鈍頂螺旋藻藻藍蛋白儲存穩定性研究

徐潤，陳野，孫平

（天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

鈍頂螺旋藻藻藍蛋白儲存穩定性研究

徐潤，陳野*，孫平

（天津科技大學食品工程與生物技術學院，天津300457）

對溫度、日光光照等條件以及不同添加劑對藻藍蛋白水溶液穩定性的影響進行研究。研究得出，藻藍蛋白應低于40℃避光保存，應于中性條件下保存；葡萄糖、氯化鈉和山梨糖醇可以有效提高藻藍蛋白的穩定性，分別于室溫放置72 h后藻藍蛋白色素保存率從50.90%提高到了78.10%、67.02%和69.08%；按質量比1∶1∶0.3復合葡萄糖、氯化鈉和山梨糖醇作為穩定劑加入藻藍蛋白后于4℃放置14 d，藻藍蛋白色素保存率比未加添加劑的藻藍蛋白提高54.4%；于25℃下放置，加了復合添加劑的藻藍蛋白色素保存率比未加添加劑的提高16.1%。

藻藍蛋白；添加劑；穩定性；復合

螺旋藻（英文學名為spirulina），又稱“節旋藻”，屬于藍藻綱，顫藻科；目前國內外能夠進行大規模培育的有極大螺旋藻、鈍頂螺旋藻和印度螺旋藻三類。鈍頂螺旋藻是一種藍綠色的海藻（藻青菌），屬于念珠藻。它是一種無支鏈、多細胞的螺旋狀菌絲，長約200 μm～300 μm，寬約5 μm～10 μm[1]。鈍頂螺旋藻所含蛋白質的氨基酸組成分布十分均勻合理，這表明了其可作為人類有潛力的保健食品[2]。

藻藍蛋白屬于藻膽蛋白中可進行光合作用的一種蛋白質，藻膽蛋白是由α和β亞基組成的發色團多肽，分子量大約在20 000道爾頓[3]。藍藻菌鈍頂螺旋藻中的藻膽蛋白體是由位于中心的別藻藍蛋白和其周圍的藻藍蛋白構成的。藻藍蛋白是螺旋藻中最主要的藻膽蛋白，占到干重的20%左右[4-6]。其在水溶液中呈現藍色，并且有紫色熒光。鈍頂螺旋藻中藻藍蛋白的紫外-可見光光譜在278、360、620 nm處有特征吸收峰[7]。還有研究表明，鈍頂螺旋藻藻藍蛋白的最大吸收峰為620 nm處，其在室溫中的熒光發射峰位于645nm處[8]。

天然色素種類十分豐富，分類依據有很多種。按溶解性可分為脂溶性色素、水溶性色素；按來源可分為動物色素、微生物色素和植物色素；以不同的化學結構分類則為花青素、類胡蘿卜素等5類[9-10]。

藻藍蛋白是一種天然的藍色色素，具有很高的應用價值。有研究表明，藻藍蛋白可以抗癌[11-12]，其還可以作為腸炎病患者的保健食物[13]。藻藍蛋白具有很強的水溶性，并且可以很容易的從螺旋藻中提取出來。在提取及分離純化過程中，適當的pH值、離子強度的控制對于藻藍蛋白的穩定性是十分關鍵的。藻藍蛋白的褪色變性是由蛋白質聚合物的等級決定的，其聚合體形式主要受到光照強度、光照時間、溫度、pH值、輻射和蛋白質濃度的影響[14-17]。

目前已有研究得到，較高濃度的氯化鈉對于藻藍蛋白的穩定性有保護作用；適量的苯甲酸鈉也可以對藻藍蛋白進行一定程度的護色、防腐[18-19]，但是藻藍蛋白的穩定性仍然較低。因此，本試驗在以往研究的基礎上，進行了不同食品級添加劑以及葡萄糖、氯化鈉和山梨糖醇復合添加劑對藻藍蛋白穩定性影響的研究。

1 材料與方法

1.1 材料與主要儀器

鈍頂螺旋藻藻粉：內蒙古烏審召生態產業發展有限公司。

FD-10冷凍干燥機：北京德天佑科技發展有限公司；756PC紫外分光光度計：天津普銳斯儀器有限公司；DK-98-Ⅱ電熱恒溫水浴鍋：天津市泰斯特儀器有限公司；85-2數顯控溫磁力攪拌器：上海君竺儀器制造有限公司。

1.2 藻藍蛋白的提取及純化

1.2.1 藻藍蛋白的提取[19]

取適量螺旋藻粉按料液比1∶40（質量比）溶于蒸餾水，攪拌轉子以1 000 r/min的轉速攪拌1.5 h，-18℃下冷凍，24 h后在37℃水浴中急融，反復4次后在10 000 r/min的速度下高速離心10 min，取上清液稀釋適當倍數后測620、280 nm處的吸光值。

