全 文 ：吕宋荚蒾果红色素稳定性的影响因子
陈炳华
(福建师范大学生物工程学院,福州350007)
摘要:对离体吕宋荚蒾果红色素的稳定性及其影响因子进行了分析探讨。结果表明,吕宋荚蒾果红色素在酸性条件中
(pH<4)及60℃以下稳定性良好,对光有一定的耐受性,但对高温、直射强光及氧化还原介质的耐受性较差。Fe3+和Cu2+
可引起色素溶液变色,并产生沉淀,导致其稳定性下降,而 Mn2+、Zn2+、Al3+和 Mg2+对其稳定性则无影响,且有一定程度
的护色效果,以 Al3+的效果最佳。3种添加剂中,葡萄糖和苯甲酸钠对其的稳定性无影响,且有一定的护色效果,而
VitaminC则可促进其降解,导致褪色,经统计分析,色素保存率与VitaminC浓度呈显著的负相关。
关键词:吕宋荚蒾;果实;红色素;稳定性;花色苷
中图分类号:Q946.836 !文献标识码:A 文章编号:1005-3395(2005)06-0493-06
InfluencingFactorsoftheStabilityofRedPigmentin
ViburnumluzonicumRolfeFruits
CHENBing-hua
(BioengineeringColege,FujianNormalUniversity,Fuzhou350007,China)
Abstract:ThestabilityofredpigmentinfruitsofViburnumluzonicumRolfeandfactorsofinfluencingthecolour
stabilitywerestudiedinvitro.Theresultsshowedthattheredpigmentwasstablebelow60℃andatpH<4,but
sensitivetohightemperature,stronglightandoxidation-reductionmedia.Fe3+,Cu2+couldalterthecolourofred
pigmentsolution,causedprecipitation,anddecreaseditsstability,butMn2+,Zn2+,Al3+,Mg2+,gluscoseandsodium
benzoatehadnoefectonthestability,andshowedacertaincolourmaintenance,especialyAl3+,whichcould
obviouslyincreasethestabilityofredpigment.VitaminCenhancedthedegradationanddecolorationofred
pigment,whichshowedasignificantlynegativerelationshipbetweencolourationandVitaminCconcentration.
Keywords:Viburnumluzonicum;Fruit;Redpigment;Colourstability;Anthocyanins
吕宋荚蒾(ViburnumluzonicumRolfe)为忍冬科
荚蒾属灌木,分布于广东、广西、云南、台湾、江西、
浙江和福建等省,多生于海拔150-900m的山坡灌
丛或林缘[1],福建境内野生资源蕴藏量大。吕宋荚蒾果
实成熟后呈红色,酸甜适中,可鲜食,亦可加工成果酒
或果汁。吕宋荚蒾果实具有成熟期集中、易采摘,色素
色价高等特点,其花色苷总量为3365mgkg-1,其主
要组分属芍药素型花色苷类[2]。红色素是存在于植
物细胞液中的一类水溶性天然色素,来源十分丰
富,但这类色素化学性质不稳定,其颜色易受光、
热、空气和金属离子等因素的影响,目前未能广泛
作为食用色素。为此,研究者一直致力于不同来源
的红色素之稳定性及着色方面的研究,旨在扩展此
类色素的应用范围[3]。
近年来,从蓝靛果(Loniceracaeruleavar.edulis)[4]、
杨梅 (Myricarubra)[5]、草莓(Fragariaananassa)[6]及尾
