黑米色素抗氧化性能研究

2023-08-26 20:42:57吳娟曾旭諾葉利利

安徽農業科學 2023年15期

吳娟　曾旭諾　葉利利

摘要研究了黑米色素提取最佳工藝參數及抗氧化性能，結果顯示：在對黑米色素進行提取的過程中，當料液比達到1∶6，提取30 min時，提取效果最好。黑米色素對DPPH自由基、超氧陰離子、羥基自由基都有一定清除能力，為黑米色素在食品和生物醫藥等多個領域的廣泛應用和研究提供一定的理論基礎。

關鍵詞黑米色素；提取工藝；色素提取率；抗氧化性能；自由基

中圖分類號 TS 201.1文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2023）15-0147-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.036

Study on Antioxidant Activity of Black Rice Pigment

WU Juan， ZENG Xu-nuo， YE Li-li

（School of Life Sciences， Anqing Normal University， Anqing， Anhui 246133）

Abstract The best technological parameters and antioxidant properties of black rice pigment were studied. The results showed that in the process of extracting black rice pigment， when the solid-liquid ratio reached 1∶6 and the extraction duration was about 30 min， the extraction effect could reach the best. Black rice pigment can scavenge DPPH radical， superoxide anion and hydroxyl radical， which provides a theoretical basis for the wide application and research of black rice pigment in food， biomedicine and other fields.

Key words Black rice pigment;Extraction process;Pigment extraction rate;Oxidation resistance;Free radical

黑米（Nigrum rice）是由禾本科植物稻谷經長期培育形成的一類藥食兼用的大米。現代醫學也證實黑米具有益氣補腎、健脾益肝、養精蓄銳的功效，可改善視力及促進血液循環［1］。黑米色素屬于黃酮花色素苷類，主要來源于黑紫色稻谷種皮中，主要成分包括甲基花青定葡萄糖苷（13%）、花青定-3-鼠李葡萄糖苷、花青定-3-葡萄糖苷（75%）等。它們大部分都是以與其他糖類相互結合的形式存在，其主要性質之一是可溶于純水，呈淡紅色或紫色，可廣泛應用于食品、醫藥及美妝等行業［2］。黑米色素在苷類分子結構中含有酚羥基，因此具有特殊的抗氧化性能。結構決定性質，正是由于這些酚羥基可以與暫存性自由基結合，生成穩定的自由基，螯合啟動脂質過氧化的金屬離子，參與抗氧化的協同作用，通過終止自由基鏈式反應，螯合金屬離子，清除活性氧，從而減少自由基對人體的侵害作用［3-4］。

近些年，黑米色素逐漸進入人們的視野，不僅色素提取工藝越來越精湛，還對于黑米色素功效的研究也逐漸深入，特別是對其抗氧化方面的研究較多。據孫玲等［5］對黑米色素的研究發現，黑米色素在體外模擬試驗中證明其對人體也有一定的功效。試驗證明，黑米色素對自由基的去除能力與其濃度成正比，即濃度越高，在體外對自由基的去除能力越強。張名位等［6］研究發現，黑米花色苷對人體的肝臟有一定影響。通過對黑米花色苷在體內的研究證明，在攝入黑米花色苷后，肝臟的抗氧化能力有所增強，身體內部分過氧化氫物分解酶的活力也得到了提高。李新華等［7］研究發現，黑米色素對DPPH自由基、羥基自由基、超氧陰離子均具有很好的去除效果，還將其與標準抗氧化劑VC進行了系統的對比。王巧娥等［8］運用純化植物的方法進行了對比研究，發現黑米花色苷在植物不同部位純化提取其抗氧化活性不同，可溶于水部分的黑米花色苷的抗氧化活性高于其他部分。以上研究都證實了黑米色素具有較良好的抗氧化性，可以作為較理想的氧化劑材料應用于多個領域［9］。

從黑米中提取出的黑米色素不僅對人體安全無害，還具有較高的營養價值，在藥理上也有很大作用，對人體健康也起到較大作用。由于黑米色素對人體的安全特性，被廣泛應用于食品方面。黑米色素能夠運用于食品防腐，從而代替一些化工合成的化學防腐劑，也可運用于食品和飲品的染色，代替一些化學食品染色劑［10］。黑米色素的資源豐富，而且具有天然健康的特性，符合現代人們對食品健康的期待，在食品方面有較強的運用前景。筆者研究了黑米色素的提取工藝及黑米色素抗氧化性能，以期為開發利用具有抗氧化性能的黑米天然食用色素提供理論與實踐依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料為市售膳食黑米，提取試劑為無水乙醇與乙酸。分析試劑為標準抗氧化劑VC、Tris-HCl、鄰苯三酚、DPPH、無水乙醇、1，10-菲啰啉、過氧化氫、硫酸亞鐵、搗碎機、分光光度計、離心機、電子天平、水浴鍋等。

