不同工藝制備火龍果粉中紅色素穩定性的研究

何全光 黃梅華 張娥珍 辛明 林麗靜 黃茂康 覃仁源 黃振勇

摘 ?要 ?為增加火龍果中天然紅色素的穩定性，實現其在食品加工中的應用，以紅肉火龍果果肉為原料，研究pH值、金屬離子、甜味劑、食品添加劑等因子對其噴霧干燥粉、凍干原粉及凍干包埋粉中紅色素穩定性的影響。結果表明：該火龍果粉中色素對高溫敏感，噴霧干燥粉中的色素損失率高于凍干原粉和凍干包埋粉;色素在pH6的環境中較穩定;Ca2+、K+、Mg2+對色素穩定性影響不大，Na+有利于提高噴霧干燥粉中色素的穩定性，Zn2+、Al3+不利于色素熱穩定性，Fe3+、Cu2+可對果粉中的色素穩定性造成嚴重損壞;甜味劑等碳水化合物對火龍果粉中色素穩定性無不利影響;丙酸鈣不利于色素穩定，過氧化氫明顯降低噴霧干燥粉熱處理后的色素殘留率，亞硫酸鈉對3種果粉的色素均可造成嚴重破壞，抗壞血酸可明顯提高3種果粉色素的熱穩定性。該結果為促進火龍果粉的加工及利用提供一定的參考價值。

關鍵詞 ?火龍果粉;紅色素;穩定性;應用

中圖分類號 ?TS202.3 ? ? ? ? ?文獻標識碼 ?A

Pigment Stability of Pitaya Powder

HE Quanguang1，HUANG Meihua1，ZHANG Ezhen1*，XIN Ming1，

LIN Lijing2，HUANG Maokang1，QIN Renyuan1，HUANG Zhenyong1

1 Institute of Agro-food Science &Technology，Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning，Guangxi ?530007，China

2 Institute of Agro food Science &Technology，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，

Zhanjiang， Guangdong 524001， China

Abstract ?In order to increase the stability of natural red pigment in pitaya and realize its application in food processing， the influence of pH， metal ions， sweeteners and other food additives on the stability of red pigment in spray drying powder， freeze-dried powder and freeze-dried embedding powder was studied with the raw material of red meat pitaya pulp. The results showed that the pigment was sensitive to high temperature， the loss rate of pigment in spray drying powder was higher than that of in freeze-dried powder and freeze-dried embedding powder. The pigment remained stable in the environment of the pH6. Some metal ions such as Ca2+， K+， Mg2+ had no significant impact on the stability of pigment， ?Na+ could improve the stability of pigment in spray-dried powder， but Zn2+， Al3+ reduced the heat stability of pigment， and Fe3+， Cu2+ caused serious damage to pitaya pigment. Carbohydrates such as sweeteners had no negative influence on the stability of pigment. Calcium propionate was not conducive to the stability of pigment， hydrogen peroxide reduced the thermal stability of pigment by spray-drying significantly， and Na2SO3 caused serious damage to the pigment in three types of pitaya powder， while ascorbic acid improved the thermal stability of pigment obviously. The results provided a certain reference value in promoting the processing and utilization of red pigment in pitaya.

Key words ?Pitaya fruit powder;Red pigment;Stability;Application

doi ?10.3969/j.issn.1000-2561.2015.10.025

食品的色澤是評價食品感觀質量的重要指標，色、香、味俱佳的食品才能引起人們的食欲和購買欲[1]。食用色素通常可分為合成色素和天然色素[2]，合成色素盡管色澤鮮艷、穩定性好、成本低廉，但可能具有慢性毒性、致病、致癌作用，對人們的健康有很大危害。而天然色素不僅安全，往往還具有一定的營養和藥理作用，于是逐漸取代合成色素，成為人們研究的焦點[3-4]。

