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山竹果壳色素的稳定性及抑菌活性研究



全 文 :山竹,别名莽吉柿、凤果,属于藤黄科(Guttiferae)
藤黄属(Garcinia)山竹(Garcinia mangostana L.)[1]。原产
于马来西亚群岛,现在分布于印度尼西亚、菲律宾、缅
甸、马来西亚、越南、泰国、锡兰、中国等地[2],其果性平
微酸,具有健脾生津、止泻的作用;其果壳深紫色,性凉
味涩,被广泛用于治疗腹痛、腹泻、痢疾、感染性创伤、
化脓、慢性溃疡等疾病治疗并有一定的抗溃疡、抗炎、
抗白血病和败血病等的功能[3]。
云南与缅甸、越南、泰国比邻,每年在山竹成熟季
有大量山竹进口进入水果市场,而山竹果食用后将产
生大量的含有色素的果壳丢弃,不利于环境保护和资
源利用[4]。近年来,天然色素以其良好的安全性、广泛来
山竹果壳色素的稳定性及抑菌活性研究
彭文书,陈毅坚*,钟文武,石雪,熊勇
(云南民族大学民族药资源化学国家民委-教育部重点实验室,云南昆明650031)
摘 要:研究从山竹果壳中提取的色素在不同条件下的稳定性及抑菌活性。将山竹果壳色素用不同的pH、温度和不
同浓度的金属离子、氧化剂、还原剂、常用防腐剂处理。结果显示:山竹果壳色素在pH<6时较稳定;温度大于80 ℃后增
色效应增强;各种金属离子对其影响较小;山竹果壳色素易被氧化、还原;高浓度的防腐剂对其稳定性有较大影响。抑
菌实验显示,山竹果壳提取液对霉菌、细菌、酵母菌都有较强的抑菌效果,随着色素质量浓度的提高抑制作用随之增
强。其抑菌效果依次为藤黄球菌>八叠球菌>枯草芽孢杆菌>啤酒酵母>根霉>痢疾杆菌>大肠杆菌。实验显示,该色素
具有较好的稳定性和抑菌活性,可作为天然植物色素应用于食品、饮料添加剂和制药等行业。
关键词:山竹;色素;稳定性;抑菌性
Study on Pigment Stability and Antimicrobial Activity from Garcinia mangostana Crust
PENG Wen-shu,CHEN Yi-jian*,ZHONG Wen-wu,SHI Xue,XIONG Yong
(Key Laboratory of Ethnic Medicine Resource Chemistry,State Ethnic Affairs Commission & Ministry of Education,
Yunnan University of Nationalities,Kunming 650031,Yunnan,China)
Abstract:The research aimed to study the pigment extracted from the shell of Garcinia mangostana.
Meanwhile,its stability and antibacterial activity were measured by spectrophotometry and filter paper method.
The absorbance of the pigment from the shell of Garcinia mangostana was measured after the samples were
pretreated with metal ions,oxidizing agents,reducing agents and preservatives with different pH values,
temperatures and concentrations,respectively. The pigment in the shell of Garcinia mangostana,when the pH
<6 the stability was decreased;when the temperature was higher than 80 ℃,the hyperchromic effect was
increasesed;various of metal ions have more affected;The pigment was susceptible to have oxidation and
reduction;in the high concentration of preservatives,it had greater stability. Inhibition experiments showed that
the extracts of fungi,bacteria,yeast had a strong antibacterial effect,with the pigment concentration increased,
the inhibition enhanced. And the inhibitory effects were as follows Micrococcus luteus >Sarcina >Bacillus
subtilis>Saccharomyces sp.>Rhizopus sp.>Shigella dysenteriae>Escherichia coli. This pigment has good stability
and antibacterial activity, can be widely used in food, beverage and natural plant pigments added
pharmaceutical and other industries.
