天然色素的復(fù)配調(diào)色及穩(wěn)定性研究

劉玲紅，程榮，羅曼，王欣，趙安心*

1. 武漢淡雅香生物科技有限公司（武漢 430030）；2. 湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院（武漢 430068）

天然色素是從天然植物原料、微生物等中提取并經(jīng)過精制而得到的產(chǎn)品[1-2]。天然色素能賦予食物鮮艷的色彩，對(duì)多種疾病具有預(yù)防等保健功能。天然色素由于具有安全性高、色調(diào)柔、著色強(qiáng)和多功能性等特點(diǎn)，在食品領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[3-5]。

梔子藍(lán)色素是以茜草科植物山梔子的果實(shí)為原料，經(jīng)過微生物發(fā)酵或酶的作用制得的天然食用色素，其穩(wěn)定性能良好，安全無毒副作用，在食品、醫(yī)藥等行業(yè)中具有良好的應(yīng)用前景[6-8]。姜黃素是從姜科植物姜黃中提取的多酚類活性物質(zhì)，具有抗菌和抗氧化等作用，是一種天然無毒的食品色素[9-13]。紅曲紅色素是微生物發(fā)酵而來的一種安全、營(yíng)養(yǎng)的食用色素，具有良好的著色性和多重功能活性，并且對(duì)光、熱，金屬離子的穩(wěn)定性較好[14-16]。

自然界中單一天然色素的色調(diào)類別有限，不能滿足實(shí)際應(yīng)用需求。為更好地開發(fā)使用天然色素，可對(duì)不同顏色的色素進(jìn)行復(fù)配，調(diào)配成其他色調(diào)[17-19]，以擴(kuò)大食用色素的應(yīng)用范圍。試驗(yàn)選擇3種天然色素進(jìn)行復(fù)配，調(diào)配出具有不同顏色的復(fù)配天然色素，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行研究，為天然色素應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

紅曲紅（WGFM201126，武漢綠孚生物工程有限責(zé)任公司）；姜黃素（YY-YH-71018WL，河北昱華生物科技有限公司）；梔子藍(lán)[WGFB201125（A），武漢綠孚生物工程有限責(zé)任公司]。

1.2 試劑

HCl、NaOH、CaCl2、MgCl2、Fe2(SO4)3、CuSO4、NaCl等（均為AR級(jí)別，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.3 主要儀器與設(shè)備

WF28精密色差儀（深圳市威福光電科技有限公司）；DK-S22電熱恒溫水浴鍋（上海精宏儀器設(shè)備有限公司）；FE20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]；顏色標(biāo)準(zhǔn)色卡（GSB國(guó)標(biāo)色卡，GSB05-1426-2001）；ME2204電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]；UPT-II-10T優(yōu)普系列超純水機(jī)。

1.4 方法

1.4.1 色素的參數(shù)

色素溶液顏色的參數(shù)測(cè)定通常包括亮度和色相，采用精密色差儀測(cè)定國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）所制定的CIE表色系統(tǒng)中的L*，a*，b*參數(shù)[20-21]，其中L*表示亮度，L*值越小，樣品的透光性越差、色澤越深。色品指數(shù)a*與b*的值表示顏色感覺中的彩色部分：a*表示紅綠色程度，正值表示紅色方向，負(fù)值表示綠色方向；b*表示黃藍(lán)色程度，正值表示黃色方向，負(fù)值表示藍(lán)色方向[22-23]。

1.4.2 色素復(fù)配調(diào)色

分別配制3種質(zhì)量濃度為50 μg/mL的梔子藍(lán)、紅曲紅、姜黃素溶液。將三種溶液分別按體積比1∶9，3∶7，5∶5，7∶3和9∶1兩兩復(fù)配調(diào)色。通過目視比色法觀察復(fù)配調(diào)色后溶液的顏色，并采用精密色差儀測(cè)定復(fù)配調(diào)色后溶液的L*，a*，b*參數(shù)值[24]。

1.4.3 色差計(jì)算

復(fù)配色素溶液的穩(wěn)定性以色差值（ΔE）為考察指標(biāo)進(jìn)行衡量，利用精密色差儀所檢測(cè)的亮度值（L*）、綠紅值（a*）和藍(lán)黃值（b*），按式（1）計(jì)算色差值（ΔE）[24-25]。

