玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的研究

余佳熹，于雅靜，呂遠(yuǎn)平,2*

(1.四川大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院，成都 610065；2.四川大學(xué)健康食品科學(xué)評(píng)價(jià)體系研究中心，成都 610065)

玫瑰(RosarugosaThunb.)，是薔薇科薔薇屬多年生常綠或落葉灌木，原產(chǎn)于中國(guó)華北、朝鮮及日本等地區(qū)，現(xiàn)今在保加利亞、土耳其、法國(guó)等國(guó)家和地區(qū)被廣泛種植，是一種重要的香料植物[1-2]。玫瑰中富含維生素C、維生素B和胡蘿卜素等多種維生素[3-5]，目前對(duì)玫瑰的應(yīng)用主要在提取玫瑰精油方面，玫瑰中還含有花青素和黃酮類物質(zhì)，值得進(jìn)一步研究[6-8]。

花色苷是類黃酮酚類化合物[9]，是由花青素配基與糖基通過(guò)糖苷鍵結(jié)合形成的配糖體[10-11]，其廣泛存在于植物的花、葉中，具有典型的C6-C3-C6骨架結(jié)構(gòu)[12]。花色苷中含有大量的雙鍵，而這些雙鍵容易被可見(jiàn)光激發(fā)，從而呈現(xiàn)出不同的顏色，因此，花色苷中電子的相對(duì)流動(dòng)性對(duì)鮮花呈色至關(guān)重要[13]。花色苷是天然的水溶性色素[14]，無(wú)毒無(wú)害，廣泛作為食品添加劑應(yīng)用于食品行業(yè)中，其分子中含有大量化學(xué)性質(zhì)活潑的酚羥基和甲氧基等取代基，在加工過(guò)程中穩(wěn)定

性較差，其顏色和活性容易受到pH、溫度、光照、金屬離子等影響[15]。因此，本試驗(yàn)以飲料加工環(huán)境為背景，采用CIELAB色空間中的L*、a*、b*及色差值△E*為評(píng)價(jià)指標(biāo)，探究水質(zhì)、光照、溫度、pH值以及常用食品添加劑(檸檬酸、抗壞血酸、吐溫、山梨酸鉀、苯甲酸鈉、EDTA-2Na、阿斯巴甜、木糖醇)對(duì)玫瑰花色苷水提液穩(wěn)定性的影響，為玫瑰花色苷作為天然色素應(yīng)用于食品加工中提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

中華1號(hào)玫瑰花瓣：四川千領(lǐng)農(nóng)業(yè)科技有限公司提供；試驗(yàn)中所使用的試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

CM-5分光測(cè)色計(jì) 柯尼卡美能達(dá)株式會(huì)社；UV-2000紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司；ESJ210-4A電子天平 沈陽(yáng)龍騰電子有限公司；ST2100實(shí)驗(yàn)室pH計(jì) 奧豪斯儀器有限公司；XK96-A快速混勻器 江蘇新康醫(yī)療有限公司；Milli-Q Direct水純化系統(tǒng) 默克密理博公司；HWS-26電熱恒溫水浴鍋 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 玫瑰花色苷提取方法

稱取4.0 g玫瑰花瓣粉末，加入200 mL pH值為3.0的超純水，在55 ℃水浴鍋中加蓋浸提4 h，經(jīng)抽濾后得到玫瑰花色苷超純水提液。

1.3.2 CIELAB測(cè)定方法[16]

將玫瑰花色苷超純水提液轉(zhuǎn)移至厚度為2 mm的石英比色皿中，選擇CM-5分光測(cè)色計(jì)的液體測(cè)量模式，使用標(biāo)準(zhǔn)光源D65，以超純水為空白校準(zhǔn)，在25 ℃恒溫下測(cè)定L*、a*、b*值的動(dòng)態(tài)變化，并通過(guò)計(jì)算獲得△E*值，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。規(guī)定△E*>3.5時(shí)，肉眼能觀察到色澤的變化。

