全 文 ：1 概述
牡丹是我国传统名贵花卉之一,花大色艳,富
丽堂皇,被誉为国色天香,称为“花中之王”。近年
来种植地得到了大规模发展,成为种植地农业及旅
游业的支柱产业之一。
牡丹花种植周期长、投资大、花期短,要求有适
宜的气候条件,国际和国内市场价格较高。但牡丹花
保鲜要求高,长途运输困难,影响了牡丹花市场的进
一步拓展,每年有数千万支牡丹花白白地浪费掉。
干燥花是近年来在国内刚刚兴起的一类新型装
饰品,而在国外已有较久远的发展历史。干花保存方
便,观赏期长,不受季节限制;除家庭、商店、酒店、餐
厅广泛应用外,还可作为庆典礼品、参加大型花卉展
览等。加工牡丹干花,可克服牡丹花种植的区域性限
制和鲜花运输困难,能满足更大范围内的需求,有利
于充分发挥牡丹种植地区的资源优势[1,2]。
目前国内的干燥花生产工艺和生产技术与国
外相比差距较大[3],干花产品的品质也相对较差。由
于各个国家采取了技术保护措施,在该领域无法借
鉴别国的先进制作工艺,只能自行研制开发。在研
究人员的共同努力下,近年来花卉的干制技术已取
得了一定的成就,但仍受干花制作水平的限制,在
选择干燥花原材料时,往往以繁生小花类、蕨类、叶
材、果穗等植物为主,干燥花品种仍比较单一[4]。因
此,研究牡丹这种含水量高的大花朵花材的干花制
作技术,有利于促进我国干燥花品种的多样化。
最近几年,牡丹干花的制作技术已有了一定的
进展,但干燥过程牡丹花的颜色会发生一定的变
化,影响了干花产品的品质。研究牡丹花干燥过程
中的色变机理,目的是为牡丹干花制作过程的护色
提供理论依据。
2 植物材料的色变
植物材料在干燥过程和干燥后的贮存过程中
色彩会发生不同程度的变化,我们称这种现象为色
变。根据干燥过程中色泽变化的不同,可将它们分
为以下几种类型[5～8]:
2.1 褐变
植物材料在干制过程出现的颜色向褐色转变
的现象,称为褐变现象。在大多数植物材料的干燥
过程中,外观上的褐变现象并不都是表现为褐色。
引发褐变的因素很多,水分、温度、氧气、光、酶都是
使植物材料褐变的主要因素。褐变的过程也较为复
杂,褐变因底物和反应条件的不同又分为酶促褐变
和非酶褐变。
①酶促褐变
摘 要:在牡丹花红色素理化性质研究的基础上,对品种为“洛阳红”的牡丹花在干燥过程和干花自
然存放过程色变的机理作了探讨。研究发现,牡丹花干燥过程中细胞内水分去除引起的 pH值变化和细
胞内酶的作用是导致牡丹花干燥过程花瓣变色的两个决定性因素。在牡丹干花自然存放过程中引起花材
色变的主要因素是紫外线和氧气。
关键词:牡丹;干燥;色变
中图分类号:S609.3 文献标志码:A 文章编号:1727—3080(2007)03—0128—06
牡丹花干燥过程中色变机理分析
朱文学,钟莉娟,段 续,张玉先
(河南科技大学食品与生物工程学院,河南 洛阳 471003)
收稿日期:2007-04-20
作者简介:朱文学,教授,博导,主要从事农产品干燥和农产品功能成
分的研究。E-mail:zwx@mail.haust.edu.cn。
干 燥 技 术 与 设 备
DryingTechnology&Equipment 2007年第5卷128· ·
这是一种在酶的作用下引起的褐变现象。植物
材料中的酚类物质,在氧化酶和过氧化物酶的作用
下极易氧化生成黑色物质,使植物材料呈现褐色。
植物材料中常见的酶促褐变的底物有单宁类
中的儿茶酚以及与儿茶酚结构相似的酚类物质,在
降解过程中会发生如图1所示的反应。
酶促褐变发生的快慢及褐变程度,常与植物材
料内的氧化酶和过氧化酶的活性及底物的含量有
关,酶的活性越大及酶促反应底物含量越高,其褐
变速度就越快。
②非酶褐变
在干燥花制作过程中和装饰期间都可能发生