叶悬钩子(Rubuscaudifolius)[7]等果实来源的红色素
已有较多研究,而吕宋荚蒾作为南方特色的野生色
收稿日期:2005-04-08 接受日期:2005-08-01
基金项目:福建省教育厅项目(JB03129)资助
热带亚热带植物学报 2005,13(6):493-498
JournalofTropicalandSubtropicalBotany
素资源,目前国内相关的报道很少。本文在对吕宋
荚蒾果红色素的提取、纯化及其性质分析的基础上[2],
进一步就该色素的稳定性和添加剂对其呈色行为
的影响进行试验研究,为此类红色素的开发利用提
供理论依据。
1材料和方法
1.1材料和仪器
吕 宋 荚 蒾 (ViburnumluzonicumRolfe)成 熟
果实采自福建省明溪县境内,采回后立即洗净、
沥干,置于-25℃冰箱中保存,备用。试剂均为分析
纯。仪器:752型紫外光栅分光光度计(上海精密科
学仪器有限公司)、pHS-25型酸度计 (上海雷磁)、
UV-2201型紫外可见分光光度计(日本岛津)、
RE-52AAA旋转蒸发器(上海嘉鹏)、360-FT型红光
分光光度计(美国尼高力)。
1.2红色素的提取、分离及纯化
吕宋荚蒾果(1kg)经捣碎,用 1.5mol/LHCl-
95%EtOH(pH3.0)浸提,抽滤得红色素液,减压浓缩
得粗制色素浸膏,再用60%-75%EtOH除果胶,浓
缩至少量后,参照高居易[5]和宋长铣[8]的方法上
DEAE-纤维素层析柱(1.5cm×20cm),用酸性乙醇
洗脱,洗脱液减压浓缩得暗红色色素浸膏。红色素
浸膏经大规模纸层析法分离、纯化获得暗红色粉末
状的红色素,经纸上色谱、紫外光谱及红外光谱分
析,其主要成分的光谱特性与文献[9,10]报道的芍药素
-3-葡萄糖-ρ-香豆酸很接近。
1.3稳定性的影响因子
pH值 用 0.2mol/LHCl-KCl、柠 檬 酸-
Na2HPO4和硼砂 -NaOH缓冲液配制成红色素质量
浓度为1.2%、pH值为1-12的系列溶液,于室温下
静置 2h后,观察不同 pH值的色素溶液颜色及
A515nm值变化。
光和温度 取 pH3.0柠檬酸 -Na2HPO4缓
冲液红色素溶液,分别于室内自然光、日光灯下
(58.8μmolm-2s-1)和黑暗中放置 24d,每 2d于 515
nm处测一次其吸光值并观察颜色变化。取 pH3.0
的红色素溶液,分别在 40℃、60℃、80℃和 100℃的
恒温水浴中处理4h,每隔30min取样,待冷却后于
515nm处测其吸光值,并按下式计算保存率:色素
保存率 (%)=(处理后吸光值 /处理前吸光值)×
100%。
抗氧化还原性 分别以H2O2和Na2SO3为氧
化剂和还原剂,配制含 0.06%、0.09%、0.12%、
0.15%、0.18%、0.24%、0.30%的 7种 H2O2浓度的等
量红色素试验液 (pH3.0)或含 0.5%、1.0%、1.5%、
2.0%、2.5%、3.0%、3.5%的 7种 Na2SO3浓度的等量
红色素试验液(pH3.0),于室温下避光密闭放置
60min,每隔15min于515nm处测定一次溶液的
吸光值,计算色素保存率。
不同金属离子 参照文献[7]方法,用MnSO4、
CuSO4、ZnSO4、Al(NO3)3、MgSO4、Fe2(SO4)3分 别 配
制含 Mn2+、Cu2+、Zn2+、Al3+、Mg2+和 Fe3+6种金属离
子的色素溶液(pH3.0),每种离子的浓度均为
0.01mol/L。以不含上述金属离子的色素溶液(pH3.0)
作为对照。将上述各溶液于室温下放置30d,每3d
测1次样液的吸光值(以pH3.0磷酸盐缓冲液调零),
并观察颜色的变化。
添加剂 以质量浓度2%的红色素溶液(pH3.
0)为母液,分别添加不同浓度的葡萄糖、VitaminC和苯
甲酸钠 3种添加剂,以不含添加剂的等体积的色素
液作为对照,将上述各溶液于室温下密闭避光处保
存,定期于515nm处测1次各自的吸光值(以pH3.
