籽粒莧花穗色素的穩定性研究

廖芙蓉，闞建全*

(西南大學食品科學學院，重慶市農產品加工及貯藏重點實驗室，重慶 400716)

籽粒莧(Amaranthus sp.)是一種莧科(Amaranthceae)、莧屬(Amaranthus)草本植物，屬一年生，原產于中美洲和東南亞的熱帶與亞熱帶地區。籽粒莧具有優良的特性，已在我國絕大多數地區試種成功，主要包括Amaranthus hypochondriacus, A. cruentus和A. caudatus等品種[1-2]。籽粒莧中的蛋白質，膳食纖維，不飽和脂肪酸和礦質元素的含量均不同程度的高于其他谷物，氨基酸組成較為理想，含量最豐富的淀粉也具有優良的品質[3-7]。此外，研究者還發現籽粒莧具有抗氧化、降血糖、降血脂等生理功能[8-13]。值得注意的是，籽粒莧還是一種天然色素的良好來源。目前，對籽粒莧色素的研究還局限于提取方面[14-15]，且仍舊不足，關于籽粒莧花穗色素穩定性的研究尚未見報道。本實驗對籽粒莧花穗色素的穩定性進行研究，以期為籽粒莧色素的開發和利用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

籽粒莧花穗，采自重慶北碚區靜觀鎮，籽粒莧品種為K112(Amaranthus cruentus L.)。將采摘下的籽粒莧花穗與籽實分離，除去莖葉及昆蟲等雜質，然后將花穗放入鼓風干燥箱中在40～50℃條件下干燥并粉碎，將處理好的樣品置于陰涼通風處備用。

乙醇、過氧化氫、亞硫酸鈉等均為分析純。

1.2 儀器與設備

DHG-9240型電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；JA2003型分析天平 上海精科天平廠； KQ3200DB數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；UV-2450紫外-可見分光光度計 日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 籽粒莧花穗色素原液的制備

稱取一定質量的籽粒莧花穗樣品，以10%的乙醇為提取溶劑，在料液比1：50、提取溫度40℃、超聲波功率150W、提取時間60min的條件下對樣品進行色素提取并過濾；濾渣按照與樣品相同的方法重復一次色素提取；將兩次提取得到的濾液合并即得籽粒莧花穗色素原液，將樣品倒入棕色玻璃瓶中冷藏備用。

1.3.2 籽粒莧花穗色素的光譜特征取一定量色素原液，以10%的乙醇溶液進行適當稀釋，以蒸餾水為空白對照，用紫外-可見分光光度計在400～700nm波長范圍內進行掃描，確定籽粒莧花穗色素在可見光區的最大吸收波長。

1.3.3 籽粒莧花穗色素的穩定性

以籽粒莧花穗色素在可見光區的特征吸收峰波長處的吸光度為指標，研究不同條件對籽粒莧花穗色素穩定性的影響。取一定量的籽粒莧花穗色素原液，適當稀釋后測定其吸光度，將稀釋后的色素液等量分裝到帶塞試管中備用，每組實驗均重復3次。

1.3.3.1 溫度對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

將裝有樣品稀釋液的試管分別置于不同溫度的恒溫水浴鍋中保溫，定時取樣使之快速冷卻至室溫并測定其吸光度。

1.3.3.2 光對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

將裝有樣品稀釋液的試管分別放置于自然光，室溫避光和冰箱等條件下保存，每24h取樣測定其吸光度，連續觀察1周。

1.3.3.3 pH值對籽粒莧花穗色素穩定性的影響[16]

取12支裝有樣品稀釋液的試管，其中一支作空白對照不進行pH值的調整，用1mol/L HCl和1mol/L NaOH溶液將其余各樣品調至不同的pH值，測定各pH值條件下樣品在可見光區的最大吸收波長和吸光度，觀察并記錄相應的顏色變化。

1.3.3.4 氧化劑對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

選取H2O2作氧化劑，在裝有樣品稀釋液的試管中加入一定量的H2O2，使色素液中H2O2的體積分數分別為0、0.05%、0.5%、1%、2%，測定各樣品的吸光度。

1.3.3.5 還原劑對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

選取Na2SO3和VC作還原劑，在裝有樣品稀釋液的試管中分別加入一定量的Na2SO3和VC，使色素液中Na2SO3和VC的質量分數分別為0、0.01%、0.02%、0.03%、0.04%，測定各樣品的吸光度。