1.3.3 環(huán)境因素對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

1.3.3.1 水質(zhì)對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

將1.3.1方法中使用的超純水以自來(lái)水代替，獲取玫瑰花色苷自來(lái)水提液。調(diào)整兩種水提液的pH至3.0，置于避光條件下保存。以0 h時(shí)兩種水提液的初始L*、a*、b*值為標(biāo)準(zhǔn)值，測(cè)定兩種水提液在0～150 h內(nèi)L*、a*、b*值的變化，計(jì)算△E*值。

在518 nm下測(cè)定初始花色苷水提液的吸光度A0及存放150 h后水提液的吸光度A1，按照下式計(jì)算色素保存率。

色素保存率(%)=A1/A0×100%。

1.3.3.2 光照對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

玫瑰花色苷超純水提液分別置于散射光和避光條件下保存。測(cè)定水提液△E*值和色素保存率。

1.3.3.3 溫度對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

玫瑰花色苷超純水提液分別于4，25，37，70 ℃下避光保存。測(cè)定水提液△E*值和色素保存率。

1.3.4 pH值對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

調(diào)整玫瑰花色苷超純水提液pH值分別為1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，7.0，9.0，避光保存。測(cè)定不同pH條件下水提液的△E*值和色素保存率。

1.3.5 食品添加劑對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

根據(jù)GB 2760-2014《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》，參考飲料加工過(guò)程中常見(jiàn)食品添加劑及其用量，選定加入到玫瑰花色苷超純水提液的添加劑及其添加量分別為：檸檬酸(0.5%)、抗壞血酸(0.25%)、吐溫80(0.6%)、山梨酸鉀(0.2%)、苯甲酸鈉(0.2%)、EDTA-2Na(0.0075%)、阿斯巴甜(0.06%)、木糖醇(0.5%)。水提液中加入不同食品添加劑后置于避光條件下保存，測(cè)定不同pH條件下水提液的△E*值和色素保存率。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因素對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

水質(zhì)、光照和溫度對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖1～圖3和表1。

圖1 水質(zhì)對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響

圖2 光照對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響

圖3 溫度對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of temperature on color stability of rose anthocyanin aqueous extract solution

因素超純水/散射光超純水/避光自來(lái)水溫度(℃)4253770A00.64910.64910.58720.59780.59780.59780.5978A10.47230.48550.40910.41130.39780.37230.2783保存率(%)72.7674.8069.6768.8066.5462.2846.55

由圖1和表1可知，用自來(lái)水及超純水提取的玫瑰花色苷在150 h內(nèi)，其△E*值都處于上升趨勢(shì)，自來(lái)水提取液和超純水提取液的△E*值都未超過(guò)3.5，說(shuō)明肉眼都不能觀察到變化。在避光條件下，自來(lái)水提取液和超純水提取液放置150 h后，玫瑰花色苷保存率分別為69.67%和74.80%。兩種水質(zhì)造成的差別可能是由于自來(lái)水中的金屬離子及雜質(zhì)，這些物質(zhì)與花色苷發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致自來(lái)水提取液的顏色變化以及花色苷保存率大于超純水提取液。但從兩種提取液的顏色變化和花色苷保存率來(lái)看，水質(zhì)對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響較小。

由圖2和表1可知，玫瑰花色苷水提液在散射光或避光條件下保存時(shí)，在0～150 h內(nèi)，△E*值都隨時(shí)間的增加而逐漸增大，但都未超過(guò)3.5，說(shuō)明肉眼都不能觀察到變化。從玫瑰花色苷保存率來(lái)看，避光條件下保存的玫瑰花色苷水提液中的花色苷保存率略高于散射光條件下保存的玫瑰花色苷水提液，二者的花色苷保存率分別為74.80%和72.76%。花色苷的降解受光照影響，基態(tài)的花色苷吸收光能后轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)花色苷的C4位發(fā)生水解，生成中間產(chǎn)物C4加合物，隨后該C4加合物的C2位水解開(kāi)環(huán)形成另一中間產(chǎn)物，生成查爾酮，該中間產(chǎn)物繼續(xù)降解生成酚酸和醛類[17]。該結(jié)果說(shuō)明玫瑰花色苷水提液應(yīng)保存在避光條件下。

