全 文 ：中 国 酿 造
2014年 第 33卷 第 2期
总第 264期
红叶甜菜（BetavulgarisL.Var. ub）[1]是黎科甜菜属，
俗称紫菜头，为栽培食用甜菜的一个变种，是欧美重要蔬
菜之一[2]，叶脉是紫红色或暗红色，红叶甜菜含有丰富的
微量元素，利用价值最高的是其所含的红色素[3]。前期研
究[4]发现，该色素可见光区有3个吸收峰，波长分别为472nm、
538nm、666nm，但472nm吸收峰不稳定；除pH10外，pH值对
色素颜色影响不大，此色素对热比较稳定，但不耐高温。
众所周知，绝大部分的花色苷的降解符合一级动力
学方程[5-10]，可以用Arrenhenius方程来描述。红叶甜菜红色
素为甜菜苷类色素，其对温度的降解动力学方程是否类似
于花色素类，其降解动力学参数如何值得探讨，因此本实验
主要针对红叶甜菜红色素的降解动力学进行了研究。
1 材料与方法
1.1材料与试剂
红叶甜菜茎：采自湖北民族学院基地。
盐酸、氢氧化钠：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。
1.2仪器与设备
ALPHA1-2真空冷冻干燥机：德国M.CHRIS公司；PHJ-2
型精密数显酸度仪：上海化工研究院仪表厂；SG-4050C型
恒温水浴锅：上海苏豪智能系统有限公司；WFJ7200型可
见分光光度计：上海尤尼柯仪器有限公司；AR823手持式照
度计：上海米联电子科技有限公司。
1.3实验方法
1.3.1甜菜红色素的提取工艺流程
取一定量红叶甜菜切碎，按l∶3料液比（g∶mL）加入蒸
馏水，常温浸提30min，过滤，滤液离心（4800r/min、15min）
即可得色素溶液，将色素溶液于4℃冰箱贮存过夜，4℃离心
（10000r/min、15 ），冷冻干燥得色素样品，备用。
1.3.2红叶甜菜红色素色价
取0.1g冷冻干燥的甜菜红色素水定容至10mL，稀释5
倍后在波长230~700nm处进行色素扫描测定色价[11]。
色价（E1%1cm）=
10×Amax×F
样品质量（g）
式中：Amax为最大吸收峰的吸光度值；F为稀释倍数。
红叶甜菜红色素降解动力学研究
程 超1，2
（1.生物资源保护与利用湖北省重点实验室，湖北 恩施445000；2.湖北民族学院 生物科学与技术学院，湖北 恩施 445000）
摘 要：研究了光照、pH、温度对色素降解特性的影响。研究表明红叶甜菜红色素稳定性受pH、温度、光的影响，光照强度越大红叶甜
菜红色素保存率越低，在pH2~6范围内色素较稳定，统计分析发现pH2、pH4和pH6色素保存率在实验温度下无显著差异；红叶甜菜红
色素的热降解遵循Arrhenius定律，遵循一级降解动力学方程，随温度升高半衰期缩短，pH2、pH4和pH6的活化能分别为67.02kJ/mol、
67.12kJ/mol和67.76kJ/mol，pH2、pH4和pH6的色素溶液在对应温度下的半衰期和活化能无显著差异。
关键词：红叶甜菜；红色素；光照；pH值；热降解
中图分类号：TS201.1 文献标识码：A 文章编号：0254-5071（2014）02-0059-04
doi：10.3969/j.issn.0254-5071.2014.02.014
DegradationkineticsofredpigmentsfromBetavulgaris
CHENGChao1,2
(1.KeylaboratoryofBiologicResourcesProtectionandUtilizationofHubeiProvince,Enshi445000,China;
2.CollegeofBiologicalScienceandTechnology,HubeiUniversityforNationalities,Enshi445000,China)
Abstract:Theeffectsoflight,pHandtemperatureonthedegradationcharacteristicofredpigmentsfromBetavulgariswerestud ed.R sul sshowed
thattheredpigmentspreservationratewasreducedwiththeincreaseoflightintensity.TheredpigmentswerestablewithinpH2-6andtheredpig-
mentspreservationrateatpH2,pH4andpH6hadnosignificantdifferencesthroughstatisticanalysis.Thethermaldegradationofredpigmentsfol-
lowedtheArrheniuslawandthefirst-orderreactionkinetics.Withthetemperaturerising,theshortenhalf-lifeperiodshortened.Theactivationenergy
value for the degradation at pH 2, pH 4 and pH 6 pigment solution during heating was 67.02 kJ/mol, 67.12 kJ/mol and 67.76 kJ/mol, respectively.
