蛹虫草所产类胡萝卜素的稳定性研究

2013-05-15高燕燕

食品工业科技 2013年21期

高燕燕，黄磊

(1.贵州大学，贵州贵阳550025;2.贵州师范大学，贵州贵阳550001)

类胡萝卜素是全球生态系统中的一大类色素，是自然界中分布非常广泛且十分重要的色素之一。类胡萝卜素作为重要的营养素来源，不仅能增加机体免疫功能、防病保健［1］，而且在医药工业、食品、饲料和养殖业方面用途广泛。许多研究表明，类胡萝卜素能抑制肿瘤的发生和生长，预防眼病和心血管病，增加人体的抗氧化能力［2－3］。但类胡萝卜素在自然存放条件下，很不稳定，容易发生顺反异构化及氧化降解，降解后产物多为醛、酮类化合物，可能会对人体有害。类胡萝卜素的稳定性已经成为其在食品工业推广和使用时急需解决的主要问题［4］。蛹虫草作为重要的丝状真菌，丰富的活性物质一直以来都是研究的热点，从中提取活性物质具有很好的市场价值，类胡萝卜素作为其众多活性之一，对其理化性质进行研究具有很好的意义。本文主要对蛹虫草菌丝体提取的类胡萝卜素进行了初步研究，以及温度、金属离子、双氧水、盐酸、氢氧化钠及光照等诸多因素对所产类胡萝卜素稳定性的影响，以期为提高类胡萝卜素的应用开发提供一定的参考。目前，有关于高蛹虫草类胡萝卜素产量研究得比较多，关于其稳定性未见相关报道，因此本研究具有较大的创新性。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

蛹虫草菌株Cordyceps militaris 贵州大学微生物实验室保藏;其它试剂均为分析纯。

SHA－8A数显气浴恒温振荡器常州普天仪器制造有限公司;DH－360A培养箱北京科伟永兴仪器有限公司;FA1004N电子天平上海菁海仪器有限公司;GZX－GF－101电热恒温鼓风干燥箱上海跃进医疗器械厂;TW8恒温水浴锅仪莱博技术有限公司;UV－5100紫外可见分光光度计北京美泰科仪检测仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 培养方法菌株斜面活化后，洗下孢子，接入种子培养基中，28℃ 180r/min摇床培养72h;按10%接种量接入发酵培养基，28℃ 180r/min摇床培养72h后，静置培养7d，结束培养。

1.2.2 色素提取［5］称取干燥菌丝体0.1g加3mol/L盐酸溶液1mL，室温下浸泡2.5h，沸水浴4min，迅速冷却，4000r/min离心5min弃上清液，沉淀用蒸馏水洗涤2次后加入5mL丙酮震荡30min提取类胡萝卜素，离心得上清液为类胡萝卜素提取液［5］。

1.2.3 类胡萝卜素定性分析光谱测定［6］:类胡萝卜素丙酮浸提液，于紫外可见分光光度计在300～600nm波长范围内测定。

1.2.4 类胡萝卜素稳定性测定方法在类胡萝卜素溶液中加入不同的添加物，每组试验根据试验目的保存在不同的条件下，定时于440nm处测定色素溶液的吸光值，以吸光值的变化差异反映类胡萝卜素对各种物质的稳定性，以不添加任何物质的色素提取液作为对照，分别考察温度、金属离子、双氧水、盐酸、氢氧化钠及光照对蛹虫草类胡萝卜素稳定性的影响。

2 结果与分析

2.1 蛹虫草类胡萝卜素特征吸收光谱检测

紫外－可见光吸收波谱可作为类胡萝卜素的特征依据［7］。研究中获得的蛹虫草类胡萝卜素丙酮溶液在360～600nm波长范围内进行吸收光谱分析，结果如图1所示。出现三指特征吸收峰，分别在416、440、468nm有吸收峰，440nm处有最大吸收峰，这符合类胡萝卜素为萜类物质的一般反应［8］。

图1 产类胡萝卜素波谱扫描图谱Fig.1 Absorption spectra of carotenoid of Cordyceps militaris

2.2 类胡萝卜素的稳定性研究

2.2.1 温度对类胡萝卜素稳定性的影响由图2可知从蛹虫草菌丝体中提取的类胡萝卜素在温度低于60℃时，同一温度处理不同时间，其吸光值未出现明显差异;且不同温度处理相同时间，其值也未出现显著性差异。由此可得，该类类胡萝卜素在60℃以下比较稳定，可长时间保存。

然而，当温度大于80℃时，随着处理时间的延长，其吸光值降低。此时温度越高，对类胡萝卜素的破坏力越大，说明该菌所产的类胡萝卜素稳定性不够，容易受到外界环境温度的升高而受到损失。

2.2.2 金属离子对类胡萝卜素稳定性的影响将类胡萝卜素溶液分别在不同金属离子经过不同时间处理，测定440nm处吸光值的变化。从图3中可以看出不同的金属离子对该类胡萝卜素的影响具有较大差异。Mg2+、Na+、K+、Al3+、Ca2+对该类胡萝卜素的稳定性影响不大，且长时间处理后，吸光值差异不显著。而Fe3+、Cu2+对其影响较大，在处理12h后其吸光值变化明显，降到0.2以下。因此，类胡萝卜素在生产、运输、保存等各个环节都应尽量避免使用铁制或铜制器皿。

