刘细霞，李爽爽，张玲娅，侯建军，任柏杨，姚梦莹，刘馨雅，李莉，贾离离，苏平

（湖北师范大学生命科学学院食用野生植物保育与利用湖北省重点实验室，湖北黄石 435002）

黑金刚土豆紫红色素稳定性的研究

刘细霞，李爽爽，张玲娅，侯建军＊，任柏杨，姚梦莹，刘馨雅，李莉，贾离离，苏平

（湖北师范大学生命科学学院食用野生植物保育与利用湖北省重点实验室，湖北黄石 435002）

研究黑金刚土豆紫红色素的稳定性。通过检测最大吸收波长处的吸光度值，比较各种物理因素（包括：温度、pH值、光照）和化学因素（包括氧化剂、还原剂、金属离子、糖类、防腐剂）对色素稳定性的影响。结果表明：该色素对光照、温度不敏感、酸性条件下稳定；在氧化剂和还原剂存在条件下不稳定；金属离子Na＋、Mg2＋、Zn2＋、Ca2＋、Mn2＋存在条件下稳定，Fe3＋离子存在下变色；糖类可以起到增色作用；防腐剂苯甲酸钠使色素色泽变弱。系统研究各因素对黑金刚土豆紫红色素稳定性的影响，为将该色素开发成天然的食品着色剂奠定理论基础。

黑金刚土豆；紫红色素；稳定性

0 前言

色彩是食品感官品质的一个重要标志，也是吸引消费者的重要因素，所以尽管食品中色素添加量甚少，但对食品质量和品质的影响却非常大。食用色素主要分为天然色素和合成色素。但自英国（1967年）、美国（1973年）、世界卫生组织（1984年）等国家或机构相继对合成色素（焦油色素）对人体的安全性提出质疑，合成色素的应用受到一定限制。而天然色素因具有安全可靠、无毒副作用、色调自然及多功能性等优点，在食品工业的应用范围越来越广泛［1］。

据报道，日本允许使用的天然色素有97种，占据了90%的市场份额。我国食品色素开发较晚且主要以合成色素为主（90%以上），但是随着经济的发展和人们食品安全意识的加强，天然色素取代合成色素也将成为主流［2］。然而，天然食用色素的研究与开发利用面临的瓶颈问题之一是缺乏具有商业利用价值的大量天然色素资源。这样就导致了天然食用色素价格偏贵，在很大程度上也限制其在应用上的普及。

黑金刚土豆是我国引进并栽培成功的新品种，它是集药用、食用、保健性能于一身的马铃薯稀有品种［3］。黑金刚土豆外皮呈黑紫色，乌黑发亮，富有光泽，其呈现黑紫色的原因是富含DeLphindin（紫色）花青素。其具有抗氧化、抗癌、防治高血压、心脑血管疾病和提高人体免疫力等功效［4－6］。

国内外对黑金刚土豆的研究主要包括两个方面：引种栽培技术研究［7］和花青素提取工艺研究［8］。如前所述，黑金刚土豆花青素含量极高，但要使高含量的色素实现较好的应用，色素的稳定性是关键。但关于黑金刚土豆紫红色素的稳定性尚未见报道。

1 材料与方法

1．1 材料与仪器

0．31mol／L稀盐酸、蒸馏水；1mol／L稀盐酸；1mol／L氢氧化钠溶液；0．1mol／L过氧化氢；1mol／L亚硫酸氢钠；1mol／L氯化钠，氯化锰，氯化镁，氯化钙，氯化铁，氯化锌试剂；1mol／L柠檬酸；1mol／L苯甲酸钠；1mol／L碳酸氢钠；1mol／L蔗糖溶液；1mol／L葡萄糖溶液。

紫外可见分光光度计（TU－1901，北京普析通用仪器有限责任公司）。

1．2 方法

1．2．1 “黑金刚”土豆紫红色素提取工艺流程

“黑金刚”土豆 →去杂洗净 → 去皮、烘干、打粉 → 浸提→最佳提取条件→收集色素液备用

1．2．2 “黑金刚”土豆紫红色素的提取

准确称取10g土豆粉，按照1：60料液比，加入0．31moL／L的盐酸试剂。混匀后放置在温度为70°C的恒温水浴锅中加热87min，用高速冷冻离心机离心15min（离心机内的温度控制为10°C，4000rpm／min），取上清液保存备用。

