彩色馬鈴薯塊莖色素初步分析

李山云，隋啟君，楊瓊芬，盧麗麗，李文鵬，李先平，*

(1.云南省農業科學院經濟作物研究所，云南昆明650205;2.云南省馬鈴薯工程技術研究中心，云南昆明650205;3.云南大學省生物資源保護與利用重點實驗室，云南昆明650091)

色素是食品中至關重要的一種添加劑，從來源劃分可分為合成色素和天然色素兩大類［1］。合成色素由于其著色好、穩定性高而得到廣泛使用，天然色素因安全性高且具有一定的營養和藥理作用而越來越多受到消費者的歡迎［2-3］。很多研究表明，花色苷類天然色素具有很好的消除自由基，抗氧化，抑制血壓上升，減輕肝功能障礙，改善視覺，抑制糖尿病和抗癌等多方面作用，故對花色苷類天然色素的研究正成為食品研究的一大熱點［4-7］。對于花色苷類色素的研究，目前國內主要集中在不同種類色素源的色素提取和穩定性研究方面［8-9］，國外則開始向花色苷的分子結構、在生物體內的合成代謝、呈色機理及遺傳與調控等研究方向發展［10-12］。天然色素的來源主要是水果和蔬菜［13］，對于馬鈴薯，一直以來大家關注的主要是淀粉、薯片、薯條加工等領域，彩色馬鈴薯色素的研究還是馬鈴薯研究的新領域，特別是彩色馬鈴薯的營養價值和保健功效還未引起人們的關注，已有研究表明，彩色馬鈴薯的營養價值優于普通馬鈴薯，而且其中含有的花青素具有抗腫瘤功效［14-15］。筆者所在的研究所自2000年就開始就把彩色馬鈴薯新品種選育作為一個重要的選育目標，目前已選育出大批彩色馬鈴薯高代品系，本文所用的材料為四個四倍體彩色馬鈴薯新品系，且四個材料皮肉都帶有顏色，其中兩個為紫皮紫肉，兩個為紅皮紅肉，本文通過對四個彩色馬鈴薯品系塊莖的薯皮和薯肉中的色素提取純化、分離鑒定等研究，希望為食品工業的天然色素源的探索和彩色馬鈴薯的利用提供新的途徑和理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

云南省農科院經濟作物研究所雜交選育的馬鈴薯新品系，挑選新鮮、大小均勻、無病蟲害、個體完整無損傷、表皮無霉變的馬鈴薯。新品系的編號或名稱分別為:紫云1號，云薯603，S06-1693，S06-277。

UV2401PC紫外及可見分光光度計 日本島津;Oil bath B-485旋轉蒸發儀 瑞士BUCHI;控溫多用高速組織攪碎機 江蘇江陰科研儀器廠;TGL-16G型高速離心機 上海安亭科學儀器廠;DYY-6C型電泳儀 北京六一儀器廠;G2410型掃描儀 惠普;SHD-Ⅲ型循環水式多用真空泵 保定高新區陽光科技儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 馬鈴薯色素的提取 取新鮮馬鈴薯分別削取皮和肉各30g，用組織攪碎機加入100mL含0.1mol/L鹽酸的去離子水攪碎，將攪碎液轉入500mL容量瓶用丙酮定容，于4℃冰箱中放置24h，用布式漏斗抽濾，旋轉蒸發儀60℃水浴加熱濃縮，10mL甲醇溶解色素粗提物，濾紙過濾兩次得到色素粗提液［4，8-9］。

1.2.2 馬鈴薯色素的紫外及可見光譜分析 取100μL色素初提液放入試管，加入2.9mL甲醇，用1.5mL離心管分裝后10000r/min下離心2min，取上清液放入分光光度計，200～600nm波長內掃描。

用不銹鋼刀片小心取下層析板硅膠上的色帶，放入玻璃試管中，加入1mL的0.1%(體積比)鹽酸-甲醇溶液，經振蕩器振蕩，于1.5mL離心管中10000r/min離心2min，取上清液加入1cm石英比色杯中，掃描波長范圍為200～600nm，記錄掃描曲線和吸收峰，再加入3滴5%AlCl3甲醇溶液(質量體積比)，混勻后，立即在同樣條件下掃描，觀察其最大吸收峰的變化，重復 3 次［16-17］。

