山竹果殼色素的穩定性及抑菌活性研究

彭文書，陳毅堅，鐘文武，石雪，熊勇

（云南民族大學民族藥資源化學國家民委－教育部重點實驗室，云南 昆明 650031）

山竹果殼色素的穩定性及抑菌活性研究

彭文書，陳毅堅*，鐘文武，石雪，熊勇

（云南民族大學民族藥資源化學國家民委－教育部重點實驗室，云南 昆明 650031）

研究從山竹果殼中提取的色素在不同條件下的穩定性及抑菌活性。將山竹果殼色素用不同的pH、溫度和不同濃度的金屬離子、氧化劑、還原劑、常用防腐劑處理。結果顯示：山竹果殼色素在pH＜6時較穩定；溫度大于80℃后增色效應增強；各種金屬離子對其影響較小；山竹果殼色素易被氧化、還原；高濃度的防腐劑對其穩定性有較大影響。抑菌實驗顯示，山竹果殼提取液對霉菌、細菌、酵母菌都有較強的抑菌效果，隨著色素質量濃度的提高抑制作用隨之增強。其抑菌效果依次為藤黃球菌＞八疊球菌＞枯草芽孢桿菌＞啤酒酵母＞根霉＞痢疾桿菌＞大腸桿菌。實驗顯示，該色素具有較好的穩定性和抑菌活性，可作為天然植物色素應用于食品、飲料添加劑和制藥等行業。

山竹；色素；穩定性；抑菌性

山竹，別名莽吉柿、鳳果，屬于藤黃科（Guttiferae）藤黃屬（Garcinia）山竹（Garcinia mangostana L.）[1]。原產于馬來西亞群島，現在分布于印度尼西亞、菲律賓、緬甸、馬來西亞、越南、泰國、錫蘭、中國等地[2]，其果性平微酸，具有健脾生津、止瀉的作用；其果殼深紫色，性涼味澀，被廣泛用于治療腹痛、腹瀉、痢疾、感染性創傷、化膿、慢性潰瘍等疾病治療并有一定的抗潰瘍、抗炎、抗白血病和敗血病等的功能[3]。

云南與緬甸、越南、泰國比鄰，每年在山竹成熟季有大量山竹進口進入水果市場，而山竹果食用后將產生大量的含有色素的果殼丟棄，不利于環境保護和資源利用[4]。近年來，天然色素以其良好的安全性、廣泛來源、資源量大等優點，在食品加工和貯存方面有廣泛的應用，成為人們開發、研究的重點[5]。因此，本文以山竹果殼為原料，對從中提取的色素穩定性和抑菌活性進行了研究，旨在為山竹果殼色素作為天然有效的食品色素和防腐劑在食品工業中應用提供參考，并有助于提高山竹果實的利用價值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

山竹（Garcinia mangostana L.）：2010年6月購自云南昆明市菊花村水果市場，果殼洗凈60℃烘干，粉碎后過60目篩，保存備用。抑菌實驗所用菌種：藤黃球菌（Micrococcus luteus）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、啤酒酵母（Saccharomycessp.）、八疊球菌（Sarcinaureae）、根霉（Rhizopus sp.）、大腸桿菌（Escherichia coli）、志賀氏痢疾桿菌（Shigella dysenteriae），均由云南民族大學化學與生物技術學院微生物實驗室提供。

1.1.2 儀器與試劑

UV-1800紫外-可見分光光度計：日本島津公司；UNICO-7200型可見分光光度計：上海尤尼柯儀器有限公司；PHS-3酸度計：上海精密科學儀器；AR2140電子天平：美國奧豪公司；甲醇、乙醇、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、金屬鹽、氯化鈉、蔗糖：天津風船化學試劑科技有限公司（分析純試劑）。

1.2 方法

1.2.1 山竹果殼色素提取溶劑的選擇

參照文獻[6]略作修改進行，取1 g樣品，加入20 mL不同的提取溶劑（H2O、H2O+1%鹽酸、甲醇、1%鹽酸+甲醇、70%乙醇、1%鹽酸+70%甲醇）于錐形瓶中，50℃下超聲提取20 min，離心取上清液稀釋10倍后作為測定液，在400 nm～700 nm下進行掃描，并考慮提取溶劑的揮發性和對本實驗所用藥品的溶解性選擇最佳的提取溶劑。

