梔子黃色素穩定性研究

胡雅芹 魏好程 何傳波 李志強 熊何健

摘要?以天然梔子黃色素為材料，以色素損失率為指標，分別考察了不同pH、溫度、光照強度和常見食品體系氧化劑、還原劑、金屬離子條件對其穩定性的影響，探究了pH、高溫、日光照射、Fe3+、H2O2和Na2SO3等因素對色素穩定性破壞程度，同時開展了食品體系中梔子黃色素應用分析。研究結果表明，梔子黃色素在pH 3～11內穩定性良好，短時耐熱性良好，避光穩定性良好，0.3% 濃度的H2O2氧化劑或Na2SO3還原劑環境中色素穩定性良好，在NaCl、Na2CO3、CaCl2、CuSO4鹽溶液體系中性質穩定，但在Fe3+環境中易于褪色。建議通過提高色素純度，降低梔子苷含量和利用β-環糊精、EDTA-Na2等食品膠體共混體系包埋、鰲合特性，避免使用金屬鐵制容器和工具等方法，提高梔子黃色素穩定性。該研究結果為梔子黃色素在食品中的應用提供了基礎參考依據。

關鍵詞?梔子黃色素;色素損失率;穩定性

中圖分類號?TS?264.4文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2020）17-0178-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.17.046

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the Stability of Gardenia Yellow Pigment

HU Ya?qin，WEI Hao?cheng，HE Chuan?bo et al

（School of Food and Bioengineering，Jimei University，Xiamen，Fujian 361021）

Abstract?The natural gardenia yellow pigment used as the material and the pigment loss rate as indicators，the effects of different pH，temperature，light intensities and common food system oxidants，reducing agents，and metal ion conditions on their stability were investigated.The damage degree of factors such as pH，high temperature，sunlight，Fe3+，H2O2，and Na2SO3 to the stability of pigments was explored.At the same time，the application analysis of gardenia yellow pigment in food systems was carried out.The results showed that gardenia yellow pigment had good stability in the pH range of 3-11，good short?term heat resistance，and good light stability.The 0.3% concentration of H2O2 oxidant or Na2SO3 reducing agent had good pigment stability in NaCl，Na2CO3，CaCl2，CuSO4 salt solution system，but it was easy to fade in Fe3+ environment.It was recommended to improve the gardenia yellow pigment stability by improving the purity of the pigment，reducing the content of gardenoside and using the embedding and chelating characteristics of food colloidal blending systems such as β?cyclodextrin and EDTA?Na2，and avoiding the use of metal iron containers and tools.The results of this study provided a basic reference for the application of gardenia yellow pigment in food.

Key words?Gardenia yellow pigment;Pigment loss rate;Stability

梔子黃（crocin，gardenia yellow）色素是以梔子果實為原料，提取精制的一種天然食用黃色物質[1]。與其他人工合成色素相比，梔子黃色素自然、艷麗，色價達400以上，加工應用穩定性好，不易褪色，更易被加工者和消費者所接受，廣泛應用于食品烘焙、醬料、飲料等加工領域[2]。其主要成分是類胡蘿卜素類的藏花素（crocin）和藏花酸（crocetin），是一類水溶性類胡蘿卜素，極易被人體吸收，在人體內可以轉化為維生素A，是一種營養型著色劑[3-4]。

梔子在我國有上千年的食用歷史，民間有用梔子泡茶飲用的習俗，是1998年衛生部公布的第一批既是食品又是藥品的品種名單。梔子黃色素在小鼠體內慢性毒理學試驗表明，大于22 000 mg/kg（體重）劑量對小鼠有弱蓄積性，無致突變作用。小鼠食用含有2%梔子黃色素的飼料亞慢性試驗表明，小鼠無任何異常，表明該色素安全無毒[5]。梔子黃色素具有清熱祛火，涼血利膽，降低膽固醇的保健功能，是一種集著色、營養等多功能為一體的天然植物色素。梔子黃色素分子中含有多個共軛雙鍵，既是其發色基團，又是其化學性質不穩定的內因，易于受環境中光照、溫度、酸堿等因素影響而發生氧化，導致產品褪色和變色，限制了其在食品加工領域的廣泛應用[6]。

