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收稿日期：2010-10-11
环境因素和添加物对紫苏花青素稳定性的影响
张志军，张鑫，李会珍，乔绍俊，刘西亮，刘培培
（中北大学化工与环境学院生命科学系，山西太原 030051）
摘 要：采用酸化乙醇法提取紫苏花青素并测定多种环境因素和添加物对其稳定性的影响。结果表明，酸性（pH=3~
4）、避光、低温条件有利于紫苏花青素溶液稳定保存。氧化剂（H2O2）对紫苏花青素稳定性的破坏作用随 H2O2浓度升
高而增加。还原剂 VC、蔗糖和 NaCl溶液浓度分别为 3 %，15 %和 7 %时，对保持紫苏花青素溶液稳定性效果最好；Fe3+
和 Cu2+离子对紫苏花青素降解作用较大，而 Al3+、Mg2+和 Zn2+对紫苏花青素降解具有一定的保护作用。
关键词：紫苏；花青素；稳定性；环境因素；添加物
Effect of Environmental Factors and Some Additives on the Stability of Perilla Anthocyanidin
ZHANGZhi- jun, ZHANGXin, LI Hui- zhen, QIAOShao- jun, LIUXi- liang, LIU Pei- pei
（Department of Life science, College of Chemical & Environmental Engineering, North University of China, Taiyuan
030051, Shanxi, China）
Abstract：In this study, effect of some environmental factors and some additives on the stability of Perilla
anthocyanidin was determined, which was extracted by the method of acidified ethanol. The results showed that
the environmental factors, such as pH=3- 4, dark and lower temperature were helpful for the stable storage of
Perilla anthocyanidin. The destructive effects of oxidant（H2O2） to the stability of Perilla anthocyanins were
enhanced with the increasing of H2O2 concentrations. The optimum solution concentrations of VC，sugar and salt
for the storage of Perilla anthocyanidin were 3 %, 15 % and 7 %, respectively. The solution of Al3+，Zn2+，Mg2+ were
was beneficial to the stability improving of Perilla anthocyanins but further degradation were prevented by the
addition of Fe3+ and Cu2+.
Key words: Perilla; anthocyanidin; stability; environmental factors; additives
基金项目：山西省回国留学人员科研项目(2009065)；山西省高校科技开发研究项目(2007131)
作者简介：张志军（1973—），男（汉），副教授，硕士生导师，博士，研究方向：生物分离工程。
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基础研究
2011年 6月
第 32卷第 6期
食品研究与开发
Food Research And Development 21
张志军，等：环境因素和添加物对紫苏花青素稳定性的影响
表 1 pH对紫苏花青素稳定性的影响
Table 1 Effects of pH on stability of Perilla anthocyanidin
pH
颜色
DI
1
红
0.413 e
3
亮红
0.482 d
2
亮红
0.436 de
4
粉红
0.49 d
5
紫红
0.527 c
7
淡紫
0.817 b
6
粉紫
0.75 bc
8
黄绿
0.839 b
9
深黄绿
1.023 a
花青素(Anthocyanidin)，又称花色素、花色甙，是一
类广泛存在于植物体内的水溶性天然色素，属类黄酮
化合物。作为一种天然食用色素，花青素由于颜色多
样，对环境无害且有益于人体健康，越来越引起人们的
重视和兴趣。目前，允许使用并已投入生产的花色苷
天然食用色素有甘蓝色素、葡萄皮色素、浆果类色素、
紫苏色素、紫玉米色素、紫番薯色素等[1]。紫苏叶片中
花青素含量丰富，紫苏色素除了具有花青素类物质，水
