十种天然黑色素稳定性研究.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 十种天然黑色素稳定性研究 任顺成 王国良 王 鹏 李翠翠 (河南工业大学粮油食品学院,郑州 450052) 摘 要 以黑香米、 黑小米、 黑大豆、 黑绿豆、 黑苦荞、 黑小麦、 黑花生、 黑玉米、 黑芝麻、 黑红薯为原料,研 究了10种天然黑色素的特征吸收波长和稳定性。结果表明:10种天然黑色素在紫外区有明显的特征吸收峰; 黑苦荞、 黑红薯色素光照下降解最为明显,光照对其余黑色素也有不同程度的影响;除黑苦荞色素外,其余黑 色素在80 以下具有良好的热稳定性;过氧化氢、 亚硫酸钠能使黑色素发生较大程度的降解;氯化钠、 蔗糖、 苯甲酸钠、Ca2 +、Mg2 +对黑色素几乎无影响;Al3 +、Fe2 +、Cu2 +、pH对多数黑色素色调影响较大,pH值使黑色素 色调在酸性和碱性范围内变化分别呈现一定的规律性。 关键词 黑色素 特征吸收波长 稳定性 中图分类号:TS202. 3 文献标识码:A 文章编号:1003 - 0174(2009)06 - 0137 - 06 随着食品工业的迅猛发展,对食用色素的需求 量不断增大,以往常用的合成色素因具有一定的毒 副作用而逐渐受到限用,甚至被禁止使用,安全无毒 副作用的植物食用天然色素越来越得到人们的重 视,其开发和利用已成为研究热点。 天然黑色素是黑色食品中的主要活性成分,具 有延缓衰老、 增强免疫力、 促进造血功能、 保护心血 管、 抗动脉粥样硬化等功能特性1 - 6,可开发成保健 食品或食品添加剂等,因此研究黑色素在加工、 包 装、 储存中的稳定性,对黑色素的开发有很强的现实 意义。选择黑香米、 黑小米、 黑大豆、 黑小豆、 黑荞 麦、 黑小麦、 黑花生、 黑玉米、 黑芝麻、 黑红薯10种黑 色食品,分别研究了不同因素对黑色素稳定性的影 响,以期对黑色食品的开发利用提供理论上的支持。 1 材料与方法 1. 1 材料 1. 1. 1 试验原料 黑香米购于河南卢氏县;黑苦荞购于山西太原 市;黑芝麻购于河南信阳市;黑小米、 黑小麦、 黑大 豆、 黑绿豆、 黑花生、 黑玉米、 黑红薯均购于河南洛阳 市。 收稿日期:2008 - 07 - 03 作者简介:任顺成,男,1963年出生,副教授,博士,硕士生导师, 天然活性成分及其功能评价 1. 1. 2 主要试剂 石油醚 (30 60)、NaCl、 蔗糖、 苯甲酸钠、 H2O2、Na2SO3、FeSO47H2O、CuSO4、K2SO4、ZnSO4、Mg2 SO47H2O、AlCl36H2O、CaCl2、Na2HPO4、NaOH、 柠檬 酸、 硼砂、 盐酸:试剂均为分析纯;乙醇为工业酒精。 1. 1. 3 主要仪器 FW- 200粉碎机;北京中兴伟业仪器有限公司; DK- 524电热恒温水浴锅;上海精宏实验设备有限公 司;SZH- (D)循环水式真空泵;巩义市英峪予华仪 器厂;TU - 1901紫外可见光分光光度计;北京普析通 用仪器有限责任公司;UV - 2000紫外-可见分光光 度计;尤尼柯(上海)仪器有限公司;AY220数显电子 天平;SHIMADZU CORPORATION;101 - A - 2电热鼓 风干燥箱;上海实验仪器厂有限公司。 1. 2 试验方法 1. 2. 1 原料预处理 将原料净化、 干燥、 粉碎过40目筛,准确称取样 品100 g ,用石油醚500 mL浸泡进行脱脂,浸泡期间 每35 h搅拌1次,24 h后进行真空抽滤,取其滤渣 晾干。 