黑米色素穩定性研究

曹利慧

（衡水學院化學化工學院，河北衡水053000）

黑色素在自然環境中十分常見，是一類酚類或吲哚類生物大分子色素的總稱。它在對抗紫外線輻射和強烈的重金屬污染方面，受到了科研人員的普遍認可。一些學者還發現，它在抵抗蛇毒侵害人體和預防癌細胞方面具有奇效[1]。從動物和微生物中提取天然黑色素復雜且成本較高，故提取黑色素從植物入手已經成為科學的共識[2]。黑米屬于秈米或者粳米，外形長橢圓，稻殼灰褐色，我國擁有359 種黑米品種，是世界上黑米色素的重要原料市場之一。如今，開發應用天然色素已成為世界食用色素發展的主流趨勢，食品中添加黑米色素并不罕見，市面上許多蛋糕糖果中都添加了黑米色素，其應用前景良好，但在一些因素影響下穩定性不佳，極易造成不必要的損失[3]。因此，研究影響黑米色素穩定性的因素，為其提供適宜的應用環境，已經成為合理有效利用黑米色素的關鍵問題之一，其研究結果可以避免黑米色素應用中的損失，從而優化其資源的應用[4]。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

黑米樣品購自超市；乙醇、葡萄糖、麥芽糖、果糖、蔗糖、苯甲酸、亞硫酸氫鈉、過氧化氫、氫氧化鈉、鹽酸均為分析純。

722 型可見分光光度計（上海儀電分析儀器有限公司）；FA2004B 電子天平（上海衡平儀器儀表廠）；FW100高速萬能粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）；80-2型高速離心機（金壇市國旺實驗儀器廠）；PH-3C 精密pH 計（上海精密科學儀器有限公司）；BL6-180A 超聲波清洗機（上海碧浪儀器有限公司）；40 目標準樣篩、分樣篩。

1.2 樣品預處理與黑米色素的提取

將黑米用萬能粉碎機粉碎，收集黑米粉，過40 目標準樣篩，放置燒杯中備用（避光，干燥）。

稱取2.0 g 干燥的黑米粉，放入100 mL 的錐形瓶中，加入10 mL 乙醇，超聲波清洗機功率調至70 W，超聲波20℃提取15 min，超聲波浸提完畢后，再用高速離心機離心得上清液。將上清液用提取劑稀釋至適宜濃度后裝入棕色瓶中，作為實驗所用的黑米色素提取液。

1.3 黑米色素穩定性的測定

1.3.1 pH 對黑米色素穩定性影響的測定

取6 份適量黑米色素提取液，用4 mol/L 的鹽酸和1mol/L 的氫氧化鈉溶液調節其pH 值分別到3、4、5、7、8、10，觀察稀釋液顏色變化，并測出不同pH 值下稀釋液的最大吸收波長及其吸光度。

1.3.2 溫度對黑米色素穩定性影響的測定

取5 份10 mL 黑米色素提取液，放入100 mL 錐形瓶中，調節pH 為3，分別置于20℃、40℃、60℃、80℃、100℃水浴鍋中加熱90 min，每過30 min 測定它們在510 nm 處的吸光度值。

1.3.3 光照對黑米色素穩定性影響的測定

取2 份10 mL 黑米色素提取液，放入100 mL 錐形瓶中，調節pH 為3，將其中一個錐形瓶置于避光處，另一個置于日光下，每過2 h 測定它們在510 nm 處的吸光度值，測至8 h。

1.3.4 紫外線對黑米色素穩定性影響的測定

取10 份4 mL 黑米色素提取液，放入100 mL 錐形瓶中，調節pH 為3，置于紫外燈下15 cm 處，分別照射0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 h，測定它們在510 nm 處的吸光度值。

1.3.5 氧化劑對黑米色素穩定性影響的測定

取3 份4 mL 黑米色素提取液(pH=3)，放入100 mL錐形瓶中，分別用濃度為0.2%、0.4%、0.6%的過氧化氫溶液稀釋至相同體積，先搖勻，再靜置15 min 后測定它們在510 nm 處的吸光度值。

1.3.6 還原劑對黑米色素穩定性影響的測定

取3 份4mL 黑米色素提取液(pH=3)，放入100 mL錐形瓶中，分別用濃度為0.2%、0.4%、0.6%的亞硫酸鈉溶液稀釋至相同體積，先搖勻，再靜置15 min 后，測定它們在510 nm 處的吸光度值。

1.3.7 金屬離子對黑米色素穩定性影響的測定

取15 份4 mL 黑米色素提取液(pH=3)，放入100 mL錐形瓶中，分別用濃度為0.2%、0.4%、0.6%的不同金屬離子溶液（鈉離子，鉀離子，鎂離子，鈣離子，鐵離子）稀釋至相同體積，先搖勻，再靜置15 min 后，測定它們在510 nm 處的吸光度值。

1.3.8 糖類對黑米色素穩定性影響的測定

取12 份4 mL 黑米色素提取液(pH=3)，放入100 mL 錐形瓶中，分別用濃度為0.2%、0.4%、0.6%的糖類溶液（葡萄糖，果糖，麥芽糖，蔗糖）稀釋至相同體積，先搖勻，再靜置15 min 后，測定它們在510 nm 處的吸光度值。

1.3.9 防腐劑對黑米色素穩定性影響的測定

取5 份4 mL 黑米色素提取液(pH=3)，放入100 mL錐形瓶中，分別用濃度為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的苯甲酸鈉溶液稀釋至相同體積，先搖勻，再靜置15 min 后，測定它們在510 nm 處的吸光度值。