非酶褐变。
常见的非酶褐变为羰基氨基反应。植物材料中
氨基酸的游离氨基和糖的醛基作用生成复杂的络
合物。氨基酸可与含有羰基的化合物如各种醛类和
还原糖起还原反应,使氨基酸和还原糖分解,分别
形成相应的醛、氨、二氧化碳和羟甲基呋喃甲醛。而
羟甲基呋喃甲醛易与氨基酸和蛋白质化合生成黑
蛋白素。黑蛋白素的形成与氨基酸和还原糖的含量
成正相关。
人们在实验研究中发现,褐变现象既可因酶促
褐变引起,也可因非酶褐变引起,有时是二者同时
发生所造成的。防止褐变现象的发生是干燥花保色
工艺中一个极为重要的问题。
2.2 褪色
植物材料在干燥过程中和干燥以后,常会出现
花瓣无任何颜色的情况,这种现象称为褪色现象。
属于这一类型的植物材料,其花瓣大多含有黄
酮类和花色素。在干燥过程和干燥以后,其花瓣中
的色素逐渐被分解而渐渐失去原有的颜色。造成色
素分解的原因,首先是色素本身的稳定性差;其次
是细胞结构在干燥过程发生变化,细胞的膜结构被
破坏,释放出来的氧化酶类将色素分解。整个反应
过程,均有氧化酶和过氧化物酶参与。在反应过程
中,色素分解前还会出现醌类物质,因此褪色现象
常伴随有褐变现象。
2.3 颜色迁移
在植物材料的干燥过程中,还常会出现颜色的
较大变化。
属于这一类的植物材料,花瓣中所含的色素基
本稳定,在干燥过程不受外界因素影响而发生变
化。这种变化,推测是在干燥过程中细胞内pH值以
及胶体状态变化造成的,例如水分含量降低往往使
胶体状态增强,从而使花色素在细胞内由游离状态
变为胶体状态,外观颜色由红色向蓝色转变。
2.4 色泽深化
植物材料在干制过程基本保持原色,而水分的
丧失会使色泽变暗,在视觉效果上表现出来的是颜
色由浅变深。
属于这一类的植物材料,花瓣中所含色素多为
比较稳定的胡萝卜素、与金属离子络合的花青素
类。在干制的过程中这些色素的稳定性受外界因素
的影响较小,基本保持着它固有的性质和状态。颜
色变深的原因主要是干制过程细胞质相应缩小,单
位面积上的色素含量相应增加和组织结构的变化。
3 牡丹花干燥过程中色变机理分析
通过对品种为“洛阳红”的牡丹花红色素理化
性质的研究,发现对花色起主要作用的色素是花色
素。对该种花色素进行光谱分析判定,牡丹花红色
素主要为花青定[9]。该色素易溶于水、乙醇等有机溶
剂,难溶于乙醚、丙酮等非极性溶剂。在酸性条件下
色素比较稳定、颜色鲜艳,当 pH<3时色素溶液对
光、热较稳定。色素耐还原性较差,耐氧化性更差。
3.1 花色素的主要结构
酚类色素可分为黄酮类、花色素和单宁类三大
类。它们是植物中水溶性色素的主要成分,为多元
酚的衍生物。
花色素具有类黄酮的典型结构,是2-苯基苯
骈吡喃阳离子的衍生物;以C6-C3-C6为基本骨
朱文学等. 牡丹花干燥过程中色变机理分析第3期 129· ·
表1 几种常见的花色素
名称
天竺葵色素/花葵素(天竺葵定)
矢车菊色素/花青素(矢车菊定/花青定)
飞燕草色素/翠雀素/花翠素(飞燕草定)
芍药色素(芍药定)
牵牛色素(牵牛定)
锦葵色素(锦葵定)
R1
H
H
OH
OCH3
OCH3
OCH3
R2
H
OH
OH
H
OH
OCH3
颜色
砖红色
紫红色
蓝紫色
紫红色
蓝紫色
蓝紫色
架,结构如图2所示。由于B环各碳位上取代基的
不同 (或为羟基或为甲氧基) 而形成了各种花色
素。在植物材料中广泛存在的花色素以天竺葵色
素、矢车菊色素、飞燕草色素为主[10,11],由此再衍生
出另外三种花色素,如芍药色素、牵牛色素和锦葵
色素,其结构如表1所示。在自然界,花瓣内的花色
素都与糖类以糖苷键结合成为糖苷 (又称花色素
苷),广泛存在于植物的花、果实、茎、叶和根器官的
细胞液中,因具有吸光性而使植物呈现出粉色、紫