Key words:Garcinia mangostana;pigment;stability;antimicrobial activity
基金项目:云南省教育厅科学研究基金项目(2010Y428)
作者简介:彭文书(1984—),女(彝),在读研究生,研究方向:民族药
资源开发和利用。
*通信作者:陈毅坚(1966—),女,教授。
基础研究
食品研究与开发
Food Research And Development
2011年 12月
第 32卷第 12期
55
彭文书,等:山竹果壳色素的稳定性及抑菌活性研究
源、资源量大等优点,在食品加工和贮存方面有广泛的
应用,成为人们开发、研究的重点[5]。因此,本文以山竹
果壳为原料,对从中提取的色素稳定性和抑菌活性进
行了研究,旨在为山竹果壳色素作为天然有效的食品
色素和防腐剂在食品工业中应用提供参考,并有助于
提高山竹果实的利用价值。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.1.1 材料
山竹(Garcinia mangostana L.):2010年6月购自云
南昆明市菊花村水果市场,果壳洗净60 ℃烘干,粉碎
后过60目筛,保存备用。抑菌实验所用菌种:藤黄球菌
(Micrococcus luteus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、
啤酒酵母(Saccharomyces sp.)、八叠球菌(Sarcina ureae)、
根霉(Rhizopus sp.)、大肠杆菌(Escherichia coli)、志贺
氏痢疾杆菌(Shigella dysenteriae),均由云南民族大学
化学与生物技术学院微生物实验室提供。
1.1.2 仪器与试剂
UV-1800紫外-可见分光光度计:日本岛津公司;
UNICO-7200型可见分光光度计:上海尤尼柯仪器有
限公司;PHS-3酸度计:上海精密科学仪器;AR2140电
子天平:美国奥豪公司;甲醇、乙醇、苯甲酸钠、山梨酸
钾、金属盐、氯化钠、蔗糖:天津风船化学试剂科技有限
公司(分析纯试剂)。
1.2 方法
1.2.1 山竹果壳色素提取溶剂的选择
参照文献[6]略作修改进行,取1 g样品,加入20 mL
不同的提取溶剂(H2O、H2O+1 %盐酸、甲醇、1 %盐酸+
甲醇、70 %乙醇、1 %盐酸+70 %甲醇)于锥形瓶中,50℃
下超声提取20 min,离心取上清液稀释10倍后作为测
定液,在400 nm~700 nm下进行扫描,并考虑提取溶剂
的挥发性和对本实验所用药品的溶解性选择最佳的提
取溶剂。
1.2.2 pH对山竹果壳色素稳定性的影响
参照文献[7]略作修改进行,取0.5 g样品,分别加入
pH为1、2、3、4、5、6的70 %的乙醇溶液,50 ℃下超声提
取20 min,离心后取上清液稀释5倍后作为测定液,在
400 nm~800 nm下进行扫描,选择最佳的pH。
1.2.3 温度对山竹果壳色素稳定性影响
参照文献[8-9]略作修改进行,取0.5 g样品,加入
20 mL所选溶剂(pH 2.0),超声提取20 min,离心后取上
清液稀释5倍后作为测定液,取2 mL色素水溶液,用最
佳pH的水溶液定容至10mL,分别将其置于40、60、80℃、
沸水条件下保持一定时间,取出后在517 nm下测其吸
光度,考察温度变化对色素稳定性的影响。
1.2.4 金属离子对山竹果壳色素稳定性的影响
参照文献[10]略作修改进行,色素液制备同1.2.3,
取2 mL色素水溶液,用不同浓度的金属离子溶液(pH
2.0)定容到10 mL,置于暗处,以同浓度的离子溶液作
为对照,在最佳吸收波长下分别测定0、1、2、3、4、5、6 d
后的吸光度A,考察各种金属离子对山竹果壳色素稳
定性的影响。
1.2.5 氧化剂和还原剂对山竹果壳色素稳定性影响
1.2.5.1 双氧水(H2O2)的影响
参照文献[11]略作修改进行,取2 mL的色素液加
入不同浓度的H2O2溶液(pH 2.0)定容到10 mL,测定双
氧水对其稳定性的影响。
1.2.5.2 还原剂亚硫酸钠(Na2SO3)的影响
参照文献[12]略作修改进行,取2 mL的色素液加
入不同浓度的Na2SO3溶液(pH 2.0)定容到10 mL,测定
Na2SO3对其稳定性的影响。
1.2.5.3 抗坏血酸(Vc)的影响
参照文献[13]略作修改进行,取2 mL的色素液加
入不同浓度的VC溶液(pH 2.0)定容到10 mL,时间以小
时(h)计,分别放置0、5、15、25、35、45 h后在517 nm下
测定VC对其稳定性的影响。
1.2.6 常用防腐剂苯甲酸钠和山梨酸钾溶液对山竹果
壳色素的影响
参照文献[14]略作修改进行,取2 mL的色素液,用
不同浓度苯甲酸钠、山梨酸钾溶液(pH2.0)定容到10mL,
时间以天(d)计,分别放置0、1、2、3、4、5、6 d后在517 nm
下测定防腐剂对其稳定性的影响。
1.2.7 山竹果壳中的提取液抑菌活性测定
1.2.7.1 山竹果壳中的提取液对供试菌种的最低抑菌
浓度(MIC)
滤纸片法略作改动 [15-17],选用枯草芽孢杆菌(B.