1.2.2 pH對山竹果殼色素穩定性的影響

參照文獻[7]略作修改進行，取0.5 g樣品，分別加入pH為1、2、3、4、5、6的70%的乙醇溶液，50 ℃下超聲提取20 min，離心后取上清液稀釋5倍后作為測定液，在400 nm～800 nm下進行掃描，選擇最佳的pH。

1.2.3 溫度對山竹果殼色素穩定性影響

參照文獻[8-9]略作修改進行，取0.5 g樣品，加入20 mL所選溶劑（pH 2.0），超聲提取20 min，離心后取上清液稀釋5倍后作為測定液，取2 mL色素水溶液，用最佳pH的水溶液定容至10mL，分別將其置于40、60、80℃、沸水條件下保持一定時間，取出后在517 nm下測其吸光度，考察溫度變化對色素穩定性的影響。

1.2.4 金屬離子對山竹果殼色素穩定性的影響

參照文獻[10]略作修改進行，色素液制備同1.2.3，取2 mL色素水溶液，用不同濃度的金屬離子溶液（pH 2.0）定容到10 mL，置于暗處，以同濃度的離子溶液作為對照，在最佳吸收波長下分別測定0、1、2、3、4、5、6 d后的吸光度A，考察各種金屬離子對山竹果殼色素穩定性的影響。

1.2.5 氧化劑和還原劑對山竹果殼色素穩定性影響

1.2.5.1 雙氧水（H2O2）的影響

參照文獻[11]略作修改進行，取2 mL的色素液加入不同濃度的H2O2溶液（pH 2.0）定容到10 mL，測定雙氧水對其穩定性的影響。

1.2.5.2 還原劑亞硫酸鈉（Na2SO3）的影響

參照文獻[12]略作修改進行，取2 mL的色素液加入不同濃度的Na2SO3溶液（pH 2.0）定容到10 mL，測定Na2SO3對其穩定性的影響。

1.2.5.3 抗壞血酸（Vc）的影響

參照文獻[13]略作修改進行，取2 mL的色素液加入不同濃度的VC溶液（pH 2.0）定容到10 mL，時間以小時（h）計，分別放置0、5、15、25、35、45 h后在517 nm下測定VC對其穩定性的影響。

1.2.6 常用防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀溶液對山竹果殼色素的影響

參照文獻[14]略作修改進行，取2 mL的色素液，用不同濃度苯甲酸鈉、山梨酸鉀溶液（pH2.0）定容到10mL，時間以天（d）計，分別放置0、1、2、3、4、5、6 d后在517 nm下測定防腐劑對其穩定性的影響。

1.2.7 山竹果殼中的提取液抑菌活性測定

1.2.7.1 山竹果殼中的提取液對供試菌種的最低抑菌濃度（MIC）

濾紙片法略作改動[15-17]，選用枯草芽孢桿菌（B.subtilis）、大腸桿菌（E.coli）等7種常見的引起食品變質的菌株進行山竹色素抑菌效果的測定。

采用斜面培養基在37℃培養箱中對菌種進行活化24 h。用無菌水將幾種活化過的菌株配制成為菌懸液，并在顯微鏡下對菌懸液用血球計數板進行計數，最終配成的菌懸液濃度約為106個/mL～107個/mL。用混菌法制備各個受試菌株平板。采用濾紙片法進行抑菌效力的測定。在無菌條件下，取山竹色素原液稀釋成為10.0、5.0、2.5、1.25、0.625 mg/mL 的山竹色素溶液。用無菌鑷子將浸有不同質量濃度色素溶液的小圓濾紙片（11mm）平貼在培養基上。采用完全試驗設計，重復4次。

1.2.7.2 防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀對供試菌種的最低抑菌濃度（MIC）

以苯甲酸鈉和山梨酸鉀對供試菌種的抑菌活性為對照。配制成20.0、10.0、5.0、2.5、1.25、0.625 mg/mL濃度的苯甲酸鈉和山梨酸鉀溶液,方法同1.2.7.1，對受試菌株作抑菌活性測定，并測量抑菌圈大小,以測定防腐劑對各受試菌種的MIC值。

