金屬離子對黑果枸杞中花青素顏色穩定性的影響

孟慶昕 高逸雯 姚思敏薔 呂遠平

摘要：以黑果枸杞（Lycium ruthenicu Murr）中的花青素為研究對象，以CIELAB色空間為研究方法，通過觀察a*、b*和△E*隨時間的變化情況，研究了10種金屬離子對黑果枸杞花青素水提液顏色穩定性的影響。K+、Na+、Ca2+、Mn2+、Mg2+、Zn2+對黑果枸杞花青素顏色穩定性無顯著影響;Cu2+對花青素溶液有明顯退色作用;Al3+使花青素溶液明顯增色;Fe2+使花青素溶液產生紫黑色沉淀;Fe3+會破壞花青素類物質。在黑果枸杞花青素的制備和應用中，應盡可能避免鐵、銅、鋁制品的接觸，以免影響顏色的穩定性。

關鍵詞：黑果枸杞（Lycium ruthenicu Murr）;花青素;穩定性;CIELAB色空間

中圖分類號：TS255.1? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）22-0113-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.22.031? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： With the anthocyanins in Lycium ruthenicum Murr as the object，using the method of CIELAB color space，the change of value of a*、b* and △E* were used to study the effect of ten kinds of metal ions on color stability of anthocyanins in L. ruthenicum Murr. The results showed that K+，Na+，Ca2+，Mn2+，Mg2+ and Zn2+ had no obvious influence. Cu2+ obviously fade the color，Al3+ aggregated the color of the solution obviously，Fe2+ produced atropurpureus in the solution and Fe3+ destroyed the anthocyanins. In the preparation and application of L. ruthenicum Murr anthocyanin，the contact of iron，copper and aluminum should be avoided as far as possible，so as not to affect the stability of color.

Key words： Lycium ruthenicu Murr; anthocyanins; color stability; CIELAB color space

黑果枸杞（Lycium ruthenicu Murr）原植物為茄科（Solanaceae）枸杞屬（Lycium L.）植物，是多年生野生灌木，民間常作為藥材使用，中國西北及西藏等干旱地區為主要產區[1]。研究表明，黑果枸杞中含有的多糖、色素和黃酮等生物活性物質，具有抗氧化、調血糖和降血脂作用[2-4]。成熟的黑果枸杞含有豐富的花青素（Anthocyanidin），其花青素的含量分別達到葡萄、紫甘藍、紫薯、藍莓花青素含量的10.72、1.91、4.45、1.75倍[5]。且花青素具有較強的生物活性，有防止腦神經老化、抗氧化、預防癌癥、改善心血管疾病等多種功能[6-8]。因花青素化學特性活潑不穩定，其分子中2-苯基苯并吡喃陽離子結構的羥基化會降低其穩定性[9]，且其他理化因子如金屬離子、光、pH、溫度、食品添加劑等也會影響其穩定性[10]。在對花青素穩定性的研究中，花青素保留率常作為惟一評價指標[11]，這只能反映花青素的變化，卻無法描述具體的顏色變化，不利于花青素的加工應用。選取CIELAB色空間[12]的a*、b*和色差△E*為評價指標，研究10種金屬離子對黑果枸杞花青素水提液中的顏色穩定性的影響。這將為提高黑果枸杞的附加值、將黑果枸杞花青素應用于天然色素提供依據，并為黑果枸杞的深加工提供理論基礎。

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 材料與試劑? 黑果枸杞，從新疆烏魯木齊西域百草匯公司購買;鹽酸、氯化鈉、氯化鉀、氯化鋅、無水氯化鈣、氯化亞鐵、氯化銅（二水）、氯化錳（四水）、三氯化鋁（六水）、氯化鎂（六水）、三氯化鐵（六水）均為分析純，來自成都市科龍化工試劑廠。

1.1.2? 儀器與設備? 紫外可見光光度計，尤科尼上海儀器有限公司;CM-5分光測色計，柯尼卡美能達株式會社;ST2100 pH計，奧豪斯儀器有限公司;Milli-Q Direct水純化系統，默克密理博公司;XK96-A快速混勻器，江蘇新康醫療有限公司。

