護色劑對玫瑰花飲料中紫甘薯色素穩定性的影響

楊 月，毛兆祥，張連龍，成恒嵩

(無錫健特藥業有限公司，江蘇 無錫 214091)

紫薯除了具有普通紅薯的營養成分外，還富含硒元素和花青素，具有特殊保健功能［1］，在日本國家癌癥研究中心最近公布的抗癌蔬菜中名列榜首。紫甘薯色素是從其塊根和莖葉中浸提出來的1種天然水溶性紅色素，屬于天然花青素類色素，色澤鮮亮、自然，無毒、無特殊氣味，具有抗氧化、抗突變、保護肝臟、預防心血管疾病等功效，是一種理想的天然食用色素資源［2-3］。研究證明，花青素是天然強效自由基清除劑，對100多種疾病有預防和治療作用，被譽為繼水、蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素和礦物質之后的第7大必需營養素［4-5］。

隨著人們生活水平的提高，對食品色、香、味的要求也越來越高，化學合成色素的毒副作用越來越受到人們的關注，而天然色素的應用成為必然趨勢。目前，天然著色劑存在的最大問題就是多數在產品中不穩定，在一定程度上影響了在食品工業中的應用。本文通過研究常用護色添加劑對紫甘薯色素在玫瑰花飲料中的護色作用，期望提高紫甘薯色素在飲料行業中的應用價值，旨在為紫甘薯色素的開發利用提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫甘薯色素，由森馨科技公司提供;三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、磷酸氫二鈉、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-2Na)均為食品添加劑。UV2450紫外-可見分光光度計，常用儀器等。

1.2 方法

1.2.1 單一護色劑對紫甘薯色素的護色試驗

試驗在酸性條件下 (pH值3～4)進行。配方為紫甘薯色素3 mg·100 mL-1，蔗糖6.5%，檸檬酸0.05%，玫瑰提取液6%及少量甜味劑 (三氯蔗糖)和香精。經調配后，裝入無色透明的PE塑料瓶 (350 mL)中，封蓋后殺菌。各組殺菌冷卻后于陽光下晾曬，10 d后測定色素保存率和降解指數，記錄色素穩定時間。

1.2.2 復配護色劑配方的選擇

在單一護色劑試驗的基礎上，選擇對紫甘薯色素效果較好的幾種護色劑，利用正交設計軟件組成不同配方，對紫甘薯色素進行護色試驗。試驗的主體配方和工藝同1.2.1節。

1.2.3 色素穩定性評價方法

參照參考文獻 ［6-7］，采用日曬法 (5-6月)，在殺菌冷卻后，將產品置于陽光下晾曬，記錄色素穩定的時間。產品中色素含量用最大吸光值Dλmax表示，色素降解常數 DI=D420/Dλmax，色素保存率S/%=D末/D初×100。試驗均重復3次，結果取平均值。

2 結果分析

2.1 紫甘薯色素的光譜學特性

將紫甘薯色素配制成不同濃度檸檬酸酸性溶液(pH值3～4)，在300～600 nm范圍內進行波長掃描，得到掃描曲線 (圖1)。紫甘薯色素在可見光區530 nm處有1個最大吸收峰，是典型花色苷的特征吸收峰，同時在紫外光區也有較強的吸收，這與文獻［8］報道的紫甘薯色素的吸收曲線相同。色素的濃度與530 nm處吸收峰的峰高成正比，因此可根據紫甘薯色素在530 nm處的吸光度來進行評價。

圖1 紫甘薯色素吸收光譜

2.2 單一護色劑對紫甘薯色素的護色效果

2.2.1 六偏磷酸鈉對紫甘薯色素的護色效果

在預實驗的基礎上，選擇六偏磷酸鈉的添加量分別為0.02%，0.08%，0.14%，0.20% (m/V)進行試驗，連續陽光直射10 d后，不同添加量的六偏磷酸鈉對體系中紫甘薯色素的護色效果如圖2。