1. 2. 2 黑色素提取7 - 8 准确称取5 g脱脂粉,在液料比(mL/ g)为8 ,提 取时间为2 h ,提取温度为70,乙醇浓度为50 %条 件下浸提,提取液冷却至室温后抽滤,滤液定容至 100 mL ,备用。 2009年6月 第24卷第6期 中国粮油学报 Journal of the Chinese Cereals and Oils Association Vol. 24 ,No. 6 Jun. 2009 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 1. 2. 3 10种黑色素特征吸收波长的确定 将10种原料的提取液稀释10倍后进行紫外- 可见光谱扫描,由扫描曲线确定各黑色素的特征吸 收波长。 1. 2. 4 不同因素对黑色素稳定性影响9 - 12 1. 2. 4. 1 光照 取黑色素样液5或10 mL ,用乙醇稀释至100 mL 后分成2份,分别置于室内阴暗处和阳光直射处,分 别测1、3、5、7、10、15 d后的吸光值,考察避光保存与 自然光照保存对黑色素稳定性的影响。 1. 2. 4. 2 温度 取黑色素样液2. 5或5 mL ,用乙醇稀释至50 mL ,将稀释液分成4份置于具塞试管中,分别于20、 40、60、80恒温加热1 h后,迅速用流水冷却至室 温,测定吸光值,考察黑色素的热稳定性。 1. 2. 4. 3 氯化钠 配制1 %(m/ v)、3 %、5 %、10 %、15 %浓度的氯化 钠溶液,取0. 5或1 mL样液5份置于具塞试管中, 加入1或2 mL不同浓度氯化钠溶液,用乙醇定容至 10 mL ,摇匀,室温避光放置2 h ,以空白为对照,测定 吸光值。 1. 2. 4. 4 蔗糖 配制1 %(m/ v)、3 %、5 %、10 %、15 %浓度的蔗糖 溶液,取0. 5或1 mL样液5份置于具塞试管中,分 别加入1或2 mL不同浓度蔗糖溶液,用乙醇定容至 10 mL ,摇匀,室温避光放置2 h ,以空白为对照,测定 吸光值。 1. 2. 4. 5 防腐剂 配制0. 02 % (m/ v)、0. 04 %、0. 06 %、0. 08 %、 0. 1 %、0. 15 %浓度的苯甲酸钠溶液,取0. 5或1 mL 样液6份置于具塞试管中,分别加入1或2 mL不同 浓度的苯甲酸钠溶液,用乙醇定容至10 mL ,摇匀,室 温避光放置2 h ,以空白为对照,测吸光值。 1. 2. 4. 6 氧化剂 配制0. 5 %(v/ v)、1. 0 %、1. 5 %、2. 0 %、2. 5 %浓 度的H2O2溶液,取0. 5或1 mL样液5份置于具塞试 管中,分别加入各1或2 mL不同浓度的H2O2溶液, 摇匀,用乙醇定容至10 mL ,室温避光放置2 h ,以空 白为对照,测定吸光值。 1. 2. 4. 7 还原剂 配制0. 1 %(m/ v)、0. 3 %、0. 5 %、1. 0 %、1. 5 %浓 度的Na2SO3溶液,取0. 5或1 mL样液5份置于具塞 试管中,分别加入1或2 mL不同浓度的Na2SO3溶 液,用乙醇定容至10 mL ,摇匀,室温避光放置2 h ,以 空白为对照,测定吸光值。 1. 2. 4. 8 金属离子对黑色素稳定性的影响 用K2SO4、MgSO47H2O、CuSO4、FeSO47H2O、Zn2 SO4、CaCl2、AlCl36H2O配制0. 