蛹蟲草所產類胡蘿卜素的穩定性研究

高燕燕，黃 磊

(1.貴州大學，貴州貴陽550025;2.貴州師范大學，貴州貴陽550001)

類胡蘿卜素是全球生態系統中的一大類色素，是自然界中分布非常廣泛且十分重要的色素之一。類胡蘿卜素作為重要的營養素來源，不僅能增加機體免疫功能、防病保健［1］，而且在醫藥工業、食品、飼料和養殖業方面用途廣泛。許多研究表明，類胡蘿卜素能抑制腫瘤的發生和生長，預防眼病和心血管病，增加人體的抗氧化能力［2－3］。但類胡蘿卜素在自然存放條件下，很不穩定，容易發生順反異構化及氧化降解，降解后產物多為醛、酮類化合物，可能會對人體有害。類胡蘿卜素的穩定性已經成為其在食品工業推廣和使用時急需解決的主要問題［4］。蛹蟲草作為重要的絲狀真菌，豐富的活性物質一直以來都是研究的熱點，從中提取活性物質具有很好的市場價值，類胡蘿卜素作為其眾多活性之一，對其理化性質進行研究具有很好的意義。本文主要對蛹蟲草菌絲體提取的類胡蘿卜素進行了初步研究，以及溫度、金屬離子、雙氧水、鹽酸、氫氧化鈉及光照等諸多因素對所產類胡蘿卜素穩定性的影響，以期為提高類胡蘿卜素的應用開發提供一定的參考。目前，有關于高蛹蟲草類胡蘿卜素產量研究得比較多，關于其穩定性未見相關報道，因此本研究具有較大的創新性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蛹蟲草菌株Cordyceps militaris 貴州大學微生物實驗室保藏;其它試劑 均為分析純。

SHA－8A數顯氣浴恒溫振蕩器 常州普天儀器制造有限公司;DH－360A培養箱 北京科偉永興儀器有限公司;FA1004N電子天平 上海菁海儀器有限公司;GZX－GF－101電熱恒溫鼓風干燥箱 上海躍進醫療器械廠;TW8恒溫水浴鍋 儀萊博技術有限公司;UV－5100紫外可見分光光度計 北京美泰科儀檢測儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 培養方法 菌株斜面活化后，洗下孢子，接入種子培養基中，28℃ 180r/min搖床培養72h;按10%接種量接入發酵培養基，28℃ 180r/min搖床培養72h后，靜置培養7d，結束培養。

1.2.2 色素提取［5］稱取干燥菌絲體0.1g加3mol/L鹽酸溶液1mL，室溫下浸泡2.5h，沸水浴4min，迅速冷卻，4000r/min離心5min棄上清液，沉淀用蒸餾水洗滌2次后加入5mL丙酮震蕩30min提取類胡蘿卜素，離心得上清液為類胡蘿卜素提取液［5］。

1.2.3 類胡蘿卜素定性分析 光譜測定［6］:類胡蘿卜素丙酮浸提液，于紫外可見分光光度計在300～600nm波長范圍內測定。

1.2.4 類胡蘿卜素穩定性測定方法 在類胡蘿卜素溶液中加入不同的添加物，每組試驗根據試驗目的保存在不同的條件下，定時于440nm處測定色素溶液的吸光值，以吸光值的變化差異反映類胡蘿卜素對各種物質的穩定性，以不添加任何物質的色素提取液作為對照，分別考察溫度、金屬離子、雙氧水、鹽酸、氫氧化鈉及光照對蛹蟲草類胡蘿卜素穩定性的影響。

2 結果與分析

2.1 蛹蟲草類胡蘿卜素特征吸收光譜檢測

紫外－可見光吸收波譜可作為類胡蘿卜素的特征依據［7］。研究中獲得的蛹蟲草類胡蘿卜素丙酮溶液在360～600nm波長范圍內進行吸收光譜分析，結果如圖1所示。出現三指特征吸收峰，分別在416、440、468nm有吸收峰，440nm處有最大吸收峰，這符合類胡蘿卜素為萜類物質的一般反應［8］。