1.2.2 藻藍蛋白的純化[17]

取濃度為5 mg/mL的藻藍蛋白粗提液，緩慢加入硫酸銨固體至飽和度為40%，同時進行磁力攪拌至完全溶解，在4℃下靜置2 h后以10 000 r/min的速度離心15 min，收集沉淀后，溶于適量蒸餾水中，透析后凍干備用。

1.3 藻藍蛋白儲藏穩定性的研究

1.3.1 溫度對藻藍蛋白穩定性的影響[19]

將30 mg藻藍蛋白溶解在30 mLpH值為5.0、6.0、7.0的檸檬酸磷酸緩沖液中，置于6個溫度梯度（20、30、40、50、60、70℃）中培養30 min。稀釋適當倍數后在620 nm處測吸光值，計算其色素保存率。色素保存率按式（1）進行計算：

1.3.2 日光光照對藻藍蛋白穩定性的影響[19]

取1 mg/mL的藻藍蛋白水溶液兩組，一組于單一光源（日光）下照射，另一組避光保存，分別于12、24、36、48、60、72 h后適當稀釋，在620 nm處測吸光值，比較藻藍蛋白色素保存率的變化。

1.3.3 pH值對藻藍蛋白穩定性的影響

取0.1 g藻藍蛋白粉溶于100 mL pH值分別為5.0、5.5、6.0、6.5、7.0的檸檬酸磷酸緩沖液中，共5組，每隔30 min取樣適當稀釋，在波長620 nm處測吸光值，比較藻藍蛋白色素保存率的變化。

1.3.4 食品添加劑對藻藍蛋白穩定性的影響[20-21]

取100 mL濃度為1 mg/mL的藻藍蛋白溶液，根據GB 2760-2011《食品添加劑使用標準》規定的食品添加劑最大添加量的要求，依次加入下列添加劑：葡萄糖（5 g）、蔗糖（5 g）、氯化鈉（5 g）、山梨糖醇（0.003 g）、苯甲酸鈉（0.000 2 g）、抗壞血酸（0.002 g）。室溫日光下放置24、48、72 h后適當稀釋，測其在620 nm處的吸光值，比較藻藍蛋白色素保存率的變化。分別取不同濃度的葡萄糖、氯化鈉按以上方法測其對藻藍蛋白穩定性的影響。選擇適宜濃度的葡萄糖、氯化鈉和適量山梨糖醇復合后加入藻藍蛋白水溶液，按以上方法進行試驗，觀察其色素保存率的變化。

2 結果與分析

2.1 溫度對藻藍蛋白穩定性的影響

溫度對藻藍蛋白穩定性的影響見圖1。

由圖1可得，藻藍蛋白在不同溫度下放置30 min，其色素保存率隨著溫度的上升而下降。當溫度在20℃～40℃之間時，藻藍蛋白的色素保存率幾乎沒有變化；50、60℃下存放的藻藍蛋白在30 min后色素保存率分別比最初降低了11.68%、20.71%，而70℃下存放的藻藍蛋白的色素保存率降低幅度最大，比最初降低了58.58%。

圖1 溫度對藻藍蛋白穩定性的影響Fig.1 The influence of temperature on stability of phycocyanin

高溫會破壞藻藍蛋白的結構使其變性，導致藻藍蛋白色素保存率降低。由測定的結果可看出，藻藍蛋白在20℃～40℃之間時色素保存率最大，最穩定。因此，應該低于40℃避免高溫保存。

2.2 光照對藻藍蛋白穩定性的影響

日光光照對藻藍蛋白穩定性的影響見圖2。

圖2 日光光照對藻藍蛋白穩定性的影響Fig.2 The influence of daily light on stability of phycocyanin

由圖2可以看出，藻藍蛋白溶液在室溫、單一日光光源照射下，從48 h開始色素保存率大幅度下降，同時可看出褪色也比較明顯，48 h開始顏色逐漸由寶藍色變為淡藍色，在60 h時幾乎呈現無色透明，其色素保存率比0 h時下降了59.31%，72 h后色素保存率僅為最初的29.26%。藻藍蛋白在避光條件下室溫儲存時，色素保存率比日光照射的高，但是影響不是很大，72 h時其比日光照射的藻藍蛋白色素保存率高13.51%。由此可以得出，藻藍蛋白對于熱的敏感度大于其對光照的敏感度，但是光照對于藻藍蛋白的色素穩定性也有一定的影響。因此，藻藍蛋白應在避光條件下保存更為適宜。