1.2.3 馬鈴薯色素在不同pH下的吸光度和顏色分析 配制布列頓-羅賓遜緩沖液，在試管中加入100μL色素粗提液，加4.9mL p H緩沖液，拍照記錄，然后用分光光度計在各色素液的最大吸收波長處測定初始吸光度和放置24h后的吸光度。

1.2.4 馬鈴薯色素的薄層層析(TLC) 將層析板于110℃下活化1h，然后放置于干燥器中保存，用毛細管分別點樣，上樣量為10μL，等上樣點干后，在不同比例的BAW展層液中于4℃無光條件下層析，系統1(正丁醇∶冰乙酸∶水 =5∶2∶3);系統 2(正丁醇∶冰乙酸∶水 =6∶1∶2);系統 3(正丁醇∶冰乙酸∶水 =3∶3∶1);系統 4(正丁醇∶冰乙酸∶水 =6∶1.5∶2.5);系統 5(正丁醇∶冰乙酸∶水 =5∶4∶1);系統 6(正丁醇∶冰乙酸∶水 =4∶1∶2);系統 7(正丁醇∶冰乙酸∶水 =3∶1∶3)。層析完成后，測定Rf值=原點至層析斑點中心的距離/原點至溶劑前沿的距離，并掃描［18-19］。

2 結果與討論

2.1 馬鈴薯色素的紫外及可見光譜分析

四個馬鈴薯新品系的紫外及可見光譜掃描見圖1、圖2，分析表明，紫云1號的皮色素粗提液在紫外光區有強吸收，在276nm處有一個峰谷，在可見光區533nm處有一個吸收峰。紫云1號的肉色素粗提液在紫外光區有強吸收，在可見光區537nm處有一個吸收峰。S06-1693的皮色素粗提液在紫外光區有強吸收，在可見光區539nm處有一個吸收峰。S06-1693的肉色素粗提液在紫外光區有強吸收，在可見光區539nm處有一個吸收峰。S06-277的皮色素粗提液在紫外光區有強吸收，在324nm處有一個吸收峰，在可見光區511nm處有一個吸收峰。S06-277的肉色素粗提液在紫外光區有強吸收，在可見光區511nm處有一個吸收峰。云薯603的皮色素粗提液在紫外光區有強吸收，在可見光區420、511nm處各有一個吸收峰。云薯603的肉色素粗提液在紫外光區有強吸收，且在281.2和325.2nm處各有一個吸收峰，在可見光區512.8nm處有一個吸收峰。由紫外及可見光譜掃描圖可以看出，四個品種在可見光區500～550nm范圍內都有吸收峰，這一范圍內的吸收峰正是花色苷的特征吸收峰［20］，說明彩色馬鈴薯中含有的有色物質主要是花青素類。紫皮紫肉的兩個品種紫云1號和S06-1693無論是皮還是肉在可見光區都只有一個吸收峰，且吸收峰的波長幾乎一樣，說明兩個紫色品種含有相同的一種主要色素，因此粗提液的光吸收譜在可見光區只有一個峰。而紅皮紅肉的兩個品種S06-277和云薯603也同樣在511nm附近有吸收峰，說明兩個紅色品種中也含有同一種主要色素，但云薯603在420nm處也有一個吸收峰，說明其粗提液的光吸收譜受到了非花青素類物質的干擾［21］。另外紫色品種與紅色品種的吸收峰不同，說明紫色品種含的主要色素與紅色品種含的主要色素種類不同。

圖1 薯皮中色素的紫外可見分光光譜Fig.1 UV-visible spectra of pigments from the tuber skin

圖2 薯肉中色素的紫外可見分光光譜Fig.2 UV-visible spectra of pigments from the tuber flesh

另外，對四個品種色素的粗提液進行掃描后，分別滴加AlCl3甲醇溶液，各種色素提取液的吸收光譜都未出現紅移，說明色素粗提液中主要色素分子B環無鄰位酚羥基［13，18］。

