全 文 ：收稿日期:2013－05－10．
基金项目:国家自然科学基金地区项目(31260057) ;湖北省教育厅 B类项目(B20082901)．
作者简介:朱玉昌(1979－ ) ，女，讲师，硕士，主要从事农产品贮藏与加工的研究．
蛇莓果红色素降解动力学研究
朱玉昌1，李 伟1，周大寨2，羿宗国3
( 1．湖北民族学院 生物科学与技术学院，湖北 恩施 445000;
2．生物资源保护与利用湖北省重点实验室( 湖北民族学院) ，湖北 恩施 445000;
3．恩施市芭蕉农业服务中心，湖北 恩施 445000)
摘要:以鲜蛇莓果为原料提取其红色素，测定该色素提取液在不同光照、pH值及温度下于 540 nm波长的吸光度值，
以此表征其稳定性，并在此基础上归纳其降解反应动力学方程．结果表明:鲜蛇莓果红色素光降解、酸降解及热降解
均符合动力学一级反应规律，热反应活化能为 17．98 kJ /mol，是一种较为理想的酸性食品添加剂，适用于冷加工食
品着色．
关键词:蛇莓果;红色素;稳定性;动力学
中图分类号:TS202．3 文献标志码:A 文章编号:1008－8423(2013)02－0129－03
Ｒesearch on Degradation Kinetic of Mockstrawberry Fruit Ｒed Pigment
ZHU Yu－chang1，LI Wei1，ZHOU Da－zhai2，YI Zong－guo3
(1．School of Biological Science and Technology，Hubei University for Nationalities，Enshi 445000，China;
2．Key Laboratory of Biologic Ｒesources and Utilization of Hubei Province
(Hubei University for Nationalities) ，Enshi 445000，China;
3．Enshi Bajiao Agricalture Service Center，Enshi 445000，China)
Abstract:The red pigment was extracted from fresh Mockstrawberry fruit． The absorbance of extract was
measured at 540nm wavelength under different light，pH and temperature，and the pigment stability was
indicated by absorbance． On the base，the dynamics equations to describe the degrading reaction were in-
duced． The results showed that the light degradation，acid degradation and thermal degradation all be-
longed to the first class dynamics reaction，and the thermal activation energy was 17．98kJ /mol． These re-
sults indicated that the red pigment is a quite ideal food additive for food made in acidic conditions，and
suitable for coloring cold processing food．
Key words:Mockstrawberry fruit;red pigment;stability;kinetics
蛇莓果红色素是以多年生草本植物蛇莓(Duchesnea indica Focke，又称红顶果、地杨梅、三叶莓、龙吐珠
等［1］)的果实为原料提取得到的天然色素，可用于果酒、果汁型饮料、糖果、果冻、山楂糕等的着色．Qin 等［2］
通过质谱鉴定其为花色苷类，包括矢车菊色素(61%)、芍药色素(34%)和牵牛花色素(5%)．有关蛇莓果红色
素提取及稳定性的研究已有报道［3－5］，但目前尚无其降解动力学的深入研究．本文对蛇莓果红色素在不同光
照、pH、温度及 pH和温度互作下的降解动力学作了初步研究，提出了不同条件下的降解动力学方程，计算了
反应的活化能，为预测其在提取、贮存和加工过程中的稳定性提供必要的理论依据．
1 材料与方法
1．1 材料、试剂与仪器
蛇莓鲜果:九成熟左右，采摘于湖北民族学院附近，经湖北民族学院生物科学与技术学院郑小江教授鉴
定，采后低温高湿保存．无水乙醇、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、蒸馏水、盐酸、氢氧化钠等，均为分析纯．HH－4 型
恒温水浴锅;FA2140型电子分析天平;pHBJ－260型便携式 pH计;756MC紫外可见分光光度计;冷冻离心机
等．
第 31卷第 2期 湖北民族学院学报(自然科学版) Vol．31 No．2
2013年 6月 Journal of Hubei University for Nationalities(Natural Science Edition) Jun．2013
