紫薯花青素穩定性分析及其復配飲品的配伍性研究

何娜 蔣亮 鄧玉娣 廖文鎮 劉會平

摘要 [目的] 研究食品原料的種類及其添加量對紫薯花青素熱處理時其穩定性的影響及紫薯花青素復配飲品的配方。[方法]以紫薯凍干粉為試驗材料，采用熱水法提取紫薯花青素，用比色法測定花青素吸光值變化，通過單因素試驗研究膠原蛋白、益生元、甜味劑、水溶性膳食纖維、增稠劑種類及其添加量對紫薯花青素穩定性的影響，再通過正交試驗優化紫薯花青素復配飲品的配方。[結果]食品原料中，日本膠原蛋白適宜添加量為4%～12%;菊粉適宜添加量為小于6%;木糖醇適宜添加量為1%～10%;抗性糊精適宜添加量為小于4%;阿拉伯膠適宜添加量為0.1%～0.2%或0.8%～1.0%。正交試驗和驗證試驗得出2組較好的飲品配比，分別為日本膠原蛋白、菊粉、木糖醇、抗性糊精、阿拉伯膠的添加量依次為6%、2%、1%、6%、0.8%和6%、1%、2%、4%、1.0%。[結論] 該研究可為紫薯花青素類飲料研制中原料配伍、用量配比提供理論參考和配方依據。

關鍵詞 紫薯花青素;穩定性;食品原料;配伍性

中圖分類號 TS275.4? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）20-0172-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.20.046

Stability Analysis of Anthocyanin from Purple Sweet Potato and Compatibility of Its Mixed Beverages

HE Na1，JIANG Liang1，DENG Yu-di2 et al （1. Times Biotechnology （Shenzhen） Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518115;2. Department of Nutrition and Food Hygiene，School of Public Health，Southern Medical University，Guangzhou，Guangdong 510515）

Abstract [Objective] The paper aims to study the effects of the types of food raw materials and their added amounts on the stability of purple sweet potato anthocyanin during heat treatment and the formula of purple sweet potato anthocyanin compound beverage.[Method] Purple sweet potato freeze-dried powder was used as test material，purple sweet potato anthocyanin was extracted by hot water method，and the change of anthocyanin absorbance value was determined by colorimetry. The effects of collagen，prebiotics，sweeteners，water-soluble dietary fibers，thickening agents and their addition amount on the stability of purple sweet potato anthocyanin were studied by single factor experiment，and the formula of purple sweet potato anthocyanin compound beverage was optimized by orthogonal experiment.[Result]The appropriate addition amount of Japanese collagen in food raw materials was 4%-12%;the appropriate addition amount of inulin is less than 6%. The appropriate adding amount of xylitol is 1%-10%. The appropriate addition amount of resistant dextrin is less than 4%. The appropriate addition amount of Arabic gum is 0.1%-0.2% or 0.8%-1.0%. Orthogonal test and verification test showed that the two groups had better drink ratio. The addition amounts of Japanese collagen，inulin，xylitol，resistant dextrin and Arabic gum were 6%，2%，1%，6%，0.8% and 6%，1%，2%，4% and 1.0% respectively.[Conclusion]This study provides certain theoretical reference and formula basis for raw material compatibility and dosage ratio in the development of purple sweet potato anthocyanin beverage.

Key words Anthocyanin from purple sweet potato;Stability;Food raw materials;Compatibility

花青素（Anthocyanidin），又稱花色素，是自然界一類廣泛存在于植物中的水溶性天然色素。其主要存在于植物細胞液中，是多種植物鮮亮色彩的主要來源?；ㄇ嗨貙儆陬慄S酮化合物，是植物次級代謝產物 [1]。大量研究表明，花青素具有許多健康功效，如預防心血管疾病、抗炎和抗癌、控制肥胖、減輕糖尿病癥狀等 [2-6]。