色、红色及蓝色等不同的颜色。
3.2 花色素的主要性质
花色素颜色受介质 pH值影响很大,随 pH值
变化而改变,其原因是花色素结构中吡喃杂环上的
氧原子为四价,使其表现出某些碱的性质;而本身
的酚羟基又呈现酸性,因此在酸、碱作用下花色素
的分子结构会发生变化,与酸、碱作用形成盐。以花
青素为例,如图3所示。
花色素在酸和酶的作用下,会发生分解。
花色素对光和温度也很敏感,长时间的加热会
使花色素褪色,主要是由于生成无色的查尔酮式结
构。有资料表明,花色素分解的最高温度是110℃左
右,建议在花色素加工中,温度低于60℃[12]。含花色
素的干花在光和温度作用下会很快褪色。
花色素溶液自然地放置在空气中,会发生分解
和褪色情况,而且含量明显下降,这是由于空气中
氧作用的结果。
花色素能和一些化合物发生加成或缩合反应,
生成一种无色的化合物,使花色素褪色,例如亚硫
氢酸盐、糠醛、抗坏血酸等。
除此之外,各种无机盐对花色素的稳定性也有
不同的影响。花色素在植物体中往往和其它化合物
形成复合物,有时又与K、Mg、Fe、Al等金属离子相
螯合,这时不再受pH值的影响而变色。
3.3 牡丹花干燥过程的色变机理
为研究牡丹花干燥过程中的色变机理,对品种
为“洛阳红”的牡丹花进行自然干燥。干燥过程中
紫红色的牡丹花花瓣出现了较明显的颜色变化,干
后的花瓣呈现红褐色;干花在自然条件下存放一段
时间后,红色逐渐褪去,呈现黄褐色。
在植物材料干燥过程中引起植物材料色变的
内部因素有水分、pH值等;引起植物材料色变的外
部因素有温度、氧气、光、微生物等[13～15]。内部因素和
外部因素的综合作用引起了植物材料在干燥过程
的颜色变化。通过试验,分析品种为“洛阳红”的牡
丹花在干燥过程和干燥后出现的色变现象主要是
干 燥 技 术 与 设 备
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表3 牡丹花色素在不同pH值的显色情况
pH
颜色
0.9
鲜红色
1.9
鲜红色
3.07
淡紫红
4
淡紫红
4.9
淡紫红
6.02
微紫红
6.9
紫色
8
淡紫色
9
草绿色
10
深草绿
11
深草绿
12
黄绿色
13
黄绿色
表2 植物花瓣的pH值及其颜色
植物名称
秋海棠(紫色施瓦别兰多)
杜鹃花(芳里亚)
凤仙花(橙)
八仙花(马里巴尔)
芹叶太阳花
飞燕草(喜夏飞燕草)
矢车菊(蓝宝依)
长春花
三色堇(蓝色代尔夫特)
桔梗(玫瑰色桔梗)
牵牛花(天蓝色牵牛)
花瓣的pH值
2.5
3.1
3.5
4.0
4.4
5.1
5.3
5.5
5.9
6.4
7.5
花瓣的颜色
深红橙色
带有浅黄色的橙色
橙色
紫桃红色
紫红色
蓝紫色
蓝色
蓝紫色
紫色
紫桃红色
蓝色
以下几个方面综合作用的结果。
3.3.1 花瓣结构
花瓣中的色素只存在于花瓣的表皮或者非常
靠近表皮的地方,花瓣的呈色原理如图4所示。上
表皮和与其相连接的栅栏状部分为色素层,色素层
下面的海绵状部分是反射层,射到花瓣上的光线穿
过色素层,在反射层折回并再度通过色素层而进入
我们的视线。因为光线通过色素层,所以能感觉到
它的绚丽多彩的色泽。因此,花瓣之所以能呈现出
不同的颜色,除了花瓣内部色素种类和含量的不同
外,花瓣表皮细胞海绵层的厚度和细密程度也起着
决定性的作用。
3.3.2 水分
在植物液泡中,花色素苷以阳离子的形式存
在。20世纪初Wilstater提出了蓝色花的细胞液呈
碱性,红色花的细胞液呈酸性的假说,但这一假说
很快就被驳斥。1919年Shibata等提出不论哪种颜
色的花、果或叶片其pH值均在2.8～6.2之间,即都
是弱酸性或中性。但到了70年代,Stewart等通过微