基于人們對天然梔子黃色素在食品加工領域長期使用的習慣和其自身高色價，易溶于水，且具有的天然保健功效等特點，了解梔子黃色素在自然環境及復雜食品加工體系中的穩定性就顯得十分有意義。生產梔子黃的方法有乙醇溶液提取法、水提取法和乙醇、乙醚浸提法等[7-9]。張倫等[10]發現梔子黃色素溶液在高溫環境中穩定性不佳，同時氧化劑的存在也會加速色素的損失。張兆英等[11]、鄒玉紅等[12]對金絲小棗中天然紅色素的研究表明，光照、酸性條件對其穩定性影響顯著。而對于天然梔子黃色素應用穩定性研究鮮有報道。該研究以天然梔子黃色素為材料，研究了其光譜特性，并以色素損失率為考核指標，對不同pH、溫度、光照和常見食品體系氧化劑、還原劑、金屬離子環境對該色素的穩定性進行研究，以期為梔子黃色素在工業中的應用提供基礎參考，促進梔子黃色素應用和產業發展。

1?材料與方法

1.1?材料、試劑與儀器

1.1.1?材料與試劑。

梔子黃色素，食品級，由廈門璞真食品有限公司提供;檸檬酸、碳酸氫二鈉、雙氧水、亞硫酸鈉、硫酸銅、三氯化鐵、氯化鈉、氯化鈣、無水乙醇均為分析純，購于西隴科學股份有限公司和中國醫藥上海化學試劑公司。

1.1.2?主要儀器。

EL104電子天平（梅特勒托利多儀器有限公司）;SY-2-2電熱式恒溫水浴鍋（天津歐諾儀器儀表公司）;UV-5200紫外可見分光光度計（上海元析儀器有限公司）;DHP-9052電熱恒溫干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）;GZX-250光照度培養箱（常州國宇儀器制造有限公司）。

1.2?方法

1.2.1?梔子黃色素吸收波長的檢測。

參照國家標準GB 7912—2010方法，準確稱取恒溫干燥后的梔子黃色素粉末0.10 g，用重蒸水定容至100 mL容量瓶，搖勻靜置后得到1 mg/mL梔子黃色素標準溶液。以蒸餾水作空白，用紫外可見分光光度計對梔子黃色素標準溶液進行全波長掃描，確定其最大吸收波。

1.2.2?梔子黃色素穩定性的評價指標。參照文獻略有修改[13]，采用色素損失率作為梔子黃色素穩定性的評價指標，見公式（1）。

色素損失率=A前-A后A前×100%（1）

式（1）中，A前為處理前梔子黃色素溶液在最大波長處的吸光值;A后為處理后梔子黃色素溶液在最大波長處的吸光值。

1.2.3?梔子黃色素穩定性研究。

1.2.3.1?pH對梔子黃色素穩定性的影響。

準確稱取5份恒溫干燥后的梔子黃色素粉末各0.10 g，分別用pH為3、5、7、9、11的檸檬酸/磷酸氫二鈉緩沖液定容至100 mL，搖勻靜置。分別在0、2、4、6、8 h用各自相對應pH緩沖水溶液為參比液，測定不同pH溶液中梔子黃色素損失率，試驗重復3次。

1.2.3.2?溫度對梔子黃色素穩定性的影響。

準確移取1 mg/mL梔子黃色素標準溶液3.0 mL共45份于玻璃試管，分別避光置于室溫（25 ℃）、60 ℃水浴和100 ℃水浴中，分別在0、2、4、6、8 h時測定不同溫度環境中梔子黃色素損失率，試驗重復3次。

1.2.3.3?光照對梔子黃色素穩定性的影響。

準確移取1 mg/mL梔子黃色素標準溶液3.0 mL共45份于玻璃試管，分別置于太陽直射（中國南方4月9：00—18：00陽光直射，平均氣溫25 ℃）、室內自然光和室內避光3種環境中，分別在0、2、4、6、8 h時測定不同光照強度下梔子黃色素損失率，試驗重復3次。

1.2.3.4?H2O2氧化劑對梔子黃色素穩定性的影響。

準確稱取5份恒溫干燥后的梔子黃色素粉末各0.10 g，分別用濃度為0.1%、0.2%、0.3%的H2O2溶液定容至100 mL，搖勻靜置，分別在0、2、4、6、8 h用各自相對應濃度H2O2水溶液為參比液測定不同濃度H2O2溶液中梔子黃色素損失率，試驗重復3次。

1.2.3.5?Na2SO3還原劑對梔子黃色素穩定性的影響。

準確稱取5份恒溫干燥后的梔子黃色素粉末各0.10 g，分別用濃度為0.1%、0.2%、0.3%的Na2SO3溶液定容至100 mL，搖勻靜置，分別在0、2、4、6、8 h用各自相對應濃度Na2SO3水溶液為參比液測定不同濃度Na2SO3溶液中梔子黃色素損失率，試驗重復3次。