紫薯（Purple sweet potato）俗稱“黑紅薯”，屬旋花科一年生草本植物，由于其塊根呈紫色或深紫色，因此取名紫薯、紫紅薯。紫薯富含蛋白質、淀粉、果膠、維生素、氨基酸和多種礦物質，同時還富含抗癌物質硒元素和具有生理功效的花青素。紫薯中花青素含量豐富，已逐漸成為食品中花青素的主要原料之一 [7]。紫薯花青素具有良好的體外抗氧化作用，對H2O2誘導HepG2細胞氧化損傷具有明顯的保護作用 [8]、有降低大鼠血脂作用 [9]，能降低訓練過度所引起的心肌損傷程度 [10]。紫薯因其優越的營養功效價值受到越來越多的 歡迎。

紫薯加工中的關鍵問題之一就是功效成分花青素極易受光、熱、氧氣和pH等因素的影響而降解，增強花青素穩定性的可行方法之一是形成分子復合物，以此來增加花青素的穩定性。已有相關文獻報道了花青素的穩定性，如甜味劑和共色素在草莓蜜腺花色苷顏色和穩定性方面的增強作用 [11]，酸性條件有利于花青素結構保持穩定不易降解 [12-13]。筆者研究食品原料對紫薯花青素穩定性的影響及其復配飲料的配伍性，旨在為其在食品飲料中的應用、紫薯保健飲料的配方研制及工藝研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗原料 紫薯購自廣州鄰家鮮果供應鏈管理有限公司，品種為越南小紫薯。

1.2 主要試劑 檸檬酸、氫氧化鈉、五水硫酸銅、酒石酸鉀鈉、牛血清蛋白標準品，均為分析純;實驗室自制魚膠原蛋白肽、韓國魚膠原蛋白肽、中國魚膠原蛋白肽、日本魚膠原蛋白肽、法國魚膠原蛋白肽。其他食品原料為菊粉、水蘇糖、低聚半乳糖、低聚果糖、赤蘚糖醇、山梨糖醇、抗性糊精、異麥芽酮糖醇、木糖醇、聚葡萄糖、阿拉伯膠、黃原膠、果膠。

1.3 主要儀器設備 ME104E電子天平，梅特勒托利多上海有限公司;TGL-16G高速臺式離心機，上海安亭科學儀器廠;HHS-21-6電熱恒溫水浴鍋，上海博迅實業有限公司;752N紫外可見分光光度計，上海儀電分析儀器有限公司;10ND冷凍干燥機，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.4 試驗方法

1.4.1 樣品制備。紫薯前處理：取新鮮紫薯用鋼絲球刷凈表面泥土并去皮，切成3 mm厚圓片，再用2%檸檬酸沸水液處理2 min護色，取出后立即放入2%檸檬酸水溶液中冷卻至室溫，取出放于物料盤，冷凍干燥后磨粉，過80目篩，4 ℃避光保存備用。

1.4.2 檢測方法及計算公式。采用熱水浸提法提取花青素，參考文獻[14-15]，略有改動：稱取紫薯凍干粉1.000 g，加入 40 mL去離子水（料液比1∶40），攪拌均勻后，放入60 ℃水浴鍋中，水浴提取30 min，提取完成后4 000 r/min離心處理 10 min，取上清液，4 ℃避光保存備用。

花青素吸光值損失率為花青素溶液水浴前后在530 nm處吸光值的損失率，計算公式如下：

吸光值損失率=[（A0-A1）/A0]×100%

式中，A0為樣品水浴前在530 nm處初始吸光值，A1為其水浴后在530 nm處的吸光值，損失率單位為%。

膠原蛋白的蛋白質測定方法：參考文獻[16]雙縮脲法的測定分析。

1.4.3 溫度對紫薯花青素穩定性的影響。每支具支試管中加入10 mL花青素溶液，測定在波長530 nm處初始吸光值后，分別在60、70、80、 90 ℃條件下避光水浴6 h，每個溫度條件下，每隔1 h取樣測定花青素提取液在波長530 nm處吸光值，計算水浴后吸光值損失率。