subtilis)、大肠杆菌(E.coli)等7种常见的引起食品变质
的菌株进行山竹色素抑菌效果的测定。
采用斜面培养基在37 ℃培养箱中对菌种进行活
化24 h。用无菌水将几种活化过的菌株配制成为菌悬
液,并在显微镜下对菌悬液用血球计数板进行计数,最
终配成的菌悬液浓度约为106个/mL~107个/mL。用混菌
法制备各个受试菌株平板。采用滤纸片法进行抑菌效
力的测定。在无菌条件下,取山竹色素原液稀释成为
10.0、5.0、2.5、1.25、0.625 mg/mL的山竹色素溶液。用无
菌镊子将浸有不同质量浓度色素溶液的小圆滤纸片
(11mm)平贴在培养基上。采用完全试验设计,重复4次。
基础研究
56
1.2.7.2 防腐剂苯甲酸钠和山梨酸钾对供试菌种的最
低抑菌浓度(MIC)
以苯甲酸钠和山梨酸钾对供试菌种的抑菌活性
为对照。配制成20.0、10.0、5.0、2.5、1.25、0.625 mg/mL浓
度的苯甲酸钠和山梨酸钾溶液,方法同1.2.7.1,对受试
菌株作抑菌活性测定,并测量抑菌圈大小,以测定防腐
剂对各受试菌种的MIC值。
2 结果与分析
2.1 山竹果壳色素提取的最佳溶剂
山竹果壳色素提取的最佳溶剂的选择实验结果
显示于图1。
从图1可见,山竹果壳色素在酸性条件下稳定,酸
性甲醇溶液对色素的提取率最高,但考虑到甲醇的毒
性及所用的金属盐的溶解性,本实验选用酸性乙醇(最
大吸收峰为528 nm)和酸性水溶液(最大吸收峰为
517 nm)作为山竹果壳色素的提取溶剂,对山竹果壳中
的色素进行提取,并对其稳定性进行研究。
2.2 pH对山竹果壳色素稳定性的影响结果
研究pH对山竹果壳色素稳定性的影响,结果见图2。
从图2显示,山竹果壳色素在酸性条件下较为稳
定,随着提取溶剂pH的升高,溶液色泽逐渐变为暗黄
色,当pH为6时,基本看不出溶液的最大吸收峰,这不
仅与山竹果壳红色素的结构有关,还与其在不同pH条
件下有不同的解离状态有关。
2.3 温度对山竹果壳色素的影响结果
测定温度对山竹果壳色素的影响见图3。
图3表明,山竹果壳色素的水溶液对温度的变化
具有较好的稳定性,温度在80 ℃以下时,山竹果壳色
素色泽没有明显变化,当色素溶液处于沸水中1.5 h之
后,溶液吸光度反而有所增加,产生了增色效应,这可
能是由于长时间的高温处理使山竹果壳色素的结构有
所改变,生成了更为深色的物质,具体的机理有待进一
步研究。
2.4 金属离子对山竹果壳色素稳定性的影响测定结果
金属离子对山竹果壳色素稳定性的影响测定见
表1。
表1表明,所用金属离子对山竹果壳色素稳定性
的影响不明显,色素溶液的色泽并没有随着金属离子
浓度的增加和共存时间的延长而出现褪色,该色素可
与所用金属离子共用。
表 1 不同金属离子对山竹果壳色素稳定性的影响
Table 1 Effects of different ions on stability of Garcinia
mangostana pigment
金属
离子
Fe2+
Mg2+
Na+
Zn2+
Cu2+
离子浓
度/%
0.01
0.1
0.01
0.1
0.01
0.1
0.01
0.1
0.01
0.1
0 d
0.570
0.579
0.537
0.522
0.587
0.566
0.577
0.576
0.582
0.593
1 d
0.573
0.582
0.570
0.557
0.547
0.538
0.535
0.535
0.584
0.594
2 d
0530
0.542
0.570
0.558
0.589
0.582
0.572
0.574
0.576
0.588
3 d
0.524
0.543
0.567
0.557
0.539
0.531
0.571
0.574
0.572
0.596
4 d
0.543
0.568
0.543
0.539
0.558
0.565
0.546
0.549
0.540
0.573
5 d
0.544
0.559
0.543
0.539
0.560
0.550
0.542
0.553
0.547
0.581
6 d
0.559
0.556
0.516
0.517
0.535
0.532
0.559
0.572
0.558
0.593
红色
红色
红色
红色
红色
红色
红色
红色
红色
红色
颜色
A517nm
基础研究 彭文书,等:山竹果壳色素的稳定性及抑菌活性研究
57
2.5 氧化剂还原剂对山竹果壳色素的影响测定结果
2.5.1 双氧水(H2O2)的影响结果
双氧水(H2O2)的影响见图4。
由图4可知,氧化剂H2O2对山竹果壳色素的结构有
较大的破坏作用,随着双氧水浓度的增加,色素的稳定
性逐渐下降,当双氧水的浓度为0.6 %时,色素的保持
率仅为15.41 %,说明山竹果壳色素的耐氧化性不强。