由圖3和表1可知，溫度會(huì)影響玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性。4，25，37 ℃下保存的玫瑰花色苷水提液在5 h內(nèi)的△E*值變化不大，且都小于3.5，即肉眼無(wú)法觀察到顏色的變化，此后37 ℃下玫瑰花色苷水提液顏色變化較大。70 ℃下保存的玫瑰花色苷水提液的色差變化較大，1 h時(shí)就迅速增加到7左右，且隨時(shí)間的增加顏色變化更加明顯，在150 h后△E*值達(dá)到了19左右，而色素保存率僅有46.55%。花色苷的熱降解過(guò)程遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，紅色黃烊鹽陽(yáng)離子(AH+)的失電子與水化反應(yīng)帶來(lái)熵增大，使花色苷降解為不穩(wěn)定的查爾酮或α-二酮，然后降解為苯甲酸和2,4,6-三羥基苯甲醛等物質(zhì)[18]。該結(jié)果說(shuō)明玫瑰花色苷水提液應(yīng)用于飲料加工時(shí)應(yīng)采用低溫殺菌的方式，并在較低溫度下儲(chǔ)存。

2.2 pH值對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

溫度對(duì)玫瑰花色苷水提液△E*值和花色苷保存率的影響見(jiàn)圖4和表2。

圖4 pH值對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of pH value on color stability of rose anthocyanin aqueous extract solution

pH值1234579Λmax(nm)513515518524無(wú)特征吸收峰588A00.78320.72820.52310.5016——0.3908A10.61230.51740.3710.2973——0.1298保存率(%)78.1871.0570.9259.27——33.21

試驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)到pH值為1～3時(shí)，玫瑰花色苷水提液初始顏色為深紅色，玫瑰花色苷保存率均高于70%，pH值為1時(shí)玫瑰花色苷保存率最高達(dá)到了78.18%。pH值為4～5時(shí)，玫瑰花色苷水提液初始顏色為淺紅色，0～150 h色差隨時(shí)間的增加而增大，玫瑰花色苷保存率低于60%。pH值為7～9時(shí)，玫瑰花色苷水提液初始顏色為墨綠色，室溫條件下避光保存1 h后色差迅速增大，達(dá)到肉眼可觀察到的程度，150 h時(shí)△E*值最大，達(dá)到48.78，而玫瑰花色苷保存率僅有33.21%。pH值對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響較大，這是因?yàn)榛ㄉ辗肿又谐擞兴嵝缘姆恿u基外，其吡喃環(huán)上還有一個(gè)具有堿性的四價(jià)氧原子，溶液的pH值不同，花色苷存在于溶液中的結(jié)構(gòu)不同[19]。從試驗(yàn)結(jié)果看，玫瑰花色苷在酸性條件下的穩(wěn)定性高于堿性條件，說(shuō)明玫瑰花色苷適用于酸性飲料的加工。

2.3 食品添加劑對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

為探究飲料加工中食品添加劑對(duì)玫瑰花色苷的影響，根據(jù)常用于飲料中的食品添加劑以及GB 2760-2014《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》，選取8種常用食品添加劑：酸度調(diào)節(jié)劑(檸檬酸)、抗氧化劑(抗壞血酸)、穩(wěn)定劑(吐溫80、EDTA-2Na)、防腐劑(山梨酸鉀、苯甲酸鈉)、甜味劑(阿斯巴甜、木糖醇)。

2.3.1 檸檬酸、抗壞血酸對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

在玫瑰花色苷水提液中分別加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的檸檬酸(酸度調(diào)節(jié)劑)、抗壞血酸(抗氧化劑)，避光放置150 h后色素保存率見(jiàn)表3。檸檬酸對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖5，抗壞血酸對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖6。

表3 檸檬酸和抗壞血酸對(duì)玫瑰花色苷保存率的影響Table 3 Effect of citric acid and ascorbic acid on the retention rates of rose anthocyanins