圖1 產類胡蘿卜素波譜掃描圖譜Fig.1 Absorption spectra of carotenoid of Cordyceps militaris

2.2 類胡蘿卜素的穩定性研究

2.2.1 溫度對類胡蘿卜素穩定性的影響 由圖2可知從蛹蟲草菌絲體中提取的類胡蘿卜素在溫度低于60℃時，同一溫度處理不同時間，其吸光值未出現明顯差異;且不同溫度處理相同時間，其值也未出現顯著性差異。由此可得，該類類胡蘿卜素在60℃以下比較穩定，可長時間保存。

然而，當溫度大于80℃時，隨著處理時間的延長，其吸光值降低。此時溫度越高，對類胡蘿卜素的破壞力越大，說明該菌所產的類胡蘿卜素穩定性不夠，容易受到外界環境溫度的升高而受到損失。

2.2.2 金屬離子對類胡蘿卜素穩定性的影響 將類胡蘿卜素溶液分別在不同金屬離子經過不同時間處理，測定440nm處吸光值的變化。從圖3中可以看出不同的金屬離子對該類胡蘿卜素的影響具有較大差異。Mg2+、Na+、K+、Al3+、Ca2+對該類胡蘿卜素的穩定性影響不大，且長時間處理后，吸光值差異不顯著。而Fe3+、Cu2+對其影響較大，在處理12h后其吸光值變化明顯，降到0.2以下。因此，類胡蘿卜素在生產、運輸、保存等各個環節都應盡量避免使用鐵制或銅制器皿。

圖3 金屬離子對類胡蘿卜素的影響Fig.3 The effects of ions of mental on the carotenoid of Cordyceps militaris

2.2.3 雙氧水對類胡蘿卜素穩定性的影響 從圖4可以看出，雙氧水對類胡蘿卜素沒有太大的破壞作用，但隨著雙氧水濃度的增加，吸光度會出現略微下降，并隨著時間的延長，吸光度逐漸降低，說明雙氧水具有破壞該類胡蘿卜素分子的能力，但是破壞能力不明顯，這與該菌所產類胡蘿卜素的獨特結構有關，說明該菌具有較強的耐氧化性［9－10］。

圖4 雙氧水對類胡蘿卜素的影響Fig.4 The effects of H2O2 on the carotenoid of Cordyceps militaris

2.2.4 鹽酸、氫氧化鈉對類胡蘿卜素穩定性的影響 各取5mL類胡蘿卜素于試管中，分別加入0.1%、0.5%、1%、2%、4%的HCl和NaOH 溶液5mL，置于暗處，每一樣品平行重復三次，定時測量吸光值變化。結果如表1所示。可以看出，鹽酸對類胡蘿卜素破壞作用較強，濃度越高，對類胡蘿卜的破壞力越強;且同一濃度作用時間越長，對其破壞力也越強。氫氧化鈉對其影響不大，且隨時間延長吸光度還會略微提高。部分研究者認為可能是類胡蘿卜素的立體結構發生改變的結果，但這一結果有待進一步證實。

2.2.5 光照對類胡蘿卜素穩定性的影響 將提取的類胡蘿卜素用丙酮稀釋一定倍數后，各取20mL平行三次，置于陰暗處、室內自然光和625Lx光照下，定時測定吸光度。結果如表2所示:可以看出類胡蘿素耐光性較差，625Lx光照10d，損失超過40%。而在暗處及自然光長時間處理后，其損失率不顯著。因此在儲藏過程中盡可能避光，避免造成損失。

表1 鹽酸、氫氧化鈉對類胡蘿卜素的影響Table 1 The effects of HCl and NaOH the carotenoid of Cordyceps militaris

表2 光照對類胡蘿卜素的影響Table 2 The effects of light on the carotenoid of Cordyceps militaris