0磷酸盐缓冲液调零),计算色素保存率。处理组与
对照组间数据的差异性用 t检验,由 SAS软件处
理。
以上所有实验设3次重复,取平均值。
2结果和分析
2.1pH值的影响
由表 1可知,在酸性及弱酸性条件下,红色素
溶液在最大吸收峰处的吸光值随pH值增大而急剧
下降,颜色由鲜红变为微红;在弱碱性及碱性条件
下,该红色素在可见光区的最大吸收峰消失,颜色
从淡褐色→褐色→污蓝,24h后,pH≥10.0溶液变
为黄色,这主要由于在不同pH缓冲液中花色苷的
存在形式(四种结构)不同所致,从而对其稳定性及
色泽产生影响,随着 pH值增大,其降解加快,稳定
性降低[12,13]。可见,该红色素适用于酸性环境中。
494 热带亚热带植物学报 第13卷
2.3光和温度的影响
图1A表明,吕宋荚蒾红色素对直射日光最敏
感,降解快,日光照射24d后,其色素的保存率仅为
8.38%;而室内自然光与黑暗条件下的保存率较为
接近,分别为48.34%和43.03%,显示该红色素对光
有一定的耐受性,与其它植物来源的天然红色素如
尾叶悬钩子红色素[7]对光稳定性相似。图1B表明,
红色素在 100℃下降解很快,处理 4h,期间其保存
率的变化达极显著水平(P<0.01),在 80℃下的变化
达显著水平(P<0.05),而在 40℃和 60℃下,放置 4
h,期间其保存率变化差异不显著(P>0.05),且溶液
颜色仍保持红色,可见,在 60℃下吕宋荚蒾果红色
素稳定性良好,但随着温度的升高,该色素降解加
快,稳定性下降。
2.4红色素的抗氧化还原性
H2O2和Na2SO3对吕宋荚蒾红色素稳定性的影
响见图 2A和图 2B,在 pH3.0下,色素保存率随
H2O2或Na2SO3浓度的升高而急剧下降,且该溶液
颜色由原来的鲜红变为浅红或浅褐。但随着处理时
间的延长(60min以内),两者对红色素的影响有所
不同,还原剂Na2SO3的作用时间较氧化剂H2O2快;
其结果虽都导致红色素的褪(变)色及稳定性下降,
但机理有所不同[3]。表明该红色素抗氧化还原性较
差,使用时应避免与其接触。
2.5金属离子的影响
表 2表明,含 Mn2+、Zn2+、Al3+和 Mg2+的红色素
溶液,其吸光值均高于对照,且颜色保持红色,色调
无变化,表明这4种离子对色素稳定性无影响,且
有不同程度的护色效果。尤其是Al3+与对照的吸光
值差异达极显著水平(P<0.01),显示可显著提高其
稳定性。其原因是这些离子可与红色素形成复合
物,使其稳定性增强。因此可尝试将 Al3+作该色素
的助色素[3],这有待于深入研究。而添加Fe3+和Cu2+
后,色素液吸光值与对照组差异达极显著水平(P<
0.01),随着放置时间的延长,15d后色素液产生大
量沉淀,18d后吸光值大幅下降,且颜色变为棕红,
表明Fe3+和Cu2+明显导致该红色素稳定性减弱。这
可能是Fe3+能与红色素形成英心结构π络合物,从
而使色素溶液的颜色发生变化,原最大吸收峰消
失,失去色素的特点[4,6,10]。
表1不同pH值对吕宋荚蒾果红色素稳定性的影响
Table1EfectsofdiferentpHvaluesonthestabilityofredpigmentinV.luzonicumfruits
图1光和温度对吕宋荚蒾果红色素稳定性的影响
Fig.1Efectsoflight(A)andtemperature(B)onthestabilityofredpigmentinV.luzonicumfruits
第6期 陈炳华:吕宋荚蒾果红色素稳定性的影响因子 495
2.6葡萄糖的影响
从表3可知,添加了不同浓度葡萄糖的红色素
溶液,其色素保存率与对照相当或略高于对照,放
置 10d后,含葡萄糖(浓度≥2.0gL-1)的色素液,与
对照的保存率差异显著(P<0.05),颜色也基本未变,
这表明葡萄糖对吕宋荚蒾果红色素的稳定性无影
响,且有一定的护色效果。这可能是糖通过降低水
的活度而对花色苷的发色团起到全面保护作用的
结果[6]。
2.7苯甲酸钠的影响
苯甲酸钠是食品工业中常用的防腐剂。从表4
可知,在前5d内,含苯甲酸钠的色素溶液其色素保
存率与对照相当,10d后,色素液保存率与对照
组差异显著 (P<0.05),但各浓度间则无显著差异