表1 紫云1號不同PH下的色素溶液顏色Table 1 The color of the pigment solution of S.tuberosum cv.‘Ziyun no.1’at different pH value

表2 S06-1693不同pH下的色素溶液顏色Table 2 The color of the pigment solution of S.tuberosum cv.‘S06-1693’at different pH value

表3 S06-277不同PH下的色素溶液顏色Table 3 The color of the pigment solution of S.tuberosum cv.‘S06-277’at different pH value

2.2 不同pH色素溶液顏色和吸光度分析

2.2.1 紫云1號的色素溶液在不同pH下顏色和吸光度分析 從圖3可以看出，品種紫云1號的色素樣本在pH5.02以下放置24h吸光度比剛加入的色素樣本高，而pH在5.02～7之間時，該品種色素的吸光度值變化不明顯，特別是pH在5.02時，該品種色素無論皮色和肉色的吸光度值放置前后變化都不大，說明在此pH下該色素較為穩定，當pH在7以上時，放置后的色素樣本吸光度明顯降低。另外，在pH4.1時，放置24h的薯皮提取液吸光度明顯升高，分析原因可能是薯皮中含有的成分較為復雜，在此pH放置后，溶液中形成了具有強吸收性質的物質。而薯皮的趨勢線在放置前后差別較大，也說明薯皮中含有的影響光吸收的物質比薯肉中多。從表1可以看出，紫云1號無論皮色和肉色色素提取液，在pH為2.09～4.1時，紅色由深變淺，在 pH為5.02～11.2時，紫色由淺變深。

圖3 紫云1號的吸光度變化Fig.3 The absorbency variation of S.tuberosum cv.’Ziyun no.1’

2.2.2 S06-1693的色素溶液在不同pH下顏色和吸光度分析 從圖4可以看出，S06-1693的色素樣本在pH6.09～11.2之間時，放置后的色素樣本吸光度明顯降低。在pH3.29～4.1時，該品種皮中色素吸光值度放置后比旋轉前升高而肉中色素吸光度值變化不大。從表2可以看出，S06-1693的皮色和肉色色素提取液在pH為2.09～4.1時，紅色由深變淺，在pH為5.02～11.2時，紫色由淺變深。

圖4 S06-1693的吸光度變化Fig.4 The absorbency variation of S.tuberosum cv.‘S06-1693’

2.2.3 S06-277的色素溶液在不同pH下顏色和吸光度分析 從圖5可以看出，品系S06-277的色素樣本在pH7以下放置24h吸光度比剛加入的色素樣本高，而pH在7.96～11.2之間時，放置后的色素樣本吸光度比放置前明顯降低。pH在7時，該品種色素無論皮色和肉色的吸光度值放置前后變化都不大，說明在此pH下該色素較為穩定。從表3可以看出，S06-277的皮色色素提取液在pH為2.09～3.29時，紅色由深變淺，且pH3.29時顏色極淺近乎透明，在pH為4.1～11.2時，顏色由微紅色逐漸變為藍色。肉色色素提取液在pH為2.09～4.1時，紅色由深變淺，且pH3.29和4.1時顏色極淺近乎透明，在pH為5.02～11.2時，顏色由微紅色逐漸變為紫紅。

圖5 S06-277的吸光度變化Fig.5 The absorbency variation of S.tuberosum cv.‘S06-277’

2.2.4 云薯603的色素溶液在不同pH下顏色和吸光度分析 從圖6可以看出，云薯603的色素樣本在pH7以下放置24h吸光度比剛加入的色素樣本高，而p H在7～11.2之間時，放置后的色素樣本吸光度明顯降低。p H在4.1時，該品種色素無論皮色和肉色的吸光度值放置前后變化都不大。從表4可以看出，云薯603皮色色素提取液在p H為2.09時為微紅色，在pH3.29～5.02時顏色極淺近乎透明，在p H為6.0～7.96時為微紅色。在p H8.9～11.2時為淺紫色，且紫色隨p H的升高而加深。肉色色素提取液在pH為2.09時為微紅色，在pH3.29～5.02時顏色極淺近乎透明，在pH為6.09～7時，為淺紅色。在pH7.96～11.2時為淺紫色，且紫色隨p H的升高而加深。