1．2．3 温度对色素稳定性的影响

取4mL色素液，分别置于室温：30°C、50°C、70°C、80°C、90°C条件下恒温水浴1h，待冷却至室温后，立即于530nm波长处测定吸光度值，并观察色素液颜色变化。

1．2．4 pH值对色素稳定性的影响

取4mL色素液，调节pH至1、3、5、7和原液（不调pH），后定容至10mL，立即于530nm波长处测定吸光度值，并观察色素液颜色变化。

1．2．5 光照对色素稳定性的影响

取4mL色素液，分别置于太阳光、自然光和黑暗条件下5h，每隔1h于530nm波长处测定吸光度值，并观察色素液颜色变化。

1．2．6 氧化剂对色素稳定性的影响

取4mL色素液，分别加入过氧化氢溶液使终浓度分别为0．001mol／L、0．003mol／L、0．01mol／L、0．03mol／L，并用蒸馏水定容至10mL，在室温下放置8h，每隔2h于530nm波长处测定吸光度值，并观察色素液颜色变化。

1．2．7 还原剂对色素稳定性的影响

取4mL色素液，分别加入亚硫酸氢钠溶液使终浓度分别为0．05mol／L、0．1mol／L、0．15mol／L、0．2mol／L，并用蒸馏水定容至10mL，在室温下放置8h，每隔2h于530nm波长处测定吸光度值，并观察色素液颜色变化。

1．2．8 金属离子对色素稳定性的影响

取4mL色素液，分别加入终浓度为0．2mol／L、0．4mol／L、0．6mol／L的氯化钠、氯化锰、氯化镁、氯化钙、氯化铁、氯化锌，并用蒸馏水定容至10mL，在室温下放置1h后于530nm波长处测定吸光度值，并观察色素液颜色变化。

1．2．9 糖类对色素稳定性的影响

取4mL色素液，分别加入0．2mol／L、0．4mol／L、0．6mol／L、0．8mol／L蔗糖溶液和葡萄糖溶液，并用蒸馏水定容至10mL，在室温下放置24h，并在1h和24h时于530nm波长处测定吸光度值，并观察色素液颜色变化。

1．2．10 食品添加剂对色素稳定性的影响

取4mL色素液，按照国家食品添加剂质量标准，分别加入终浓度为0．0004mol／L、0．0008mol／L、0．0012mol／L、0．0016mol／L、0．0020mol／L的柠檬酸溶液、苯甲酸钠溶液和碳酸氢钠溶液，并用蒸馏水定容至5mL，在室温下放置1h后，再于530nm波长处测定吸光度值，并观察色素液颜色变化。

2 结果与讨论

2．1 温度对紫红色素稳定性的影响

保存温度对紫红色素稳定性的影响，如图1所示。随温度逐渐升高，溶液吸光度值逐渐减小，在25°C至70°C温度范围内，色素稳定性好，色泽仅发生很小的波动；当温度大于70°C后，溶液颜色变浅，吸光度值急剧下降。表明温度超过70°C后，“黑金刚”土豆紫红色素稳定性变差，色泽急剧下降，可能其呈色花色苷的化学性质发生变化。据于文娟［9］等报道，紫色马铃薯花青素在70°C下的稳定性较好，高于此温度加热，花青素含量下降较快，与本研究的结果一致。因此在实际应用中尽量避免70°C以上的高温加热。

图1 保存温度对色素稳定性的影响

图2 pH值对色素稳定性的影响

2．2 pH值对紫红色素稳定性的影响

据报道［10］，pH值是影响天然色素稳定性的重要因素之一。本研究考察保存环境体系pH值对紫红色素稳定性的影响，结果如图2所示。当溶液pH值＜3时，溶液呈现鲜艳的紫红色，pH值越小，色素的色泽越深；当pH＝3时，色素液的颜色变浅，溶液呈浅粉色；当pH值继续升高，色素液已经不再是紫红色，由粉色、浅粉色、浅绿色的顺序发生变化。表明紫红色素稳定性遭到破坏，因此黑金刚土豆紫红色素在保存时，应尽量控制溶液pH不超过2，适合在酸性食品中作为天然着色剂。

