提高天然色素稳定性方法的研究

提高布朗李中红色素稳定性的研究
专业名称：食品科学与工程学号：08550109 姓名：张红建
指导教师：张轶职称：副教授
摘要：以布朗李皮为试材，通过溶液浸提得到布朗李红色素；着重探索采取有机酸，抗氧化剂，金属离子，PH值对该色素提高其稳定性的影响，通过稳定剂预选，组合及各组分用量的分析研究，最终决定稳定剂的最佳配方；结果发现:稳定剂配方以0.08%乳酸、PH1、0.08%的维生素C、20mmon/l钙离子的组合为最佳;
关键词:布朗勒、色素、稳定剂、稳定性
天然色素作为食品添加剂因其安全性高、色泽自然艳丽并兼有营养和药用功能，因而深受国内外市场青睐。

但天然色素含量低、稳定性差、易发生褐变退化，在加工过程中易受温度、光照、PH等外界因素的影响，使其实际应用受到一定限制，为此人们对一些天然色素进行改性研究，以提高其稳定性。

天然色素的化学本质是花色苷，研究表明可通过花色苷的酰基化，提高色素的稳定性。

布朗李是1994年从美国加州引进的优良晚熟李品种，属野生植物, 目前除台湾、福建、西藏外,在山东、河北、辽宁、陕西、甘肃等地大面积推广种植,显示出巨大的潜在经济价值。

按果皮颜色可分为黄色至橙红色, 绿色至黄色，红色至胭脂红色和红紫色4个品种群，黑紫色布朗李皮中富含红色素，故本实验选用从美国引进的黑色布朗李皮为原料进行了提高色素稳定性研究。

1 材料与方法
1. 1 材料
材料: 布朗李（购于市场）
仪器: 紫外可见分光光度计、天平、水浴锅、PH计、旋转蒸发器、
试剂: 酒石酸、柠檬酸、草酸、抗坏血酸乳酸、氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化锰、氯化锌、氯化钙、氯化铁、硝酸银、生素C、维生素E、半胱氨酸、BHT、竹叶抗氧化剂
1.2.方法
1.2．1有机酸对提高色素稳定性的影响
分别配置1%的、酒石酸、柠檬酸、草酸、抗坏血酸、乳酸，用移液管吸取1ml的以上各酸溶液、0.25%的色素溶液配成0.1%的有机酸溶液，以不加有机酸的溶液作为对照，以加相同浓度有机酸的水做空白在最大波长520nm处测其吸光值
分别配置以上所选有机酸浓度的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%溶液，用移液管吸取1ml的以上各酸溶液，用0.25%的色素溶液配成0.02%、0.04%、0.06%、0.08%的试验溶液，在0小时、2小时、4小时对其进行吸光值测定
1.2.2抗氧化剂对提高色素稳定性的影响
配置1%的不同抗氧化剂溶液，吸取1ml的以上溶液，用0.25%的色素溶液进行定容至10ml,以不加抗氧化剂的色素做对照，在最大吸光值处进行吸光值测试
从以上试剂中选取对提高色素稳定性最佳的抗氧化剂配置成0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的溶液，用移液管吸取1ml的以上各溶液，用0.25%的色素溶液定容至10ml配成0.02%、
0.04%、0.06%、0.08%的试验溶液，在0小时、2小时、4小时对其进行吸光值测定
1.2.3金属离子对提高色素稳定性的影响
用0.25%的色素溶液配置10mmon/l的不同金属离子溶液，以相同浓度的水做空白，以不加金属离子的色素溶液做对照，在最大吸光值处进行吸光值试验
从以上金属离子中选取最佳离子用0.25%的色素溶液分别配置0.5、1、15、25mmon/l 的溶液，以相同浓度的水做空白，以不加金属离子的色素溶液做对照，在0小时、2小时、4小时对其进行吸光值测定
1.2.3 PH对色素稳定性影响
选取PH为1、3、5、7、9、11的0.25%的色素溶液，以不调PH的色素溶液做对照进行最大吸光值测定
1.2.4正交试验
从以上因素中选出适当因素做4因素3水平试验
2 结果与分析
2.1不同有机酸吸光值
表1不同有机酸吸光值
有机酸抗坏血酸酒石酸柠檬酸草酸乳酸对照
吸光值 0.265 0.436 0.351 0.440 0.586 0.258 由表1可见草酸、酒石酸、乳酸对提高色素稳定性有显著影响
2.2不同浓度有机酸对提高色素稳定性的试验
图1不同草酸浓度随时间变化的吸光值
由图一可知随着草酸浓度的提高色素稳定性也有显著提高，当浓度达到0.06%时其对色素的提高值以接近最大，并且在低浓度时，随着时间的增加色素稳定性有所降低，较高浓度时随着时间的变化稳定性基本不变。