1.3.3.6 有機酸對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

在裝有樣品稀釋液的試管中分別加入一定量的檸檬酸、草酸、乙酸、乳酸和酒石酸，使色素液中各種有機酸的質量分數分別為0、0.05%、0.1%、0.5%、1%，測定各樣品的吸光度。

1.3.3.7 糖類對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

在裝有樣品稀釋液的試管中分別加入一定量的葡萄糖、木糖和甘露糖，使色素液中甘露糖的質量分數分別為0、5%、10%、15%、18%(甘露糖的溶解度為18%)，葡萄糖和木糖的質量分數分別為0、5%、10%、15%、20%，測定各樣品的吸光度。

1.3.3.8 防腐劑對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

在裝有樣品稀釋液的試管中分別加入一定量的苯甲酸鈉和山梨酸鉀，使色素液中防腐劑的質量分數分別為0、0.02%、0.06%、0.1%、0.2%，測定各樣品的吸光度。

1.3.3.9 金屬離子對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

在裝有樣品稀釋液的試管中分別加入一定量的Al3+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+等離子的溶液，使色素液中各種金屬離子的濃度分別為0、0.005、0.01、0.05、0.1mol/L，測定各樣品的吸光度并觀察記錄實驗現象。

2 結果與分析

2.1 籽粒莧花穗色素的光譜特征

圖 1 籽粒莧花穗色素10%乙醇溶液的紫外-可見吸收光譜圖Fig.1 Absorption spectrum of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

圖1為籽粒莧花穗色素10%乙醇溶液的紫外-可見吸收光譜掃描圖譜，可以看出，其在可見光區的最大吸收波長為534nm。

2.2 籽粒莧花穗色素的穩定性

2.2.1 溫度對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

圖 2 溫度對籽粒莧花穗色素穩定性的影響Fig.2 Effect of temperature on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖2可知，溫度對籽粒莧花穗色素的影響較大。當溫度低于50℃時，吸光度下降的較為緩慢，色素溶液穩定性維持較好；隨著溫度的升高，色素溶液的穩定性逐漸變差，當溫度為80℃時，色素溶解的吸光度在2h內從0.852下降至0.084，色素被嚴重破壞，呈現出淺黃色。可見，籽粒莧花穗色素對溫度較敏感，在加工過程中應避免高溫。

2.2.2 光對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

由圖3可知，比較室溫避光和自然光兩種條件的實驗結果可知，一周之后兩者的吸光度均從高于0.8的水平下降到了0.3以下，其中室溫避光條件下的吸光度水平比自然光條件下略高，可見光能夠對籽粒莧花穗色素造成一定的破壞；冰箱同時提供了黑暗和低溫的環境，一周過后其吸光度仍維持在0.8以上。

圖 3 光對籽粒莧花穗色素穩定性的影響Fig.3 Effect of light on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

2.2.3 pH值對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

調節籽粒莧花穗色素溶液的至不同的pH值，其中空白組不進行pH值調節，測定不同pH值條件下籽粒莧花穗色素在可見光區的最大吸收波長，并觀察其顏色變化，結果見表1。

表 1 pH值對籽粒莧花穗色素穩定性的影響Table 1 Effect of pH on the stability of the pigment from grain amaranth flower spikes

從表1可見，當pH1～9時，最大吸收波長在534nm左右，而當pH值大于9時，最大吸收波長產生了紅移；在pH 4～9范圍內，吸光度均與空白樣品接近，在其余pH值條件下吸光度都較為明顯的低于空白樣品；pH3～8范圍，色素能夠維持紅色，其余pH值條件會使色素變色。由此可見，籽粒莧花穗色素在pH4～8范圍較為穩定。

2.2.4 氧化劑對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

圖 4 H2O2體積分數對籽粒莧花穗色素穩定性的影響Fig.4 Effect of H2O2 on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖4可知，當籽粒莧花穗色素中H2O2體積分數分別為0.05%、0.5%、1%、2%時，起初吸光度與未添加H2O2的樣品沒有大的差距，色素基本未受影響；經過較長時間的觀察發現，在一定范圍內，H2O2體積分數越高，存放時間越長，吸光度呈現越明顯的下降趨勢，色素的受破壞程度越大。