式中：ΔL為處理后與處理前樣品L*的差值；Δa為處理后與處理前樣品a*的差值；Δb為處理后樣品與處理前樣品b*的差值。

1.4.4 復(fù)配色素溶液的穩(wěn)定性

將1.4.2所配制的梔子藍(lán)、紅曲紅和姜黃素溶液按體積比3∶7，5∶5和7∶3兩兩復(fù)配調(diào)色，研究溫度、pH、光照和金屬離子對(duì)其穩(wěn)定的影響。

1.4.4.1 溫度對(duì)復(fù)配色素溶液穩(wěn)定性的影響

各取20 mL復(fù)配色素溶液置于燒杯中，用錫紙包裹燒杯。在避光條件下將其分別置于40，60，80和100 ℃水浴鍋中加熱處理1 h，觀察其顏色變化，檢測(cè)L*、a*和b*值，計(jì)算色差（ΔE），以初始時(shí)未經(jīng)加熱的超純水配制的復(fù)配色素溶液作為參比液。

1.4.4.2 pH對(duì)復(fù)配色素溶液穩(wěn)定性的影響

使用氫氧化鈉和鹽酸溶液分別配制pH為2.0，4.0，6.0，8.0，10.0和12.0的溶液。取8 mL不同pH的溶液與8 mL色素溶液混合，另取8 mL超純水與色素溶液混合作為參比。室溫避光下靜置1 h后，觀察其顏色變化，測(cè)定L*、a*和b*值，計(jì)算不同pH的色差（ΔE）。

1.4.4.3 光照對(duì)復(fù)配色素溶液穩(wěn)定性的影響

各取40 mL復(fù)配色素溶液，分別置于黑暗避光、室內(nèi)自然光條件下10 d，分別在2，4，8 和10 d觀察其顏色變化，檢測(cè)L*、a*和b*值，計(jì)算各時(shí)間點(diǎn)的色差（ΔE），以初始時(shí)各光照條件下超純水配制的復(fù)配色素溶液作為參比液。

1.4.4.4 金屬離子對(duì)復(fù)配色素溶液穩(wěn)定性的影響

分別配制金屬離子質(zhì)量濃度為0.01 g/mL的NaCl、FeSO4、MgCl2、CaCl2、CuSO4金屬鹽溶液。分別取8 mL所配制的不同鹽溶液與8 mL色素溶液混合，另取8 mL的超純水與色素溶液混合作為參比。室溫避光下靜置1 h后，測(cè)定其L*、a*和b*值，計(jì)算色差（ΔE）。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)均進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，采用Origin 2018作圖，利用SPSS statistics 25軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，p＜0.01代表極顯著性差異，p＜0.05表示顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 色素的復(fù)配調(diào)色

由表1可知，同濃度的梔子藍(lán)與姜黃素按照體積比為1∶9，3∶7，5∶5，7∶3和9∶1復(fù)配時(shí)，隨著梔子藍(lán)含量增加，復(fù)配溶液a*值先減小后增大。當(dāng)兩者體積比5∶5時(shí)，復(fù)配溶液的a*值最小，復(fù)配溶液的綠色最深。復(fù)配溶液b*值逐漸減小，黃色調(diào)逐漸減弱，溶液顏色從綠中帶黃變?yōu)榫G色再變?yōu)樗{(lán)色。隨著梔子藍(lán)含量增加，亮度L*值先增后減，復(fù)配溶液的亮度L*值在3∶7，5∶5和7∶3時(shí)較大，此時(shí)復(fù)配色素溶液的顏色最明亮，通過目測(cè)比色法觀測(cè)到該3種溶液分別呈現(xiàn)豆綠、豆蔻綠、稚藍(lán)3種新的復(fù)配色調(diào)。

