2002.

[3]王關(guān)林, 岳靜, 李洪艷, 等. 甘薯花青素的提取及其抑菌效果分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, 38(11): 2321-2326.

[4]徐淵金, 杜琪珍. 花色苷分離鑒定方法及其生物活性[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2006, 32(3): 67-72.

[5]嚴(yán)贊開. 桔皮色素的抑菌試驗(yàn)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2003, 31(6): 989-991.

[6]張建立, 張翔字, 高麗. 紫甘藍(lán)色素的提取及應(yīng)用[J]. 創(chuàng)新科技, 2003 (12): 44-45.

[7]潘文潔, 呂文虎. 紫甘藍(lán)色素提取條件的研究[J]. 食品研究與開發(fā), 2006, 27(3):42-43.

Stability and Antibacterial Activity of Purple Cabbage Pigment

YANG Xiao-ling1，GUO Yan-dong2
(1. School of Marine Science and Technology, Huaihai Institute of Technology, Lianyungang 222005, China；2. Purdue University, West Lafayette 47906, USA)

The pigment in the leaves of purple cabbage was extracted from, and its stability and antibacterial activity were measured by spectrophotometry. The pigment extracted looked carmine, the original color of purple cabbage, and was stable when exposed to acidic aqueous solution at pH 2. As pH increased, its color gradually changed from carmine to blue, then to green, with the occurrence of a red-shift of maximum absorption wavelength. The preservation rates of the pigment after illumination under natural light for 2 and 6 days were more than 91% and more than 79%, respectively, and the value after 2 hours of heating at temperatures below 70 ℃ was still more than 90%, suggesting that the pigment has good tolerance to light and heating. In the presences of some metal ions including sodium, potassium, calcium, magnesium or oxygen, the pigment was stable, whereas the attendance of iron would deteriorate it. The pigment had significant concentration-dependent inhibitory effect against Staphyloccus aureus and Bacillus subtilis at a concentration of 10 mg/100 mL, but no anti-E. coli effect was observed.

purple cabbage；pigment；stability；bacteriostasis

Q946.836

A

1002-6630(2010)23-0032-04

2010-08-28

淮海工學(xué)院自然科學(xué)基金項(xiàng)目(Z2007036)

楊曉玲(1955—)，女，教授，碩士，研究方向?yàn)橹参镔Y源。E-mail：gjyao6688@yahoo.com.cn