2 結果與分析

2.1 山竹果殼色素提取的最佳溶劑

山竹果殼色素提取的最佳溶劑的選擇實驗結果顯示于圖1。

從圖1可見，山竹果殼色素在酸性條件下穩定，酸性甲醇溶液對色素的提取率最高，但考慮到甲醇的毒性及所用的金屬鹽的溶解性，本實驗選用酸性乙醇（最大吸收峰為528 nm）和酸性水溶液（最大吸收峰為517 nm）作為山竹果殼色素的提取溶劑，對山竹果殼中的色素進行提取，并對其穩定性進行研究。

2.2 pH對山竹果殼色素穩定性的影響結果

研究pH對山竹果殼色素穩定性的影響，結果見圖2。

從圖2顯示，山竹果殼色素在酸性條件下較為穩定，隨著提取溶劑pH的升高，溶液色澤逐漸變為暗黃色，當pH為6時，基本看不出溶液的最大吸收峰，這不僅與山竹果殼紅色素的結構有關，還與其在不同pH條件下有不同的解離狀態有關。

2.3 溫度對山竹果殼色素的影響結果

測定溫度對山竹果殼色素的影響見圖3。圖3表明，山竹果殼色素的水溶液對溫度的變化具有較好的穩定性，溫度在80℃以下時，山竹果殼色素色澤沒有明顯變化，當色素溶液處于沸水中1.5 h之后，溶液吸光度反而有所增加，產生了增色效應，這可能是由于長時間的高溫處理使山竹果殼色素的結構有所改變，生成了更為深色的物質，具體的機理有待進一步研究。

2.4 金屬離子對山竹果殼色素穩定性的影響測定結果

金屬離子對山竹果殼色素穩定性的影響測定見表1。

表 1 不同金屬離子對山竹果殼色素穩定性的影響Table 1 Effects of different ions on stability of Garcinia mangostana pigment

表1表明，所用金屬離子對山竹果殼色素穩定性的影響不明顯，色素溶液的色澤并沒有隨著金屬離子濃度的增加和共存時間的延長而出現褪色，該色素可與所用金屬離子共用。

2.5 氧化劑還原劑對山竹果殼色素的影響測定結果

2.5.1 雙氧水（H2O2）的影響結果

雙氧水（H2O2）的影響見圖4。

由圖4可知，氧化劑H2O2對山竹果殼色素的結構有較大的破壞作用，隨著雙氧水濃度的增加，色素的穩定性逐漸下降，當雙氧水的濃度為0.6%時，色素的保持率僅為15.41%，說明山竹果殼色素的耐氧化性不強。

2.5.2 還原劑亞硫酸鈉（Na2SO3）的影響結果

還原劑亞硫酸鈉（Na2SO3）的影響見圖5。

從圖5可以分析出，山竹果殼紅色素對還原劑Na2SO3不穩定，較高濃度的Na2SO3使其褪色嚴重，當濃度達到0.8%時，色素的保持率僅為6.88%。

2.5.3 抗壞血酸（VC）的影響結果

抗壞血酸（VC）的影響，見圖6。

從圖6中可看出，山竹果殼色素隨著VC濃度的增高及放置時間的增長，色素溶液的吸光度明顯下降，顏色變淺，說明高濃度的還原劑對山竹果殼紅色素產生了較大的影響，使色素降解，溶液的吸光度下降；山竹果殼色素與還原劑長期共存，也會使其穩定性下降，色澤變淺。

2.6 常用食品防腐劑的影響結果

常用食品防腐劑的影響見表3。

表 3 防腐劑對山竹果殼色素的影響Table 3 The effects of preservative on stability of Garcinia mangostana pigment

表3中可見，較低濃度的山梨酸鉀和苯甲酸鈉對山竹果殼色素沒有產生明顯的影響，也沒有隨著共存時間的延長出現較大的變化，當二者濃度達到0.5%時，色素溶液的吸光度明顯下降，顏色變淺，說明高濃度的防腐劑對山竹果殼色素的結構有較大的破壞作用。

2.7 山竹果殼中提取液抑菌活性測定

將提取出的色素溶液進行濃縮、除雜和干燥。用無菌水溶解，進行梯度稀釋，配制成10、5.0、2.5、1.25、0.625 mg/mL濃度的溶液,以抑菌圈直徑為指標,進行MIC的測定，測定結果見圖7。