火龍果（Hylocereus undulatus）又名紅龍果、仙蜜果、情人果等，為仙人掌科量天尺屬果用栽培作物。原產于墨西哥、巴西等熱帶地區，現在中國海南、廣西、廣東、福建等地均有大量種植[5]。其果實外形獨特、美味可口、營養豐富，是一種新奇、優良的保健食品，具有廣闊的發展前景。目前，火龍果主要用于鮮食，其加工產品有果脯、果汁、果酒、果醋、果醬、酸奶、罐頭、冰淇淋等。但大多處于研究探索階段，市售的火龍果加工產品并不多[6]。另外，火龍果顏色鮮艷，是天然紅色素的良好來源，其甜菜苷類色素具有抗氧化、減少和清除自由基，抑制黑色素瘤細胞、革蘭氏菌、酵母菌、霉菌的生長等能力[7]，因此開發火龍果色素，在食品、保健品、化妝品及醫藥等行業均有很好的應用前景。

近年來，火龍果天然紅色素的開發利用越來越受到重視，對其提取工藝[8]、色素組成[9]、穩定性[10]等方面均有大量研究，但大多是以提取純化的火龍果色素為對象，對果粉中紅色素的穩定性還鮮有報道[11]。果粉即將新鮮水果加工成粉狀的成品，不僅保持了水果原有的天然風味和營養成分，并且易于保存、方便攜帶、應用廣泛[12]。將果粉作為著色劑應用到食品加工領域，不僅可以改善產品的色澤和風味，還能提高產品的營養價值[13]。

因此，本文以火龍果粉為對象，研究其所含天然紅色素的穩定性，為火龍果的產品加工及其作為天然色素應用到其他食品加工領域提供基礎。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?植物材料 ? 火龍果品種為紅龍，采自廣西南寧市二塘種植區，采收后及時運輸至實驗室進行清洗，風干表面水分，留待下一步實驗。

1.1.2 ?實驗試劑與儀器 ? ?苯甲酸鈉、山梨酸鉀、丙酸鈣、雙乙酸鈉、脫氫乙酸鈉、淀粉、低聚木糖、低聚果糖、菊粉、L-阿拉伯糖、甜菊糖和海藻糖均為國產食品級，其余藥品為國產分析純，購自成都科析公司。

膠體磨為申鹿SRH60-70型、紫外分光光度計為島津UV2450、冷凍干燥機為LGJ-18、噴霧干燥塔為遠洋LPG-5型、榨汁機為偉峰A3000、粉碎機為天津泰斯特、恒溫水浴鍋為HH-S4型。

1.2 ?方法

1.2.1 ?火龍果粉制備工藝流程 ? ?紅肉火龍果→清洗→去皮→果肉、果籽分離→

果肉+0.5倍蒸餾水+20%麥芽糊精+2% β-環 糊精→打漿均質→噴霧干燥→噴霧干燥粉。

果肉+0.5倍蒸餾水→打漿均質→冷凍干燥→粉碎→凍干原粉。

果肉+0.5倍蒸餾水+20%麥芽糊精+2% β-環糊精→打漿均質→冷凍干燥→粉碎→凍干包埋粉。

1.2.2火龍果粉溶液的制備 ? ?準確稱取火龍果粉5 g，分別加入200 mL緩沖溶液、金屬離子溶液、甜味劑及其它食品添加劑溶液，振蕩使其充分溶解，即為相應的樣品溶液;取樣品溶液10 mL，于90 ℃水浴中加熱10 ?min，即為加熱樣品溶液;以加入同體積的蒸餾水為空白對照（CK）。

1.2.3 ?果粉中色素殘留率的計算 ? 色素殘留率=熱處理后的吸光度（A）/同一條件下熱處理前的吸光度（A0）×100%

1.2.4 ?火龍果粉色素穩定性試驗 ? pH值對色素穩定性的影響。配制0.1 mol/L的Na2HPO4和0.1 mol/L的檸檬酸，并以不同的比例調制成pH 3、4、5、6、7、8、9的系列磷酸鹽-檸檬酸緩沖液。按1.2.2所示方法制備待測溶液，加熱前后分別在536 nm處測定各溶液的吸光度，計算色素殘留率。

金屬離子對色素穩定性的影響。分別配制0.01 mol/L的NaCl、CaCl2、FeCl3、KCl、ZnSO4、CuSO4、MgSO4、AlCl3溶液。按1.2.2所示方法制備待測溶液，加熱前后分別在536 nm處測定各溶液的吸光度，計算色素殘留率。