2.5.2 还原剂亚硫酸钠(Na2SO3)的影响结果
还原剂亚硫酸钠(Na2SO3)的影响见图5。
从图5可以分析出,山竹果壳红色素对还原剂
Na2SO3不稳定,较高浓度的Na2SO3使其褪色严重,当浓
度达到0.8 %时,色素的保持率仅为6.88 %。
2.5.3 抗坏血酸(VC)的影响结果
抗坏血酸(VC)的影响,见图6。
从图6中可看出,山竹果壳色素随着VC浓度的增高
及放置时间的增长,色素溶液的吸光度明显下降,颜色
变浅,说明高浓度的还原剂对山竹果壳红色素产生了
较大的影响,使色素降解,溶液的吸光度下降;山竹果
壳色素与还原剂长期共存,也会使其稳定性下降,色泽
变浅。
2.6 常用食品防腐剂的影响结果
常用食品防腐剂的影响见表3。
表3中可见,较低浓度的山梨酸钾和苯甲酸钠对
山竹果壳色素没有产生明显的影响,也没有随着共存
时间的延长出现较大的变化,当二者浓度达到0.5 %
时,色素溶液的吸光度明显下降,颜色变浅,说明高浓度
的防腐剂对山竹果壳色素的结构有较大的破坏作用。
2.7 山竹果壳中提取液抑菌活性测定
将提取出的色素溶液进行浓缩、除杂和干燥。用
无菌水溶解,进行梯度稀释,配制成10、5.0、2.5、1.25、
0.625 mg/mL浓度的溶液,以抑菌圈直径为指标, 进行
MIC的测定,测定结果见图7。
图7表明,山竹果壳提取液对藤黄球菌(Micrococcus
luteus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、八叠球菌
(Sarcina) 的抑制作用最为显著 , 其次是啤酒酵母
(Saccharomyces sp.)和根霉(Rhizopus sp.),对痢疾杆菌
(Shigella dysenteriae)和大肠杆菌(Escherichia coli)的
抑制作用相对较弱,随着溶液浓度的增加,其抑菌作用
越明显。
山梨酸钾和苯甲酸钠在浓度为20 mg/mL时有直径
表 3 防腐剂对山竹果壳色素的影响
Table 3 The effects of preservative on stability of Garcinia
mangostana pigment
山梨酸钾
苯甲酸钠
0.05
0.1
0.5
0.05
0.1
0.5
0 d
0.564
0.546
0.152
0.534
0.532
0.198
1 d
0.555
0.525
0.146
0.514
0.536
0.186
2 d
0.546
0.529
0.134
0.520
0.529
0.182
3 d
0.561
0.536
0.143
0.514
0.525
0.190
4 d
0.534
0.532
0.145
0.510
0.519
0.188
5 d
0.529
0.524
0.142
0.511
0.520
0.185
6 d
0.524
0.527
0.140
0.508
0.517
0.181
A517nm
浓度/%防腐剂
基础研究彭文书,等:山竹果壳色素的稳定性及抑菌活性研究
58
为1.5 mm的抑菌圈,而当与山竹果壳中提取液相同浓
度下,对受试菌株并没有显著的抑菌圈。说明在相同条
件下山竹果壳中提取液对受试菌株的抑菌能力强于山
梨酸钾和苯甲酸钠。部分抑菌效果见图8。
3 讨论与结论
1)山竹果壳色素在酸性条件下较为稳定也有较好
的耐热性,而在碱性条件下稳定性下降,说明山竹果壳
色素可在酸性和高温下使用;同时山竹果壳色素对金
属离子稳定,因此使用时还可与所用金属盐离子共存;
但其对氧化剂和还原剂的稳定性较差,与二者共存时
易发生褪色反应,应用时应考虑提高山竹果壳色素的
抗氧化还原能力或尽量避免与一些氧化还原力较强的
添加剂一起使用;虽然山竹果壳色素对高浓度的防腐
剂苯甲酸钠和山梨酸钾不稳定,但在二者浓度≤0.1 %,
并放置6 d后,其依然有较好的稳定性和色泽,能在满
足一般食品防腐的同时起到一定的着色效果。山竹作
为药食两用的水果,其壳中含有大量的红色素,色泽鲜
艳且着色能力很强,若能提高其耐碱性和抗氧化还原
的能力,山竹果壳色素作为食用天然红色素应用,对于
山竹果壳资源的充分利用将具有较好价值和应用前景。
2)山竹果壳色素提取液对供试的菌种均有抑菌作
用,并且与常用防腐剂苯甲酸钠进行比较,在相同浓度
下,苯甲酸钠的抑菌效果不及山竹果壳色素提取液好,
因此用山竹果壳提取物作为天然防腐剂代替化学防腐
剂保藏食品是可行的, 本研究为更好地开发山竹资源
提供了有利的科学参考。
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收稿日期:2011-06-28
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众所周知,类胡萝卜素在淬灭自由基、增强人体免
