全 文 ：收稿日期:2004-09-28
作者简介:占达东(1963-),男 , 海南海口人 ,琼州大学化学系副教授.
第 23卷第 3期 海 南 大 学学 报自 然 科 学版 Vol.23 No.3
2005年 9月 NATURAL SCIENCE JOURNAL OF HAINAN UNIVERSITY Sep.2005
文章编号:1004-1729(2005)03-0233-05
参薯色素的稳定性研究
占达东 ,陈娃姑 ,黄宏健
(琼州大学 化学系 , 海南 五指山 572200)
摘 要:研究了 pH 值 、温度 、光照 、金属离子 、几种食品添加剂和氧化还原剂等对紫色参薯色素
稳定性的影响.结果表明 , 色素颜色随着溶液的 pH 值改变而变化;温度 、蔗糖 、苯甲酸钠 、维生素
C 、Na+、Cu2+ 、 Ca2+ 、Zn2+对色素影响很小 ,而光照 、H2O2 、 SO2-3 对色素有影响.
关键词:天然色素;参薯;稳定性
中图分类号:TS 264.9 文献标识码:A
色素的使用历史悠久 ,然而目前食品工业使用的色素多为合成色素 ,大多数合成色素带有
一定程度的毒性 ,长期使用会危害人的健康 ,而从粮食作物中提取的天然色素安全 、无毒 ,且含
有一定的营养成分.随着科学技术的发展和人类对健康的重视 ,人们必将逐步控制合成色素的
用量 ,而对天然色素的需求量会越来越大 ,因此 ,天然色素越来越引起了科研领域的关注.
参薯(Dioscorea alata L)也称大薯 ,分布于海南 、广东 、广西 、湖南 、湖北 、福建 、四川 、云南 、
贵州 、江西;也分布于亚洲其他热带地区.其茎为缠绕藤本 ,块茎野生的多为圆柱形或棒状 ,栽培
的形状变化较大 ,有掌状 、棒状或圆锥形 ,其表面为棕色或黑色 ,断面为白色 、黄色或紫色.它可
人工栽培或野生在山脚 、山腰和溪边的微酸性黄壤或红壤上 ,其块茎可作蔬菜食用;部分地区还
用其替代“淮山”入药[ 1] .在海南有紫色参薯种属 ,它的种植面广 ,产量高 ,是人们喜爱的一种粮
食作物.由于紫色参薯中含有大量的花青素 ,因而其呈现鲜艳的紫色 ,而这种参薯紫色素可作为
一种天然的食用色素 ,因此对其进行研究有重要意义.尽管现有的文献对粮食作物中天然色素
性质的研究报道较多[ 2～ 6] ,但尚未有关于参薯色素性质的研究报道.为此 ,笔者从紫色参薯中提
取了参薯色素 ,研究了食品中常见的几种食品添加剂 、金属离子对其稳定性的影响 ,以及该色素
的耐酸碱性 、耐光性 、耐热性 、抗氧化还原性等 ,旨在为参薯的深加工及其色素的应用提供依据.
1 材料与方法
1.1 材料 、试剂及仪器 于海南省五指山市农贸市场购得紫色参薯 ,并提取分离出其中的色
素 ,然后用自提取的参薯色素配成 ρ=5 g·L-1的溶液备用.
所用试剂为:蔗糖 、苯甲酸钠 、柠檬酸 、维生素 C 、硫酸铜 、硫酸钠 、硫酸锌 、无水氯化钙 、亚
硫酸钠(均为分析纯).
所用仪器为:DS-1高速组织捣拌机(上海标本模型厂);AR2140型电子天平(MADE FOR
OHAUS CORD Pine Brook NJ USA);UV-2100双光束紫外可见分光光度计(北京瑞利分析仪器公
DOI :10.15886/j.cnki.hdxbzkb.2005.03.010
司);PHS-P1型酸度计(SHANG HAI DAZHONG ANALYTICAL INSTRUMENTS FACTORY ,CHINA).
1.2 方 法
1.2.1 不同 pH值对参薯色素稳定性的影响 用盐酸 、氢氧化钠溶液配制 pH 值为 1 ～ 12的系
列色素溶液 ,并在室温下观察不同 pH 值的参薯色素溶液的颜色及吸收光谱的变化.
1.2.2 温度对参薯色素稳定性的影响 将相同质量浓度的色素溶液在30 ,40 、50 、60 、70 、80 、100
℃下恒温 30 min ,测其波长在 540 nm处的吸光度.
1.2.3 光照对参薯色素稳定性的影响 将相同质量浓度的色素溶液分别置于日光直射 、室内
自然光照射 、室内避光存放的条件下 ,定时测其波长在 540 nm处的吸光度.