5 mol/L的K+、Mg2 +、 Cu2 +、Fe2 +、Zn2 +、Ca2 +、Al3 +溶液,取一定量黑色素样 液,分别加入等体积的金属离子溶液,振匀,室温避 光放置30 min ,观察样液色调变化情况。 1. 2. 4. 9 pH 用Na2HPO4、 柠檬酸、 硼砂、 盐酸、NaOH配制不同 pH的缓冲溶液,取一定量的缓冲液与等量黑色素样 液混合,振匀,室温避光放置30 min ,观察样液色调变 化情况。 2 结果与讨论 2. 1 10种黑色素特征吸收波长的确定 综合文献报道13 - 15可知,黑色素为黄酮类花色 苷类化合物,在530和270 nm附近有吸收峰,这是花 色苷类化合物的特征吸收峰,该波长可作为黑色素 的检测波长。10种黑色素经紫外-可见光谱扫描, 部分扫描曲线见图1图4。 由图可知,黑色素在可见光区均未出现吸收峰, 这可能是样液稀释后黑色素浓度太低导致无法检测 到的原因;在紫外光区,10种样品的黑色素在270 nm 附近均有明显的吸收峰(黑香米、 黑小米、 黑大豆、 黑 小麦、 黑花生、 黑玉米、 黑芝麻色素扫描曲线大致相 831 中国粮油学报2009年第6期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 同,本文以黑香米色素为代表 ) , 黑绿豆、 黑苦荞、 黑 红薯色素在300 nm后出现吸收峰,可能是花色苷类 黑色素被酰化的结果16。由各黑色素光谱扫描曲线 确定各黑色素的特征吸收波长见表1。 表1 10种黑色素的特征吸收波长 品种黑香米黑小米黑大豆黑绿豆黑苦荞 波长/ nm273275.5261.5270.5361 品种黑小麦黑花生黑玉米黑芝麻黑红薯 波长/ nm276281.5288.5277.5327.5 2. 2 黑色素稳定性研究 2. 2. 1 光照对黑色素稳定性的影响 由图5和图6可知,15 d以内,在避光条件下,除 黑苦荞色素降解较明显外,黑小麦色素也有一定程 度的降解,而其他色素变化不大,表现出较好的稳定 性;在光照条件下,10种黑色素都有不同程度的降 解,黑苦荞、 黑红薯、 黑玉米色素最为明显,而黑绿豆 色素吸光值不断上升,这可能是因为黑绿豆色素降 图5 避光保存对黑色素稳定性的影响 图6 自然光照对黑色素稳定性的影响 解后产物在270. 50 nm处有更强的吸收峰;综上所 述,可以确定10种黑色素都应该避光保存。 2. 2. 2 温度对黑色素稳定性的影响 从图7可以看出,在80 以下,黑苦荞色素随温 度升高,吸光值减小明显,说明温度升高使黑苦荞色 素降解明显;黑香米、 黑玉米、 黑芝麻也有一定程度 的降解;值得注意的是随着温度的升高,黑绿豆色素 吸光值有所上升,这可能是因为黑绿豆色素降解后 产物在270. 50 nm处有更强的吸收峰;其余样品黑色 素的热稳定性较好。 图7 温度对黑色素稳定性的影响 2. 2. 3 氯化钠对黑色素稳定性的影响 由图8可知,试验浓度范围内,随着氯化钠浓度 的升高,10种样品黑色素液的吸光值几乎没有变化, 说明氯化钠对黑色素的稳定性没有影响,可混合使 用。 图8 氯化钠对黑色素稳定性的影响 2. 2. 4 蔗糖对黑色素稳定性的影响 由图9可看出,试验浓度范围内,加入蔗糖,黑 931 第24卷第6期任顺成等 十种天然黑色素稳定性研究 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 小麦和黑小米色素液的吸光值增大,表明其对黑小 麦和黑小米有增色作用,蔗糖对其他8种黑色素稳 定性几乎没有影响,可混合使用。 