1.2 黑米色素提取方法

先將黑米粉碎后過50目篩得到干粉狀黑米粉，將得到的黑米粉放置于棕色試劑瓶中避光保存，然后將浸提劑無水乙醇與干粉狀黑米粉按照比例混合，并在水浴鍋中浸提一段時間后取出上清液于4 ℃4 000 r/min離心將雜質沉淀，經減壓過濾得到色素的浸提液，將其進行濃縮除去浸提液，得到黑米色素濃縮液，冷藏避光保存。

1.3 試驗設計

料液比對黑米色素提取率的影響試驗設計：黑米粉10? g，按照1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12料液比加入無水乙醇，在水浴中浸提一定時間后測定吸光值。

提取時間對黑米色素提取率的影響試驗設計：黑米粉10 g，按照一定料液比加入無水乙醇，在30 ℃水浴中分別連續浸提10、20、30、40、50、60 min后再測定吸光值。

1.4 抗氧化性測定

1.4.1 黑米色素DPPH自由基清除能力測定。

先測定2 mL DPPH的無水乙醇溶液在517 nm處的吸光值（A1），再加入2 mL不同濃度梯度的待測黑米色素溶液，混合均勻。放置于避光環境反應30 min，再于517 nm處測其吸光值，所得數據即可作為樣品的吸光值（A2）。將2 mL蒸餾水代替上述試驗操作中的黑米色素樣品，重復上述操作，即可得到空白吸光度值（A0）。將標準抗氧化劑VC的清除能力作為對照，進行相同的試驗操作。待測樣品對DPPH自由基的抑制率按下式計算：

清除率=［A0-（A1-A2）］/A0×100%

1.4.2 黑米色素超氧陰離子清除能力測定。

在25 ℃恒溫水浴鍋中，將4 mL 0.05 mol/L、pH為8.2、預熱20 min的Tris-HCl緩沖液加入10 mL比色管中，加入25 ℃預熱20 min 1 mL蒸餾水作為空白對照組，再加入1 mL 25 ℃預熱20 min的0.2 mmol/L鄰苯三酚溶液（鄰苯三酚用0.05 mol/L鹽酸配制），并迅速地搖勻，于25 ℃ 325 nm吸光值下每隔30 s測定1次。鄰苯三酚自氧化反應4 min后，加2滴濃度為8 mol/L鹽酸混勻，使其完全終止氧化反應，測得吸光值（A0）。接著分別用1 mL不同濃度梯度的黑米色素待測樣品代替蒸餾水，測得吸光值為A1，以標準抗氧化劑VC作為對照，重復上述操作測得吸光值。待測樣品對鄰苯三酚自氧化的抑制率按下式計算：

清除率=（A0-A1）/A0×100%

1.4.3 黑米色素羥基自由基清除能力測定。

向含有試管塞的試管中倒入1 mL硫酸亞鐵溶液與2 mL pH為7.4的磷酸鹽緩沖溶液，充分混合均勻，然后依次加入1 mL 1，10-菲啰啉與1 mL 0.01%過氧化氫溶液，于37 ℃水浴60 min后在536 nm處檢測吸光值，為損傷的吸光度（A損）。以1 mL不同濃度梯度的黑米色素待測樣品代替上一試驗操作中的過氧化氫，重復操作，可分別得到不同樣品管的吸光度（A樣）。除此之外，做空白對照組，將1 mL蒸餾水代替上述操作過程中的黑米色素待測樣品，重復上述試驗操作，可得到未損傷的吸光度（A未）。通過下式計算抑制率：

清除率=（A樣-A損）/（A未-A損）×100%

2 結果與分析

2.1 黑米色素提取工藝

2.1.1 料液比對提取率的影響。

由圖1可見，黑米色素的提取過程中，料液比的不同，會影響到提取物最終的濃度。試驗結果表明：當料液比逐漸升高時，黑米色素的提取率也隨之升高，但是當料液比升高到一定程度時，提取率反而降低。這可能是由于當料液比逐漸增大時，由于提取溶液內不同分子之間有濃度差，因此產物分子擴散較快，進而提取率也就會隨之升高；但是當料液比增大到一定程度時，由于提取溶液內不同分子之間的濃度差變小，提取率趨于平衡，從而導致濃度不再增加甚至減小。試驗中，當料液比達到1∶6時，提取效果最佳。

2.1.2 提取時間對提取率的影響。

在原料中提取目標產物的過程中，有效目標成分的高低和析出伴隨著提取持續時間的移長而逐漸增大，直至原料中溶解產物的有效目標產物濃度達到平衡值，因此沒有必要無限度地延長提取時間。圖2顯示，在原料浸提時間10～30 min時，浸提時間越長，黑米色素的吸光值越大，黑米色素的提取率也越大，但30 min后的吸光值反而下降，這可能是由于原料浸提的時間持續過長致使體系溫度升高，從而直接導致黑米色素受到嚴重破壞，并且還會大大地增加生產成本。因此，建議選擇30 min為最佳浸提時間。