表4 云薯603不同pH下的色素溶液顏色Table 4 The color of the pigment solution of S.tuberosum cv.‘Yunshu603’at different pH value

圖6 云薯603的吸光度變化Fig.6 The absorbency variation of S.tuberosum cv.‘Yunshu603’

不論是紅色馬鈴薯還是紫色馬鈴薯，都表現出色素在酸性條件下較穩定，在堿性條件下易降解的特點，有文獻指出，花色苷在不同的pH下會發生構象變化，而且在堿性條件下會發生裂解，研究所用花色苷溶液在相同pH下吸光度的變化正反映了這種構象的變化［21-22］。有些研究也指出，花色苷的色調會隨p H變化，pH從強酸性至中性再至堿性，花色苷的色調會從紅色變化至紫色乃至藍色，實驗所提取的四種色素溶液也表現出了這一特點，這也進一步說明了彩色馬鈴薯中的色素主要是花色苷類色素［23-24］。

另外，從不同p H色素溶液顏色變化來看，綜合分析，原皮色和肉色都為紫色的兩個品系紫云1號和S06-1693，無論其皮還是肉的色素提取液在不同pH下顏色變化的規律基本一致，都表現為酸性條件下顯紅色，中性和堿性條件下顯紫色，而原皮色和肉色都為紅色的兩個品系S06-277和云薯603，無論其皮還是肉的色素提取液在不同pH下顏色變化的規律也基本一致，都表現出隨pH的升高，顏色從紅色變為無色再變為紅色最后為紫色的趨勢，說明這兩個紫色品種含有同一種主要色素，而兩個紅色品系也含有同一種主要色素，且紫色品種中的主要色素與紅色品種中的主要色素種類不同。

2.3 色素的薄層層析分析

通過預實驗后，選擇了7個系統進行四個品種色素的薄層層析，7個系統所呈現的條帶數見表5，從表5可知，系統7對四個品系的分離效果都較好，系統7所呈現的顏色見表6。

從表5可以看出，不同的層析系統對不同的材料分離效果差別很大，比較而言，系統3的分離效果最差，系統7的分離效果最好。從系統7的層析圖可看出，全紫皮全紫肉的品種紫云1號層析分離的條帶最多，皮中清晰可見7條條帶，肉中清晰可見6條條帶，全紫皮部分紫肉的品種S06-1693皮中清晰可見5條條帶，肉中清晰可見4條條帶。全紅皮全紅肉的品種S06-277皮中清晰可見5條條帶，肉中清晰可見3條條帶。全紅皮部分紅肉的品種云薯603皮中清晰可見4條條帶，肉中清晰可見3條條帶。從系統的配比分析，水的比例較高的系統由于擴散速度慢，因而得到的條帶也較多。

表5 不同層析系統得到的條帶數Table 5 The strips in different thin layer chromatography systems

許多研究表明，馬鈴薯塊莖的顏色主要由類胡蘿卜素(carotenoids)和花色(素)苷(anthocyanins)兩類化合物決定，類胡蘿卜素決定馬鈴薯塊莖“皮”，“肉”的白色、黃色，而花色苷會使得馬鈴薯塊莖“皮”，“肉”呈現紅色、紫色、藍色等諸多色彩。在馬鈴薯中已發現了植物中常見的六種花色素(anthocyanidins):矮牽牛色素(petunidin)、天竺葵色素(pelargonidin)、錦葵色素(malvidin)、芍藥色素(peonidin)、矢車菊素(cyanidin)和飛燕草色素(delphinidin)，但不同馬鈴薯品種中含有的花色素種類和含量差異較大［25］。Lewis等［26］用 HPLC 的方法對26個彩色馬鈴薯品種所含色素進行分析，發現紅色馬鈴薯富含天竺葵色素和少量芍藥花色素，紫色馬鈴薯則富含矮牽?；ㄉ睾湾\葵色素。趙昶靈等［27］用紫外及可見光譜分析云南‘轉心烏’馬鈴薯塊莖色素，結果表明‘轉心烏’中的紫色素屬于黃酮類化合物，可能含有酚性鄰位二羥基。盧其能等［28］用薄層層析和紫外及可見光譜分析法對一個紅皮和一個紫皮的兩個馬鈴薯品種進行研究，初步判斷馬鈴薯紅色色素主要為天竺葵素衍生物，而紫色色素主要為錦葵素衍生物。