量比色法测定了 250多种花瓣细胞液的 pH值,发
现其范围在2.5～7.5之间,而且红色花的表皮细胞
较蓝色花呈较强的酸性,部分植物花瓣的pH值如
表2所示。通过对牡丹花红色素在不同pH值的显
色情况的研究,可以断定紫红色的“洛阳红”花瓣
细胞内呈酸性。
研究发现,花色素在试管内,若为碱性时呈蓝
色,中性时呈紫色,酸性时呈红色。在酸性条件下,
其红色色调之间也有很大差别,酸性越强,红色色
调越重;酸性越弱,其紫色色调越重,如图5所示。
同样,花瓣内部酸度的细微差异也会改变花瓣
中的花色素的色调,而且,在实际的花瓣中酸度的
差异远远超出了试管中色调的变化范围。对于“洛
阳红”来说,其红色素在不同的 pH值下颜色变化
情况如表3所示。从表中可以看出,其颜色变化的
趋势符合花色素在不同pH值下的颜色变化情况。
朱文学等. 牡丹花干燥过程中色变机理分析第3期 131· ·
在植物体内,花色素主要存在于植物材料的细
胞液内。在对花瓣细胞呈现酸性的牡丹花进行干燥
时,随着花瓣内水分的不断减少,花瓣细胞内的可
溶性物质的浓度逐渐增大,细胞液的酸性逐渐增
强,pH值逐渐降低,花瓣内花色素的颜色发生红
移。因此,在对牡丹花进行干燥的过程中,由于水分
的丧失而导致的花瓣细胞内pH值的变化是引起牡
丹花发生颜色变化的一个不可忽略的重要因素。
3.3.3 酶
鲜花自然干燥的过程实质上就是鲜花采后不
断衰老的过程。在鲜花衰老的过程中,核酸酶的活
性明显加强,转化酶的活性减弱[16]。SOD(超氧化物
歧化酶) 是公认的与活性氧代谢密切相关的酶类,
在众多的试验中 SOD活性与植物抗氧化胁迫能力
呈正相关,SOD的活性均呈先升后降的趋势。CAT
(过氧化氢酶)活性的变化和SOD有着相似的先升
后降趋势。POD(过氧化物酶)的活性在鲜花衰老的
过程中一直呈上升趋势。MDA(丙二醛)是由膜质
中不饱和脂肪酸发生膜质过氧化作用而产生的,随
着鲜花的衰老,超氧自由基含量增加,导致氧化产
物MDA的增加。由于MDA含量的增多,导致膜的
渗漏,从而加速了衰老进程。
有资料表明,在矢车菊的蓝色花中,花色素的
含量为其干重的0.05%,而在深紫色花中,花色素的
含量为其干重的13%～14%,显然,花色素的总量对
花的颜色起了重要的作用。紫红色“洛阳红”牡丹
花,其花瓣内的花色素含量较高,以花色素苷的形
式存在于花瓣表皮细胞的液泡中,因而花材的外观
颜色在很大程度上直接取决于花瓣细胞内花色素
苷的含量及其存在的状态。
在干燥过程中,SOD的活性下降,POD的活性
上升,使得自由基的产生和消除之间的平衡遭到破
坏。超氧自由基的积累引发了膜质过氧化作用,使
得MDA的含量增加,膜的结构破坏受损,膜的透性
加大,氧化酶类释放出来将色素彻底分解。色素的
分解使得花瓣细胞内花色素苷的含量和存在的状
态发生了变化,从而导致花瓣颜色发生变化。整个
反应过程均有氧化酶和过氧化物酶的参与,在色素
的彻底分解前还会出现醌类物质,因此褪色的同时
还伴有一定的褐变现象,褪色现象表现的并不明
显。在牡丹花干燥后的保存过程中,也会出现类似
的褪色、褐变现象,此时的褪色现象表现的较为突
出。
随着干燥过程的不断进行,牡丹花中的酚类色
素不断被分解破坏,氧化酶和过氧化物酶的活性也
逐渐增大,为酶促褐变反应的发生创造了有利条
件。
3.3.4 氧气
在对牡丹花红色素稳定性的研究中也发现,其
耐氧化性较差。所以,牡丹花在常温下干制及牡丹
干花存放的过程中,酚类物质的氧化对花瓣颜色引
起的变化也不容忽视。鲜花中,花瓣细胞具有完整
的超微结构,存在一定的区域化,采后干燥过程花
瓣的迅速失水,导致细胞区域化的解除,酚类物质
从液泡中泄出,从而可直接与空气中的氧接触,从