2.2.5 還原劑對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

圖 5 Na2SO3(a)和VC(b)對籽粒莧花穗色素穩定性的影響Fig.5 Effect of Na2SO3(a) vitamin C(b) on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖5可知，加入質量分數低于0.04%的Na2SO3和VC時，起初吸光度降幅微小，可以認為對籽粒莧花穗色素幾乎沒有影響；隨著存放時間的延長，可以發現，在一定范圍內，還原劑質量分數越大，吸光度越小，色素被破壞程度越大；從24h后的吸光度曲線可以看出，當Na2SO3質量分數達到0.04%時，吸光度的下降趨勢趨于平緩，VC質量分數大于0.02%時，吸光度就開始顯著下降。

2.2.6 有機酸對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

圖 6 檸檬酸(a)、草酸(b)、乙酸(c)、乳酸(d)和酒石酸(e)對籽粒莧花穗色素穩定性的影響Fig.6 Effect of citric acid(a), oxalic acid(b), acetic acid(c), lactic acid(d) and tartaric acid(e) on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖6可知，當加入的有機酸質量分數在0.1%以下時，吸光度多呈現較為明顯的下降趨勢，5h和24h后，實驗組的吸光度更顯著的低于空白組；當有機酸質量分數大于0.1%時，其使吸光度減小的趨勢變的相對平緩，可見，有機酸對色素穩定性的影響并未隨著有機酸質量分數的繼續增大而增大。

2.2.7 糖類對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

圖 7 葡萄糖(a)、木糖(b)、甘露糖(c)對籽粒莧花穗色素穩定性的影響Fig.7 Effect of glucose(a), xylose(b) and mannose(c) on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖7可知，當加入不同質量分數的葡萄糖、木糖和甘露糖后，吸光度有所增加，加入的葡萄糖和甘露糖質量分數大于10%時，吸光度增大較顯著，而當木糖質量分數大于10%，吸光度比更低質量分數時有所下降；5h后，各種不同質量分數糖的添加仍能將吸光度值維持在與空白樣品相當的水平；而24h后，各添加量木糖和甘露糖條件下的吸光度均低于空白樣，葡萄糖質量分數為15%和20%時的吸光度與空白樣的吸光度接近。可見，糖類能夠起到一定的增色、護色的效果，其中以葡萄糖的效果較為明顯，有利于維持籽粒莧花穗色素的穩定性。

2.2.8 防腐劑對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

圖 8 苯甲酸鈉(a)、山梨酸鉀(b)對籽粒莧花穗色素穩定性的影響Fig.8 Effect of sodium benzoate(a) and potassium sorbate(b) on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由圖8可知，5h內，質量分數小于0.2%的防腐劑對籽粒莧花穗色素基本沒有影響；24h后，質量分數大于0.06%的苯甲酸鈉對色素有明顯的破壞作用，山梨酸鉀質量分數大于0.02%時可對色素產生較明顯的破壞；看來，防腐劑質量分數越高，存放時間越長，色素被破壞程度越嚴重。

2.2.9 金屬離子對籽粒莧花穗色素穩定性的影響

表 2 金屬離子對籽粒莧花穗色素穩定性的影響Table 2 Effect of metal ions on the stability of the pigment from grain amaranth fl ower spikes

由表2可知，Ca2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+等金屬離子可嚴重破壞籽粒莧花穗色素，使之產生混濁甚至改變本色；Al3+、Na+、K+、Mg2+等對籽粒莧花穗色素的影響相對較小，它們的存在不會使色素產生渾濁和變色等不良變化，低濃度的Al3+和Mg2+有一定的增色作用，Na+和K+的存在使得色素的吸光度產生了小幅度的降低，隨著濃度的增大，這種影響并沒有表現的更為明顯。

3 結 論

綜合以上實驗結果發現，籽粒莧花穗色素熱穩定性較差，適合應用于低溫食品；在pH4～8范圍內穩定，在應用的過程中應避免酸堿性條件；Ca2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+等可使色素混濁變色，在生產利用時應防止與可能存在這些金屬離子的設備接觸；Na+、K+和低濃度的氧化還原劑和防腐劑不會對色素的穩定性造成大的影響；某些糖類，Al3+、Mg2+在一定條件下能對籽粒莧花穗色素起到護色和增色作用。

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