甜味劑對色素穩定性的影響。分別配制0.1 mol/L的葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖、淀粉溶液，質量濃度為1%的低聚木糖、低聚果糖、菊粉、L-阿拉伯糖、甜菊糖、海藻糖溶液。按1.2.2所示方法制備待測溶液，加熱前后分別在536 nm處測定各溶液的吸光度，計算色素殘留率。

其它食品添加劑對色素穩定性的影響。分別配制0.05 mol/L的抗壞血酸（鈉）、亞硫酸鈉、過氧化氫及苯甲酸鈉、山梨酸鉀、丙酸鈣、雙乙酸鈉、脫氫乙酸鈉溶液。按1.2.2所示方法制備待測溶液，加熱前后分別在536 nm處測定各溶液的吸光度，計算色素殘留率。

1.3 ?數據處理

火龍果色素穩定性試驗中，每個樣品平行操作3次，測定3次DOD536 nm值，計算平均值后再按1.2.3所述公式計算各因素處理后的色素殘留率。運用Excel進行數據統計分析，采用SPSS對實驗組與空白組的色素殘留率進行差異顯著性測定，其中*為顯著，**為極顯著。

2 ?結果與分析

2.1 ?pH值對果粉中色素穩定性的影響

由圖1可知，pH對3種火龍果粉中色素的影響效果基本一致;熱處理前，隨pH升高，DOD536 nm值逐漸增大，當pH>7.0后，DOD536 nm值開始減小，說明該色素在中性偏酸的環境中比較穩定;熱處理后，DOD536 nm值下降明顯，且隨pH變化較大，呈拋物線狀，pH=6.0時，DOD536 nm達最大值，此時色素殘留率最大，可見pH對該色素的熱穩定性影響很大，中性偏酸時熱穩定性較強。

2.2 ?金屬離子對果粉中色素穩定性的影響

由圖2可知，金屬離子對火龍果粉中色素穩定性有較大影響。與CK相比，熱處理前，噴霧干燥粉中加入Na+、Ca2+、K+、Mg2+，DOD536 nm值略有升高，其中Na+的效果最好，加入Zn2+、Al3+略微下降，Fe3+、Cu2+使DOD536 nm值顯著下降;凍干原粉和凍干包埋粉中加入Na+、K+、Mg2+、Zn2+、Al3+，DOD536 nm值略有下降，加入Fe3+、Cu2+顯著下降，Ca2+對凍干包埋粉有一定的護色作用;熱處理后，DOD536 nm值均減小，加入Ca2+、K+、Mg2+，色素殘留率接近對照，Na+可顯著提高噴霧干燥粉的熱殘留率。Fe3+雖也可提高3種果粉的色素殘留率，但由于其熱處理前后的實際吸光值都顯著減小，對實驗結果意義不大，Zn2+、Al3+在加熱后極顯著降低了3種果粉的色素殘留率，殘留率下降至10%以下。

2.3 ?甜味劑對果粉中色素穩定性的影響

由圖3可知，甜味劑對3種火龍果粉中色素穩定性的影響不大。熱處理前和熱處理后，DOD536 nm值均與CK相當，因此甜味劑對火龍果粉中色素穩定性沒有不良影響，該果粉可和上述甜味劑配合使用。

2.4 ?其他食品添加劑對果粉中色素穩定性的影響

由圖4可知，亞硫酸鈉對3種火龍果粉中色素穩定性的影響最大，熱處理前及熱處理后，DOD536 nm值均明顯下降，熱處理加速過氧化氫對噴霧干燥粉中色素的破壞;含有抗壞血酸的3種火龍果粉經熱處理后，DOD536 nm值明顯大于CK，色素殘留率極顯著提高，可見抗壞血酸有助于提高果粉中色素熱穩定性;亞硫酸鈉雖可顯著提高噴霧干燥粉的色素殘留率，但其熱處理前后的實際吸光值都明顯下降，故對實驗結果意義不大;丙酸鈣、脫氫乙酸鈉、山梨酸鉀、苯甲酸鈉、雙乙酸鈉這幾種常用防腐劑中，丙酸鈣加熱后的色素殘留率最低;加入過氧化氫并加熱后，噴霧干燥粉的色素殘留率遠低于凍干粉，說明過氧化氫極顯著降低了噴霧干燥粉的熱穩定性。

