食品添加劑對青稞色素穩(wěn)定性的影響

趙桃，趙亞麗，李斌

（上海工程技術大學化學化工學院，上海201620）

青稞（Hordeum vulgare ssp.Vulgare）是禾本科大麥屬的一種禾谷類作物，主要分布在我國青藏高原等海拔4 200 m～4 500 m的高寒地區(qū)，具有豐富的營養(yǎng)價值和突出的醫(yī)藥保健作用[1-2]。已有研究表明，青稞種皮色素屬花色苷類色素，是一種水溶性天然色素，其溶液在酸性條件下呈穩(wěn)定的鮮紅色[3]。

花色苷是自然界最重要的一種天然色素之一，不僅賦予植物鮮艷的顏色以利于授粉和種子傳播、抵抗植物蟲害以及預防植物的紫外線照射損傷，而且對于人類具有許多生理保健功能，如清除體內自由基、抗腫瘤、抗癌、預防糖尿病、保護視力等[4-6]。同時，花色苷還可用作抗氧化劑阻止或延緩油脂的自動氧化，防止食品在貯藏中因氧化而使營養(yǎng)損壞褐變褪色等[7]。但花色苷用作食品添加物，必須解決其在食品環(huán)境中的使用穩(wěn)定性問題。本文以紫青稞成熟籽粒為材料，運用酸化甲醇浸提得到青稞色素，在此基礎上研究了甜味劑（蔗糖、果糖、木糖醇）和維生素（VC、VB1、VB6）對青稞花色苷色素光譜特性和穩(wěn)定性的影響，為青稞色素的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫青稞：產(chǎn)地為西藏拉薩。

試驗所用所有試劑均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。

AB104-N型分析天平：梅特勒-托利上海有限公司；HH-數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海逸龍科技有限公司；SHZ-D型循環(huán)水式真空泵：鞏義市英峪予華儀器廠；pHB-4便攜式pH計：上海精密科技儀器有限公司；UV-7504型單光束紫外可見分光光度計：上海欣茂儀器有限公司；UV-1601PC型全波長掃描儀：島津公司。

1.2 色素提取

將去雜后的青稞種子置于含1%鹽酸的60%甲醇溶液中避光浸提24 h。提取液過濾后，40℃減壓旋轉蒸發(fā)濃縮，濃縮液再次過濾后，置于-20℃冰箱中保存。

1.3 青稞吸收光譜的測定

用pH 3緩沖溶液配制不同濃度的食品添加劑（蔗糖、果糖、木糖醇，VC、VB1、VB6），并與色素溶液等體積混合。緩沖溶液由20.5 mL的0.2 mol/L Na2HPO4與79.5 mL的0.1 mol/L檸檬酸均勻混合配制。使用全波長紫外分光光度計對色素溶液進行掃描，記錄其在可見光區(qū)的最大吸收波長λmax和最大吸光度Amax。

1.4 穩(wěn)定性測定

將配制好的pH 3的混合液置于15 mL具塞玻璃試管中，分別于10、20、30℃室內自然光或避光保存。于 0、1、2、3、5、8、10、12、15 d 分別測定其在最大吸收波長λmax處的吸光值A。色素穩(wěn)定性通過吸光值的變化計算，以殘留百分比（%）表示，計算公式如下：

式中：A0為配制時（0 d）色素溶液在最大吸收波長λmax處的吸光度；An為保存n天后色素溶液在最大吸收波長λmax處的吸光度。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有試驗均設置3次重復，文中數(shù)據(jù)為重復試驗平均值。統(tǒng)計學分析采用SPSS 11.5 for Windows軟件進行。

2 結果與分析

2.1 添加劑對青稞色素可見吸收光譜的影響

表1為等量青稞色素在pH3條件下，在含量為5%的各添加劑溶液中的最大可見光吸收波長λmax及其最大吸光度Amax的變化。

表1 添加劑對青稞色素最大吸收波長λmax的影響Table 1 Effect of additive on λmaxof hulless barley pigment

