紫甘薯飲料中花青素的穩定性研究*

孫鵬堯 周芳寧 李喜層 曹燕華 袁素輝 牟德華*

（河北科技大學生物科學與工程學院，河北石家莊050000）

·基礎研究·

紫甘薯飲料中花青素的穩定性研究*

孫鵬堯**周芳寧 李喜層 曹燕華 袁素輝 牟德華***

（河北科技大學生物科學與工程學院，河北石家莊050000）

研究了不同pH值紫甘薯飲料中花青素的色澤光譜特性以及pH值、溫度、抗壞血酸、糖、光照等因素對紫甘薯飲料中花青素穩定性的影響。結果表明，pH值為2.2、3.0、4.0時花青素較穩定，隨著pH值的升高，穩定性逐漸降低；高溫處理對紫甘薯花青素的穩定性的影響較顯著，溫度越高，花青素的保留率越低；抗壞血酸的加入會加速花色苷的降解；葡萄糖和乳糖的加入對花色苷的穩定性無影響；Fe3+與花青素類物質形成絡合物，降低了花青素的穩定性，其他的金屬離子對花色苷的穩定性影響不大；光照使花青素穩定性降低，自然光在短時間內影響較小，花色苷在白熾燈和紫外燈照射下降解速度加快。

紫甘薯；花青素；穩定性

花青素作為一種天然色素廣泛存在于植物的根、莖、葉和花等組織內，呈現出紫紅到藍色的光譜范圍。隨著消費者對合成色素安全性的質疑，天然花青素色素在食品、藥品及化妝品行業得到廣泛的應用，但是花青素在使用過程中容易受到外界因素的影響，如溫度、pH值、光照、金屬離子和添加劑等。紫甘薯飲料是以紫甘薯濃縮汁為主要原料制成的一種含花青素較高的保健飲料，其色澤來源于花青素。紫甘薯花青素色素因分子中含有大量的酰化的基團，與其他植物花青素相比色澤鮮亮，穩定性較高，具有一定的應用前景。

本文主要研究了不同pH值紫甘薯飲料中花青素的色澤光譜特性，并考察了不同pH值條件下和高溫處理后，紫甘薯飲料花青素的變化情況，同時還考察了抗壞血酸、糖、光照等對紫甘薯飲料花青素的穩定性的影響。

1 試驗材料與設備

1.1 試驗材料及試劑

煙-176紫甘薯，河北省農科院糧油所；體積濃度95%乙醇、鹽酸、醋酸鈉、冰醋酸、檸檬酸、磷酸氫二鈉均為分析純，試劑公司購置。

1.2 試驗儀器與設備

Re-201型旋轉蒸發器；SHZ-D（Ⅲ）型循環水式真空泵；201-升降溫水浴鍋；SP-756p紫外可見分光光度計等。

1.3 試驗內容及方法

1.3.1 不同pH值下紫甘薯飲料花青素的光譜分析

取1 mL紫甘薯濃縮汁，用不同pH值的磷酸鹽緩沖溶液稀釋至10 mL，做光譜掃描，觀察光譜特性。

1.3.2 pH值對飲料花青素穩定性的影響

分別取10 mL紫甘薯濃縮汁7份，用磷酸鹽緩沖溶液調至不同的pH值（2.2～8.0）轉移至密封的試管中，放置在室溫下，每隔2 d取樣檢測（OD530nm），觀察花青素的變化情況。

1.3.3 溫度對花青素穩定性的影響

取10 mL紫甘薯濃縮汁用磷酸鹽緩沖溶液調pH為3，轉移至密封的試管中。經70℃、80℃、90℃和100℃高溫處理，觀察花青素的變化情況。

1.3.4 金屬離子對花青素穩定性的影響

取2 mL紫甘薯濃縮汁，加入10 mL質量濃度為0.002 g/mL含有不同金屬離子（Cu2+、Fe2+、Zn2+、Fe3+、Ca2+）的溶液混合均勻，在吸收波長530 nm處測定其吸光度，觀察花青素的變化情況。

1.3.5 抗壞血酸對花青素穩定性的影響

取2 mL紫甘薯濃縮汁，加入10 mL不同質量濃度（0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%）的抗壞血酸溶液混合均勻，在吸收波長530 nm處測定其吸光度，觀察花青素的變化情況。

1.3.6 糖對花青素穩定性的影響

取2 mL紫甘薯濃縮汁，加入10 mL不同質量濃度（0.00%、0.01%、0.05%、0.10%、0.20%、0.50%）的葡萄糖及乳糖糖溶液混合均勻，在吸收波長530 nm處測定其吸光度，觀察花青素的變化情況。