图3 光照对色素稳定性的影响

图4 氧化剂对色素稳定性的影响

2．3 光照强度对紫红色素稳定性的影响

保存环境的光照条件对紫红色素稳定性的影响结果如图3所示。在太阳光直接照射条件下的溶液吸光度值无明显改变，溶液保持紫红色，太阳光直接照射对色素稳定性影响不大；在室内自然光和黑暗条件下，随着时间的推移，溶液吸光度值逐渐增大，溶液颜色不断加深。而且，随着保存时间的延长，紫红色素的色泽深浅顺序如下：黑暗＞室内自然光＞太阳光。结果表明黑金刚土豆紫红色素在室内自然光和黑暗条件下色泽更深，因此，在后期应用时，尽量在避光条件下保存色素液。

2．4 氧化剂对紫红色素稳定性的影响

氧化剂对紫红色素稳定性的影响如图4所示。在相同时间下，氧化剂浓度越高，溶液吸光度值越低；在同一浓度下，时间越长，溶液吸光度值越低。花青素具有很强的抗氧化性，可以作为天然抗氧化剂，其特点是抗氧化剂本身被氧化。本研究的结果也证实了这一特点，紫红色素作为抗氧化剂，在与氧化剂共存时，其本身被氧化。随着氧化剂浓度的增加，其被氧化程度越深，颜色越浅。共存的时间越长，其被氧化的程度也越深，颜色也越浅。因此，氧化剂会影响色素的稳定性，并与其迅速反应使其快速褪色，黑金刚土豆紫红色素在保存过程中应避免与氧化性物质接触或者该紫红色素可以作为天然抗氧化剂。

图5 还原剂对色素稳定性的影响

图6 金属离子对色素稳定性的影响

2．5 还原剂对紫红色素稳定性的影响

还原剂对紫红色素稳定性的影响如图5所示。紫红色素的吸光度值与还原剂浓度成反比，还原剂浓度越高，吸光度值越小。表明还原剂会改变紫红色素呈色稳定性，但在不同的保存时间时，吸光度值大小和下降趋势基本一致。这表明还原剂与紫红色素发生作用的速度较快，在很短的时间内，就可以作用完全，后期色泽不再发生变化。因此在工业上制取色素和保存色素时，应尽量避免与还原性物质接触。

2．6 金属离子对紫红色素稳定性的影响

金属离子对紫红色素稳定性的影响如图6所示。Na＋、Mg2＋、Zn2＋、Ca2＋、Mn2＋对紫红色素色泽的影响基本一致，加入这些金属离子后，色素的色泽均会加深，其颜色加深的变化趋势为先升高后下降。但是，Fe3＋使紫红色素液的色泽先变浅后加深，始终低于其它几种金属离子存在时色素液的色泽，且溶液颜色由紫红色变成黄褐色。因此在该紫红色素保存或应用时应尽量避免接触Fe3＋．

图7 糖类对色素稳定性的影响

图8 食品添加剂对色素稳定性的影响

2．7 糖类对紫红色素稳定性的影响

像蔗糖、葡萄糖在食品加工中常被应用来改变食品的风味，其对紫红色素稳定性的影响如图7所示。紫红色素液色泽与糖浓度成正比，糖类浓度增大，色素液色泽大致呈上升趋势；但是随着保存时间的延长，色素液的色泽会变浅，这可能与保存时间延长后，紫红色素本身的结构发生变化有关。

