黑米色素穩(wěn)定性研究

曾惠琴，張艷明，金輝

（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州221140；2.邳州市環(huán)保局，江蘇邳州221300）

黑米色素穩(wěn)定性研究

曾惠琴1，張艷明1，金輝2

（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州221140；2.邳州市環(huán)保局，江蘇邳州221300）

通過(guò)對(duì)可能影響黑米色素穩(wěn)定性的因素進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在酸性環(huán)境，溫度40℃以下，Na+、Mg2+、Ca2+、Zn2+環(huán)境，還原劑，低濃度防腐劑，室內(nèi)自然光或避光環(huán)境下，黑米色素表現(xiàn)良好的穩(wěn)定性；而堿性環(huán)境，相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間高溫，F(xiàn)e3+環(huán)境，氧化劑，高濃度防腐劑，陽(yáng)光或紫外線直射等均不利于黑米色素的穩(wěn)定。

黑米；天然色素；穩(wěn)定性

黑米為米中珍品，素有“貢米”、“藥米”、“長(zhǎng)壽米”之美譽(yù)，具有特殊的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及藥用成分，其氨基酸、黃酮、鐵、鋅含量很高，能夠發(fā)揮滋陰補(bǔ)腎、健脾暖肝、明目活血、降壓強(qiáng)心等作用，其保健功效也越來(lái)越受到人們的關(guān)注[1]。

黑米中除含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、植物油脂、纖維素、維生素、人體必需的微量元素等，還含有豐富的生物活性物質(zhì)如黃酮類(lèi)、花青素、生物堿、強(qiáng)心苷、β-胡蘿卜素等物質(zhì)。黑米中含有的黑米色素為花青苷類(lèi)色素，屬于植物多酚類(lèi)化合物，具有降低冠心病發(fā)病率，改善視敏度，抗氧化和抗癌的活性[2]。黑米表皮富含黑色素，利用黑米開(kāi)發(fā)安全的天然黑米色素，對(duì)食品、醫(yī)藥和化妝品行業(yè)都具有重要的意義。

而天然色素的最大問(wèn)題是其不穩(wěn)定性，容易變色和褪色。目前對(duì)天然色素穩(wěn)定性的研究已有不少報(bào)道[3-10]，而關(guān)于黑米色素穩(wěn)定性的研究報(bào)道不多，對(duì)黑米色素的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用報(bào)道更是極少。因此，對(duì)可能影響黑米色素穩(wěn)定性的因素進(jìn)行探討，為黑米色素的進(jìn)一步研究及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供一定的技術(shù)參考。

1 材料、儀器與方法

1.1 材料

黑米：購(gòu)自江蘇徐州。

無(wú)水乙醇、甲醇、丙酮、乙醚、過(guò)氧化氫、VC、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、無(wú)水氯化鈣、氯化鋅、三氯化鐵、氯化鈉、氯化亞鐵、氫氧化鈉、鹽酸等均為分析純。

1.2 儀器

SHZ-III型循環(huán)真空泵、SHZ-Ⅲ型抽濾機(jī)、RE-52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋、80-1離心機(jī)：江蘇金壇榮華儀器制造有限公司；UV-7504紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海欣茂儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黑米色素提取工藝

前期試驗(yàn)確定，以水為提取劑，提取基本工藝為：黑米→浸提→抽濾→離心→上清液濃縮。吸光度測(cè)定波長(zhǎng)為520 nm。

1.3.2 黑米色素穩(wěn)定性試驗(yàn)

分別試驗(yàn)研究pH、溫度、氧化劑、還原劑、防腐劑、金屬離子、光照[3]、時(shí)間等因素對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響

取等量黑米色素溶液，用稀鹽酸和稀氫氧化鈉調(diào)整pH，使pH分別為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，同一環(huán)境下放置相同時(shí)間1 h，520 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度值。結(jié)果如圖1所示。

圖1 pH對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effect of pH on the stability of pigments from black rice