1．2 试验方法
1．2．1 色素的提取 称取一定量的新鲜蛇莓果实放入研钵中，磨碎后按 1 ∶ 3 加入 80%的乙醇，浸提 30 min
后，过滤、离心(4 800 r /min，15 min)即得 1 ∶ 3色素溶液，使用前用 80%乙醇稀释成 1 ∶ 30色素溶液．
图 1 蛇莓果红色素特征吸收光谱
Fig．1 Charactersistic absorption spectrum
of Mockstrawberry fruit re pigment
图 2 不同光照下蛇莓果红色素稳定性
Fig．2 Effect of light on stability of Mockstrawberry
fruit red pigment
表 1 蛇莓果红色素光降解反应的 k值、线性相关系数 r和半衰期 t1 /2
Tab．1 The reaction rate constant，coefficient
and half－life for the light degradation
不同光照 k /h－1 r t1 /2 /h
自然光 0．026 7 0．990 1 3．842
暗室 0．006 4 0．993 5 19．000
日光灯 0．011 3 0．992 9 10．030
1．2．2 蛇莓果红色素的光谱特征 取一定量的色素液，用 80%乙醇稀释 10倍后在波长 200～600 nm范围内
进行紫外扫描分析，根据扫描图谱得到蛇莓果红色素的最大吸收波长．
1．2．3 蛇莓果红色素稳定性的研究 在紫外扫描图得到蛇莓果红色素的最大吸收波长处测定蛇莓果红色
素在各种环境条件下的吸光度，以吸光度大小变化来衡量蛇莓果红色素的稳定性．
1．2．3．1 光效应 取等量 1 ∶ 30蛇莓果红色素溶液，分别置于暗处、室内日光灯及自然光下，按 0．5、1．0、1．5、
2．0、2．5、3．0、3．5、4．0、4．5、5．0、6．0、7．0、8．0、9．0、10．0 h时间间隔测其在最大吸收峰处的吸光度．
1．2．3．2 酸碱效应 取等量 1 ∶ 30 蛇莓果红色素溶液，分别加入等体积 pH分别为 2、4、6、8 的缓冲液，充分
振荡后按 0．5、1．0、1．5、2．0、2．5、3．0、3．5、4．0 h时间间隔测其在最大吸收峰处的吸光度．
1．2．3．3 热效应 取等量 1 ∶ 30蛇莓果红色素溶液，分别置于 20、30、40、50、60、70、80、90℃恒温水浴锅中，
按 5、10、15、20、25、30、35、40 min时间间隔测其在最大吸收峰处的吸光度．
1．2．3．4 酸与热的互作效应 在编号为 pH2、pH4、pH6的带塞试剂瓶中分别加入等量蛇莓果红色素溶液，再
对应加入等量 pH为 2、4、6、8的缓冲液，分别加热至 20、30、40、50、60、70℃维持 2 min，取出迅速冷却后测其
在最大吸收峰处的吸光度．
2 结果与分析
2．1 蛇莓果红色素的光谱特征
蛇莓果红色素 80%乙醇溶液在 200～600 nm范围内的特征吸收光谱如图 1所示，其在 338 nm、490 nm和
540nm处各有一个明显的吸收峰，与田成［3］的研究结果一致．蛇莓果红
色素的色泽是引起其可见光区吸收峰值变化的原因，故本试验以可见
光区 540 nm吸收峰作为该色素测定的最大波长．
2．2 蛇莓果红色素稳定性研究
2．2．1 不同光照对蛇莓果红色素稳定性的影响 在不同的光照条件
下，蛇莓果红色素的吸光度与时间均为线性关系(图 2) ，说明该色素在
试验所用的光照条件下的降解反应与符合一级反应模式．根据郎伯－比
尔定律 At = A
－kt
0 (其中:At—时间 t 时的吸光度值;A0—初始吸光度值;
k—降解速率常数;t—时间) ，不同光照条件下的 k 值、线
性相关系数 r及半衰期 t1 /2如表 1所示．
表 1数据显示，蛇莓果红色素的降解速率在自然光
照下最快，半衰期最短，放置 10 h后降解率达到 61．80%，
而在日光灯和暗室下仅降解 24．50%和 12．29%，说明蛇
莓果红色素对阳光很不稳定，这与钦传光等［4］的研究结
果一致，所着色的食品应避免光照．
2．2．2 酸碱度对蛇莓果红色素稳定性的影响 在酸性
和碱性体系中，蛇莓果红色素的稳定性有明显差异(图
3) :在试验设定的酸性条件下(pH2、pH4、pH6) ，随着 pH
值的增加，吸光度值随时间的增加呈现降低趋
势，色泽由红色到粉红色再到淡黄褐色;而在试
验设定的碱性条件下(pH8)则作无规律变化，
色泽为黄褐色．在酸性环境下，蛇莓果红色素的
吸光度与时间均为线性关系，根据郎伯－比尔
定律得到不同酸性条件反应下的 k 值、线性相
关系数 r及半衰期 t1 /2(表 2)．
031 湖北民族学院学报(自然科学版) 第 31卷
图 3 不同 pH下蛇莓果红色素稳定性
Fig．3 Effect of pH on stability of Mockstrawberry
fruit red pigment
表 2 蛇莓果红色素酸性反应的 k值、线性相关系数 r及半衰期 t1 /2
Tab．2 The reaction rate constant，coefficient
and half－life for the acid degradation
pH值 k /h－1 r t1 /2 /h
2 0．000 4 0．979 8 185．94