1.2.4 常见食品添加剂对参薯色素稳定性的影响 配制不同质量浓度的蔗糖 、维生素 C 、苯甲
酸钠溶液 ,加入等量的参薯色素溶液 ,常温下静止 30 min ,测其波长在 540 nm处的吸光度.
1.2.5 氧化还原剂对参薯色素稳定性的影响 配制不同质量浓度的过氧化氢 、亚硫酸钠溶液 ,
分别加入等量的参薯色素溶液 ,在常温下静止 30 min ,测其波长在 540 nm处的吸光度.
1.2.6 金属离子对参薯色素稳定性的影响 配制不同质量浓度的 Na2SO4 、CuSO4 、CaCl2 、ZnSO 4
溶液 ,分别加入等量的参薯色素溶液 ,在常温下静止 30 min ,测其波长在 540 nm 处的吸光度.
2 结果与讨论
2.1 不同 pH值对参薯色素稳定性的影响 在波长为 200 ～ 700 nm的范围内对参薯色素溶液
进行光谱扫描 ,测定其吸收光谱图 ,并观察其颜色的变化 ,试验结果如表 1和图 1所示.
表 1 pH值对参薯色素可见光谱的影响
pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
吸收峰 527 530 532 538 540 540 542 540 416 414 404 402
波长 nm 578 578 580 580 584 588
吸光度 0.295 0.296 0.310 0.244 0.212 0.206 0.211 0.215 1.127 1.552 1.980 2.003
0.168 0.191 0.198 0.227 0.267 0.239
颜色变化 红色 红色 红色 粉红 粉紫 紫色 紫色 蓝紫 蓝绿 黄棕 黄棕 黄棕
花青素类色素是各种花色苷的总称 ,广泛存在于植物的花 、叶 、茎 、果实和块根中.花青素类
色素在 510 ～ 540 nm的波长范围有特征吸收峰[ 3] ,由图 1可知 ,参薯色素溶液在 527 ～ 540 nm的
波长范围有吸收峰 ,由此确认参薯色素为花青素类物质.花青素的颜色可随 pH 值的变动而改
变 ,这是由于在 pH 值变化时花青素发生了分子结构的改变 ,花青素在水溶液中存在 4 种变
体[ 3] :即红色的黄盐离子 AH+ 、蓝色的醌基 A和无色的假碱 B 、查尔酮 C ,它们之间存在着 3种
平衡转换:
AH
+(红色) A(蓝色)+H+(酸式平衡)
AH
+(红色)+H2O B+H+(水化平衡)
B C(链-环平衡)
从表1和图1可知 ,参薯色素的吸收波长 、吸光度与pH值有关.在紫外光区290 nm附近 ,参薯
色素有一个吸收峰.当 pH=1 ～ 3时 ,色素颜色为红色 ,在可见光区 530 nm 附近有一个吸收峰;当
pH=4 ～ 9时 ,色素颜色由粉红经紫色变至蓝绿色 ,在可见光区 540 nm和 580 nm附近有两个吸收
峰;在中性条件下 ,参薯色素在可见光区的两个吸收峰互相作用 ,使参薯色素显紫色;当 pH=10 ～
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12时 ,颜色为黄棕色 ,在414 nm附近的吸收峰向紫外光区移动 ,而 580 nm附近的吸收峰消失.
波长 nm
图 1 参薯色素吸收光谱特性
当参薯色素从酸性调至中性 ,再调至碱性时 ,色素颜色
由红色经紫色变为棕黄色;相反 ,当参薯色素从碱性调至中
性 ,再调至酸性时 ,色素颜色由棕黄色经紫色变为红色.说
明参薯色素的基本结构没有改变.
将参薯色素与紫色甘薯色素的吸收光谱[ 2 ～ 4] 进行比较.
可发现:pH=4 ～ 9时 ,参薯色素在 530 ～ 600 nm处有双吸收
峰 ,而紫色甘薯色素只有一个吸收峰 ,由此确定 ,参薯色素
与紫色甘薯色素是两种不同的花青素类物质.
2.2 温度对参薯色素稳定性的影响 图 2表明 ,当温度在
100 ℃以内时 ,参薯色素的吸光度变化不大 ,参薯色素稳定.在 80 ℃条件下分别加热 1 h 、2 h 、3
h 、4 h 、5 h ,测其波长在 540 nm处的吸光度 ,由图 3可见 ,吸光度改变很小 ,加热时间对色素稳定
性的影响较小 ,由此说明温度对参薯色素的稳定性没有影响.