2．8 食品添加剂对紫红色素稳定性的影响

食品添加剂对紫红色素稳定性的影响如图8所示。紫红色素液与苯甲酸钠共存时，溶液色泽变化不大，但会产生絮状沉淀，浓度越高，絮状沉淀越多，溶液越浑浊；而加入柠檬酸和碳酸氢钠后，色素液的颜色变深。因此在国家规定的安全剂量范围之内，与一定浓度的柠檬酸和碳酸氢钠共存，使色素液的色泽加深。而与防腐剂苯甲酸钠共存时，会产生难以接受的絮状沉淀。因此，在实际应用中应该严格控制与防腐剂苯甲酸钠共同使用。

3 结论

黑金刚土豆紫红色素对光和热不敏感，在高酸性条件下稳定。与氧化剂或还原剂共存时，色泽变浅；金属离子Na＋、Mg2＋、Zn2＋、Ca2＋、Mn2＋对色素稳定性基本影响不大，而Fe3＋使该色素变色；与葡萄糖或蔗糖体系共存时，色素不变色；食品添加剂苯甲酸钠会影响色素液的稳定性，而适量的柠檬酸和碳酸氢钠使色素增色。本研究为该紫红色素用作食品着色剂开发奠定理论基础。

［1］张 红．从应用角度对天然色素研究方向发展的思考［J］．广东化工，2014，（21）：135～136．

［2］侯拥鋩，王建华．天然色素的开发应用［J］．中国药业，2009，（7）：1～4．

［3］贾贵华，任雪峰，高玉姣，等．“黑金刚”土豆总黄酮提取动力学研究［J］．中兽医医药杂志，2014，（1）：8～12．

［4］刘学铭，黄小霞，廖森泰，等．3种富含花青素植物提取物抗氧化和降血脂活性比较研究［J］．中国食品学报，2014，（1）：20～27．

［5］崔 建，李晓岩．花青素抗肿瘤作用机制研究进展［J］．食品科学，2014，（13）：310～315．

［6］钟兰兰，屠 迪，杨 亚，等．花青素生理功能研究进展及其应用前景［J］．生物技术进展，2013，（5）：346～352．

［7］曾钰婷．拉萨市紫色马铃薯黑金刚高产栽培技术［J］．现代农业科技，2014，（10）：102．

［8］杨智勇，李新生，马娇燕，等．响应面法优化“黑金刚”马铃薯花青苷提取工艺研究［J］．食品工业，2013，（10）：49～53．

［9］于文娟，王常青，訾 艳，等．紫马铃薯花青素稳定性分析研究［J］．农产品加工，2015，（4）：58～61．

［10］毕艳红，王朝宇，赵 立，等．天然苹果籽壳色素的提取剂稳定性研究［J］．山东农业大学学报，2014，（5）：641

～645．

Stability of purple－red pigment from heijingang potato

LIU Xi－xia，LI Shuang－shuang，ZHANG Ling－ya，HOU Jian－jun，REN Bai－yang，YAO Meng－ying，LIU Xin－ya，LI Li，JIA Li－li，SU－ping

（Hubei Key Laboratory of Edible Wild Plants Conservation and Utilization，College of Life Sciences，Hubei Normal University，Huangshi 435002，China）

The stability of purple－red pigment extracted from Heijingang potato was studied in this research．The physical factors（temperature，pH，light）and chemical factors（oxidant，reductant，metallic ions，sugar，preservatives）impact on the stability of the pigment were investigated．The results shown that the purple－red pigment was not sensitive to light，temperature and stable under acidic condition；Under the environment with oxidant and reducing agent，the pigment was unstable；The metallic ions（Na＋、Mg2＋、Zn2＋、Ca2＋、Mn2＋）didn’t effect the stability；but Fe3＋altered the colour of the pigment．Sugar（glucose or sucrose）can have better effect；Preservative（sodium benzoate）make pigment colour lighter．In this paper，systematic study the factors influence on stability of purple－red pigment from Heijingang potato，which provided the theoretical basis for natural food colorants．

heijingang potato；purple－red pigment；stability

Q946；TS201．1

：A

1009－2714（2016）04－0001－05

10．3969／j．issn．1009－2714．2016．04．001

2016—02—15

野生植物保育与利用湖北省重点实验室开放基金项目（EWPL201405）．

刘细霞（1983— ），女，讲师，博士，研究方向为食品营养与食品质量安全．