圖2 六偏磷酸鈉對紫甘薯色素的護色效果

由圖2可見，隨著六偏磷酸鈉添加量的增加，體系中的色素含量先呈平緩趨勢，當添加量大于0.14%時，色素保存率下降5.29%，呈陡然下降趨勢。與此同時，隨著六偏磷酸鈉添加量的增加，降解指數DI整體呈現上升趨勢。當添加量小于0.14%時，DI值變化不明顯;當添加量大于0.14%時，DI值上升幅度大。這表明降解指數DI值與六偏磷酸鈉的添加量有一定的關聯，添加量大于0.14%時，添加量增大，降解指數DI增大，色素保存率降低。綜上分析，六偏磷酸鈉添加量0.02%時，10 d后的色素保存率為69.41%。

2.2.2 三聚磷酸鈉對紫甘薯色素的護色效果

在預實驗的基礎上，選擇三聚磷酸鈉的添加量分別為 0.02%，0.08%，0.14%，0.20%進行試驗，連續陽光直射10 d后，不同添加量的三聚磷酸鈉對體系中紫甘薯色素的護色效果如圖3。

圖3 三聚磷酸鈉對紫甘薯色素的護色效果

由圖3可見，隨著三聚磷酸鈉添加量的增加，體系中的色素含量呈逐漸下降趨勢，當添加量為0.20%時，色素保存率僅為40.59%，色澤呈灰褐色，且體系的色澤變化是在剛加入時就立即發生色素降解;隨著添加量的增大，色澤變化就愈明顯。這表明三聚磷酸鈉對紫甘薯色素的穩定性起反作用，這可能是由于三聚磷酸鈉對某些金屬離子的絡合作用，抑制了這些金屬離子與花青苷的螯合反應。研究表明，花色苷與某些金屬離子如 Zn2+和Al3+發生螯合反應，從而提高花色苷的穩定性［4］。由降解指數DI曲線可知，隨著三聚磷酸鈉添加量的增加，DI值逐漸增大，這表明降解指數DI值與三聚磷酸鈉的添加量有密切的相關性;添加量越大，降解指數DI越大，色素保存率越少。綜上分析，三聚磷酸鈉不適合作為紫甘薯色素的護色劑，其對紫甘薯色素的穩定有一定的反作用。

2.2.3 磷酸氫二鈉對紫甘薯色素的護色效果

在預實驗的基礎上，選擇磷酸氫二鈉的添加量分別為 0.02%，0.08%，0.14%，0.20%進行試驗，連續陽光直射10 d后，不同添加量的磷酸氫二鈉對體系中紫甘薯色素的護色效果如圖4。

由圖4可見，隨著磷酸氫二鈉添加量的增加，體系中的色素含量先陡然上升后逐漸下降呈平緩趨勢。當添加量為0.08%時，最大吸光度 D530值最高，此時色素保存率為75.29%。降解指數 DI隨著磷酸氫二鈉添加量的增大，呈現陡然下降后逐漸上升至平緩趨勢;在添加量為0.08%時，降解指數DI值最低，即降解速率最低。綜上分析，選擇磷酸氫二鈉添加量為0.08%。

圖4 磷酸氫二鈉對紫甘薯色素的護色效果

2.2.4 EDTA-2Na對紫甘薯色素的護色效果

GB2760中規定，EDTA-2Na在飲料類中的添加量最大為0.03 g·kg-1。在預實驗的基礎上并參照GB2760，選擇 EDTA-2Na的添加量分別為0.001 0%，0.002 0%，0.002 5%，0.003 0% 進行試驗，連續陽光直射10 d后，不同添加量的EDTA-2Na對體系中紫甘薯色素的護色效果如圖5。

圖5 EDTA-2Na對紫甘薯色素的護色效果

由圖5可見，隨著EDTA-2Na添加量的增加，體系中的色素含量呈下降至連續平緩趨勢，降解指數DI呈上升至連續平緩趨勢。EDTA-2Na添加量為0.001 0%時，最大吸光度D530值最大，色素保存率最高為73.53%，降解指數 DI最低。說明當EDTA-2Na添加量增加時，對體系的護色作用不明顯。綜上分析，選擇EDTA-2Na添加量為0.001 0%。