表1 梔子藍(lán)/姜黃素復(fù)配調(diào)色結(jié)果

由表2可知，同濃度的紅曲紅與姜黃素按照體積比為1∶9，3∶7，5∶5，7∶3和9∶1復(fù)配時(shí)，隨著紅曲紅含量增加，復(fù)配溶液a*值逐漸增大，說明溶液中的紅色調(diào)逐漸加強(qiáng)。復(fù)配溶液b*值逐漸降低，說明黃色調(diào)逐漸減弱，溶液顏色從綠中帶黃變?yōu)榧冋慕埸S再變?yōu)橹旒t色。隨著紅曲紅含量增加，復(fù)配溶液亮度L*值逐漸減小，復(fù)配色素顏色亮度降低。色素復(fù)配體積比3∶7，5∶5和7∶3時(shí)，通過目測(cè)比色法觀測(cè)到溶液分別呈現(xiàn)檸黃、桔黃、桔紅3種新的復(fù)配色調(diào)。

表2 紅曲紅/姜黃素復(fù)配調(diào)色結(jié)果

由表3可知，同濃度的紅曲紅與梔子藍(lán)按照體積比1∶9，3∶7，5∶5，7∶3和9∶1復(fù)配時(shí)，隨著紅曲紅含量的增加，復(fù)配溶液a*和b*值逐漸增大，說明該溶液中的紅色調(diào)逐漸加強(qiáng)，藍(lán)色調(diào)逐漸減弱。隨著紅曲紅含量增加，復(fù)配溶液亮度L*值逐漸減小，顏色亮度降低。色素復(fù)配體積比3∶7，5∶5和7∶3時(shí)，通過目測(cè)比色法觀測(cè)到溶液分別呈現(xiàn)紫色、粉紅、桔紅3種新的復(fù)配色調(diào)。

表3 紅曲紅/梔子藍(lán)復(fù)配調(diào)色結(jié)果

2.2 復(fù)配色素溶液的穩(wěn)定性研究

將不同顏色的色素進(jìn)行兩兩復(fù)配，兩者比例為3∶7，5∶5和7∶3時(shí)產(chǎn)生新的復(fù)配色調(diào)，故研究該3種復(fù)配比例下復(fù)配色素溶液的穩(wěn)定性。

2.2.1 溫度對(duì)復(fù)配色素溶液穩(wěn)定性的影響

由圖1可知，溫度40～60 ℃時(shí)，復(fù)配色素溶液色差變化較小。溫度繼續(xù)升高，色差顯著增大，且色差值為豆綠＞豆蔻綠＞稚藍(lán)。由此可知，在60 ℃以下時(shí)，梔子藍(lán)/姜黃素復(fù)配色素的穩(wěn)定性較好，溫度高于60 ℃時(shí)，隨著溫度升高，復(fù)配色素溶液的穩(wěn)定性顯著降低，且穩(wěn)定性為稚藍(lán)＞豆蔻綠＞豆綠。

圖1 溫度對(duì)豆綠、豆蔻綠、稚藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

由圖2可知，隨著溫度升高，紅曲紅/姜黃素復(fù)配色素的色差值逐漸升高，且色差值為檸黃＞桔黃＞桔紅。由此可知，溫度對(duì)檸黃、桔黃、桔紅穩(wěn)定性影響較大，復(fù)配所得的色素穩(wěn)定性為桔紅＞桔黃＞檸黃色素。

圖2 溫度對(duì)檸黃、桔黃、桔紅色素穩(wěn)定性的影響

由圖3可知，隨著溫度升高，紅曲紅/梔子藍(lán)復(fù)配色素的色差值變化較小，且色差值為桔紅＞粉紅＞紫色。由此可知，溫度對(duì)桔紅、粉紅、紫色穩(wěn)定性影響較小，且色素穩(wěn)定性為紫色＞粉紅＞桔紅。

圖3 溫度對(duì)紫色、粉紅、桔紅色素穩(wěn)定性的影響

2.2.2 pH對(duì)復(fù)配色素溶液穩(wěn)定性的影響

由圖4可知，在pH2.0～8.0范圍內(nèi)，梔子藍(lán)/姜黃素復(fù)配色素溶液的色差變化不明顯。但在pH8.0～12.0范圍內(nèi)，色素溶液的色差隨pH增加而增大，色差值為豆蔻綠＞豆綠＞稚藍(lán)。由此可知，豆綠、豆蔻綠、稚藍(lán)色素在中性及酸性條件下穩(wěn)定性較好，強(qiáng)堿條件下穩(wěn)定較差，強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定性為稚藍(lán)＞豆蔻綠＞豆綠。