由圖1可以看到，黑米色素在pH4.0、5.0、6.0及原液（pH6.5）等酸性條件下較穩(wěn)定，在堿性條件下穩(wěn)定性發(fā)生明顯變差，顏色也由暗紫紅色逐漸變?yōu)樗{(lán)黑色。由此可見(jiàn)，黑米色素更適宜添加到偏酸性的產(chǎn)品中。

2.2 溫度對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響

取等量黑米色素溶液，分別放置于0、20、40、60、80、100℃水浴中，定時(shí)測(cè)定吸光度值。結(jié)果如表1所示。

表1 溫度對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響Table 1 Effect of temperature on the stability of pigments from black rice

由表1可以看出，隨著溫度增高，黑米色素溶液顏色稍變淺，吸光度有所下降，但變化不大，可見(jiàn)黑米色素對(duì)熱穩(wěn)定性良好，可以滿足食品等行業(yè)生產(chǎn)對(duì)著色劑的溫度要求。表中數(shù)據(jù)還可以看出，如考慮對(duì)黑米色素進(jìn)行保存，溫度應(yīng)控制40℃以下，最好是干燥后冷藏。

2.3 氧化劑對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響

取一定量黑米色素溶液，加入適量H2O2稀溶液，每隔10 min取樣測(cè)定吸光度值，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，氧化劑加入初期，黑米色素吸光度值顯著下降，說(shuō)明氧化劑的存在不利于黑米色素的穩(wěn)定和保存。一定時(shí)間后吸光度值下降趨勢(shì)變緩，變緩主要原因是氧化劑與色素物質(zhì)反應(yīng)趨于平衡。

圖2 氧化劑對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of oxidant on the stability of pigments from black rice

2.4 還原劑對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響

取等量黑米色素溶液4份，分別加入等量不同濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.05%、0.1%、0.5%、1%）VC溶液，混勻，在相同環(huán)境下放置相同時(shí)間24 h后測(cè)定吸光度值，結(jié)果如圖3所示。

圖3 還原劑對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of reducing agent on the stability of pigments from black rice

從圖3可以看出，加入不同濃度的還原劑VC溶液一定時(shí)間后，黑米色素溶液的吸光度值差別不大，說(shuō)明VC對(duì)黑米色素的穩(wěn)定性幾乎無(wú)影響，這一特性將有利于黑米色素在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中應(yīng)用，尤其是VC應(yīng)用較廣泛的食品生產(chǎn)加工行業(yè)。

2.5 防腐劑對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響

取等量黑米色素溶液，加入不同濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）防腐劑苯甲酸鈉及山梨酸鉀，1h后測(cè)定溶液吸光度值，結(jié)果如圖4及圖5所示。

圖4 防腐劑苯甲酸鈉對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of sodium benzoate on the stability of pigments from black rice

圖5 防腐劑山梨酸鉀對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of Potassium Sorbate on the stability of pigments from black rice

由圖4和圖5可以看出，隨著防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀濃度的增大，黑米色素溶液的吸光度值也逐漸增大，但是高濃度防腐劑時(shí)黑米色素溶液顏色由原來(lái)的紫黑色變?yōu)榉酆谏珴勺兓^大，失去黑米色素作為天然色素的應(yīng)用價(jià)值，因此，在使用防腐劑時(shí)，應(yīng)選擇低濃度，以確保黑米色素的穩(wěn)定性。

2.6 金屬離子對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響

取等量黑米色素溶液，分別加入等量等濃度（0.05 mol/L）的氯化鈣、氯化鋅、三氯化鐵、氯化鈉、氯化鎂溶液，混勻，相同環(huán)境下放置相同時(shí)間后測(cè)定吸光度，結(jié)果如圖6所示。

圖6 金屬離子對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of metallic ion on the stability of pigments from black rice