綜合表6和圖7分析，這四個品種中都含有類胡蘿卜素和花青素，在所有品種的層析圖中都有一條橙黃色帶，其Rf值都在0.9附近，由文獻可推知此色帶為β-胡蘿卜素呈現的條帶［29］。紫色品種中，紫云1號皮中顯紫色的條帶Rf平均值為0.60，肉中顯紫色的條帶Rf平均值為0.63;S06-1693皮中顯紫色的條帶Rf平均值為0.59，肉中顯紫色的條帶Rf平均值為0.59。紅色品種中，云薯603皮中顯紅色的條帶Rf平均值為0.75，肉中顯紅色的條帶Rf平均值為0.62;S06-277皮中顯紅色的條帶Rf平均值為0.79，肉中顯紅色的條帶Rf平均值為0.67。從Rf值可以看出，紫色品種中的主要色素分子量較大，因而遷移速度慢，而紅色品種的主要色素分子量較小，遷移速度快。

表6 層析系統7曾現的條帶顏色Table 6 The color of the strips in No.7 of thin layer chromatography systems

圖7 層析系統7呈現的條帶示意圖Fig.7 Diagrammatic drawing of the strips in no.7 of thin layer chromatography systems

3 結論

3.1 從色素提取液不同p H吸光度的分析來看，馬鈴薯色素在酸性條件下較穩定，在堿性條件下易降解，與其他文獻報道基本相同，因此在提取馬鈴薯中的色素時應在酸性條件下提取。

3.2 實驗中得到的馬鈴薯色素從紫外-可見光譜分析和不同pH下顏色變化規律都說明兩個紫色品種含有同一種主要色素，而兩個紅色品系也含有同一種主要色素，且紫色品種中的主要色素與紅色品種中的主要色素種類不同。另外，紫色馬鈴薯的色素含量比紅色馬鈴薯要高，因此在工業開發上紫色馬鈴薯更具色素開發價值。

3.3 利用BAW展層液可對馬鈴薯色素液進行分離純化，在本實驗條件下，分離效果最好的層析系統為正丁醇∶冰乙酸∶水 =3∶1∶3。

3.4 根據計算所得Rf值，兩個紫皮紫肉品種顯紫色的條帶的Rf值小于0.7，色素粗提液紫外可見光譜的特征吸收峰在533～539nm之間，滴加AlCl3甲醇溶液，色素粗提液的吸收光譜都未出現紅移，結合文獻可推斷紫肉品系中的色素主要為錦葵色素衍生物。而兩個紅皮紅肉品種最大色素組分層析條帶的Rf值在0.7～0.8之間，滴加AlCl3甲醇溶液，色素粗提液的吸收光譜都未出現紅移，色素粗提液紫外可見光譜的特征吸收峰在511～513nm之間，結合文獻推斷紅肉品系中的色素主要為天竺葵色素衍生物［28，30-31］。

［1］盧雪華，成堅，白衛東.我國食用色素工業的現狀及對策［J］.中國調味品，2010，35(5):35-39.

［2］高彥祥，李媛媛.天然色素抗氧化性研究進展［J］.食品科學(增刊)，2005(26):139-143.

［3］薛伃改.淺談食用色素的安全問題［J］.現代經濟信息，2009(21):355-360.

［4］桑林，謝慶華，李月秀，等.特色馬鈴薯有色物質的提取及相關性能的研究［J］.西南農業學報，2005，18(3):334-336.

［5］唐傳核，彭志英.天然花色苷類色素的生理功能及應用前景［J］.冷飲與速凍食品工業，2000(1):26-28.

［6］E M Kuskoski，A G Asuero，M C Garcia-Parilla，et al.Antioxidative activity of anthocyanin pigments［J］.Cienciae Tecnologiade Alimentos，2004，24(4):691-693.

［7］T Kaneko，S Tahara，N Baba.Inhibition of linoleicacid hydroperoxide-inducedtoxicity incultured human fibroblastsby anthocyanidins［J］.Bioscience Biotechnology and Biochemistry，2003，67(6):1391-1393.

