胡蘿卜汁中色素穩定性分析實驗綜述報告

田志美,朱昌浩

(阜陽師范大學 化學與材料工程學院,安徽 阜陽 236037)

胡蘿卜,亦稱為黃蘿卜等,屬草本植物,人們主要將它的根部作為食材[1]。胡蘿卜它是被人們所熟知的健康蔬菜,效果甚至可以和人參相媲美[2]。形狀一般分為棍狀和圓錐兩種,根色含橘、粉、黃等色調。被公認約2000年的種植歷史,原產地位于阿富汗(在亞洲西南部),世界各地均有分布。胡蘿卜于13世紀中期,歷經千里被傳入國內,在全國范圍內大量種植,在中國根系菜蔬中產量非常高。因其本身富含多種營養,包括淀粉、胡蘿卜素及磷鈣,顏色亮麗、口感爽脆多汁,所以,深受人們的喜愛。100 g新鮮的胡蘿卜中大概含有胡蘿卜素6 mg,對比之下,100 g新鮮西紅柿僅含有1 mg的胡蘿卜素,這是胡蘿卜飽受人們喜愛的原因之一。胡蘿卜素被人體吸收之后,經過一系列加工會合成出維生素A。眾所周知,維生素A可以有效地阻止人們患上夜盲癥。純天然維生素A能夠由胡蘿卜素轉化得到,純天然維生素自身效果優于合成的一些藥物[3]。

隨著科技手段的不斷更新,經過許多實驗證明,科學家發覺人工合成的色素對人體具有很大的威脅[4-7]。正因如此,很多地方都對人工合成色素減少使用并且進行了嚴厲的管制。天然的色素沒有毒性,顏色靚麗,富含很高營養價值,飽受人民的喜愛,有關其穩定性的研究屢見不鮮[8-12]。大量的研究表明胡蘿卜具有很高的藥用價值,例如:能夠預防視力下降等[13]。胡蘿卜汁中擁有的主要色素為類胡蘿卜素,而這種色素屬于水溶性色素。也有很多的研究顯示,類胡蘿卜素有降低心腦血管疾病發病率、抗氧化和抵御癌癥等重要功能[14]。色澤是胡蘿卜汁的一項重要感官指標,胡蘿卜汁本身的顏色會隨著時間的增長而發生一些變化。胡蘿卜色素的穩定性被破壞就會發生顏色的改變,為了保持胡蘿卜色素的穩定性,一般將其放入酸性條件下進行保護。事實上,在生產胡蘿卜汁時,對加工工藝有著嚴苛的要求,合理的方法將提高色素的穩定性,很好地避免了胡蘿卜汁變色現象,也能夠保護其中的類胡蘿卜素[15]。

如今對于胡蘿卜汁的加工方法、功能和性質的研究已經有很多文獻報道了,但是對于其中色素穩定性的研究卻很少有報道。所以,此文就胡蘿卜汁中色素的穩定性進行了一系列實驗,主要是不同溫度條件、還原劑、不同光照條件、氧化劑、不同pH值、不同金屬離子對胡蘿卜汁中色素穩定性的影響展開了研究,希望為胡蘿卜汁在生產及保存過程中的維持顏色處理和儲藏提供重要依據。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗儀器:725N型分光光度計,上海佑科儀器儀表有限公司;電子天平,上海越平科學儀器有限公司;破壁機,九陽股份有限公司;恒溫水浴槽,南京南大萬和科技有限公司;高速離心機,金壇市杰瑞爾科技有限公司;紫外線殺菌消毒燈,佛山益辰電子科技有限公司。

實驗藥品:五水合硫酸銅,西隴化工股份有限公司;硫酸鋅,天津市光復科技發展有限公司;硝酸鋁、蔗糖、無水硫酸鎂,天津市大茂化學試劑廠;三氯化鐵、硫代硫酸鈉,國藥集團化學試劑有限公司;30%過氧化氫,江蘇強盛功能化學股份有限公司;硫酸亞鐵銨,天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 溶液配制