2.2 黑米色素提取物DPPH自由基清除能力

該試驗得出，黑米色素對DPPH自由基有一定的清除能力，并將其與抗氧化劑VC的清除能力進行比較，結果如圖3所示。從圖3可見，黑米色素和VC對于DPPH自由基均具有不同程度的分解和清除功效，且隨著濃度的增大，它們的清除能力也隨之增強。在所選添加量范圍內，DPPH自由基清除率與黑米色素添加量呈正相關，隨著黑米色素中主要成分花色苷的濃度增加，清除率能達到70%以上。

2.3 黑米色素提取物超氧陰離子清除能力

為了準確判斷新型酚類黑米色素中超氧陰離子的氧化清除能力和抑制作用能力，將其與標準抗氧化劑VC對酚類鄰苯三酚的自由基氧化降解反應產生的一種超氧陰性離子清除抑制能力進行比較。

由圖4可知，黑米色素提取物與VC對超氧陰離子均具有不同程度的分解和抑制作用，并且當它們處于試驗濃度范圍內時，它們的抑制性功效是隨著試驗濃度的提高而逐漸增大，但黑米色素與VC相比，對超氧陰離子的凈化能力相對較弱。

2.4 黑米色素提取物羥基自由基清除能力

羥基自由基是一種重要的化學活性氧，其物理化學結構特征活潑，是通過引發不飽和脂肪酸而直接產生對飽和脂質的一種過氧化活性反應，它具有損傷膜和多種生物大分子結構與功能的能力。其氧化性是由于氫氧根在結構中失去1個負價電子而形成。當其中加入羥基自由基清除劑時，孤電子與其配對，吸收性就會消失或衰減。

由圖5可知，黑米色素提取物與VC相比，在一定濃度范圍內較弱，但當濃度達到一定高度時，黑米色素的羥基清除能力反而高于VC。由圖5可知，在濃度為0～<0.30 mg/mL時，VC對羥基自由基的清除率大于黑米色素，因此低劑量的情況下，VC對羥基的抗氧化能力較強；當濃度為0.30～0.50 mg/mL時，隨著濃度增大，黑米色素對羥基自由基清除率大于VC；當達到50%清除率時所需黑米色素濃度為0.25 mg/mL，而VC所需濃度為0.20 mg/mL，很明顯VC在該條件下對羥基抗氧化能力較強。當黑米色素濃度達到0.40 mg/mL以上，由于大部分羥基自由基在反應中被消除，因此羥基自由基清除率變化不大。

3 討論

黑米色素屬于花色苷類，極易溶于乙醇等極性較大的溶劑，卻難以直接溶于極性低或非極性的溶劑，因此可通過乙醇萃取法來提取該色素。黑米色素的提取工藝中重要影響因素最佳參數為料液比1∶6，提取時間為30 min，但根據原料和其他條件可作適當調整。

我國由于擁有豐富的黑米資源，黑米的生產、加工、利用具有廣闊的發展前景，而且黑米色素具有很強的人體生理學功能，是一種被廣泛應用于眾多行業領域的理想天然材料，食品與生物醫藥等行業對于黑米色素的要求也越來越高，使得有色稻米產業發展具有更加廣闊的市場前景。

參考文獻

［1］何婷.黑米花青苷抗氧化活性研究進展［J］.安徽體育科技，2015，36（4）：36-38，48.

［2］張名位，郭寶江，池建偉，等.黑米皮的營養與抗氧化評價及其加工處理的保質效果［J］.農業工程學報，2004，20（6）：165-169.

［3］曾繁森，葉妍琦，張美清，等.黑米花色苷的 pH 敏感性及其抗氧化活性研究［J］.包裝與食品機械，2020，38（5）：19-24.

［4］孔令瑤，汪云，曹玉華，等.黑米色素的組成與結構分析［J］.食品與生物技術學報，2008，27（2）：25-29.

［5］孫玲，張名位，池建偉，等.黑米的抗氧化性及其與黃酮和種皮色素的關系［J］.營養學報，2000，22（3）：246-249.

［6］張名位，張瑞芬，郭寶江，等.黑米皮花色苷的抗氧化與降血脂作用［J］.營養學報，2006，28（5）：404-408.

［7］李新華，李月文.黑米色素抗氧化能力的研究［J］.糧油加工，2010（6）：106-108.

［8］王巧娥，謝丹，錢潔，等.黑米花色苷的分離純化及其抗氧化性的研究［J］.食品工業科技，2015，36（2）：157-160，172.