可以看出，青稞色素在515 nm左右具有典型的花色苷的特征吸收峰。與對照品相比，試驗所用6種食品添加劑對青稞色素花色苷的λmax影響較小，僅發(fā)生2 nm范圍內的紅移或藍移，即試驗所選六種添加劑不會對青稞色素的色澤產(chǎn)生明顯改變。而通過青稞色素最大可見吸收Amax的變化可知，蔗糖、果糖、木糖醇，VB6的添加均能使色素的Amax值增大，VC能使色素的Amax值降低，而VB1在低濃度時能增加色素Amax值，高濃度時則使色素Amax值降低（圖1）。

圖1 添加劑對青稞色素最大可見吸收Amax的影響Fig.1 Effect of additive on Amaxof hulless barley pigment

由此可見，蔗糖、果糖、木糖醇，VB6對色素有一定增色作用，VC對色素有減色作用，VB6的作用則跟其濃度有關。添加劑使青稞色素的吸收光譜發(fā)生變化的原因可能是由于是花色苷分子與添加物發(fā)生結合導致[8]。

2.2 添加劑濃度對青稞色素穩(wěn)定性的影響

2.2.1 蔗糖、果糖和木糖醇

蔗糖、果糖和木糖醇是食品工業(yè)中使用非常廣泛的幾種甜味添加劑。在pH3的避光條件下，對濃度分別為1%、5%、10%的蔗糖、果糖、木糖醇對青稞色素穩(wěn)定性的影響進行了試驗，見圖2、圖3、圖4。

圖2 蔗糖對青稞色素穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of sucrose on stability of hulless barley pigment

圖3 果糖對青稞色素穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of fructose on stability of hulless barley pigment

圖4 木糖醇對青稞色素穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of xylitol on stability of hulless barley pigment

由圖2、圖3、圖4可以看出，添加不同濃度的3種甜味劑后，對青稞色素的穩(wěn)定性無不良影響，相反，青稞色素的穩(wěn)定性都有所升高。14 d之內，含添加劑的色素降幅均小于對照，色素殘留率也均高于對照，且添加劑濃度越高，色素降解越慢。這與Daravingas等在黑莓中的研究結果相似[9]。由此可見蔗糖、果糖和木糖醇對青稞色素有一定的護色作用。這可能是由于在高濃度的糖存在下，由于水分活度降低，花色苷生成假堿式結構的速度減慢，所以花色苷的顏色得到了保護。另外，試驗中發(fā)現(xiàn)，添加木糖醇的色素溶液的其穩(wěn)定性較小，僅在高濃度（10%）效果較顯著，說明木糖醇對青稞色素溶液的護色作用較蔗糖和果糖弱。

2.2.2 VC

圖5顯示了不同濃度維生素C（VC）對青稞色素溶液穩(wěn)定性的影響。

圖5 VC對青稞色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of vitamin C on stability of hulless barley pigment

由圖5可知，VC的加入會嚴重破壞色素的穩(wěn)定性，使其快速降解，且VC濃度越高，色素降解越迅速。這可能是由于抗壞血酸被氧化后能產(chǎn)生H2O2，H2O2直接親核進攻花色苷的C2位，使花色苷開環(huán)生成查爾酮引起花色苷的降解[10]。因此，對于青稞等富含花色苷的谷物或果蔬，在加工過程中不宜采用強化抗壞血酸的方法，避免產(chǎn)生產(chǎn)品顏色的變化[11]。

2.2.3 VB1和VB6

VB1和VB6均屬于B族維生素，參與體內糖、脂肪、蛋白質代謝，具有調節(jié)新陳代謝，維持皮膚和肌肉的健康，增進免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等功能，在食品工業(yè)中常作為一種營養(yǎng)素添加。在所研究濃度范圍內，VB1和VB6對青稞色素穩(wěn)定性的影響結果見圖6、圖7。

圖6 VB1對青稞色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of vitamin B1on stability of hulless barley pigment

圖7 VB6對青稞色素穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of vitamin B6on stability of hulless barley pigment