溶性好等特点外，与一般花青素相比，对光、热更稳定[2]，
具有较高开发应用价值。本文采用酸化乙醇法提取紫
苏叶片中花青素，并研究 pH、光照、温度等环境因素以
及氧化剂、抗氧化剂、蔗糖、食盐和金属离子等添加物
对紫苏花青素稳定性的影响，旨在为工业生产中紫苏
花青素的稳定保存提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 仪器、材料和试剂
1.1.1 仪器
RE- 2000 旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；
SHZ- D循环水式真空泵：巩义市英峪仪器厂；101FA- 3
型电热鼓风干燥箱：上海申光仪器厂；721E型可见分
光光度计：上海光谱仪器有限公司，等。
1.1.2 材料和试剂
新鲜紫苏叶：在中北大学校内试验地种植采摘；
试剂无水乙醇、盐酸、乙酸乙酯等均为国产分析纯。
1.2 紫苏花青素的提取
采用酸化乙醇提取法提取紫苏叶片花青素。新鲜
紫苏叶杀青、烘干、粉碎，盐酸乙醇溶液浸提，离心纯
化，经减压浓缩、真空干燥得到紫苏花青素提取物。提
取物溶于适量蒸馏水，作为紫苏花青素原液待用。
1.3 环境因素试验
1.3.1 pH
取紫苏花青素原液 1 mL，分别用 pH 1.0~9.0的磷
酸盐缓冲液定容至 10 mL，配制成不同 pH花色苷溶
液，分光光度计扫描，记录 A420和 Aλmax。计算降解指数
DI=A420/Aλmax。
1.3.2 温度
取 1 mL紫苏花青素原液，用 pH 3.0醋酸钠缓冲
液定容至 10 mL，分别于 20、40、60、80和 100℃水浴
中放置 1 h，迅速冷却至室温，测定 A420，计算其相对保
存率 P，P=A 末 /A 初。
光照。取 1 mL紫苏花青素原液，用 pH3.0醋酸钠
缓冲溶液定容至 10 mL，置于紫外灯（12 h/d）、室内日
光灯（12 h/d）、黑暗条件下 7 d，每天定时测定 A420、
Aλmax，计算降解指数 DI。
1.4 添加物试验
1.4.1 氧化剂和还原剂
取 1 mL紫苏花青素原液，添加 30 %的 H2O2溶
液，pH 3.0缓冲液定容至 10 mL，使最终溶液 H2O2浓
度为 1％和 10％，530 nm下测定 1 min~10 min动力学
曲线。分别配 1%~7%抗坏血酸（VC）水溶液，加入 1mL
紫苏花青素原液，定容至 10 mL，放置 30 min后测定
A420、Aλmax，计算降解指数 DI。
1.4.2 金属离子
分别配制 0.01 mol/L的 FeCl3、ZnSO4、CuSO4、AlCl3
和MgSO4的紫苏花青素溶液 10 mL，无金属离子溶液
为对照，室温放置 30 min，测定 A420、Aλmax，观察各离子
对花青素稳定性的影响。
1.4.3 蔗糖和食盐
分别配制不同浓度蔗糖溶液（0~75 %）和食盐
（NaCl）溶液（0~11 %），加入 1 mL紫苏花青素原液，定
容至 10 mL，室温放置 30 min，测定 A420，计算相对保存
率 P。
2 结果与分析
2.1 环境因素对紫苏花青素稳定性的影响
2.1.1 pH
紫苏花青素颜色随溶剂 pH增加而变化的情况见
表 1。
花青素溶液颜色随溶剂 pH增加呈现出显著的变
化。pH为 1时，紫苏花青素溶液呈红色；pH为 2~4时，
为亮红色，降解指数逐渐增大；当 pH为 5~6时，其色
泽逐渐蓝移，呈粉红至粉紫色；当 pH大于 7时，降解
指数随 pH升高而增大，紫苏花青素的结构逐渐被破
坏而生成其它物质。
2.1.2 温度
紫苏花青素保存率随温度升高呈不断下降趋势
（图 1）。
由图 1可知，20℃~60℃温度下放置 1 h，紫苏花
青素的保存率变化无显著差异，温度升高到 80℃时，
保存率由 20℃的 98.2 %显著下降到 58.5 %，100℃时
保存率仅有 36.6 %。说明高温对色素降解具有明显促
进作用，低温有利于紫苏花青素的稳定储藏。
基础研究
22
图 1 温度对紫苏花青素稳定性的影响
Fig.1 Effects of temperature on stability of Perilla anthocyanidin
温度/℃
保
存
率
/%
图 2 光照对紫苏花青素稳定性的影响
Fig.2 Effects of Light on stability of Perilla anthocyanidin
时间/d
降
解
系
数
/D
I
2.1.3 光照
花青素在不同光照条件处理后降解系数变化情
况见图 2。经紫外灯、室内日光灯、黑暗 3种不同光照
条件处理 7 d，紫苏花青素降解系数均呈先增加后减低
的趋势（见图 2）。
紫外灯第 3天，降解系数达到最大，日光灯和黑
暗条件下，第 5天降解系数达到最大。随后随光照时
间延长降解系数逐步降低，可能是由于花色甙结构发
生降解，生成其它物质所致。由此可见，紫外灯照射明
显促进紫苏花青素降解，而黑暗降解系数相对较低，
增长较慢，保存稳定性较好。
2.2 添加物对紫苏花青素稳定性的影响
2.2.1 氧化剂
氧化剂 H2O2对紫苏花青素稳定性的影响见图 3。
随着 H2O2处理时间延长，紫苏花青素溶液吸光值下
降，颜色逐渐褪去。当反应时间在 10 min~15 min时，