有机化学的观点来看,空气中的氧能使苯酚氧化,
多元酚则更易氧化。
3.3.5 光
光是促成光敏氧化反应和光解作用的主要因
素,特别是紫外线。在牡丹花的干制和保存过程中,
由于含有酚类色素,会发生光氧化反应和光解作
用,使色素分解而出现褐变和褪色现象。但是,在对
牡丹花红色素理化性质的研究中发现,短期光照对
牡丹花色素的稳定性影响不大;而且由于光敏氧化
反应和光解作用的速度较酶促氧化反应慢得多。因
此,光并不是引起牡丹花干制过程色变的一个主要
因素。而在牡丹干花的自然存放的过程中出现的褪
色或褐变现象,在很大程度上是光影响造成的。
4 结论与建议
(1)牡丹花“洛阳红”在干燥过程和存放过程中
发生的颜色变化,与花材内部的色素结构、外部环
境条件以及干燥过程中不同的干燥方法都有关,是
多种因素相互作用的结果。
(2)干燥过程中牡丹花花瓣颜色变化起决定性
作用的因素,一个是干燥过程细胞内水分的丧失引
起了细胞内pH值的变化;另一个是在细胞内酶的
作用下色素被分解,使花瓣细胞内花色素苷的含量
和存在状态发生了变化。
干 燥 技 术 与 设 备
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StudyonPeonyColor-transformationMechanisminDrying
ZHUWen-xue,ZHONGLi-juan,DUANXu,ZHANGYu-xian
(ColegeofFood&Bioengineering,HenanUniversityofScienceandTechnology,Luoyang471003,China)
Abstract: Basedonthephysicalandchemicalpropertiesoftheredpigmentinpeonyflower,themechanismsofcolor
transformationinthecourseofluoyang-redpeonydryingandinnaturalstorageofdriedflowersareanalyzed.Thispaper
showsthatthechangeofpHvaluecausedbythelossofwaterinthecelsandtheefectsofenzymaticarethetwocrucial
factorsforthecolortransformationduringpeonydrying.Andtheultravioletandoxygenarethetwomainfactorsforthe
colortransformationinthecourseofnaturalstorageofdriedpeonyflowers.
Keywords:Peony;Drying;Color-transformation
(3)在对牡丹花进行干燥前,应通过改变花材细
胞液内pH值、钝化细胞内酶活性这两方面进行护
色处理。改变花材细胞液内的pH值主要通过加入
一定的酸来进行调整;钝化细胞内色素酶的活性主
要是通过对色素分子实行引进集团或攫取集团的
置换反应、络合反应等,以增加花瓣内色素的稳定
性。
(4)在牡丹干花自然存放的过程引起花材发生
色变的主要因素是光和氧气的作用。因此应将牡丹
干花存放于密闭、避光的环境,并与潮湿空气隔绝。
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祝贺本刊被美国《化学文摘》(CA),
美国《剑桥科学文摘》(CSA)收录
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