1.3.7 光照對花青素的穩定性影響

取2 mL紫甘薯濃縮汁，加入10 mL pH值為3的磷酸鹽緩沖溶液混合均勻，在吸收波長530 nm處測定其吸光度，觀察花青素的變化情況。

2 試驗結果與分析

2.1 不同pH值下紫甘薯花青素的光譜特性

在不同的pH值下，溶液中花青素所存在的4種結構的主體成分是不一樣的，所以溶液的最大吸收峰隨著pH值的不同會發生改變。不同pH值下紫甘薯花青素的光譜特性見圖1。由圖1可知，在pH值2.2、3.0、4.0、5.0時紫甘薯花青素的最大吸收峰出現在530 nm左右，且隨著pH值的升高，吸光度值降低，隨著pH值的再升高溶液的最大吸收波長產生紅移。

圖1 不同pH值下紫甘薯花青素吸光度值

2.2 pH值對紫甘薯花青素穩定性的影響

不同pH值下紫甘薯色素溶液的保留率見下頁圖2。由圖2可知，pH值在2.2、3.0、4.0時紫甘薯花青素較穩定，在放置8 d后保留率仍較高，而pH值為5.0、6.0、7.0、8.0放置一段時間后花青素的保留率明顯較低，尤其是在pH值為7.0和8.0時，保留率降為50%以下。

2.3 溫度對紫甘薯花青素穩定性的影響

2.3.1 不同溫度處理對紫甘薯花青素保留率的影響

不同溫度處理后紫甘薯色素溶液的花青素保留率見圖3。由圖3可知，高溫處理對紫甘薯花青素的穩定性的影響較顯著，尤其是在90℃、100℃時的熱處理下紫甘薯花青素的保留率明顯降低，90℃和100℃處理6 h后溶液中花青素的保留率變為71.88%和45.76%，而在70℃和80℃，相對較穩定。

圖3 不同高溫處理后紫甘薯色素溶液的花青素保留率

2.3.2 不同溫度下紫甘薯花青素的變化動力學曲線

對不同溫度下紫甘薯花青素溶液的保留率取負對數，并與時間t做曲線，得到-ln（At/A0）—t曲線圖，見圖4。由圖4可知，兩者的關系可擬合為直線，表明不同的高溫處理后紫甘薯花青素的變化符合一級反應動力學。

圖4 不同高溫處理后紫甘薯花青素的變化動力學曲線

2.4 抗壞血酸對花青素穩定性的影響

加入不同質量濃度的抗壞血酸對紫甘薯色素溶液花青素保留率的影響，見圖5。由圖5可知，在紫甘薯花青素在抗壞血酸溶液中的保留率下降，且抗壞血酸質量濃度越高，保留率越低，紫甘薯花青素的穩定性下降。這是由于抗壞血酸被氧化后能產生H2O2，H2O2能引起花青素變化。

圖5 抗壞血酸對紫甘薯色素溶液花青素保留率的影響

2.5 不同糖對對花青素穩定性的影響

2.5.1 乳糖

不同質量濃度的乳糖對花青素的影響見圖6。由圖6可知，花青素在不同質量濃度的乳糖溶液中貯存一段時間后的變化情況，乳糖的存在以及乳糖質量濃度的變化在常溫常壓下對花青素的變化影響不顯著，在放置15 d后花青素的保留率仍在85%以上，可知，在乳糖的存在下花青素較穩定。

圖6 乳糖對紫甘薯花青素保留率的影響

2.5.2 葡萄糖

葡萄糖對花青素的影響見下頁圖7，由圖7可知，花青素在不同質量濃度的葡萄糖溶液中貯存一段時間后的變化情況，葡萄糖的存在以及葡萄糖質量濃度的變化在常溫常壓下對花青素的變化影響不顯著，在放置15 d后花青素的保留率仍在85%以上，表明在葡萄糖的存在下花青素較穩定。

2.6 不同金屬離子對紫甘薯花青素穩定性的影響

花青素的相鄰羥基可以螯合多價的金屬離子形成穩定的螯合物，使花青素更穩定。不同金屬離子對花青素的影響見圖8。由圖8可知，吸光度值明顯降低，說明花青素類物質和Fe3+發生化學反應，形成復雜的絡合物。而其他的金屬離子對花青素的穩定性影響不大。

圖7 葡萄糖對紫甘薯花青素保留率的影響

圖8 不同金屬離子對紫甘薯花青素保留率的影響

2.7 光照對紫甘薯花青素穩定性的影響

光照對花青素的影響見圖9。由圖9可以看出，隨著光照時間的延長，花青素變化的程度加大。自然光在短時間內影響較小，花青素在白熾燈和紫外燈照射下變化速度加快。

圖9 光照對紫甘薯花青素保留率的影響

3 結論

紫甘薯花青素在pH值2.2、3.0、4.0、5.0時紫甘薯花青素的最大吸收峰出現在530 nm左右，且隨著pH值的升高，吸光度值降低，隨著pH值的再升高溶液的最大吸收波長產生紅移。紫甘薯花青素溶液在pH值為2.2、3.0、4.0時較穩定，在放置8 d后保留率仍較高，而pH值為5.0、6.0、7.0、8.0放置一段時間后花青素的保留率明顯較低，尤其是在pH值為7.0和8.0時，保留率降為50%以下。