1.2? 方法

1.2.1? CIELAB色空間? 均勻色空間CIELAB，簡稱L*a*b*色空間，是當前用于表達物體顏色的最通用色空間之一[13，14]。L*a*b*色空間的組成見圖1。

其中，L*表示明度的大小：L*=0為黑色，L*=100為白色;色度坐標a*：-a*為綠色方向，+a*為紅色方向;色度坐標b*：-b*為藍色方向，+b*為黃色方向。

色差ΔE*表示顏色的變化程度，可按下列方程式確定：

將待測溶液加入石英比色皿中，于恒溫條件下用分光測色計測定，標準光源為D65，用去離子水作校準，每個樣品平行測定3次。

1.2.2? 試驗步驟? 將40 ℃干燥的黑果枸杞去梗、破碎、過篩備用。稱取30.0 g黑果枸杞粉，加入900 mL pH為3.0去離子水中，超聲輔助提取20 min，過濾得黑果枸杞花青素水提液以備用。配制不同濃度的KCl、NaCl、CaCl2、MnCl2、MgCl2、ZnCl2、CuCl2、AlCl3、FeCl2、

FeCl3溶液，分別加入到黑果枸杞花青素水提液中，使水提液中金屬離子濃度分別為0.002 5、0.005 0、0.007 5、0.010 0 mol/L。測定各花青素水提液L*、a*、b*的變化，黑果枸杞水提液的初始L*、a*、b*為標準色，計算△E*，分析金屬離子對黑果枸杞水提液顏色穩定性的影響[14，15]。

2? 結果與分析

2.1? K+、Na+、Ca2+、Mn2+、Mg2+、Zn2+對黑果枸杞花青素顏色穩定性的影響

濃度為0.01 mol/L的KCl、NaCl、CaCl2、MnCl2、MgCl2、ZnCl2溶液對黑果枸杞花青素水提液穩定性的影響結果見圖2。從圖2可以看出，未添加金屬離子的黑果枸杞花青素水提液對照樣在100 h內，其△E*在3.5以內，顏色無肉眼可見變化。到達300 h時，空白組△E*變為4.3，略有變色，黑果枸杞花青素水提液穩定性較好。

6種金屬離子的加入，使其△E*與對照樣相比略有增加，除Zn2+外，其余均在3.5以內;且6種金屬離子的加入，到達300 h時，△E*變化均低于對照樣，且小于3.5，肉眼觀察不到顏色變化。結果表明，? 6種金屬離子對黑果枸杞花青素水提液顏色穩定性影響很小，屬于肉眼不可見范圍。這與郭思杙等[14]研究金屬離子對紫甘藍花青素的影響結果類似。

2.2? Cu2+對黑果枸杞花青素顏色穩定性的影響

在試驗濃度范圍（0.002 5～0.010 0 mol/L）內，Cu2+對黑果枸杞花青素顏色穩定性的影響見圖3。由圖3可知，加入Cu2+后，黑果枸杞花青素水提液△E*變化較大，75 h后△E*變化明顯。Cu2+濃度越高顏色變化越大，且產生白色絮狀沉淀[16]，肉眼可見非常明顯的退色現象。結果證明Cu2+對黑果枸杞花青素具有比較明顯的退色作用[17]。

Cu2+對黑果枸杞花青素溶液a*和b*的影響見圖4、圖5。由圖4可以看出，a*隨時間的延長而減小，即紅色消退，且下降幅度較大。Cu2+濃度越大，紅色消退越快。由圖5可以看出，b*大幅度上升，Cu2+濃度越大，溶液黃色越明顯。這可能是因為Cu2+作為催化劑，催化花青素結構上的酚羥基發生氧化反應，加速了花青素降解反應過程。且Cu2+濃度越大，催化氧化反應進程越快。本研究結果與郭思杙等[14]、張志軍等[18]對紫蘇花青素穩定性研究結果一致。