图2不同浓度酒石酸作用下色素随时间变化的吸光值
由图2可以看出随着浓度的增加色素吸光值有明显的增加，在酒石酸的作用下色素随时间的变化不明显，在0.08%的酒石酸作用下色素稳定性达到最高值
图3不同浓度乳酸作用下色素随时间变化的吸光值
由图三可以看出乳酸对色素稳定性提高很大，并且较为稳定，0.08%时对色素稳定性提高最大
表2各酸比较表
浓度
各酸不同浓度下色素吸光值
草酸酒石酸乳酸空白
0.06% 0.485 0.445 0.516
0.08% 0.502 0.456 0.532 0.231
由表2可知0.08%的乳酸对提高色素稳定性最明显
2.3不同抗氧化剂对提高色素稳定性的影响
表3不同抗氧化剂吸光值
种类 VC TBHQ 竹叶抗氧化剂空白
吸光值 0.186 0.172 变浅黄0.164 由表3可知，VC TBHQ对色素稳定性有一定的提高，竹叶抗氧化剂与色素发生了反应使其变为浅黄色
图4不同VC浓度的吸光值
由图4可知低浓度的VC对色素稳定性有降低作用，当浓度0.04%时才有很小的提高，随着浓度的提高色素稳定性也增加并且随时间的变化稳定性变化很低
2.4不同金属离子对色素稳定性的影响
表4不同金属离子作用下色素的吸光值
种类NaCl KCl MgCl2 ZnCl2 CaCl2 FeCl3 AgNo3 MnCl2 对照吸光值0.158 0.085 0.076 0.155 0.180 变黄0.160 0.159 0.167 表4可知，在所试验的金属离子中只有钙离子对色素稳定性有所提高，因此在生产过程中应该尽量减少与金属离子的接触
图5不同浓度的钙离子随时间的吸光值
由图5可知当离子浓度小于15mmon/l时，金属离子对色素稳定有降低作用，15mmon/l时对色素稳定性有所增加，并且随浓度增加稳定性也增加
2.5不同ph对色素稳定性的影响
表5不同PH下色素的吸光值
PH 1 3 5 7 9 11 空白吸光值 0.732 0.537 0.208 浅绿色绿色深绿色0.220
由表5可知，ph低于3时其对色素稳定性有显著提高，Ph为5时对色素稳定性有降低作用，当ph大于等于7时色素颜色发生变化
2.6正验试验
表6正交实验水平因素表
编号
因素
A(乳酸) B(ph) C(VC) D(钙离子)
1 0.06% 1 0.06%
2 0.08%
3 0.08% 10mmon/l 15mmon/l 20mmon/l
3 0.1% 5 0.1%
表7正交试验结果其极差分析
编号
试验因素
试验结果A B C D
1 0.06 1 0.06 10 0.561
2 0.06
3 0.08 15 0.530
3 0.06 5 0.1 20 0.206
4 0.08 1 0.08 20 0.607
5 0.08 3 0.1 15 0.559
6 0.08 5 0.06 10 0.216
7 0.1 1 0.1 15 0.571
8 0.1 3 0.06 20 0.580
9 0.1 5 0.08 10 0.230
K1 1.297 1.739 1.357 1.007
K2 1.482 1.669 1.362 1.660
K3 1.381 0.652 1.367 1.391
最优水平 A2 B1 C3 D2
R 0.185 1.087 0.010 0.653
主次顺序 BDAC
由表7可知对提高色素稳定性影响的大小顺序为PH>钙离子>乳酸>VC,根据K值确定提高色素稳定性的最佳因素为A2B1C3D2即0.08%的乳酸、PH1、0.1%的VC、15mmon/l的钙离子。