3 ?討論與結論

將火龍果粉作為色素直接應用到食品加工領域，可免去色素提取這一工藝流程，達到改善產品色澤的目的，還能改善產品風味，提高產品營養價值，具有很大的研究價值和廣闊的應用前景。果粉的制備可以采用凍干后直接打粉和加入包埋劑均質處理后噴霧干燥這2種方式進行。噴霧干燥制備的果粉顆粒細膩，均勻度好，缺點是干燥過程經過熱處理，有可能造成熱敏性因子如香味、色素的損失;而凍干粉的優點是產品的色香味最接近原材料，缺點是顆粒相對較粗，均勻性差，成本較高。本研究表明噴霧干燥工藝制備的火龍果粉，火龍果色素的吸光值DOD536 nm下降幅度較大，冷凍干燥工藝制備的火龍果粉則保持了較高的吸光值。說明火龍果粉中色素對熱敏感，即使是噴霧干燥短暫的高溫也會促進火龍果色素的降解，這與胡坤等[14]的研究結果一致。

pH值對該色素穩定性有一定影響，特別是經過加熱后，色素的降解加快，在pH 3～9的范圍內，3種工藝制備火龍果粉的色素殘留率均呈現在pH 6最高，兩邊最低的變化規律，與葉麗君等[15]的pH 5.4條件下火龍果色素降解常數k達到最小值的研究結果相接近。說明麥芽糊精和β-環糊精的加入并沒有明顯改變火龍果色素在pH值3～9范圍的穩定性，火龍果粉在食品中應用的pH范圍以5～7為最佳。

在金屬離子對火龍果色素的影響方面，Ca2+、K+、Mg2+對火龍果粉的色素穩定性影響不大，Na+對噴霧干燥粉有一定的護色作用，能提高其熱處理后的色素殘留率，而Fe3+可對色素穩定性造成嚴重損壞。王新廣等[16]認為Al3+對色素穩定性影響不大，但本研究表明，果粉溶液加入Zn2+、Al3+ 后吸光值雖然變化不大，但經熱處理后，色素損失較大，有可能是因為果肉中的成分和Zn2+、Al3+在加熱的條件下加速了色素的降解。莊明珠等[17]的研究結果表明Cu2+的加入短期內對色素沒有不良影響，但長期會促進色素的降解，而本研究發現，3種工藝制備的火龍果粉溶液，在加入Cu2+后短期內色素損失即可達到90%以上，說明用果肉直接制備的火龍果粉和色素純品相比，Cu2+能使其穩定性迅速下降。因此火龍果粉應用于食品加工時，應該盡量避免和Fe3+、Zn2+、Al3+、Cu2+的接觸，以確保產品的品質穩定性。

在常用的食品防腐劑、氧化劑和還原劑中，丙酸鈣、亞硫酸鈉和過氧化氫均會降低火龍果粉色素的穩定性。丙酸鈣在食品中多用于面包、糕點的防腐，然而其和火龍果粉混用后易降低色素的不穩定性，因此在制作含火龍果粉的食品時應考慮用其他防腐劑代替丙酸鈣。亞硫酸鈉常用于食品中的脫色、漂白、消毒處理，在食品中的殘存影響亦較持久，經過亞硫酸鈉處理的食品原料亦不宜與火龍果粉搭配使用;過氧化氫雖然沒有列入食品添加劑目錄中，但可用于食品容器、包裝的消毒滅菌，加熱后即使是微量的殘留亦會降低火龍果色素的穩定性，因此在消毒后應清洗徹底。

甜味劑等碳水化合物對火龍果粉中色素穩定性影響不大，實驗中的單糖、雙糖、還原糖均未與火龍果粉發生可見的顯色或褪色反應，因此該果粉可應用于糕點、甜品、果汁等食品的加工。

天然色素由于其食用安全性和生理活性，近年來的需求正逐步增大，但由于其性質的不穩定導致其在食品中的應用范圍較窄，如何增加天然色素在食品加工過程中的穩定性和開發相應的加工工藝將是未來的研究方向。

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