由圖6可知，低濃度即VB1含量為1%時，對青稞色素的降解無不良影響；而隨著VB1濃度增加，青稞色素降解加快，尤其是在6 d以后，添加較高濃度VB1的青稞色素溶液的降幅顯著高于對照。

由圖7可知，加入不同濃度的色素溶液的色素降解速度均低于對照，表明VB6可加速了青稞色素的降解，且濃度越大作用效果越明顯。B族維生素對花色苷類色素的影響目前未見報道，其原因有待進一步研究。

2.3 不同光照條件下添加劑對青稞色素穩(wěn)定性的影響

光對花色苷類天然色素的影響是兩方面的，光是花色苷生物合成的重要因子，但同時光又會加速花色苷的降解[11]?；ㄉ兆陨砜s合或與其它有機物縮合后，根據(jù)環(huán)境條件的不同，可能提高或降低花色苷的穩(wěn)定性。一般來說，在光照下，?；亩擒毡确酋；亩擒辗€(wěn)定，二糖苷又比單糖苷穩(wěn)定。通過研究不同保存條件下青稞色素的降解率發(fā)現(xiàn)，避光條件下，盡管青稞色素在貯藏14 d后的殘留率均略高于光照條件，即光照可加速色素的降解，但這種影響并不顯著（圖8）。此外，無論在光照和避光的條件下，六種添加劑對于青稞色素穩(wěn)定性的影響是一致的，即光照條件并不會顯著影響蔗糖、果糖、木糖醇、VC、VB1和 VB6對青稞花色苷的護色或減色作用。此外，由于VC引起色素降解迅速，8 d后幾乎降解至無色，故圖8中顯示的VC數(shù)據(jù)為8 d時的殘留率。

2.4 不同溫度條件下添加劑對青稞色素穩(wěn)定性的影響

圖8 不同光照條件下青稞色素的殘留率Fig.8 Changes in residual of hulless barley pigment at different illumination conditions

花色苷類天然色素的穩(wěn)定性受溫度影響非常大，并且花色苷的熱穩(wěn)定性與其結構及體系中其它化合物的反應等因素有關。高溫會促使花青素色素的降解，從而失去其明亮的顏色。大量研究表明，花色苷受熱后降解速率變快，半衰期變短[8]，見圖9。

圖9 不同溫度條件下青稞色素的殘留率Fig.9 Changes in residual of hulless barley pigment at different temperature conditions

由圖9可以看出，溫度越高，色素在保存14 d后的殘留率越低（由于VC引起色素降解迅速，因此圖中顯示的VC數(shù)據(jù)為8 d時的殘留率）。VC對花色苷的促降解作用顯然與溫度相關，溫度越高其反應越快，花色苷降解越迅速。這可能是由于當溫度升高時，花色苷結構向著無色的查爾酮和甲醇假堿形式轉化，使得抗壞血酸被氧化后產(chǎn)生的H2O2親核進攻花色苷C2位時更加有效所致。除VC外，與對照相比，其它5種添加劑在供試的3種溫度條件下對青稞色素穩(wěn)定性的影響是一致的，沒有明顯差異。

3 結論

青稞色素為花色苷類天然色素，各種食品添加劑對青稞色素呈現(xiàn)出不同的增色或減色效果。其中，蔗糖、果糖、木糖醇對色素均有增色作用，并可增強其穩(wěn)定性，其效果隨濃度增加而增強；VC使色素減色，并加速了色素的分解，其作用也隨VC含量增加而增強；VB1和VB6低濃度時（1%）對色素起增色作用和促進穩(wěn)定作用，而濃度5%時則加速了色素的分解。因此，在對含青稞色素的食品進行加工或貯存時，應充分考慮食品添加劑類型及其濃度的影響。光照和高溫加速青稞色素的降解，因此為了提高青稞的穩(wěn)定性，也應該注意對其產(chǎn)品儲存環(huán)境研究與改善。此外，供試添加劑在不同的光照和溫度條件下，對青稞色素的護色或降解作用不受影響（除VC外），說明其反應與供試的光照和溫度條件關聯(lián)較小。VC對花色苷的促降解作用與溫度緊密相關，溫度越高，促降解作用越明顯。

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