Theactivationenergyandhalf-lifeperiodofthepigmentsolutionatpH2,pH4andpH6hadnosignificantdifferences.
Keywords:Betavulgaris;redpigments;light;pH;thermaldegradation
收稿日期：2014-01-09
基金项目：湖北省教育厅青年项目（Q20122903）
作者简介：程 超（1976-），女，副教授，博士，研究方向为食品化学。
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1.3.3红叶甜菜红色素的光稳定性试验
将色素溶液在自然光（180Lux）、日光灯（1540Lux）和
黑暗条件下放置0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3.0h、3.5h、4.0h、
4.5h、 .0h、6.0h、7.0h、8.0h、9.0h、10.0h，在不同时间段分别
取样测定其最大吸收峰出的吸光度值，计算其色素保留率。
色素保留率=
At
A0
×100%
式中：At为t时刻色素的吸光度值；A0为初始色素的吸光
度值。
1.3.4 pH对甜菜红色素的稳定性影响
配制pH为2、4、6、8色素溶液液，分别在50℃加热30min、
60min、90min、120min、150min、180min、210min、240min，
于不同时间取样测定其最大吸收峰的吸光度值，计算色素
保留率。
1.3.5红叶甜菜红色素的热稳定性
配制pH为2、4、6色素溶液，分别放置在50℃、60℃、70℃、
80℃、90℃，分别处理5min、10min、15min、20min、25min、
30min、35min、40min，迅速冷却后测其最大吸收峰的吸光
度值。
1.3.6热降解动力学模型[12-15]
假设红叶甜菜红色素的降解反应遵循一级反应动力
学，反应速率常数和半衰期可利用公式（1）和（2）计算：
ln（C/C0）=-k×t （1）
式中：C为在选择温度条件下加热t段时间后的浓度；C0为
甜菜红色素起始浓度；k为一级反应速率常数，
min-1；t为热处理时间，min。
T1/2=-ln1/2×（ k） （2）
式中：T1/2为半衰期（甜菜红色素保存率为50%的时间）；k为
一级反应速率常数，min-1。
当用差示法测定色素溶液吸光度值时，可用式（3）代
替式（1）。
ln（A/A0）=-k×t （3）
式中：A为在选择温度下加热 t段时间后的吸光度值；A0
为甜菜红色素起始吸光度值；k为一级反应速率常数，
min-1；t为热处理时间，min。
Arrhenius公式表明了花色苷降解的一级动力学模型，
表现活化能Ea和K0可以从一级反应速率常数的对数
（lnk）对热力学温度的倒数（1/T）的作图中求出；现假设红
叶甜菜红色素的降解符合Arrhenius方程，则有：
k=K0exp（-Ea/RT）
lnk=-Ea/RT+lnK0
式中：k为一级反应速率常数，min-1；K0为频率常数，min-1；Ea
为表观活化能，kJ/mol；R为摩尔气体常数，8.314kJ/
（mol·K）；T为热力学温度，K。
1.3.7数据分析
所有实验均重复3次，采用SPSS16.0软件进行显著性
分析。
2 结果与分析
2.1红叶甜菜红色素光谱特征图
由图1可以看出，红叶甜菜红色素在可见光区主要有2
个吸收峰，选择与其色泽紧密相关的波长即538nm进行其
吸光度值的测定，并以波长538nm处的吸光度值的变化表
示其色泽的变化。按照实验方法1.3.2测定得到红叶甜菜红
色素的色价为1825，此颜色很鲜艳，具有很大的开发利用
前景。
2.2光照对红叶甜菜红色素的稳定性影响
绝大多的天然色素都是光敏性物质，光照会促进天然
色素的光分解。在食品贮运、销售过程中，环境的光强度
会影响食品色泽。物体表面所被照亮的程度可以用光照
度（Lux）表示，不同光强度的条件下红叶甜菜红色素的稳
定性变化如图2所示。
由图2可知，红叶甜菜红色素的水溶液在光照条件下
存放，色素保留率比避光保存低，且随着光照强度越大，色
素保留率下降越显著，说明光照会导致红叶甜菜红色素的
破坏，使用时应注意避光保存。
2.3 pH对红叶甜菜红色素的稳定性影响
由图3可知，红叶甜菜红色素随处理时间延长，其保存
图2 不同光照下红叶甜菜红色素的保存率