1.4.4 幾種食品原料對紫薯花青素穩定性的影響。①魚皮膠原蛋白：配制濃度15 mg/mL的自制魚皮膠原蛋白、日本魚皮膠原蛋白、法國魚皮膠原蛋白、韓國魚皮膠原蛋白、中國魚皮膠原蛋白溶液備用。②益生元：配制20 mg/mL的菊粉、水蘇糖、低聚半乳糖、低聚果糖溶液備用。③甜味劑：配制 50 mg/mL 的赤蘚糖醇、山梨糖醇、異麥芽酮糖醇、木糖醇溶液備用。④水溶性膳食纖維：配制25 mg/mL的抗性糊精、聚葡萄糖溶液備用。⑤增稠劑：配制0.1%的阿拉伯膠、黃原膠、果膠溶液備用。

取5 mL每種原料備用液，均加入5 mL花青素提取溶液，混勻后在波長530 nm處測定初始吸光值，然后置于 90 ℃ 水中，避光水浴處理4 h，測定其水浴后在波長530 nm處的吸光值，設置對照組，計算水浴前后吸光值損失率，研究魚皮膠原蛋白、益生元、甜味劑、水溶性膳食纖維、增稠劑對紫薯花青素穩定性的影響。

1.4.5 花青素復配飲料的單因素試驗。

1.4.5.1 單因素試驗。結合魚皮膠原蛋白肽、益生元、甜味劑、膳食纖維、增稠劑對紫薯花青素穩定性的影響分析，分別研究不同添加量的日本魚皮膠原蛋白（1%、2%、4%、8%、12%、16%、20%）、菊粉（1%、2%、4%、6%、8%、10%）、木糖醇（1%、2%、4%、6%、8%、10%）、抗性糊精（1%、2%、4%、6%、8%、10%）、阿拉伯膠（0.1% 、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）等對紫薯花青素穩定性的影響。

在50 mL紫薯花青素提取液中，分別添加不同種類和添加量的食品原料，研究90 ℃水浴4 h前后在波長530 nm處吸光值的變化。

1.4.5.2 正交試驗。為研究得到最優配比的紫薯花青素飲料，在單因素試驗的基礎上，利用正交試驗設計表L 16（45）設計試驗，實現紫薯花青素復配飲料最大的花青素保留率。

2 結果與分析

2.1 溫度對紫薯花青素穩定性的影響 由表1可以看出，水浴溫度為60 ℃時，溫度對紫薯花青素結構破壞不明顯;水浴溫度為70、80 ℃時，對紫薯花青素結構有一定破壞作用，與Kirca等 [17]在研究黑色胡蘿卜中花青素穩定性時在這2個溫度條件下得出的結論一致;當溫度為90 ℃時，花青素結構極不穩定，高溫對紫薯花青素破壞極大。Sadilova等 [18]發現，接骨木漿果中的花青素對熱處理非常敏感，95 ℃加熱處理 3 h 后，花青素保留率僅為50%。也有研究稱，花青素的穩定性跟固形物的含量有關 [15]，含量越高，花青素結構越不穩定，可能與其內部的化學能有關 [19]。故選擇90 ℃水浴4 h（即花青素吸光值損失率超過50%）作為研究食品原料及其含量對花青素穩定性影響的試驗條件。

2.2 魚皮膠原蛋白對紫薯花青素穩定性的影響 由表2可以看出，與對照組相比，并結合吸光值損失率和蛋白質含量分析，日本膠原蛋白對紫薯花青素的影響較小，且其蛋白質含量高，能提高紫薯飲料中營養成分蛋白質的含量，因此5種不同膠原中，日本膠原蛋白最適合與紫薯花青素配伍。

2.3 益生元對紫薯花青素穩定性的影響 由表3可以看出，與對照組相比，4種益生元中，菊粉對花青素穩定性影響最小，最適合與花青素配伍使用。

2.4 甜味劑對紫薯花青素穩定性的影響 由表4可知，與對照組相比，木糖醇對花青素熱穩定性幾乎沒有破壞作用，因此木糖醇是最適合與花青素配伍使用的甜味劑。

2.5 水溶性膳食纖維對紫薯花青素穩定性的影響 對照、抗性糊精、聚葡萄糖試驗組的吸光值損失率分別為14.50%、 14.53%和20.65%，可以看出，與對照組相比，抗性糊精更適合與花青素配伍使用。