1) 0.1 mol·L-1的硫酸鎂溶液:稱6.013 g硫酸鎂倒入50 mL小燒杯中;溶解后定容至500 mL容量瓶保存。

2) 0.1 mol·L-1的硫酸銅溶液:稱12.455 g五水合硫酸銅倒入50 mL小燒杯中溶解;然后定容至500 mL容量瓶保存。

3) 0.1 mol·L-1的硝酸鋁溶液:稱18.732 g硝酸鋁倒入50 mL小燒杯中攪拌溶解;然后定容至500 mL容量瓶保存。

4) 0.1 mol·L-1的硫酸亞鐵銨溶液:稱19.600 g硫酸亞鐵銨倒入50 mL小燒杯溶解,定容到500 mL容量瓶保存。(現配現用)。

5) 0.1 mol·L-1的硫酸鋅溶液:稱14.365 g硫酸鋅倒入50 mL小燒杯中溶解;定容至500 mL的容量瓶保存。

6)0.05 mol·L-1的六水合三氯化鐵溶液:稱6.745 g六水合三氯化鐵倒入50 mL小燒杯溶解;定容至500 mL容量瓶保存。

7)0.1 mol·L-1的蔗糖溶液:稱3.411 g蔗糖倒入50 mL小燒杯溶解后定容至100 mL容量瓶保存。

1.3 方法

取一塊白紗布備用,將新鮮的胡蘿卜洗凈切成小胡蘿卜丁,放入破壁機中打碎成胡蘿卜泥,用干凈的白紗布將胡蘿卜過濾得到胡蘿卜汁,將其倒入試管中,然后放入離心機中以2 000 r/min的速度離心20 min,靜置20～30 min,放在試管架上備用。

2 結果與討論

2.1 胡蘿卜色素的光譜特征

取1 mL胡蘿卜汁溶液于50 mL容量瓶中,并且定容至刻度。確定胡蘿卜汁上清液的吸光度大小,吸收峰見圖1。由圖1可知,在470～550 nm處有兩吸收峰,最大吸收峰在490 nm[16]。所以胡蘿卜色素特征吸收峰是490 nm,以下實驗中所有的測定波長都設在490 nm處。

圖1 胡蘿卜色素的特征光譜

2.2 不同pH值對胡蘿卜汁中色素穩定性的影響

取1 mL胡蘿卜汁溶液于50 mL容量瓶中,加入pH值=2.2的酸性緩沖溶液,定容至刻度測定波長在490 nm處吸光度值。同理,依次測定加入pH值=3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13的緩沖溶液的吸光度值。放置24,48 h后繼續測量溶液的吸光度值,結果見圖2。

圖2 溶液pH值對胡蘿卜汁吸光度的影響

由圖2可知,在pH值=4時,溶液的吸光度最大。原因是強酸性會破壞胡蘿卜色素的結構,從而導致沉淀現象。pH值比較大時胡蘿卜的顏色會加深。因此,選擇pH值=8時效果最好(以下實驗所用到的緩沖溶液均為pH值=8的緩沖溶液)。隨放置時間的增大,溶液的吸光度變大,原因可能是溶液變暗,導致吸光度變大。

2.3 紫外光對胡蘿卜汁中色素穩定性的影響

取1 mL胡蘿卜汁溶液于50 mL容量瓶中。用pH值=8的檸檬酸緩沖溶液定容至刻度。同理,再配置三份相同的溶液并貼上標簽,分別將其靜置和避光,放在日光,紫外燈四種條件下一定時間,然后測定吸光度,實驗結果與蔡曉雯,謝建華的胡蘿卜色素穩定性分析的研究結果一致[16]。結果見圖3。

圖3 不同條件下光照對胡蘿卜汁吸光度的影響

由圖3可知,日光對胡蘿卜汁溶液中的色素破壞得最明顯。7 h過后溶液已經能夠看出分層,上層顏色褪去,所以吸光度很低。紫外燈開始對溶液的吸光度影響較小,一段時間后,吸光度值變化比較明顯;靜置,避光的吸光度變化不明顯。對溶液中色素影響下。綜上所述,證明紫外光會在一定程度上影響胡蘿卜色素的穩定性,在生產和加工的過程中應該做到避光保存。

2.4 氧化劑對胡蘿卜汁中色素穩定性的影響

取1 mL離心后的汁液于50 mL容量瓶中,分別加30%H2O2溶液各5,6,7,8,9,10 mL,定容至刻度,混合均勻后測定其吸光度,結果見圖4。

圖4 氧化劑H2O2對胡蘿卜汁吸光度的影響

由圖4可以看出:向胡蘿卜汁溶液中加入氧化劑過氧化氫會使胡蘿卜溶液的吸光度下降,由此就可以證明該色素的抗氧化性不是太強,對氧化劑比較敏感。所以,要嚴格避免胡蘿卜汁與氧化性強的物質相接觸。