2.3 單一護色劑對紫甘薯色素的穩定時間

幾種護色劑對天然紫甘薯色素的護色試驗中，記錄各單一護色劑對該飲料色澤的護色穩定時間。六偏磷酸鈉為20 d，磷酸氫二鈉為17 d，EDTA-2Na為21 d，三聚磷酸鈉為0 d。

2.4 復合護色劑對對紫甘薯色素的護色效果

在單一護色添加劑護色試驗的基礎上，選用對紫甘薯色素護色效果較好的3種護色劑 (六偏磷酸鈉、磷酸氫二鈉、EDTA-2Na)進行復配試驗。經預實驗發現，由于各組產品最終色澤均趨于橘黃色，色素降解后各組色澤變化無法用肉眼準確區別。因此，在正交復配試驗中主要以15 d后的色素保存率指標來衡量護色效果。按L9(33)設計3因素3水平試驗，以色素保存率為指標進行優選試驗。正交試驗因素水平見表1，結果見表2。

表1 試驗因素水平

表2 正交實驗結果

表2結果表明，在所有正交處理中，8號護色效果最佳，色素保存率為66.47%，其他各組處理色素保存率均相差不大。通過極差分析可知，復合護色劑對紫甘薯色素護色效果的主次因子分別為六偏磷酸鈉 ＞磷酸氫二鈉＞EDTA-2Na。試驗獲得的最優組合為 A3B2C1，即 0.05%六偏磷酸鈉 +0.05%磷酸氫二鈉。以此組合的復配護色劑用于酸性飲料試驗紫甘薯色素的色澤穩定性，其色澤可穩定25 d。

3 討論

紫甘薯色素屬于花青素類色素，花青素在pH為2～5時色澤較穩定。本試驗體系 pH為3～4，在此酸性條件下進行研究，其色澤鮮亮，口感好，宜作為酸性飲料的色素來源。

從天然紫甘薯色素光譜學特性來看，在可見光區530 nm處有1個最大吸收峰。這證實了紫甘薯色素為花色苷類色素，同時在紫外光區也有較強的吸收。據此功能特性，可考慮應用于化妝品行業。

花色苷在水溶液中以2-苯基苯并吡喃陽離子、醌型堿、假堿、查爾酮的形式存在，這4種形式隨水溶液pH值的變化而相互轉化［4，6］。因其具有的裸露陽離子和多種不飽和酸易受光、氧、熱的影響，在吸收光線中某一段波長光的能量后會發生降解［9］，從而致使色素結構的改變，發生光降解。

幾種護色劑在本試驗體系中正反作用的原因是六偏磷酸鈉在飲料中主要起品質改良劑、螯合劑、pH調節劑及一定的抗氧化作用;磷酸二氫鈉主要起酸度調節劑的作用;EDTA-2Na具有廣泛的配位性能，幾乎能與所有的金屬離子形成穩定的螯合物，從而有效地抑制金屬離子對色素的不良影響。研究表明，Fe3+等對花色苷有明顯的破壞作用，EDTA-2Na可絡合Fe3+等，從而起到一定的護色作用［6］。三聚磷酸鈉也有一定的絡合多價離子、pH調節劑及抗氧化的作用，而不同添加量的三聚磷酸鈉加入后，可能是對整個體系的pH有一定的影響，從而起反作用。但食品添加劑的加入會絡合一定的金屬離子，必然會降低食品中礦物營養價值。因此，在達到護色的前提下，應盡可能的減少各食品添加劑的用量。

4 小結

目前對紫甘薯色素的提取工藝、光譜學性質、穩定性等已有一定的研究，但將其制成酸性天然飲料，并對其色澤穩定性進行研究還未見報道，本研究優選出0.05%六偏磷酸鈉+0.05%磷酸氫二鈉復配護色劑，用于天然紫甘薯色素玫瑰花飲料護色，使其色澤可穩定25 d。天然紫甘薯色素是一種具有開發前景的理想天然食用色素，可應用于食品、飲料、醫藥等多種行業。本研究關于紫甘薯色素穩定性的研究還處在基礎階段，作用機理與更廣泛的研究還需深入，期此研究對天然色素在飲料中的應用具有一定的指導作用。

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