4 0．000 4 0．997 3 177．90
6 0．000 4 0．993 9 170．90
图 4 不同温度下蛇莓果红色素稳定性
Fig．4 Effect of temperature on stability of
Mockstrawberry fruit red pigment
表 3 蛇莓果红色素热降解反应的 k值、线性相关系数 r及半衰期 t1 /2
Tab．3 The reaction rate constant，coefficient and
half－life for the thermal degradation
温度 /℃ k /h－1 r t1 /2 /h
20 0．001 8 0．997 4 79．19
30 0．001 9 0．997 9 74．39
40 0．001 9 0．994 7 73．25
50 0．002 1 0．998 6 64．94
60 0．002 2 0．999 3 60．88
70 0．002 2 0．994 3 59．00
图 5 不同 pH和温度下蛇莓果红色素稳定性
Fig．4 Effect of pH and temperature on stability
of Mockstrawberry fruit red pigment
在不同的酸性环境中，蛇莓果红色素反应的 k 值和线性相
关系数 r及半衰期 t1 /2没有明显差异，说明其在酸性体系中稳定
性较强，不适宜于中性或碱性条件下使用．
2．2．3 热对蛇莓果红色素稳定性的影响 如图 4 显示，当温度
在试验设定的 70℃范围内，蛇莓果红色素在短时间内处于较稳
定状态，经 40 min 热处理，最高降解率为 15．55%(70℃) ，说明
该色素具有一定的热稳定性．当温度高于 70℃时，蛇莓果红色素
迅速被破坏，在 5 min内其色泽由红色变为棕色，表现出对高温
的敏感性．在试验设定的低温下(不超过 70℃) ，
蛇莓果红色素的吸光度与时间均为线性关系，这
与大量文献报道的花色苷热降解为一级反应一
致［6－7］，根据郎伯－比尔定律得到不同低温热降
解反应下的 k 值、线性相关系数 r 及半衰期 t1 /2
(表 3)．
在设定的低温范围内，温度越高，蛇莓果红
色素的降解速率越快(表 3) ，70℃时的半衰期为 20℃时的 1．34
倍，在其加工或使用过程中应避免长时间加热．
描述速率常数与温度定量关系最常用的是 Arrhenius公式 k
=Ae
－E
ＲT［8］，经变换后得到反应速率常数与热力学温度的关系:lnk
=
－E
ＲT
+lnA，代入两组数据计算得出蛇莓果红色素的活化能为
17. 98 kJ /mol，较低的降解反应活化能证明了其热不稳定性．
2．2．4 酸碱与热互作对蛇莓果红色素稳定性的影响 在不同
pH和温度共同影响下，蛇莓果红色素的降解反
应仍遵循一级反应(图 5)．在同一 pH条件下，蛇
莓果红色素的降解速率随温度的升高而加快;在
同一温度下，蛇莓果红色素热降解反应随着 pH
值的增大而加快，进一步验证了上述酸效应和热
效应对色素稳定性的影响．
3 结论
蛇莓果红色素的光降解、酸降解均符合动力
学一级反应规律，其降解反应半衰期随光强度、
pH值的增加呈缩短趋势，是一种较为理想的酸性食品添加剂，
使用中应避免强光照．与大多数花色苷的热降解相似，蛇莓果红
色素的热降解反应为一级反应，热反应活化能为 17．98 kJ /mol，
不适于高温处理的食品着色．
参考文献:
［1］ Jiangsu New Medical College． Dictionary of Chinese material medica［M］． Shang-
hai:Shanghai Scientific and Technical Publishers，1997:2116．
［2］ Qin C G，Li Y，Zhang Ｒ J，et al．Separation and elucidation of anthocyanins in the
fruit of mockstrawberry (Duchesnea indica Focke) ［J］．Natural Product Ｒesearch，
2009，23(17) :1589－1598．
［3］ 田成．蛇莓果实色素的稳定性研究［J］．食品科学，2008，29(4) :12－18．
［4］ 钦传光，张泗军，丁焰，等．蛇莓果天然色素的稳定性分析究［J］．中南民族学院学报:自然科学版，1997，16(3) :42－46． ( 下转第 157页)
131第 2期 朱玉昌等:蛇莓果红色素降解动力学研究
因素的影响较大的背景下，林分因子随海拔梯度的升高而呈下降的趋势;在清江源北部，低海拔区群落的选
择包含有成熟型和恢复型群落，受人为干扰和环境因素的影响［18］，林分因子随海拔梯度的变化呈单峰型变
化格局．因此，清江源林分因子的变化对该区域的环境梯度变化都有较好的指示作用．
研究结果显示，虽然清江源的南部和北部两个地段林分因子随海拔梯度的变化呈现不同的变化格局，但
清江源的林分因子平均胸径、最大胸径、平均树高、最大树高、林分密度和蓄积量(y)随海拔高度(x)的变化
可用方程 y=ax2+bx+c(a、b、c为常数)进行描述．
参考文献:
［1］ 朱源，康慕谊，江源，等，贺兰山木本植物群落物种多样性的海拔格局［J］．植物生态学报，2008，32(3) :574－581．