2.5 還原劑對胡蘿卜汁中色素穩定性的影響

首先,分別取1 mL上清液于5個50 mL容量瓶中,然后分別加入還原劑0.1 mol/L硫代硫酸鈉0,10,20,30,40,49 mL至刻度線,在可見光區最大吸收波長的條件下,測定其吸光度值。結果見圖5。

圖5 還原劑對胡蘿卜汁吸光度穩定性的影響

由圖5可以發現,還原劑硫代硫酸鈉對溶液汁色素穩定性影響較大。伴隨著用量的增多,可以看到溶液的吸光度發生顯著下降。由此可見,剛生產加工完的胡蘿卜汁應該避免與還原性強的物質接觸,否則可能會導致胡蘿卜汁顏色發生變化,甚至發生變質。

2.6 溫度對胡蘿卜汁中色素穩定性的影響

依次取3份1 mL胡蘿卜汁上清液于三個50 mL容量瓶中。分別加入pH值=8的檸檬酸緩沖溶液至刻度線,在常溫條件下分別測定其吸光度值(λ=490 nm),因為是不同的溶液,所以溶液初始吸光度可能有所不同,不過也不影響討論。

將三個容量瓶分別放入三個不同溫度的恒溫水浴中加熱并保溫一段時間,再分別測定其吸光度值的大小,在不同溫度下保溫不同時間。設定溫度為30,40,50 ℃,時間為0,0.5,1,1.5,2 h。結果見圖6。

圖6 不同溫度對胡蘿卜汁吸光度的影響

由圖6可知,溫度對溶液中色素穩定性的影響比較大。低溫時對溶液中色素穩定性的影響不是很明顯,高溫時則會變得非常明顯,當恒溫加熱到30 min時高溫就會破壞胡蘿卜色素,從而使溶液發生了沉淀現象,導致溶液的吸光度發生明顯下降,當在50 ℃的條件下加熱90 min后,溶液的吸光度變得更低了,說明溫度越高,對胡蘿卜色素穩定性的影響就會越大。由此可知,胡蘿卜色素應該放在低溫下保存是比較合理的。

2.7 金屬離子對胡蘿卜汁中色素穩定性的影響

首先要做的是配制六種金屬離子濃度為0.1 mol/L的溶液(其中Fe2+需要現配現用,時間長會被氧化從而引起較大的誤差),接著依次研究不同金屬離子的影響,然后吸1 mL胡蘿卜汁于50 mL容量瓶中。分別加入5 mL六種金屬離子溶液定容至刻度,然后按照不同的時間梯度測定其吸光度,容易氧化的金屬離子溶液應該優先測定。結果圖7、8。

圖7 不同金屬離子對胡蘿卜汁吸光度的影響

圖8 不同金屬離子對胡蘿卜汁吸光度的影響

由圖7、8結合可知:Al3+和Zn2+對吸光度的影響很小。基本可以忽略不計且顏色也沒有發生改變。Cu2+和Fe2+對溶液中色素的影響非常大,并且還會產生比較明顯的色變。所以,除了Cu2+和Fe2+兩種離子外,其他離子對溶液的吸光度影響甚微。

3 結論

對胡蘿卜汁的穩定性進行了研究,結果顯示:胡蘿卜色素在日光的照射下非常容易被分解,對紫外光比較敏感,對氧化劑和還原劑也比較敏感,同時具有一定的熱穩定性和耐糖性,但是溫度高于60 ℃的時候就會變得不穩定,會發生沉淀,在保存胡蘿卜色素的時候應該注意避免與它們接觸,胡蘿卜色素在偏堿性(pH值=8時)的條件下比較穩定。所以,需將胡蘿卜色素放在低溫的條件下儲存比較好,同時,金屬離子大都對胡蘿卜色素影響并不明顯,但是Zn2+和Fe2+對胡蘿卜色素的吸光度和顏色影響較大,因此,在使用和保存的過程中應該注意避免兩種金屬離子的存在。