1.2.3.6?食品體系常見金屬離子對梔子黃色素穩定性的影響。

準確稱取5份恒溫干燥后的梔子黃色素粉末各0.10 g，分別用0.2%（M/V）的FeCl3、CuSO4、NaCl、Na2CO3、CaCl2金屬鹽溶液定容至100 mL，搖勻靜置，分別在0、2、4、6、8 h用各自相對應鹽溶液為參比液測定不同金屬離子溶液中梔子黃色素損失率，試驗重復3次。

1.3?數據處理

使用Excel軟件進行統計分析，數據用Mean ± SE表示，采用 LSD 對數據進行多重比較和顯著性分析。使用 SPSS19.0 統計軟件對試驗結果進行方差分析。

2?結果與分析

2.1?梔子黃色素特征吸收波長檢測?梔子黃色素的掃描圖譜如圖1所示。由圖1可知，梔子黃色素水溶液在238、325、440 nm處有3個典型特征吸收峰值，分別是梔子苷、綠原酸、藏花素和藏花酸特征吸收峰。從圖1可發現440 nm處藏花素和藏花酸特征吸收峰值強烈，與GB 7912—2010中所描述的（440±5） nm結果一致，故試驗采用440 nm作為梔子黃特征吸收波長進行后續穩定性試驗檢測。

238、325 nm處吸收峰值的存在反映供試梔子黃色素的加工水平和純度。供試梔子黃色素材料A238/A440=0.378，小于0.4表明該樣品純度較高，能滿足該試驗和生產所用。

2.2?梔子黃色素穩定性結果

2.2.1?pH對梔子黃色素穩定性的影響。由圖2可知，在pH為3～11時，梔子黃色素損失率均小于20%，pH在5～9內，色素損失率小于10%。其中pH分別為3、11時，損失率分別為14%和18%，表明梔子黃色素pH穩定性好。在酸堿環境中，梔子黃色素顏色略有差異。觀察發現，在酸性條件下梔子黃色素呈橙黃色，在中性和堿性條件下呈亮黃色。堿性條件下色素穩定性和色相更適宜食品加工所用。天然色素大都具有色移現象，最典型的是花色苷類在酸性條件下呈紅色，中性呈紫色，而在堿性條件下呈藍色[14]。梔子黃色素中含有多個不飽和共軛雙鍵，易受親電試劑H+作用而氧化為飽和烴，色素特征吸收峰向紫外區漂移，發生色移和褪色。這也很好地解釋了梔子黃色素在堿性條件下穩定性和色度優于在酸性條件下的原因。

另外從圖中可發現，在酸堿環境中前2 h內色素損失率增加最快，達到8 h內總色素損失率的50%左右，而6 h后色素損失率趨于穩定。加工應用中可通過調整色素所在食品體系的酸堿度和減少酸堿處理時間的方法來降低和防止色素褪色。

2.2.2?溫度對梔子黃色素穩定性的影響。

由圖3可知，隨著熱處理溫度和加熱時間的提高，梔子黃色素損失率呈直線上升趨勢。100 ℃、60 ℃和25 ℃（室溫）條件下水浴加熱8 h后梔子黃色素損失率分別約為70%、35%和15%，而在熱處理2 h以內，色素損失率均小于20%。雙因素方差分析表明，處理溫度和處理時間對梔子黃色素損失率影響均顯著（P≤0.05），而處理時間對色素穩定性影響更顯著。

數據表明生產應用中降低熱處理時間和溫度是保持色素穩定性的良好方法，建議熱處理時間不宜超過2 h。

2.2.3?光照條件對梔子黃色素穩定性的影響。

由圖4可知，太陽光直射曝光8 h后梔子黃色素損失率達18%，而室內自然光和室內避光處理差異不顯著，色素損失率在8%左右，表明生產中應當避免陽光直射。文獻表明天然蘿卜紅色素[15]、馬齒莧紅素[16]和藍莓色素[17]均表現出良好的耐日光性，而梔子黃色素耐日光性相對較差。方差分析表明曝光時間對色素損失率的影響是顯著的（P≤0.05），生產應用中應當控制產品曝光時間和避光處理。

2.2.4?H2O2氧化劑對梔子黃色素穩定性的影響。

由圖5可知，H2O2氧化劑對梔子黃色素穩定性有破壞作用，持續處理8 h后，0.3% H2O2的梔子黃色素溶液的色素損失率接近20%，而0.2%和0.1% H2O2的色素損失率差異不顯著，為13%左右。與文獻所報道的黑米色素氧化穩定性比較，梔子黃色素在強氧化劑H2O2中表現出良好的氧化穩定性[18]。梔子黃色素特殊的共軛雙鍵抗氧化能力，也是其實現抗疲勞和抗衰老生物活性的主要原因[5，19]。但生產中也應避免氧化劑的共混，可在不影響產品風味和其他質量指標的前提下，通過添加抗壞血酸、異抗壞血酸鈉等食品級抗氧化劑，延緩色素的褪色，提高色素穩定性。