［2］ 刘兴良，岳永杰，郑绍伟，等．川滇高山栎种群统计特征的海拔梯度变化［J］．四川林业科技，2005，26(4) :9－15．
［3］ 段敏杰，高清竹，郭亚奇，等．藏北高寒草地植物群落物种多样性沿海拔梯度的分布格局［J］．草业科学，2011，28(10) :1845－1850．
［4］ 刘贵峰，臧润国，郭仲军，等．不同经度天山云杉群落物种丰富度随海拔梯度变化［J］．应用生态学报，2008，19(7) :1407－1413．
［5］ 刘贵峰，臧润国，张新平，等．不同经度天山云杉林分因子随海拔梯度的变化［J］．林业科学，2009，45(8) :9－13．
［6］ 唐志尧，方精云．植物物种多样性的垂直分布格局［J］．生物多样性，2004，12(1) :20－28．
［7］ 冯建孟，王襄平，徐成东，等．玉龙雪山植物物种多样性和群落结构沿海拔梯度的分布格局［J］．山地学报，2006，24(1) :110－116．
［8］ 唐志尧，柯金虎．秦岭牛背梁植物物种多样性垂直分布格局［J］．生物多样性，2004，12(1) :108－114．
［9］ 沈泽昊，刘增力，方精云．贡嘎山海螺沟冷杉群落物种多样性与群落结构随海拔的变化［J］．生物多样性，2004，12(2) :237－244．
［10］ Barry Ｒ G．Mountain Weather and Climate［M］．England:Cambridge University Press，1981．
［11］ Grytnes J A．Species－richness patterns of vascular plants along seven altitudinal transects in Norway［J］．Ecography，2003，26:291－300．
［12］ Carpenter C．The environmental control of plant species density on a Himalayan elevation gradient［J］． Journal of Biogeography，2005，32:999－
1018
［13］ Bhattarai K Ｒ，Vetaas O Ｒ．Variation in plant species richness of different life forms along a subtropical elevation gradient in the Himalayas，east
Nepal［J］．Global Ecology and Biogeography，2003，12:327－340．
［14］ 潘红丽，李迈和，蔡小虎，等．海拔梯度上的植物生长与生理生态特性［J］．生态环境学报，2009，18(2) :722－730．
［15］ Bergengren J，Thompson S，Pollard D，et al．Modeling global climate－vegetation interactions in a doubled CO2 world［J］．Netherlands，2001，50:31
－75．
［16］ 李新彬，王襄平，罗菊春，等．干扰对长白山北坡次生林群落结构和树种多样性的影响［J］．林业科学报，2006，42(2) :105－110．
［17］ 王广慧，乌兰，于军．干扰与生态系统的关系［J］．内蒙古草业，2007，19(1) :15－18．
［18］ 艾训儒．人为干扰对森林群落及生物多样性的影响［J］．福建林业科技，2006，33(3) :5－9．
［19］ 吴茜．清江流域非物质文化遗产的类别、现状及保护［J］．湖北民族学院学报:哲学社会科学版，2007，25(5) :48－51．
［20］ 毕庆文，于建军，汪键，等．清江流域烤烟类胡萝卜素降解产物的因子分析和综合评价［J］．中国烟草科学，2009，30(6) :25－29．
［21］ 艾训儒．湖北省清江流域土家族生态学研究［D］．北京:北京林业大学，2006，1－202．
［22］ 沈作奎．湖北省一元立木材积表［M］．武汉:湖北省林业勘察设计院，1985．
［23］ 罗书文，张远海，陈伟海，等．基于流域水文地貌系统的清江流域地貌研究［J］．安徽农业科学，2010，38(3) :1646－1649
( 上接第 131页)
［5］ 钦传光，张泗军，丁焰，等．蛇莓红色素稳定性的研究［J］．食品添加剂，1997(3) :34－35．
［6］ 宋会歌，刘美艳，董楠，等．食品中花色苷降解机制研究进展［J］．食品科学，2011，32(13) :355－359．
［7］ Ochoa M Ｒ，Kesseler A G，De Michelis A，et al．Kinetics of colour change of raspberry，sweet (Prunus avium)and our (Prunus cerasus)cherries
preserves packed in glass containers:light and room temperature effects［J］．Journal of Food Engineering，2001，49(1) :55－62．
［8］ 宗顺．物理化学［M］．北京:人民卫生出版社，2000:2－19．
751第 2期 徐静静等:清江流域生态系统植被不同林分因子随海拔梯度的变化