圖4 pH對(duì)豆綠、豆蔻綠、稚藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

由圖5可知，在pH 2.0～10.0范圍內(nèi)，紅曲紅/姜黃素復(fù)配色素溶液的色差變化不大。但從pH10.0變?yōu)閜H12.0時(shí)，色素溶液的色差顯著增大，色差值為檸黃＞桔黃＞桔紅。由此可知，檸黃、桔黃和桔紅色素溶液在pH小于10時(shí)穩(wěn)定性較好，在pH大于10時(shí)穩(wěn)定較差，在強(qiáng)堿性環(huán)境中穩(wěn)定性為桔紅＞桔黃＞檸黃。

圖5 pH對(duì)檸黃、桔黃、桔紅色素穩(wěn)定性的影響

由圖6可知，在pH2.0～10.0范圍內(nèi)，紅曲紅/梔子藍(lán)復(fù)配色素溶液的色差變化不明顯。但當(dāng)從pH10.0變?yōu)閜H12.0時(shí)，復(fù)配色素溶液的色差值顯著增大，且色差值為桔紅＞紫色＞粉紅。由此可知，復(fù)配所得紫色、粉紅、桔紅色素溶液在小于pH10時(shí)，穩(wěn)定性較好，但在大于pH10的強(qiáng)堿條件下穩(wěn)定性較差，且強(qiáng)堿性條件下復(fù)配所得色素的穩(wěn)定性為粉紅＞紫色＞桔紅。

圖6 pH對(duì)紫色、粉紅、桔紅色素穩(wěn)定性的影響

2.2.3 光照對(duì)復(fù)配色素溶液穩(wěn)定性的影響

由圖7可知，光照條件下色差值為豆綠＞豆蔻綠＞稚藍(lán)，色差值高達(dá)21.45，顯著高于溫度和強(qiáng)堿作用下的色差值，由此表明光照對(duì)其破壞作用大于溫度和強(qiáng)堿。與光照相比，避光顯著降低梔子藍(lán)/姜黃素復(fù)配色素的色差值。在避光條件下隨著貯藏時(shí)間增加，色素溶液的色差值逐漸增加，色差值為豆蔻綠＞豆綠＞稚藍(lán)。

圖7 光照對(duì)豆綠、豆蔻綠、稚藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

由圖8可知，光照條件下紅曲紅/姜黃素復(fù)配色素溶液色差變化較大（5～15），色差值為檸黃＞桔黃＞桔紅。與光照條件相比，避光顯著降低復(fù)配色素的色差值。隨著貯藏時(shí)間增加，桔黃、桔紅色差變化不明顯，檸黃色素的色差逐漸上升，第10天達(dá)14.12。由此可知，貯藏時(shí)間延長(zhǎng)對(duì)檸黃色素穩(wěn)定性影響較大。

圖8 光照及貯藏時(shí)間對(duì)檸黃、桔黃、桔紅色素穩(wěn)定性的影響

由圖9可知，光照條件下，紅曲紅/梔子藍(lán)復(fù)配色素溶液色差值較大，紫色＞粉紅＞桔紅，說明光照顯著降低復(fù)配色素的穩(wěn)定性。在避光條件下，色素溶液的色差值隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng)而增加，紫色在貯藏10 d后色差值從1增加至9，粉紅色從1.5增加至4，桔紅色基本保持不變。由此可知，在0～8 d范圍內(nèi)，避光可顯著降低紫色色素的損失。