温度 ℃
图 2 温度对色素的影响
时间 h
图3 加热时间对色素稳定性的影响
2.3 光照对参薯色素稳定性的影响 图 4表明 ,在室内自然光照射 、室内避光保存条件下 ,10 d
后 ,色素在波长为540 nm处的吸光度开始下降 ,色素由红逐渐变为黄色 ,并且在自然光照射条件下
下降较大 ,这说明长时间放置对色素的稳定性有影响.
图5表明 ,随着直射光照时间的增加 ,色素的吸光度逐渐降低 ,并且色素由红色逐渐变为橙
红色 ,这说明长时间光照对该色素稳定性有影响.
时间 d
图 4 光照对色素稳定性的影响
时间 h
图 5 日光照射对色素稳定性的影响
2.4 常见食品添加剂对参薯色素稳定性的影响
2.4.1 蔗糖 、苯甲酸钠对参薯色素的影响 在食品中常加入蔗糖作甜味剂 ,图 6表明 ,随着蔗
糖质量浓度的增加 ,吸光度变化不大 ,这说明 ρ<50 g·L-1的蔗糖对参薯色素稳定性没有影响.
苯甲酸钠是食品中常用的保鲜剂.由图 7可见 ,苯甲酸钠对参薯色素吸光度的影响不大 ,说
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蔗糖质量浓度 (g·L-1)
图 6 蔗糖对参薯色素的影响
苯甲酸钠的质量浓度 (g·L-1)
图 7 苯甲酸钠对参薯色素的影响
明 ρ(苯甲酸钠)<0.5 g·L-1时对参薯色素的稳定性没有影响.
2.4.2 维生素 C对参薯色素稳定性的影响 维生素C 存在于许多食品中 ,图 8表明 ,随着维生
素C 质量浓度的增高 ,吸光度逐渐增大 ,颜色变深 ,当维生素 C质量浓度大于0.1 g·L-1时 ,吸光
度变化不大 ,这可能是因为 pH值变小引起的 ,这说明维生素 C对参薯色素有一定的护色作用.
维生素 C 质量浓度 (g·L-1)
图 8 维生素 C 对参薯色素稳定性的影响
过氧化氢的质量浓度 (g·L-1)
图 9 过氧化氢对参薯色素的影响
2.5 氧化还原剂对参薯色素稳定性的影响
2.5.1 过氧化氢对参薯色素稳定性的影响 图 9表明 ,随着过氧化氢质量浓度的增大 ,色素的
吸光度降低较多 ,颜色变浅 ,说明过氧化氢对参薯色素的稳定性有较大的影响.
2.5.2 亚硫酸钠对参薯色素稳定性的影响
图10表明 ,随着亚硫酸钠质量浓度的增大 ,色素的吸光度逐渐降低 ,说明亚硫酸钠对参薯
色素有影响.
2.6 金属离子对参薯色素稳定性的影响 在食品中含有多种金属离子 ,这里只对几种常见离
Na2 SO3 的质量浓度 (mg·L-1)
图 10 亚硫酸钠对色素的影响
离子质量浓度 (mg·L-1)
图 11 金属离子对色素稳定性的影响
子进行研究.图 11表明 ,质量浓度在80 mg·L-1以下的钠离子 、锌离子 、铜离子和质量浓度在 400
mg·L-1以下的钙离子对参薯色素的影响不大 ,说明这些离子对参薯色素的稳定性没有影响.
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3 结 论
1)在不同的 pH值条件下 , 参薯色素呈现出不同的颜色.当 pH≤4.0时呈现鲜艳的红色 ,当
5
2)参薯色素属水溶性色素 ,在温度 100 ℃以下具有良好的稳定性 ,且蔗糖 、苯甲酸钠 、维生
素C 、钠离子 、铜离子 、钙离子 、锌离子对其影响很小.
3)长时间光照对色素稳定性有影响 ,应避光保存;氧化还原试剂对色素稳定性也有影响 ,
应避免与这类试剂混合使用.
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Study on the Stability of the Pigment fromDioscorea alata L
ZHAN Da-dong ,CHEN Wa-gu ,HANG Hong-jian
(Department of Chemistry , Qiongzhou University , Hainan Wuzhishang 572200 , China)
Abstract:In this paper , the pigment fromDioscorea alata L was studied for learning that whether the fac-
tors , such as pH value , temperature , light , mental irons , several food additives , oxidizing-reducing agents
etc ., had an influence on its stability.It showed that the pigment colour changed with the pH value of so-
lution;and temperature , sucrose , sodium benzoate , Vitamin C , Na+ , Cu2+ , Ca2+ , Zn2+ almost had no
influence on it , while light , H2O2 , SO2-3 could affect it.
Key words:natural pigment;Dioscorea alata L;stability
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