圖5 檸檬酸對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響

圖6 抗壞血酸對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，檸檬酸的添加量≤5%時(shí)，玫瑰花色苷水提液的色差隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。而且在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，相比于未添加任何食品添加劑的空白對(duì)照組，檸檬酸的添加使水提液顏色向深紅變化，且溶液中檸檬酸濃度越大，其顏色變化越明顯，與色差值的增大規(guī)律一致。由表3可知，在避光放置150 h后，不同濃度的檸檬酸均使玫瑰花色苷水提液的色素保存率增大，濃度越高，保存率越大，且出現(xiàn)花色苷保存率高于100%，達(dá)163.32%。在酸性條件下，花色苷主要以紅色的黃烊鹽陽(yáng)離子(AH+)形式存在，使水提液顏色加深。檸檬酸的添加，使pH值下降，這也是保存率大于100%的原因；且在溶液pH值較低時(shí)，花色苷穩(wěn)定性較強(qiáng)，則溶液中檸檬酸在一定范圍內(nèi)越多，玫瑰花色苷水提液色素保存率越大，這說(shuō)明在玫瑰類飲料加工中根據(jù)需求適量添加檸檬酸，可以提高其顏色穩(wěn)定性。

在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，向玫瑰花色苷水提液中加入濃度在0.25%以內(nèi)的抗壞血酸時(shí)，有玫瑰花色苷水提液紅色褪去的現(xiàn)象，且抗壞血酸濃度越高，褪色現(xiàn)象越明顯，圖6中的曲線也反映出色差值增大的變化趨勢(shì)。由表3可知，抗壞血酸的添加會(huì)降低玫瑰花色苷水提液的色素保存率，且隨抗壞血酸濃度升高，花色苷保存率降低。當(dāng)水提液中抗壞血酸濃度為0.25%時(shí)，常溫避光放置150 h后色素保存率低至21.27%。具有還原性的抗壞血酸在有氧條件下被氧化為H2O2，H2O2使花色苷分子生成無(wú)色的查爾酮等物質(zhì)，查爾酮進(jìn)一步降解為沉淀物，這說(shuō)明在玫瑰類飲料加工中，應(yīng)盡量避免使用抗壞血酸等還原劑。

2.3.2 穩(wěn)定劑對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

穩(wěn)定劑對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響見(jiàn)表4和圖7。

表4 穩(wěn)定劑對(duì)玫瑰花色苷保存率的影響Table 4 Effect of stabilizers on the retention rates of rose anthocyanins

圖7 穩(wěn)定劑對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響

由表4和圖7可知，EDTA-2Na對(duì)玫瑰花色苷水提液的色素保存率和顏色穩(wěn)定性影響都較小。隨著玫瑰花色苷水提液中EDTA-2Na添加量和放置時(shí)間的增加，其△E*值逐漸增大，但均未超過(guò)3.5，即肉眼無(wú)法觀察到顏色的變化。EDTA-2Na(乙二胺四乙酸二鈉)可與金屬離子螯合形成絡(luò)合物，在玫瑰花色苷水提液中，EDTA-2Na與其中的金屬離子結(jié)合，從而減少了金屬離子對(duì)玫瑰花色苷水提液的色素保存率和顏色穩(wěn)定性的影響。EDTA-2Na水溶液呈酸性，酸性條件也有利于玫瑰花色苷的穩(wěn)定性。由此可見(jiàn)，EDTA-2Na是適用于玫瑰類飲料加工中的穩(wěn)定劑。

吐溫80(聚氧乙烯山梨醇酐單油酸酯)的加入會(huì)對(duì)玫瑰花色苷水提液的色素保存率和顏色穩(wěn)定性造成影響，由表4和圖7可知，隨著吐溫80濃度的增大，玫瑰花色苷保存率下降，顏色變化增大。吐溫80容易與抗氧化劑、顯色劑等結(jié)合形成沉淀，從而使玫瑰花色苷水提液變渾濁，因此，在玫瑰類飲料加工中，應(yīng)盡量避免使用吐溫80。

2.3.3 防腐劑對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

山梨酸鉀和苯甲酸鈉對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖8、圖9和表5。

圖8 山梨酸鉀對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響

圖9 苯甲酸鈉對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響Fig.9 Effect of sodium benzoate on color stability of rose anthocyanin aqueous extract solution