3结论与讨论
3.1本研究结果表明，一定浓度下有机酸对色素稳定性提高有显著作用。

在所选试验的有机酸中乳酸对提高色素的稳定性最为明显，在一定浓度下色素稳定性随着乳酸浓度的提高而提高，当乳酸的浓度到达0.06%时再提高乳酸的浓度则对色素稳定性提高不大。

布朗李红色素的化学本质是花青素类（2-苯基笨并吡喃），花青素与一个或多个葡萄糖、半乳糖等糖键合成花色苷，花色苷与有机酸可发生酰基化作用可有效地保护花青素母核阳离子免受水分子的攻击而失色。

酰基化花色苷的有机酸与糖键相连，而这些糖连是可以折叠的，像一条带子将有机酸至于2-苯基笨并吡喃骨架的表面，使能较好的抵抗水分子的攻击。

乳酸对提高色素稳定性明显可能是两个乳酸形成双酰化花青素，酰基平面芳香族残基和花青素核之间疏水作用力形成层状结构，较好的保护了夹在乳酸中间的花青素核。

而当浓度达到0.06%时乳酸浓
度的提高对色素稳定性提高不再明显，可能是乳酸与花色苷形成的酰基化花色苷已达饱和，所以对其稳定性的提高不再明显。

而其他有机酸对色素稳定性的提高不及乳酸，是因为其与花花青素形成的是单酰基化花青素或其与花青素的集合能力不及乳酸。

VC、TBHQ对提高色素稳定性起作用是因为其与花色苷之间以化学键结合，形成了特定的空间结构，保护了母体花青素阳离子不受水化反应攻击而失色。

浓度为0.02%的VC对色素稳定性有降低作用，可能是因为低浓度vc将母体花青素阳离子暴露于水分子中，而高浓度VC则与花色苷形成特定的空间结构，对色素起到了保护作用。

试验的金属离子中除高浓度钙离子外其余金属离子对色素稳定性都有降低作用，钙离子可能是跟布朗李红色素的花色苷形成配位体络合物。

这种络合物对色素稳定性有保护作用。

而其他金属离子则不能形成或形成的不稳定。

PH在3一下时其对色素稳定性有很大的提高，在高于3时就对色素稳定性有所减小，在大于等于7 时布朗李红色素的颜色改变。

这是因为花青素在水溶液中以黄盐盐离子、醌型碱、假碱、查尔碱形式存在，这四种形式随水溶液的PH变化而发生可逆改变，同时，溶液的颜色也随着结构的改变而改变，当PH小于2时，花青素以黄盐阳离子形式存在，溶液成鲜红色。

当PH逐渐升高，花青素变成醌型碱，颜色深度降低，随着PH进一步升高，醌型碱变成假碱，颜色发生变化。

3.2 提高色素稳定性的最佳因素为0.08%的乳酸、PH1、0.1%的VC、15mmon/l的钙离子。

在这个条件下乳酸与花青素形成双酰化花青素，有效的保护了水分子对母核的攻击，使色素较为稳定。

参考文献
[1]卢翠英.李子皮红色素的提取和稳定性研究[J].自然科学报.2004.
[2]严和平,张举成,徐宏刚.杨梅红色素的提取工艺研究[J].食品工业科技.2008.
[3]阚建全.食品化学[M].北京:中国农业大学出版社.2002.
[4]周立国.食用天然色素及应用[M].济南:山东科学技术出版社.1993.
[5]李爱生,魏文娜.三个布朗李品种索瑞斯、沃萨克总理、安哥诺介绍[J].中国南方果树.2001.
[6]张长贵,董加宝.原花青素及其开发应用[J].四川食品与发酵.2006.
[7]徐亚维,刘磊.野山楂果中原花青素提取工艺研究[J].吉林农业科学院.2009.
[8]张亮亮,李敏,林鹏,林益民.李子果肉单宁。