2 結果與討論

2.1 pH 對黑米色素穩定性的影響

表1 不同pH 下提取液的最大吸收波長、吸光度及顏色

由表1 可知，pH 為3～5 時，最大吸收波長相對穩定，吸光度呈下降趨勢，提取液顏色由深紅逐漸變為淺紅。當pH 處于中性和堿性時，最大吸收波長轉移，提取液也逐漸變為藍黑色，可見黑米色素不適宜在堿性環境儲存，適宜儲存于酸性環境。為保證pH在對接下來探究不造成困惑，將以下提取液pH 均調至3。

2.2 溫度對黑米色素穩定性的影響

圖1 溫度對黑米色素穩定性的影響

將等量黑米色素提取液置于各溫度水浴加熱后吸光度數據見圖1：在溫度不超過80℃時，黑米色素吸光度隨著加熱時間增長而降低的幅度并不明顯，可視為穩定性良好；而當溫度高于80℃時，黑米色素吸光度下降幅度很大，遠遠超過低溫時的下降幅度，可知黑米色素在高溫的環境中難以維持穩定。

2.3 光照對黑米色素穩定性的影響

圖2 光照對黑米色素穩定性的影響

處于避光處和光照直射處兩種環境的黑米色素提取液吸光度隨時間而變化的情況見圖2：在光照環境中提取液吸光度從開始就下降幅度明顯，而處在避光環境中的提取液吸光度下降幅度緩慢，8 h 后的吸光度顯然高于光照處2 h 后的吸光度，可判斷黑米色素在光照環境中難以維持穩定。

2.4 紫外線對黑米色素穩定性的影響

在紫外燈下照射不同時間時黑米色素提取液吸光度隨時間而變化如圖3：提取液的吸光度隨著紫外燈照射的時間增長而變小，但下降非常緩慢，可判斷紫外線不會明顯破壞黑米色素維持穩定。

圖3 紫外線對黑米色素穩定性的影響

2.5 氧化劑對黑米色素穩定性的影響

圖4 氧化劑對黑米色素穩定性的影響

黑米色素提取液穩定性隨過氧化氫濃度增加而變化的情況見圖4：提取液吸光度隨著過氧化氫濃度上升而大幅度下降，可以確定黑米色素耐氧化性不佳。

2.6 還原劑對黑米色素穩定性的影響

圖5 還原劑對黑米色素穩定性的影響

黑米色素提取液吸光度隨亞硫酸鈉濃度增加而變化的情況見圖5：提取液吸光度隨著過氧化氫濃度上升而大幅度下降，可以確定黑米色素耐還原性也不理想。

2.7 金屬離子對黑米色素穩定性的影響

黑米色素提取液吸光度隨金屬離子濃度增加而變化的情況如圖6 所示：加入鈉離子時，黑米色素的穩定性并沒有隨鈉離子的濃度增加而顯著變化，下降幅度很小，說明鈉離子對黑米色素穩定性影響甚微。鉀離子的情況與鈉離子十分相似，同樣也對黑米色素穩定性影響甚微。加入鎂離子和鈣離子時，吸光度不降反升，但黑米色素的顏色并沒有顯著變化，可以判斷鎂離子和鈣離子對黑米色素具有增色效應。鐵離子的情況有些特殊，加入鐵離子后，吸光度大幅度增長，但色素變為橙黃色，可見黑米色素已經被破壞，說明鐵離子對黑米色素的破壞性極強。

圖6 金屬離子對黑米色素穩定性的影響

2.8 糖類對黑米色素穩定性的影響

圖7 糖類對黑米色素穩定性的影響

黑米色素提取液吸光度隨幾種糖溶液濃度增加而變化的情況見圖7：加入蔗糖的提取液吸光度下降最為緩慢，隨著糖溶液濃度增加，也沒有明顯變化。加入葡萄糖和果糖的提取液吸光度不如加入蔗糖的黑米色素下降緩慢，加入麥芽糖的提取液更是隨著濃度增加而變化的程度相對另外三者更為顯著，但它們的吸光度隨糖類濃度增加而下降的數值也不大，可以判斷黑米色素的穩定性受糖類影響不大。

2.9 防腐劑對黑米色素穩定性的影響

圖8 防腐劑對黑米色素穩定性的影響

黑米色素提取液吸光度隨苯甲酸鈉濃度增加而變化的情況見圖8：提取液的吸光度隨著苯甲酸鈉濃度增大而提升，而且隨著濃度增加，顏色也逐漸變為粉黑色，說明黑米色素大量損失，可見防腐劑不利于黑米色素的穩定。

3 結論

本文研究了pH 值、溫度、光照、紫外線、氧化劑、還原劑、金屬離子、糖類、防腐劑等可能影響黑米色素穩定性的因素。實驗及分析可知：黑米色素在酸性條件下和溫度低于80℃時穩定性極好；在自然環境的光照下穩定性很不理想，但紫外線直射對它的影響不大；氧化劑、還原劑、防腐劑或鐵離子會極大影響黑米色素的穩定性，但鈉離子、鉀離子、鎂離子、鈣離子、糖類對黑米色素的穩定不造成明顯影響。找出對黑米色素穩定性有影響的因素，對解決該色素在應用中造成不必要損失的問題具有參考價值，極大優化了黑米色素資源的應用。