高溫處理對紫甘薯花青素的穩定性的影響較顯著，尤其是在100℃、90℃的處理下紫甘薯花青素的保留率明顯降低，90℃和100℃處理6 h后溶液中花青素的保留率變為71.88%和45.76%，而在70℃和80℃相對較穩定，且紫甘薯花青素的熱變化符合一級反應動力學。

在試驗濃度范圍內，抗壞血酸的加入會加速花青素的變化；葡萄糖和乳糖的加入對花青素的穩定性無影響；Fe3+能使花青素的溶液呈現紅褐色，吸光度值明顯降低，而其他的金屬離子對花青素的穩定性影響不大。隨著光照時間的延長，花青素變化的程度加大，自然光在短時間內影響較小，花青素在白熾燈和紫外燈照射下變化速度加快。

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表3 雙螺桿擠壓膨化溫度的設定試驗

由表3可見，配方-4的五谷雜糧在70℃、130℃、180℃的溫度區間段中，擠壓膨化后的色澤和熟化度最佳。

3.4 油炸試驗

五谷鍋巴已經過熟化過程，油炸是為了確保雜糧鍋巴質感和酥脆度。油炸階段最重要的是掌握油炸鍋巴時的溫度與加熱時間的長短，以確保雜糧鍋巴質感和酥脆度。如果油炸鍋巴的油溫太高，則雜糧片顏色變黑，有苦味，且鍋巴明顯脹大，膨脹的厚度也不一致；如果油炸鍋巴的油溫過低，隨著時間的延長，雜糧片上色不均，酥脆程度不勻。經多次試驗可知，油量要多，油溫為80℃，油炸時間以鍋巴浮于油面為宜，此時雜糧片受熱上色均勻，酥脆程度適宜。

4 結論

4.1 五谷鍋巴的配方

玉米（60目）、大豆、燕麥、芝麻、小米質量比為2.0∶1.0∶0.5∶0.5∶1.0。

4.2 工藝條件

a）雜糧預煮條件是玉米、小米在水溫30℃中靜置時間30 min，大豆、燕麥在水溫20℃中靜置時間40 min。

b）擠壓膨化的三段溫度為70℃、130℃、180℃。

c）油炸條件為油溫80℃，油炸時間以鍋巴浮于油面為宜。

4.3 指標

感觀指標：產品色澤呈淺褐色，無焦生現象，具有五谷雜糧的特殊香味和調味品的滋味和香味。理化指標：水分≤5%，鉛≤0.2 mg/kg，砷≤0.2 mg/kg。衛生指標：細菌總數≤l 000 cfu/g，大腸桿菌群≤30 cfu/100g，致病菌不得檢出。

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Study on the stability ofanthocyanin in purp le sweet potato beverage*

SUN Peng-Yao**ZHOU Fang-Ning LI Xi-Ceng Cao Yan-Hua YUAN Su-Hui MOUDe-Hua***
（College ofbioscience and bioengineering，Hebei university ofscience and technology，Hebei Shijiazhuang 050000，China）

Thespectrum characteristicsofanthocyanins in purplesweetpotatobeveragewith differentpHwasanalyzed, besides,theeffectofpH,temperature,Vc,sugar,and lighton thestabilityofanthocyanin from purplesweetpotatobeverage werestudied.The resultsshowed thattheanthocyaninshad betterstabilityatthepH of2.2,3.0,4.0。Thestabilitygradually decreased alongwith the pH increased.High temperature had obvious effect on the stabilityofpurple sweet potatoanthocyaninsand thehigher the temperaturewas,the lower retention ofanthocyanin had.Vc could accelerate thedegradation of anthocyanins.Glucoseand lactosehad noeffecton thestabilityofanthocyanins.Clathratewhich formed ofFe3+and anthocyan might reduce the stability ofanthocyanins,however,other metal ions had no influence almost.The stabilityofanthocyaninsdecreased under the light.Natural lighthad noobviousimpactinashortperiod oftime.Incandescentlightand ultravioletlamp could speed up decomposition ofanthocyanin.

purple sweet potato；anthocyanin；stability

TS273

A

1673-6044（2014）03-0028-05

10.3969/j.issn.1673-6044.2014.03.010

河北省科技支撐計劃項目“山區甘薯綜合加工技術與示范”（12231009D）；河北科技大學國家級大學生創新創業訓練計劃項目（201310082013）。

**孫鵬堯，女，1990年出生，河北科技大學生物科學與工程學院食品科學專業在讀研究生。

***牟德華，通訊作者：E-mail：dh_mou@163.com.

2014-06-11