(P>0.05),颜色也基本未变,这表明苯甲酸钠对该色
素的稳定性无影响。
2.8VitaminC的影响
VitaminC被广泛用作食品、饮料等的抗氧化
剂,具有还原性。图3表明吕宋荚蒾果红色素溶液
的保存率随VitaminC浓度的增加及放置时间的延
长而下降,色素液颜色也随之变浅。这是由于色素
液放置过程中,VitaminC发生氧化,其产生的氧化
产物对花色苷结构产生破坏,从而导致该红色素的
保存率和稳定性下降[4]。 相关性分析显示,色素保存
率与 VitaminC浓度呈极显著负相关(P<0.01),放
置 2d和 8d后 的 相 关 系 数 分 别 为 -0.9955、
-0.8935。可见,VitaminC对该红色素稳定性的影响
显著。
图2过氧化氢和亚硫酸钠对吕宋荚蒾果红色素稳定性的影响
Fig.2EfectsofH2O2(A)andNa2SO3(B)concentrationsonthestabilityofredpigmentinV.luzonicumfruits
表2不同金属离子(0.01mol/L)对吕宋荚蒾果红色素稳定性(A515nm)的影响
Table2Efectsofdiferentmetalions(0.01mol/L)onthestability(A515nm)ofredpigmentinV.luzonicumfruits
a:P<0.01;b:P<0.05
496 热带亚热带植物学报 第13卷
3讨论
吕宋荚蒾果红色素在酸性条件及 60℃以下稳
定性良好,对高温、直射光照不稳定,抗氧化还原能
力,这些性质属花色苷类红色素的共性[10],也是其它
植物来源红色素[4-7]的共同缺点,因此限制了此类红
色素的直接应用范围。但国外在花色苷天然类似合
成、天然花色苷化学改性衍生物的合成等方面取得
了许多重大成果,并实现了工业化生产[3]。可见,深
入研究不同来源红色素的化学结构,进一步通过分
子间辅色作用和化学改性提高其稳定性,合成安全
的花色苷等同物色素[3],是解决目前此类天然红色
素应用问题的有效方法。
某些金属离子会与花色苷结合形成着色稳定
的络合物,影响色素的稳定性。陈健初等[14]认为
Al3+和 Fe2+对杨梅花色苷的色泽稳定性无显著影
响,而高居易[5]等则认为 Ca2+、Zn2+、Al3+和 Cu2+对杨
梅红色素稳定性影响均不显著,而 Mg2+和 Fe3+则
影响显著;郭大勇等[6]认为,Zn2+、Mn2+、Mg2+和 Cu2+
的存在对草莓红色素特征光谱及颜色无影响,其中
Zn2+和Cu2+有一定增色作用,而Al3+和Fe3+则有明
显不良影响,可导致褪色;戚向阳等[4]认为 Al3+、Zn2+
表3葡萄糖对吕宋荚蒾果红色素稳定性(A515nm)的影响
Table3Efectsofglucoseonthestability(A515nm)ofredpigmentinV.luzonicumfruits
b:P<0.05
表4苯甲酸钠对吕宋荚蒾果红色素稳定性(A515nm)的影响
Table4Efectsofsodiumbenzoateonthestability(A515nm)ofredpigmentinV.luzonicumfruits
b:P<0.05
图3VitaminC对吕宋荚蒾果红色素稳定性的影响
Fig.3EfectsofVitaminConthestabilityofredpigmentinV.luzonicumfruits
第6期 陈炳华:吕宋荚蒾果红色素稳定性的影响因子 497
和Mg2+可提高兰锭果红色素的稳定性,Fe3+和 Cu2+
则显著降低色素的稳定性。本实验表明,Fe3+、Cu2+
对吕宋荚蒾果红色素稳定性影响显著,导致色素液
色泽的改变,并产生沉淀,而 Mn2+、Zn2+、Al3+和Mg2+
则无影响,且有不同程度的护色效果,尤其是Al3+
护色效果最佳。由此可以认为,Fe3+对花色苷类红色
素的稳定性影响显著,Mg2+、Zn2+和 Ca2+影响不显
著,而Al3+、Cu2+和Fe2+等离子则对不同来源的红色
素影响差异较大。究其原因可能是红色素中花色苷
的主要成分不同所致。
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