2.3 pH值對藻藍蛋白穩定性的影響

pH值對藻藍蛋白穩定性的影響見圖3。

圖3 pH值對藻藍蛋白穩定性的影響Fig.3 The influence of pH on stability of phycocyanin

圖3顯示了藻藍蛋白溶液在pH5.0、5.5、6.0、6.5時色素保存率變化幅度較小，色素保存率一直保持在95.49%～102.19%之間；并且可以看出藻藍蛋白在pH6.0時最穩定，其色素保存率最高。在pH7.0時，色素保存率下降幅度較大，由最初的100%逐漸降低到87.46%。這可能是由于堿性條件破壞了藻藍蛋白的結構，因此應該在中性條件下保存，避免在堿性條件下保存。

2.4 添加劑對藻藍蛋白穩定性的影響

食品添加劑對藻藍蛋白穩定性的影響見圖4。

圖4 食品添加劑對藻藍蛋白穩定性的影響Fig.4 The influence of food additives on stability of phycocyanin

圖4表明加了不同添加劑的藻藍蛋白溶液中的藻藍蛋白色素保存率在室溫日光下存放72 h的過程中均先增大后減小。這可能是由于最初藻藍蛋白未能完全溶解造成的。其中，添加了葡萄糖、山梨糖醇和抗壞血酸的藻藍蛋白色素保存率最高，分別從最初的100%降低到了78.10%、69.08%、67.24%；明顯高于空白對照組的50.90%。這可能是由于添加劑對藻藍蛋白起到護色、防腐的作用，從而提高了其色素保存率。然而，加了抗壞血酸的藻藍蛋白溶液產生了大量沉淀。因此，本試驗選擇葡萄糖、氯化鈉和山梨糖醇進行進一步研究。

2.5 葡萄糖濃度對藻藍蛋白穩定性的影響

葡萄糖濃度對藻藍蛋白穩定性的影響見圖5。

圖5 葡萄糖濃度對藻藍蛋白穩定性的影響Fig.5 The influence of the concentration of glucose on stability of phycocyanin

由圖5可得，加了葡萄糖的藻藍蛋白的色素保存率在24 h后有一定程度的增大，之后又隨著時間的增大而減小。這可能是因為葡萄糖對藻藍蛋白起到護色作用。未加葡萄糖的藻藍蛋白在室溫放置24 h后，其色素保存率變化不大。當加入葡萄糖濃度在10 mg/mL時，放置24 h后的藻藍蛋白吸光值大幅度增大，藻藍蛋白的色素保存率比最初增大了16.15%，比未加防腐劑的藻藍蛋白色素保存率高12.62%；放置72 h后，加了10 mg/mL葡萄糖的溶液色素保存率達到78.09%，比未加葡萄糖的溶液色素保存率高27.19%，之后隨著葡萄糖溶液濃度增大，藻藍蛋白色素保存率趨于平緩。因此，出于節約成本的目的，本試驗選擇10 mg/mL的葡萄糖進行下一步研究。

2.6 氯化鈉濃度對藻藍蛋白穩定性的影響

氯化鈉濃度對藻藍蛋白穩定性的影響見圖6。

圖6 氯化鈉濃度對藻藍蛋白穩定性的影響Fig.6 The influence of the concentration of sodium chloride on stability of phycocyanin

由圖6可以看出，未加入氯化鈉的藻藍蛋白在放置24 h后，色素保存率幾乎無變化，而放入了氯化鈉的藻藍蛋白吸光值均有所上升，這是由于氯化鈉對藻藍蛋白起到護色、抑制其變性的作用。其中，放入濃度10 mg/mL的氯化鈉的藻藍蛋白溶液在放置72 h后，色素保存率明顯高于空白對照組，達到75.90%，隨后趨于平緩。因此，考慮到節約試驗成本，本試驗選擇10 mg/mL的氯化鈉進行下一步研究。

2.7 山梨糖醇、氯化鈉和葡萄糖對藻藍蛋白穩定性的影響

山梨糖醇、氯化鈉和葡萄糖對藻藍蛋白穩定性的影響見圖7。

圖7 山梨糖醇、氯化鈉和葡萄糖對藻藍蛋白穩定性的影響Fig.7 The influence of sorbitol，sodium chloride，glucose on stability of phycocyanin