10 % H2O2处理下紫苏花青素溶液吸光值剧烈下降，溶
液吸光值在反应 15 min后下降到最低，之后趋于稳
定，而 1 % H2O2处理的溶液吸光值下降较为平缓，表
明紫苏花青素对氧化剂浓度敏感。
2.2.2 还原剂
还原剂 VC对紫苏花青素稳定性的影响如图 4所
示，当溶液中 VC浓度为 1 %~3 %时，紫苏花青素降解
系数 DI逐渐减小；当 VC浓度为 3 %时，DI达到最小；
随后随 VC浓度升高，DI升高。表明还原剂 VC对紫苏
花青素的降解有一定的保护作用，且浓度 3 %时，保护
作用最强。
2.2.3 金属离子
不同金属离子对紫苏花青素稳定性的影响结果
见图 5。含 0.01 mol/L Fe3+和 Cu2+的紫苏花青素溶液降
解系数分别比 CK高出 10.4 %和 14.29 %，促进紫苏花
青素降解；同浓度 Al3+、Mg2+和 Zn2+紫苏花青素溶液的
降解系数分别比 CK低 25.85 %、11.34 %和 8.16 %，对
图 3 H2O2对紫苏花青素稳定性的影响
Fig.3 Effect of H2O2 on stability of Perilla anthocyanidin
时间/min
吸
光
值
（
42
0
nm
）
图 4 VC对紫苏花青素稳定性的影响
Fig.4 Effect of VC on stability of Perilla anthocyanidin
VC浓度/%
降
解
系
数
/D
I
图 5 金属离子对紫苏花青素稳定性的影响
Fig.5 Effects of Metal ions on stability of Perilla anthocyanidin
注：金属离子浓度 0.01 mol/L。
降
解
系
数
/D
I
张志军，等：环境因素和添加物对紫苏花青素稳定性的影响基础研究
23
图 6 蔗糖对紫苏花青素稳定性的影响
Fig.6 Effects of Sucrose on stability of perilla anthocyanidin
蔗糖浓度/%
保
存
率
/%
图 7 NaCl对紫苏花青素稳定性的影响
Fig.7 Effects of NaCl on stability of Perilla anthocyanidin
紫苏花青素具有一定的保护作用，可能是由于不同金
属离子与花青素取代基结合形成不同螯合物，从而提
高了紫苏花青素的稳定性。
2.2.4 蔗糖和 NaCl
蔗糖和食盐对花青素的保存具有重要影响，结果
分别见图 6和图 7。
花青素的保存率随蔗糖浓度升高而升高，当蔗糖
浓度为 15 %时，紫苏花青素相对保存率达到最高为
94.1 %，其后随着溶液中蔗糖浓度继续升高，保存率反
而逐渐下降，当蔗糖浓度为 75 %时，紫苏花青素相对
保存率仅为 70.1 %。说明适宜的糖浓度有助于花青素
稳定保存。NaCl溶液对紫苏花青素溶液保存率的影响
与蔗糖的影响变化规律一致。溶液中 NaCl浓度为 7%
时，紫苏花青素的保存率最高为 96.8%，随后继续增加
NaCl浓度，保存率提高不明显。
3 结论
3.1 环境因素对紫苏花青素稳定性的影响
色泽是产品是否合格的一个重要指标，根据溶
液 pH的不同，花色甙表现出不同的化学形式，如 2-
苯基苯吡喃阳离子、醌型碱、假碱、查耳酮等，从而呈现
出不同的颜色[3]。作为一种天然食用色素，花青素在食
品工业上一般适于在弱酸性条件下使用，保存和提取
花青素时，最好采用弱酸介质以避免花青素的水解[4]。
光照、高温等因素对花色甙的稳定性有较大影
响。温度升高将加速水分子的对流速度，促进水分子
对花色甙结构的破坏[5]。长时间的光照也可导致花青
素溶液温度升高，加速降解，所以低温、避光条件有利
于花色甙的长期稳定保存。
3.2 添加物对紫苏花青素稳定性的影响
高浓度氧化剂 H2O2破坏紫苏花青素化学结构，使
其颜色逐渐褪去而生成其它物质[3]。还原剂 VC对紫苏
花青素有一定的保护作用，当 VC浓度为 3 %时，效果
最好。
花色甙的一些取代基与金属离子结合形成的螯
合物有助于提高花青素的稳定性。研究表明，二羟基
花青素和 Fe3+或Mg2+离子在 pH为 5的条件下络合是
植物形成蓝色的重要因素[6]。也有人认为，植物呈现蓝
颜色是由于花青素与铁、铜、锡或镁，钼金属离子的络
合所致[7]。本实验中 Al3+、Mg2+和 Zn2+存在下紫苏花青
素降解系数较低，可能是因为紫苏花青素与 Al3+、Mg2+
和 Zn2+螯合有利于进一步提高其稳定性。
低浓度的蔗糖、食盐等食品添加剂有助于紫苏花
青素的稳定性，蔗糖浓度 15 %、食盐浓度 7 %时对紫
苏花青素的保护效果最好。
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收稿日期：2010-10-18
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保
存
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张志军，等：环境因素和添加物对紫苏花青素稳定性的影响 基础研究
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