2.3? Al3+對黑果枸杞花青素顏色穩定性的影響

Al3+添加量為0.002 5～0.010 0 mol/L時，Al3+對黑果枸杞花青素水提液顏色穩定性的影響見圖6。由圖6可知，Al3+對黑果枸杞花青素水提液的顏色產生較為明顯的影響。Al3+濃度越高，△E*越大，肉眼可觀察到明顯的顏色加深現象[19]。

Al3+對黑果枸杞花青素溶液a*和b*的影響見圖7、圖8。由圖7可知，添加Al3+后，溶液a*瞬間增加至40.0左右，且長時間穩定不變。由圖8可知，b*隨放置時間增長持續藍移，且Al3+濃度越高，△b*絕對值越大。證明Al3+能對黑果枸杞花青素產生增色效應，這可能是因為Al3+與花青素分子中的酚羥基、甲氧基等基團發生反應，生成了藍色的螯合物，從而使溶液增色[20]。證明Al3+對花青素顏色穩定性具有很大影響，對花青素的降解起到了一定保護作用。

2.4? Fe2+對黑果枸杞花青素顏色穩定性的影響

Fe2+添加量為0.002 5～0.010 0 mol/L時，黑果枸杞花青素顏色穩定性見圖9。由圖9可知，添加Fe2+后，隨著放置時間的延長，△E*持續上升。Fe2+濃度越高，黑果枸杞花青素色差變化越大。在75 h后△E*達到21.0以上，肉眼可見溶液為明顯的紫色，且伴有紫黑色沉淀生成。

Fe2+對黑果枸杞花青素溶液a*和b*的影響見圖10、圖11。由圖10可知，添加Fe2+后，花青素水提液a*逐漸減小，在300 h時，a*僅在15.0左右，紅色逐漸消退。由圖11可知，b*藍移，且Fe2+濃度越大，b*變化越大。這種現象產生的原因可能是Fe2+能與花青素分子中提供孤對電子的酚羥基、取代基發生絡合反應，生成深紫色沉淀[21]。證明Fe2+對花青素有破壞作用。張澤生等[22]、汪志慧等[23]均發現Fe2+會使花青素含量大幅度減小，且產生藍黑色絮狀沉淀，這與本研究結果一致。

2.5? Fe3+對黑果枸杞花青素顏色穩定性的影響

Fe3+添加量為0.002 5～0.010 0 mol/L時，Fe3+對黑果枸杞花青素顏色穩定性的影響見圖12。由圖12可知，在試驗濃度范圍的Fe3+對黑果枸杞花青素顏色穩定性產生很大影響，添加Fe3+后花青素水提液△E*立即上升至35.0以上，并在2 h后達到穩定。Fe3+濃度越高，色差變化越大。

黑果枸杞花青素a*、b*的變化情況見圖13、圖14。由圖13可知，在添加Fe3+后，a*瞬間減小，添加0.010 0 mol/L Fe3+的溶液在150 h后a*趨于0，表明Fe3+已經完全破壞了溶液中的花青素。由圖14可知，b*瞬間增大，2 h后趨于穩定，且Fe3+濃度越大，b*越大，溶液顏色越黃。這是因為Fe3+的氧化作用破壞了花青素分子結構中的酚羥基，生成鐵鹽絡合物[24]。因此在利用花青素時，應避免與Fe3+接觸。

3? 小結

通過研究10種金屬離子對黑果枸杞花青素水提液顏色穩定性的影響，可以得出，花青素的結構穩定是花青素穩定性的主要決定因素。K+、Na+、Ca2+、Mn2+、Mg2+、Zn2+對黑果枸杞花青素顏色穩定性無影響;Cu2+會催化花青素降解退色;Al3+與花青素生成藍色螯合物，起增色效應;Fe2+使花青素溶液產生紫黑色沉淀;Fe3+引起溶液變成黑褐色，會完全破壞掉溶液中的花青素。因此，在黑果枸杞花青素的制備和應用中，應盡可能避免鐵、銅、鋁制品的接觸，以免影響顏色的穩定性。

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