圖7顯示了3種添加劑對藻藍蛋白的復合護色作用。藻藍蛋白溶液在室溫日光下放置24 h后色素保存率均有不同程度的上升，這是因為添加劑具有護色作用。其中，空白組的藻藍蛋白溶液24 h后色素含量幾乎不變，之后迅速下降；同時加入山梨糖醇、葡萄糖和氯化鈉的藻藍蛋白溶液吸光值上升最為明顯，比0 h時的色素保存率高41.29%，比未加添加劑的藻藍蛋白色素保存率高38.38%；放置72 h后，色素保存率比空白對照組高出23.01%，護色效果明顯。加了山梨糖醇的藻藍蛋白的穩定性其次，室溫日光下放置72 h后其色素保存率比空白對照組高19.09%。這是由于山梨糖醇、葡萄糖和氯化鈉的復合作用對藻藍蛋白起到良好的護色防腐的作用，比其他幾種組合的添加劑效果更好。因此，可在藻藍蛋白中按1∶1∶0.3的質量比加入山梨糖醇、葡萄糖和氯化鈉作為復合穩定劑。

2.8 3種添加劑對藻藍蛋白穩定性的影響

藻藍蛋白（未加添加劑）和藻藍蛋白（加添加劑）在（4±5）℃和（25±5）℃初始圖片見圖8，14 d后藻藍蛋白（未加添加劑）和藻藍蛋白（加添加劑）在（4±5）℃和（25±5）℃圖片見圖9，3種添加劑對藻藍蛋白穩定性的影響見圖10。

圖8 藻藍蛋白（未加添加劑）和藻藍蛋白（加添加劑）在（4±5）℃和（25±5）℃初始圖片Fig.8 The initial picture of phycocyanin（no additives）and phycocyanin（with additives）in（4±5）℃and（25±5）℃

圖9 14 d后藻藍蛋白（未加添加劑）和藻藍蛋白（加添加劑）在（4±5）℃和（25±5）℃圖片Fig.9 Picture of phycocyanin（no additives）and phycocyanin（with additives）in（4±5）℃and（25±5）℃after 14 days

圖10 3種添加劑對藻藍蛋白穩定性的影響Fig.10 The influence of three kinds of additives on stability of phycocyanin

圖8、圖9和圖10顯示了藻藍蛋白添加葡萄糖、氯化鈉和山梨糖醇作為復合穩定劑后放置14 d的色素含量變化。藻藍蛋白溶液的色素保存率隨著儲存天數的增多而減小，不同條件下儲存的色素保存率變化也不同。其中，最適合藻藍蛋白溶液的儲存條件是4℃加防腐劑保存，其色素保存率經過14 d的存放后僅下降了30.21%；比4℃下未加添加劑的藻藍蛋白色素保存率高出54.5%。然而，未加添加劑的藻藍蛋白溶液在25℃下存放14 d后，色素保存率幾乎為零，藻藍蛋白幾乎全部損失，加了添加劑的色素保存率比未加添加劑的高出16.1%。25℃和4℃下加了添加劑的藻藍蛋白溶液的色素保存率明顯高于未加添加劑的，這是由于3種添加劑復合起來對于藻藍蛋白有很好的護色、防腐作用。因此，藻藍蛋白適宜在低溫條件下加添加劑儲存。

3 結論

溫度、日光光照和pH值的不同都會影響藻藍蛋白的儲存穩定性，其中，溫度對于藻藍蛋白的穩定性影響最明顯，日光光照對于藻藍蛋白的穩定性影響較小。

適當濃度的山梨糖醇、葡萄糖和氯化鈉對藻藍蛋白起到明顯的護色、防腐作用，并且不影響其性質。本試驗選用3種添加劑復合加入藻藍蛋白水溶液中，研究得出其對于藻藍蛋白色素的儲存穩定性有明顯的改善作用。添加了復合添加劑的藻藍蛋白可以廣泛應用于食品、化妝品等領域中，具有很高的應用價值。

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The Research of the Storage Stability of Phycocyanin from Spirulina Platensis

XU Run，CHEN Ye*，SUN Ping
（College of Food Engineering and Biotechnology，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300457，China）

The influence of temperature，daily light，pH value and different additives on stability of phycocyanin were studied.The results showed that phycocyanin should be stored under 40℃in dark place；and it was appropriate to be stored under neutral condition；glucose，sodium chloride and sorbitol could improve the stability of phycocyanin.Phycocyanin with preservatives consist of glucose，sodium chloride and sorbitol stored in daily temperature for 72 h made the pigment remain ratio of phycocyanin increased from 50.90%to 78.10%，67.02%and 69.08%；the pigment remain ratio of phycocyanin with composite of glucose，sodium chloride and sorbitol in proportion of 1∶1∶0.3（mass ratio）stored in 4℃for 14 days was 54.4%higher than pured phycocyanin's；the pigment remain ratio of phycocyanin with additives stored in 25℃was 16.1%higher than pured phycocyanin's.

phycocyanin；additives；stability；composite

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.12.007

2016-09-11

徐潤（1992—），女（漢），碩士研究生在讀，研究方向：農產品加工與保鮮。

*通信作者