3 結論與討論

本試驗結果顯示，從蛹蟲草菌絲體中提取類胡蘿卜素對溫度較敏感，當溫度大于80℃時，類胡蘿卜素不穩定，其破壞作用隨著時間的延長而增強，且溫度越高，破壞作用越大，這一結果與劉金霞等［11］的研究結果相一致。其原因可能是類胡蘿卜素分子在受熱過程中結構發生了變化，進而導致其穩定性降低。

同時，該類胡蘿卜素對Fe3+和Cu2+較其他金屬離子敏感，能夠引起類胡蘿卜素損失，造成其穩定性下降，可能是通過氧化作用來改變類胡蘿卜素的結構［9－10］。類胡蘿卜素有較強的耐氧化性［12－13］。其抗氧化機理在于其可作為脂類鏈式氧化反應的阻斷劑，保護細胞膜中脂質不被氧化，起到預防人體有關疾病的作用［14－15］。類胡蘿卜素對自然光及單一光源的光較敏感，其原因可能是光對類胡蘿卜素的兩種作用效應，一種是形成順反雙鍵，使電磁波譜向藍端漂移2nm至10nm之間，另一種是加速類胡蘿卜素鏈的氧化，呈色基團降解斷裂所致，光譜向紫外區轉移，并且失去本來顏色［16］。綜上可見，在以類胡蘿卜素作為食品添加劑的實際應用中應避光、避免使用銅制、鐵制器皿保存，且在各個環節中應注意pH，在堿性環境中，應保持在60℃以下。

［1］ Tapiero H，Townsend D M，Tew K D.Biomedicine ＆Pharmacotherapy，2004，58:100－110.

［2］劉云，王保健，林親雄，等.油菜籽中天然類胡蘿卜素的提取工藝研究［J］.食品工業科技，2009，30(2):157－159.

［3］孫軍德，曹婧.不同北蟲草菌株產類胡蘿卜素分析［J］.微生物學雜志，2012，32(3):95－97.

［4］張連富.固態(膏狀)番茄紅素產品穩定性研究［J］.食品與發酵工業，2003，29(9):6－8.

［5］付鳴佳.蛹蟲草產類胡蘿卜素的研究［J］.食品與生物技術學報，2005，24(5):107－110.

［6］潘帥路，吳飛，沈才洪，等.類胡羅卜素產生菌的篩選及培養條件初步研究［J］.釀酒科技，2006，3:28－30.

［7］Rodriguez－Amaya D B.A guide to carotenoid analysis in foods［J］.Washington，D C:ILSI press，2001:14－22.

［8］沈俊良，金華燕，高雅，等.蛹蟲草藍光誘導兩步法發酵產類胡蘿卜素［J］.中國生物工程雜志，2013，33(2):83－87.

［9］王學武，夏延斌，王克勤.天然番茄紅素的穩定性研究［J］.湖南農業大學學報:自然科學版，2002，28(1):57－60.

［10］李進，趙紅艷.番茄皮渣色素及其穩定性研究［J］.西北植物學報，2002，22(5):1231－1235.

［11］劉金霞.烤煙類胡蘿卜素的提取分離、氧化降解與加香應用研究［D］.鄭州:河南農業大學，2008.

［12］李大靖，楊同舟.玉米黃色素穩定性的研究［J］.食品與機械，2001，1:31－32.

［13］Kopas－Lane，L.M.Carotenoid photost ability in raw spinach and carrots during cold storage［J］.Journal of Food Science，1995，60(4):773－776.

［14］黃晨.萬壽菊中類胡蘿卜素的分離及性質研究［D］.天津:天津商業大學，2008.

［15］惠伯隸.類胡蘿卜素化學及生物化學［M］.北京:中國輕工業出版社，2005:98－149.

［16］王業勤，李勤生.天然類胡蘿卜素研究進展、生產、應用［M］.北京:中國醫藥科技出版社，1997:125－208.