2.7 紫薯花青素復配飲料的研制

2.7.1 日本魚皮膠原蛋白添加量對紫薯花青素穩定性的影響。由圖1可以看出，在添加量小于4%時，隨著添加量的增大，吸光值損失率逐漸降低;當添加量高于12%時，吸光值損失率逐漸增大達到25%。因此，可選擇2%、6%、10%、12%日本魚皮膠原蛋白添加量為正交試驗水平。

2.7.2 菊粉添加量對紫薯花青素穩定性的影響。由圖2可知，在添加量小于6%時，損失率均小于30%;在添加量大于6%之后，損失率急劇上升。綜上，可選擇菊粉添加量1%、2%、4%、6%為正交試驗因素水平。

2.7.3 木糖醇添加量對紫薯花青素穩定性的影響。由圖3可以看出，在木糖醇添加量為1%～8%時，損失率之間變化不大;當添加量為10%時，損失率雖然最大，但其損失率也小于15%。因此，可選擇木糖醇添加量1%、2%、4%、8%為正交試驗因素水平。

2.7.4 抗性糊精添加量對紫薯花青素穩定性的影響。由圖4可知，在添加量為4%時，損失率最低;添加量大于4%后，吸光值損失率不斷升高。因此，可選擇抗性糊精添加量1%、2%、4%、6%為正交試驗水平。

2.7.5 阿拉伯膠添加量對紫薯花青素穩定性的影響。從圖5可以看出，吸光值損失率隨著阿拉伯膠添加量的增加呈現先

增大后減小趨勢。綜上，可選擇阿拉伯膠添加量為0.1%、 0.2%、0.8%、1.0%為正交試驗水平。

2.7.6 紫薯花青素復配飲料正交試驗結果與分析。通過分析單因素試驗結果，在5個因素下，分別設定4個水平，進行L 16（45）正交試驗（表6），結果見表7。

由表7可以看出，極差RB>RE>RA>RC>RD，即5個影響因素對復配飲料中花青素穩定性的影響順序依次為菊粉添加量（B）>阿拉伯膠添加量（E）>日本膠原添加量（A）>木糖醇添加量（C）>抗性糊精添加量（D）;綜合K值分析，得出復配飲料最佳配比為A2B2C2D2E1，即添加量分別為6%日本膠原、2%菊粉、2%木糖醇、2%抗性糊精、0.1%阿拉伯膠。為了驗證正交試驗的最佳工藝，根據得出的最佳配比進行3組平行試驗，以復配飲料在530 nm處90 ℃水浴4 h前后吸光值損失率為考察指標，試驗結果分別為13.52%、13.73%、 13.78%。分析以上16組結果可知，此最佳條件下得出的損失率不是最低的，可能原因有各因素之間的交互作用明顯、試驗誤差、因素水平設置不合理等。因此選取16組試驗中損失率最小的3組即試驗編號12、13、15驗證，結果吸光值損失率分別為8.84%、12.59%和7.92%。

可見，試驗組13的吸光值損失率最大，試驗組12和試驗組15吸光值的損失率均小于10。因此，優化后的復配飲料中日本膠原蛋白、菊粉、木糖醇、抗性糊精、阿拉伯膠添加量分別為6%、2%、1%、6%、0.8%和6%、1%、2%、4%、1.0%。

3 結論

在食品蛋白質、益生元、甜味劑、水溶性膳食纖維及增稠劑等原料中，日本膠原蛋白、菊粉、木糖醇、抗性糊精和阿拉伯膠對紫薯花青素熱穩定性影響最小;紫薯花青素復配飲料中較好的配比為日本膠原蛋白、菊粉、木糖醇、抗性糊精、阿拉伯膠添加量分別為6%、2%、1%、6%、0.8%和6%、1%、2%、4%、1.0%。該研究為紫薯花青素類飲料研制中原料配伍、用量配比提供了理論參考和配方依據。

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