疫力、促进细胞缝间联接交流和减少慢性疾病等保护
人类健康方面起着相当重要的作用。
一般来说,类胡萝卜素主要通过化学合成法,植物
提取法和微生物发酵法得到[1]。其中化学合成法副产物
多,选择性差,操作条件需高温高压,成本也高。从植物
中提取受制于季节,同时要求有比较高的下游处理技
术,并且产量相对比较低,成本相当高。近年来,人们对
微生物生产类胡萝卜素进行了大量的研究。截止目前
人类已经发现能够产生类胡萝卜素的微生物有真菌、
细菌和藻类等。这些微生物中,红酵母因其营养要求简
单,成本低,发酵周期短,含有丰富的蛋白质,菌体可综
合利用[2],因此具有较大的应用价值和发展前景。
随着类胡萝卜素在人们生活、医疗、保健上的作用
日益受到关注,随着天然类胡萝卜素用量的不断增加,
开发利用天然类胡萝卜素资源已是大势所趋。
本文在前期类胡萝卜素的微生物合成研究基础
大孔吸附树脂对类胡萝卜素的静态吸附研究
刘卉琳1,刘绍1,2,兰时乐3,谢达平3,*
(1.湖南农业大学生物安全与技术学院,湖南长沙 410128;2.湖南农业大学食品科技学院,湖南长沙 410128;
3.湖南农业大学生命科学技术学院,湖南长沙 410128)
摘 要:为寻找大孔吸附树脂对粘性红圆酵母产类胡萝卜素的最佳纯化条件,比较了6种大孔吸附树脂对类胡萝卜素
的静态吸附能力,并对所选择树脂的吸附最佳条件和解吸条件进行了研究。结果表明,DS-401型大孔吸附树脂具有
最佳的吸附和洗脱参数,其最佳工艺为在pH为6.0、温度为25℃、时间为1 h的条件下吸附率最大,可达80.58 %,此时选
用100 %石油醚做解吸剂,于30℃解吸1 h,解吸率最大,可达95.32 %。
关键词:类胡萝卜素;大孔吸附树脂;吸附;解吸
Study on the Static Adsorption for Purification of Carotenoid by Macroporous Resin
LIU Hui-lin1,LIU Shao1,2,LAN Shi-le3,XIE Da-ping3,*
(1.College of Bio-Safety Science & Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,Hunan,China;
2. College of Food Science & Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,Hunan,China;3. College
of Bio-Science & Technology,Hunan Agricultural University,Changsha,410128,Hunan,China)
Abstract:An optimal macroporous adsorption resin was chosen to purify the carotenoid produced by
Rhodotorula mucilaginosa. And its conditions of static adsorption and desorption were studied in this paper. The
result show that DS-401 resin was of excellent adsorption and desorption performance to carotenoid. The optimal
adsorption condition was pH6.0,25 ℃,1 h,adsorption rate was up to 80.58 % . The optimal desorption
condition was 30 ℃,1 h while 100 % petroleum ether was taken as the optimal eluent,the desorption rate was up
to 95.32 %.
Key words:carotenoid;macroporous adsorption resin;adsorption;desorption
作者简介:刘卉琳(1983—),女(侗),在读博士,研究方向:微生物工
程与制剂方面。
*通信作者:谢达平(1945—),男,博士生导师,主要从事酶学理论与
应用研究。
基础研究
食品研究与开发
Food Research And Development
2011年 12月
第 32卷第 12期
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