［8］劉贇，陳桂花，陳尚云，等.金色補血草黃色素提取及穩定性研究［J］.河西學院學報，2005，21(2):32-35.

［9］姚鈺蓉，木泰華，張偉.紫甘薯花青素的提取純化及其穩定性研究［J］.食品科技，2009，34(6):195-199.

［10］張春秋，金黎平.馬鈴薯色素的遺傳及調控研究進展［J］.中國蔬菜，2007(4):35-38.

［11］L F Reyes，J C Miller，L Cisneros-Zevallos.Environmental conditions influence the content and yield of anthocyanins and total phenolics in purple and red flesh potatoes during tuber development［J］.Amer J Potato Res，2004，81(3):187-193.

［12］G A ELLESTAD.Structure and chiroptical properties of supramolecular flower pigments［J］.Chirality，2006，18(2):134-144.

［13］孫建霞，張燕，孫志健，等.花色苷的資源分布以及定性定量分析方法研究進展［J］.食品科學，2009，30(5):263-268.

［14］王金華，秦禮康，葉春.烏洋芋主要營養成分分析與評價［J］.食品與機械，2007，23(6):79-82.

［15］謝慶華，李月秀，李智，等.特色馬鈴薯色素抗腫瘤活性［J］.中國馬鈴薯，2004，18(4):213-214.

［16］譚任祥，孟軍才，陳道峰，等.植物成分分析［M］.北京:科學出版社，2002:498-500.

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

［18］張秀麗，李勁濤，楊軍.植物花色苷定性定量研究方法［J］.西華師范大學學報，2006，27(3):299-303.

［19］宋學英，楊華，張楓，等.用薄層層析法分離菠菜中的色素［J］.首都醫科大學學報，2002，23(1):78-79.

［20］詹太華.紫腳板薯色素的提取、理化性質和體外抗氧化活性的研究［D］.南昌:南昌大學，2008.

［21］李云，趙昶靈，楊曉娜，等.花色苷分子結構與其穩定性以及呈色關系的研究進展［J］.云南農業大學學報，2010，25(5):712-719.

［22］張靜，趙昶靈，郭華春.“彩色馬鈴薯”塊莖花色苷分子結構研究進展［J］.天然產物研究與開發，2009，21(4):7189-725.

［23］Ummi Kalthum Ibrahim，Ida Idayu Muhammad，Ruzitah Mohd Salleh.The effect of pH on color behavior of brassica oleracea anthocyanin［J］.Journal of Applied Sciences，2011，11(13):2406-2410.

［24］T Kjell，M Oyvind.Colour stability of anthocyanins in aqueous solutions at various pH values［J］.Food Chem，2005，89(3):427-440.

［25］李先平，包麗仙，李山云，等.彩色馬鈴薯塊莖色素研究進展［J］.作物學報，2009(1):4-8.

［26］C E Lewis，JR L Walker，JE Lancaster，et al.Determination of anthocyanins，flavonoids and phenolic acids in potatoes.I:Coloured cultivars of Solanum tuberosum L［J］.Sci Food Agric.，1998，77(1):45-57.

［27］趙昶靈，郭華春，劉福翠，等.馬鈴薯‘轉心烏’塊莖色素的組成和含量［J］.西北植物學報，2007，27(10):1953-1961.

［28］盧其能，楊清.馬鈴薯花色苷種類、含量和穩定性初步研究［J］.安徽農業科學，2007，35(16):4811-4813.

［29］蔡朝容，陸文澤，黃靜.枸杞葉中β-胡蘿卜素的分離與鑒定—薄層層析法［J］.柳州職業技術學院學報，2005，5(4):112-113.

［30］Chuan guang Qin，Yang Li，Weining Niu，et al.Composition analysis and structural identification of anthocyanins in fruit of waxberry［J］.Czech J Food Sci，2011，29(2):171-180.

［31］A Castaneda-Ovando，M de Lourdes Pacheco-Hernandez，M Elena Paez-Hernandez，et al.Chemical studies of anthocyanins:A review［J］.Food Chem，2009，113(4):859-871.