濃度(%,m/V)保存率(%)濃度(%,m/V)保存率(%)山梨酸鉀0.05115.150.1067.950.1560.350.2057.26——苯甲酸鈉0.0293.470.0579.020.1064.430.1562.130.2058.08

由圖8和圖9可知，山梨酸鉀和苯甲酸鈉對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響都較大，且隨二者添加量的增加，玫瑰花色苷保存率減小，玫瑰花色苷水提液色差增加。加入山梨酸鉀和苯甲酸鈉后玫瑰花色苷水提液的顏色迅速發(fā)生了變化，水提液紅色褪去、顏色變暗，山梨酸鉀造成的顏色改變更大。由表5可知，當(dāng)山梨酸鉀的濃度為0.05%時(shí)，玫瑰花色苷保存率達(dá)到了115.15%，高于空白對(duì)照組(74.80%)，但隨著添加量增加，玫瑰花色苷保存率驟減至70%以下，甚至在山梨酸鉀的濃度為0.20%時(shí)，玫瑰花色苷保存率僅有57.26%。當(dāng)苯甲酸鈉的濃度為0.05%以內(nèi)時(shí)，玫瑰花色苷保存率也優(yōu)于空白對(duì)照組。山梨酸鉀和苯甲酸鈉的水溶液呈弱堿性，堿性條件不利于花色苷的穩(wěn)定。因此，在將玫瑰花色苷應(yīng)用到飲料加工中時(shí)，應(yīng)盡量降低防腐劑的用量。

2.3.4 甜味劑對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響

甜味劑對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響見(jiàn)表6和圖10。

表6 甜味劑對(duì)玫瑰花色苷保存率的影響Table 6 Effect of sweeteners on the retention rates of rose anthocyanins

圖10 甜味劑對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響

由圖10可知，向玫瑰花色苷水提液中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的阿斯巴甜和木糖醇，避光放置150 h內(nèi)，水提液中色差△E*增加，但肉眼無(wú)法觀察到顏色的變化(△E*<3.5)。隨著阿斯巴甜和木糖醇添加量的增加，玫瑰花色苷保存率和空白對(duì)照組接近，阿斯巴甜和木糖醇對(duì)玫瑰花色苷穩(wěn)定性的影響較小。阿斯巴甜是一種非碳水人造甜味劑，木糖醇是一種天然甜味劑，二者水溶液呈弱酸性，酸性條件有利于花色苷的穩(wěn)定。

3 結(jié)論

本研究以玫瑰花色苷作為天然色素應(yīng)用于飲料加工為背景，探究了水質(zhì)、光照、溫度、pH值、常見(jiàn)食品添加劑對(duì)玫瑰花色苷保存率、玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，自來(lái)水提取液和超純水提取液的顏色變化和花色苷保存率相近，水質(zhì)對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響較小。避光條件更有利于玫瑰花色苷水提液中花色苷的穩(wěn)定。溫度對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響較大，高于37 ℃時(shí)玫瑰花色苷水提液顏色變化較大。玫瑰花色苷在酸性條件下穩(wěn)定性高于堿性條件。檸檬酸添加量的提高，有利于花色苷水提液色素保存率增大。抗壞血酸的添加會(huì)降低玫瑰花色苷水提液的色素保存率，且抗壞血酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，保存率越低；吐溫80、山梨酸鉀和苯甲酸鈉對(duì)玫瑰花色苷水提液顏色穩(wěn)定性的影響都較大。EDTA-2Na、阿斯巴甜和木糖醇對(duì)玫瑰花色苷的影響較小。

因此，當(dāng)玫瑰花色苷作為天然色素應(yīng)用到飲料加工中時(shí)，可使用一般水質(zhì)，加工過(guò)程中注意避光且控制溫度在37 ℃以下。在使用食品添加劑方面，可使用檸檬酸作為酸度調(diào)節(jié)劑，以EDTA-2Na作為穩(wěn)定劑，以低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的山梨酸鉀和苯甲酸鈉作為防腐劑，以阿斯巴甜和木糖醇作為甜味劑，慎用抗壞血酸等還原劑。