2.2.5?Na2SO3還原劑對梔子黃色素穩定性的影響。由圖6可知，0.1%、0.2%和0.3% 濃度Na2SO3在處理8 h內，色素損失率均小于15%。方差分析表明，Na2SO3濃度和處理時間2個因素對梔子黃色素損失率的影響均無顯著影響（P≥0.05），表明梔子黃色素在還原劑Na2SO3環境中表現出良好的穩定性。

2.2.6?金屬離子對梔子黃色素穩定性的影響。

選擇食品加工體系中常見金屬離子鹽溶液，如NaCl、Na2CO3、CaCl2、CuSO4以及FeCl3，考察上述金屬離子溶液對梔子黃色素損失率的影響，結果如圖7所示。由圖7可知，0.2%（M/V）NaCl、Na2CO3、CaCl2、CuSO4溶液與梔子黃色素溶液共混8 h后，其色素損失率均小于10%左右，而0.2%（M/V）FeCl3中Fe3+對梔子黃色素損失率影響極顯著（P≤0.01），在2 h時色素損失率已達80%，并且色素溶液為褐色。表明食品共混體系中Na+、Ca2+、Cu2+、Cl-、CO32-、SO42-對梔子黃色素損失率影響不顯著，而Fe3+對其損失率影響極顯著。試驗結果表明在梔子黃色素加工、應用、儲存、運輸中，要避免鐵制金屬容器和工具的接觸，可通過塑料容器或其他非金屬器具的替換，同時加入金屬螯合劑如EDTA-Na2來降低金屬離子對色素穩定性的影響。

2.3?梔子黃色素在食品加工體系中的應用分析

梔子黃色素是一種易溶于水，化學性質穩定，色澤鮮艷的天然黃色素，主要成分物質為藏花素和藏花酸，是我國《食品安全法》允許限量使用的食品色素，同時也是衛生部公布的第一批既是食品又是藥品的保健食品梔子黃中的主要功能活性物質。按照GB2760—2011《食品添加劑使用衛生標準》規定，梔子黃色素可廣泛用于飲料、糕點、糖果、罐頭等食品制作中，尤其對蛋白質、淀粉等具有優良的染色能力，建議最大使用量為0.3 g/kg。但是梔子黃色素原料純度、食品共混體系成分以及貯運環境對其穩定性影響依然十分顯著，因此分析和探討食品加工體系對其穩定性影響因素及防治措施是十分有意義的。

首先天然梔子黃色素中含有梔子苷，其在蛋白酶或β-葡萄糖苷酶的作用下易與伯氨基化合物發生反應而生成梔子藍色素，呈現綠色[20]。因此，需提高色素提取和純化水平，選用純度較高的色素，降低色素中梔子苷含量，防止在糕點類產品應用中發生變色[21]。其次食品體系往往是復雜的膠體共混體系，可利用膠體體系如β-環糊精包埋特性，與梔子黃色素形成1∶1包合物，使色素長鏈結構進入β-環糊精疏水內腔，通過改變色素所處微環境，抑制光、熱、酸堿、氧化等因素引起的褪色反應，增強色素的穩定性[22]。另外可利用食品體系中EDTA-Na2、多聚磷酸鈉鹽、咖啡酰奎寧酸等多種共混添加物質的鰲合特性，作為色素護色劑，提高色素穩定?性，防止褪色。最后，金屬三價鐵離子作為親和試劑易引起梔子黃色素褪色，生產中應當避免使用鐵制容器或工具。

3?結論

開展常見食品加工環境如酸堿、溫度、光照、金屬離子、氧化劑和還原劑對梔子黃色素損失率影響的調查，闡明pH、高溫、日光照射、Fe3+、H2O2和Na2CO3等因素對色素穩定性破壞程度，同時開展食品體系中梔子黃色素應用分析。結果表明，梔子黃色素在pH 3～11內穩定性良好，短時耐熱性良好，避光穩定性良好，0.3% H2O2氧化劑和Na2CO3還原劑環境中色素穩定性良好，在NaCl、Na2CO3、CaCl2、CuSO4鹽溶液體系中性質穩定，但在Fe3+環境中易于褪色。建議通過提高色素純度，降低梔子苷含量和利用β-環糊精、EDTA-Na2等食品膠體共混體系包埋、鰲合特性，提高梔子黃色素穩定性，避免使用金屬鐵制容器和工具。該研究結果為梔子黃色素在食品中的應用提供了基礎參考依據。

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