图3 金属离子对类胡萝卜素的影响Fig.3 The effects of ions of mental on the carotenoid of Cordyceps militaris

2.2.3 双氧水对类胡萝卜素稳定性的影响从图4可以看出，双氧水对类胡萝卜素没有太大的破坏作用，但随着双氧水浓度的增加，吸光度会出现略微下降，并随着时间的延长，吸光度逐渐降低，说明双氧水具有破坏该类胡萝卜素分子的能力，但是破坏能力不明显，这与该菌所产类胡萝卜素的独特结构有关，说明该菌具有较强的耐氧化性［9－10］。

图4 双氧水对类胡萝卜素的影响Fig.4 The effects of H2O2 on the carotenoid of Cordyceps militaris

2.2.4 盐酸、氢氧化钠对类胡萝卜素稳定性的影响各取5mL类胡萝卜素于试管中，分别加入0.1%、0.5%、1%、2%、4%的HCl和NaOH 溶液5mL，置于暗处，每一样品平行重复三次，定时测量吸光值变化。结果如表1所示。可以看出，盐酸对类胡萝卜素破坏作用较强，浓度越高，对类胡萝卜的破坏力越强;且同一浓度作用时间越长，对其破坏力也越强。氢氧化钠对其影响不大，且随时间延长吸光度还会略微提高。部分研究者认为可能是类胡萝卜素的立体结构发生改变的结果，但这一结果有待进一步证实。

2.2.5 光照对类胡萝卜素稳定性的影响将提取的类胡萝卜素用丙酮稀释一定倍数后，各取20mL平行三次，置于阴暗处、室内自然光和625Lx光照下，定时测定吸光度。结果如表2所示:可以看出类胡萝素耐光性较差，625Lx光照10d，损失超过40%。而在暗处及自然光长时间处理后，其损失率不显著。因此在储藏过程中尽可能避光，避免造成损失。

表1 盐酸、氢氧化钠对类胡萝卜素的影响Table 1 The effects of HCl and NaOH the carotenoid of Cordyceps militaris

表2 光照对类胡萝卜素的影响Table 2 The effects of light on the carotenoid of Cordyceps militaris

3 结论与讨论

本试验结果显示，从蛹虫草菌丝体中提取类胡萝卜素对温度较敏感，当温度大于80℃时，类胡萝卜素不稳定，其破坏作用随着时间的延长而增强，且温度越高，破坏作用越大，这一结果与刘金霞等［11］的研究结果相一致。其原因可能是类胡萝卜素分子在受热过程中结构发生了变化，进而导致其稳定性降低。

同时，该类胡萝卜素对Fe3+和Cu2+较其他金属离子敏感，能够引起类胡萝卜素损失，造成其稳定性下降，可能是通过氧化作用来改变类胡萝卜素的结构［9－10］。类胡萝卜素有较强的耐氧化性［12－13］。其抗氧化机理在于其可作为脂类链式氧化反应的阻断剂，保护细胞膜中脂质不被氧化，起到预防人体有关疾病的作用［14－15］。类胡萝卜素对自然光及单一光源的光较敏感，其原因可能是光对类胡萝卜素的两种作用效应，一种是形成顺反双键，使电磁波谱向蓝端漂移2nm至10nm之间，另一种是加速类胡萝卜素链的氧化，呈色基团降解断裂所致，光谱向紫外区转移，并且失去本来颜色［16］。综上可见，在以类胡萝卜素作为食品添加剂的实际应用中应避光、避免使用铜制、铁制器皿保存，且在各个环节中应注意pH，在碱性环境中，应保持在60℃以下。

［1］ Tapiero H，Townsend D M，Tew K D.Biomedicine ＆Pharmacotherapy，2004，58:100－110.

［2］刘云，王保健，林亲雄，等.油菜籽中天然类胡萝卜素的提取工艺研究［J］.食品工业科技，2009，30(2):157－159.

［3］孙军德，曹婧.不同北虫草菌株产类胡萝卜素分析［J］.微生物学杂志，2012，32(3):95－97.

［4］张连富.固态(膏状)番茄红素产品稳定性研究［J］.食品与发酵工业，2003，29(9):6－8.

［5］付鸣佳.蛹虫草产类胡萝卜素的研究［J］.食品与生物技术学报，2005，24(5):107－110.

［6］潘帅路，吴飞，沈才洪，等.类胡罗卜素产生菌的筛选及培养条件初步研究［J］.酿酒科技，2006，3:28－30.

［7］Rodriguez－Amaya D B.A guide to carotenoid analysis in foods［J］.Washington，D C:ILSI press，2001:14－22.

［8］沈俊良，金华燕，高雅，等.蛹虫草蓝光诱导两步法发酵产类胡萝卜素［J］.中国生物工程杂志，2013，33(2):83－87.

［9］王学武，夏延斌，王克勤.天然番茄红素的稳定性研究［J］.湖南农业大学学报:自然科学版，2002，28(1):57－60.

［10］李进，赵红艳.番茄皮渣色素及其稳定性研究［J］.西北植物学报，2002，22(5):1231－1235.

［11］刘金霞.烤烟类胡萝卜素的提取分离、氧化降解与加香应用研究［D］.郑州:河南农业大学，2008.

［12］李大靖，杨同舟.玉米黄色素稳定性的研究［J］.食品与机械，2001，1:31－32.