Fig. 2 Preservation rate of B. vulgaris red pigments at different light
图1 红叶甜菜色素的紫外扫描图谱
Fig. 1 Ultraviolet scan of B. vulgaris pigment
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率逐渐下降。不同pH缓冲体系中，红叶甜菜红色素的保存率
不同，在pH2~6条件下处理4h，色素较稳定，保存率在90%
以上，统计分析发现pH2、pH4和pH6色素保存率无显著差
异，但这3种pH的色素溶液的稳定性极显著的高于pH8的。
2.4温度对红叶甜菜红色素稳定性的影响
从图4可以看出，在同一温度时，红叶甜菜红色素随热
处理时间的延长，吸光度值逐步降低；随温度升高，同一
热处理时间内色素的吸光度值保留率逐步降低，说明红
叶甜菜红色素对热力处理具有一定的敏感性，在红叶甜菜
红色素的应用中应避免长时间高温处理。
2.5红叶甜菜红色素的热降解动力学参数
设At为加热tmin时的吸光度值，A0为初始吸光度值，k
为速率常数，t为热处理时间，b为常数；将不同温度下的色
素保存率取对数，并绘制-ln[At/A0]-t关系图（见图5）。由图
5可知，-ln[At/A0]-t呈直线关系，说明红叶甜菜红色素的热
降解遵循一级反应的动力学规律。
经数学处理可得到不同温度下红叶甜菜红色素热降
解的热动力学参数Ea、半衰期T1/2（见表1）。由表1可见，红
叶甜菜红色素的热降解随温度升高降解速率加快，半衰期缩
短。通过对表1的色素溶液的不同pH色素溶液不同处理温
度的半衰期和活化能的显著性分析发现，pH2、pH4和pH6的
色素溶液在对应的温度下的半衰期无显著差异，而不同pH
色素溶液的活化能也无显著差异。
图3 不同pH红叶甜菜红色素的保存率
Fig. 3 Preservation rate of B. vulgaris red pigments at different pH
图4 不同温度红叶甜菜红色素的保存率
Fig. 4 Preservation rate of red pigments at different temperature
图5 红叶甜菜红色素的-ln[At /A0]-t关系图
Fig. 5 The ln[At /A0]-t of B. vulgaris red pigments
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3 结论
本研究表明，红叶甜菜红色素的色价值为1825，颜色
很鲜艳，具有开发利用价值。光照会导致红叶甜菜红色素
的破坏，pH2、pH4和pH6色素保存率无显著差异，但这3种
pH色素溶液的稳定性极显著的高于pH8的。红叶甜菜红色
素的热降解随温度升高降解速率加快，半衰期缩短。红叶
甜菜红色素的热降解遵循Arrhenius定律，遵循一级降解动
力学方程，pH2、pH4和pH6的活化能分别为67.02kJ/mol、
67.12kJ/mol和67.76kJ/mol，显著性分析发现，pH2、pH4和
pH6的色素溶液在对应的温度条件下的半衰期无显著差异。
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表1 红叶甜菜红色素的降解参数
Table 1 Degradation parameters of Beta vulgaris red pigments
样品 pH2.0 pH4.0 pH6.0
温度/℃
T1/2/h
Ea/（kJ·mol-1）
50
276.2
67.02
60
155.8
70
76.09
80
28.44
90
20.79
50
276.2
67.12
60
153.4
70
75.42
80
8.29
90
20.59
50
277.3
67.76
60
154.0
70
74.53
80
27.84
90
20.21
ResearchReport
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刊（国内统一刊号CN11-1818/TS，国际标准刊号ISSN0254-5071，广告许可证号：京宣工商广字第0033号）。全国各地邮局均可订
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