從圖6可以看到，加入金屬離子Na+、Mg2+、Ca2+、Zn2+后，黑米色素溶液的吸光度略有增減，觀察顏色基本保持原液的紫紅色，說(shuō)明此類(lèi)金屬對(duì)黑米色素有一定的固色和增色作用；而加入Fe3+后，吸光度值明顯增加，但是溶液顏色由原來(lái)的紫紅色變?yōu)榧t黑色，說(shuō)明Fe3+不利于黑米色素的穩(wěn)定，生產(chǎn)加工和貯存過(guò)程中應(yīng)避免兩者接觸。

2.7 光照對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響

取等量黑米色素溶液4份，分別在室內(nèi)、避光、陽(yáng)光、紫外線4種不同環(huán)境下放置，在不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)定吸光度，結(jié)果如圖7所示。

從圖7可以看出，黑米色素溶液在避光和室內(nèi)自然光條件下貯藏，與日光直射和紫外線照射情況相比，吸光度值始終保持較高水平，并在12 h后表現(xiàn)出較穩(wěn)定狀態(tài)，而紫外線照射的樣品，其吸光度值變化較大較快。因此，對(duì)于用黑米色素開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，應(yīng)避光保存為佳。

圖7 光照對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of light conditions on the stability of pigments from black rice

2.8 時(shí)間對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響

取一定量的黑米色素溶液，在室內(nèi)放置不同時(shí)間后測(cè)定吸光度值，結(jié)果如圖8所示。

圖8 時(shí)間對(duì)黑米色素穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of time on the stability of pigments from black rice

由圖8可以看到，黑米色素溶液在室內(nèi)自然光放置時(shí)，其吸光度值隨著時(shí)間變化不明顯，說(shuō)明時(shí)間對(duì)黑米色素穩(wěn)定性影響不大，以黑米色素為著色劑的產(chǎn)品，其貯藏期間的色澤穩(wěn)定性良好。

3 結(jié)論

本課題經(jīng)過(guò)前期的工藝優(yōu)化試驗(yàn)，確定以水為黑米色素提取溶劑，對(duì)黑米原料本身無(wú)理化性破壞，在不影響黑米二次銷(xiāo)售和加工的前提下，提高黑米資源利用率，增加其附加值。

黑米色素有著天然色素所特有的不穩(wěn)定性，但是通過(guò)上述對(duì)黑米色素穩(wěn)定性因素包括pH、溫度、氧化劑、還原劑、防腐劑、金屬鹽類(lèi)及光照條件等的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)黑米色素在適宜的貯藏和加工環(huán)境中能保持較穩(wěn)定的狀態(tài)，使其符合糖果、飲料、肉制品等食品的著色需求。

通過(guò)對(duì)可能影響黑米色素穩(wěn)定性的各因素進(jìn)行研究，結(jié)果表明，在酸性環(huán)境，溫度40℃以下，Na+、Mg2+、Ca2+、Zn2+離子環(huán)境，有還原劑，低濃度防腐劑，室內(nèi)自然光或避光環(huán)境下，黑米色素表現(xiàn)良好的穩(wěn)定性；而堿性環(huán)境，相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間高溫，F(xiàn)e3+環(huán)境，氧化劑，高濃度防腐劑，陽(yáng)光或紫外線直射等均不利于黑米色素的穩(wěn)定。

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Study on the Stability of Pigments from Black Rice

ZENG Hui-qin1，ZHANG Yang-ming1，JIN Hui2
（1.Xuzhou College of Industrial Technology，Xuzhou 221140，Jiangsu，China；2.Pizhou Environmental Protection Agency，Pizhou 221300，Jiangsu，China）

Through the research on the factors that may affect the stability of black rice pigment，the results showed that，in the acidic environment，below temperature 40℃，Na+，Mg2+，Ca2+，Zn2+environment，reducing agent，low concentration of preservatives，indoor natural light or dark environment，the black rice pigment has better stability；on the contrary，in alkaline environment，relatively long time high temperature，F(xiàn)e3+，oxidant，high concentration of preservatives，sunlight or ultraviolet are not conducive to the stability of black rice pigment.

black rice；natural pigment；stability

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.19.005

2013-12-24

曾惠琴（1980—），女（漢），講師，碩士，研究方向：食品加工。