圖9 光照及貯藏時(shí)間對(duì)紫色、粉紅、桔紅色素穩(wěn)定性的影響

2.2.4 金屬離子對(duì)復(fù)配色素溶液穩(wěn)定性的影響

由圖10可知，金屬離子對(duì)豆綠色素穩(wěn)定性影響大小順序?yàn)镕e3+＞Cu2+＞Ca2+≈Na+＞Mg2+，金屬離子對(duì)豆蔻綠色素穩(wěn)定性影響大小順序?yàn)镸g2+≈Na+＞Fe3+＞Cu2+＞Ca2+，金屬離子對(duì)稚藍(lán)色素穩(wěn)定性影響大小順序?yàn)镕e3+＞Ca2+＞Cu2+＞Na+＞Mg2+。由此可知，F(xiàn)e3+、Cu2+對(duì)豆綠色素影響較大，Mg2+、Na+、Fe3+、Cu2+對(duì)豆蔻綠色素影響較大，F(xiàn)e3+、Ca2+對(duì)稚藍(lán)色素影響較大。

圖10 不同金屬離子對(duì)豆綠、豆蔻綠、稚藍(lán)色素穩(wěn)定性的影響

由圖11可知，金屬離子對(duì)檸黃色素穩(wěn)定性的影響大小順序?yàn)镃u2+＞Na+＞Fe3+≈Mg2+＞Ca2+，金屬離子對(duì)桔黃色素穩(wěn)定性的影響大小順序?yàn)镃u2+≈Fe3+＞Na+＞Mg2+＞Ca2+，金屬離子對(duì)桔紅色素穩(wěn)定性影響較小，大小順序?yàn)镕e3+≈Mg2+＞Cu2+＞Ca2+＞Na+。由此可知，Cu2+、Na+對(duì)檸黃色素影響較大，Cu2+、Fe3+對(duì)桔黃色素影響較大，F(xiàn)e3+、Mg2+對(duì)桔紅色素影響較大。

圖11 不同金屬離子對(duì)檸黃、桔黃、桔紅色素穩(wěn)定性的影響

由圖12可知，金屬離子對(duì)紫色色素穩(wěn)定性的影響大小順序?yàn)镕e3+＞Cu2+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+，金屬離子對(duì)粉紅色素穩(wěn)定性的影響大小順序?yàn)镕e3+＞Cu2+＞Na+≈Mg2+＞Ca2+，金屬離子對(duì)桔紅色素穩(wěn)定性的影響相差不大，其色差值均在1左右。由此可知，F(xiàn)e3+、Cu2+對(duì)紫色色素穩(wěn)定性影響較大，F(xiàn)e3+對(duì)粉紅色素穩(wěn)定性影響較大。

圖12 不同金屬離子對(duì)紫色、粉紅、桔紅色素穩(wěn)定性的影響

3 結(jié)論

對(duì)紅曲紅、梔子藍(lán)、姜黃素3種天然色素進(jìn)行兩兩復(fù)配調(diào)色，結(jié)果表明：梔子藍(lán)/姜黃素色素經(jīng)復(fù)配調(diào)色可得到豆綠、豆蔻綠、稚藍(lán)；紅曲紅色素/姜黃素色素經(jīng)復(fù)配調(diào)色可得到檸黃、桔黃、桔紅；紅曲紅/梔子藍(lán)色素經(jīng)復(fù)配調(diào)色可得到紫色、粉紅、桔紅。

以色差為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察溫度、pH、光照和金屬離子對(duì)復(fù)配天然色素穩(wěn)定性影響。結(jié)果表明，復(fù)配色素穩(wěn)定性均隨著溫度升高而降低，其中，紅曲紅與梔子藍(lán)復(fù)配所得的紫色、粉紅和桔紅損失率最低。復(fù)配色素在中性及酸性條件下穩(wěn)定性較好，在pH10～12范圍內(nèi)穩(wěn)定性顯著降低，梔子藍(lán)與紅曲素色素經(jīng)復(fù)配所得的紫色、粉色、桔紅在該范圍內(nèi)穩(wěn)定性優(yōu)于其他體系的復(fù)配色素。避光均可以顯著降低復(fù)配色素溶液的損失，其中，光照對(duì)紅曲紅與姜黃素復(fù)配所得的紫色、粉紅、桔紅穩(wěn)定性影響最低。金屬離子Fe3+、Cu2+對(duì)復(fù)配色素穩(wěn)定性影響高于Na+、Mg2+、Ca2+。其中，Mg2+對(duì)豆蔻綠的影響較為顯著。紅曲紅與梔子藍(lán)復(fù)配所得桔紅色素對(duì)金屬離子的穩(wěn)定性較高。