圖7表明，山竹果殼提取液對藤黃球菌（Micrococcus luteus）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、八疊球菌（Sarcina）的抑制作用最為顯著,其次是啤酒酵母（Saccharomyces sp.）和根霉（Rhizopus sp.），對痢疾桿菌（Shigella dysenteriae）和大腸桿菌（Escherichia coli）的抑制作用相對較弱,隨著溶液濃度的增加,其抑菌作用越明顯。

山梨酸鉀和苯甲酸鈉在濃度為20 mg/mL時有直徑為1.5 mm的抑菌圈，而當與山竹果殼中提取液相同濃度下，對受試菌株并沒有顯著的抑菌圈。說明在相同條件下山竹果殼中提取液對受試菌株的抑菌能力強于山梨酸鉀和苯甲酸鈉。部分抑菌效果見圖8。

3 討論與結論

1）山竹果殼色素在酸性條件下較為穩定也有較好的耐熱性，而在堿性條件下穩定性下降，說明山竹果殼色素可在酸性和高溫下使用；同時山竹果殼色素對金屬離子穩定，因此使用時還可與所用金屬鹽離子共存；但其對氧化劑和還原劑的穩定性較差，與二者共存時易發生褪色反應，應用時應考慮提高山竹果殼色素的抗氧化還原能力或盡量避免與一些氧化還原力較強的添加劑一起使用；雖然山竹果殼色素對高濃度的防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀不穩定，但在二者濃度≤0.1%，并放置6 d后，其依然有較好的穩定性和色澤，能在滿足一般食品防腐的同時起到一定的著色效果。山竹作為藥食兩用的水果，其殼中含有大量的紅色素，色澤鮮艷且著色能力很強，若能提高其耐堿性和抗氧化還原的能力，山竹果殼色素作為食用天然紅色素應用，對于山竹果殼資源的充分利用將具有較好價值和應用前景。

2）山竹果殼色素提取液對供試的菌種均有抑菌作用，并且與常用防腐劑苯甲酸鈉進行比較，在相同濃度下，苯甲酸鈉的抑菌效果不及山竹果殼色素提取液好，因此用山竹果殼提取物作為天然防腐劑代替化學防腐劑保藏食品是可行的,本研究為更好地開發山竹資源提供了有利的科學參考。

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Study on Pigment Stability and Antimicrobial Activity from Garcinia mangostana Crust

PENG Wen－shu，CHEN Yi－jian*，ZHONG Wen－wu，SHI Xue，XIONG Yong
（Key Laboratory of Ethnic Medicine Resource Chemistry，State Ethnic Affairs Commission＆ Ministry of Education，Yunnan University of Nationalities，Kunming 650031，Yunnan，China）

The research aimed to study the pigment extracted from the shell of Garcinia mangostana.Meanwhile，its stability and antibacterial activity were measured by spectrophotometry and filter paper method.The absorbance of the pigment from the shell of Garcinia mangostana was measured after the samples were pretreated with metal ions，oxidizing agents，reducing agents and preservatives with different pH values，temperatures and concentrations，respectively.The pigment in the shell of Garcinia mangostana，when the pH＜6 the stability was decreased；when the temperature was higher than 80℃，the hyperchromic effect was increasesed；various of metal ions have more affected；The pigment was susceptible to have oxidation and reduction；in the high concentration of preservatives，it had greater stability.Inhibition experiments showed that the extracts of fungi，bacteria，yeast had a strong antibacterial effect，with the pigment concentration increased，the inhibition enhanced.And the inhibitory effects were as follows Micrococcus luteus＞Sarcina＞Bacillus subtilis＞Saccharomyces sp.＞Rhizopus sp.＞Shigella dysenteriae＞Escherichia coli.This pigment has good stability and antibacterial activity，can be widely used in food，beverage and natural plant pigments added pharmaceutical and other industries.

Garcinia mangostana；pigment；stability；antimicrobial activity

云南省教育廳科學研究基金項目（2010Y428）

彭文書（1984—），女（彝），在讀研究生，研究方向：民族藥資源開發和利用。

*通信作者：陳毅堅（1966—），女，教授。

2011-06-28