图9 蔗糖对黑色素稳定性的影响 2. 2. 5 防腐剂对黑色素稳定性的影响 由图10可以看出,试验浓度范围内,苯甲酸钠使 黑玉米、 黑小麦、 黑小米色素吸光值变大,说明苯甲 酸钠对黑玉米、 黑小麦、 黑小米色素有增色作用;苯 甲酸钠的高浓度溶液使黑大豆、 黑香米中黑色素的 吸光值降低,对其稳定性影响较大,低浓度影响较 小;苯甲酸钠对其他黑色素的稳定性几乎没有影响。 综上所述,黑大豆、 黑香米色素应避免与高浓度的苯 甲酸钠溶液混合使用,而其他黑色素则可混用。 图10 苯甲酸钠对黑色素稳定性的影响 2. 2. 6 氧化剂对黑色素稳定性的影响 从图11可看出,试验浓度范围内,黑红薯色素对 H2O2很稳定,而其余色素都不同程度的被氧化分解, 黑香米、 黑大豆、 黑花生色素降解较明显,其它几种 图11 过氧化氢对黑色素稳定性的影响 虽有都有变小趋势,但不明显,低浓度的H2O2水溶 液使黑小麦色素吸光值明显变大,可能是因为H2O2 水溶液有助于其显色。氧化剂对黑色素有一定的影 响,故不能将二者混用。 2. 2. 7 还原剂对黑色素稳定性的影响 从图12可以看出,试验浓度范围内,低浓度的亚 硫酸钠溶液使黑小麦吸光值急剧下降,随着浓度的 增大吸光度的曲线趋于平缓,表明其黑小麦色素对 亚硫酸钠的稳定性很差;低浓度亚硫酸钠溶液使黑 大豆、 黑绿豆、 黑花生、 黑玉米、 黑红薯色素吸光值变 小也较明显,其余色素也有不同程度的变小,浓度的 增大对黑色素影响不大;亚硫酸钠使黑小米色素吸 光值增大,说明其有助于其显色。综上,亚硫酸钠对 黑色素的影响较大,在加工以黑玉米、 黑绿豆、 黑大 豆、 黑红薯、 黑花生、 黑小麦等为原料的食品,或将其 色素作为染料时,应避免亚硫酸钠的加入而影响产 品色泽。 图12 亚硫酸钠对黑色素稳定性的影响 2. 2. 8 金属离子对黑色素稳定性的影响 由表2可知, Ca2 +、Mg2 +对10种黑色素均无影 响;Fe2 +对黑绿豆、 黑小麦色素无影响,但可使其他8 种色素变色,因其具有较强的还原性,从而改变色素 的颜色,因此在加工、 包装、 储存过程中应避免与铁 器接触;Cu2 +的加入使10种黑色素颜色变化,主要 原因可能是其本身的颜色导致的,故要保持原有色 表2 金属离子对黑色素稳定性的影响 样品原色Fe2 +Cu2 +Al3 +Ca2 +Zn2 +K+Mg2 + 黑香米浅红墨蓝墨蓝深紫不变不变灰色不变 黑小米无色浅黄蓝色不变不变不变不变不变 黑大豆棕黄浅棕蓝色浅紫不变浅粉不变不变 黑绿豆微黄不变蓝绿浅绿不变无色不变不变 黑苦荞棕色墨绿绿色黄色不变黄色深棕不变 黑小麦无色不变绿色不变不变不变不变不变 黑花生浅红蓝紫深蓝紫色不变不变灰色不变 黑玉米微红粉紫蓝色粉紫不变不变浅灰不变 黑芝麻棕色黄色蓝绿褐色不变不变不变不变 黑红薯浅红褐色蓝灰不变不变不变不变不变 041 中国粮油学报2009年第6期 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 泽时,这些食品中不能加入该离子;Al3 +对黑小米、 黑 小麦和黑红薯色素无明显影响,但可使其他7种样 品变色,在食品加工、 包装、 储存过程中,应避免与铝 器接触;Zn2 +仅对黑大豆、 黑绿豆、 黑苦荞3种样品 有稍微的影响,变化不大,可认为该离子对色素稳定 性较好;K+对黑苦荞色素的稳定性较大,对其他9种 色素稳定性较好。 2. 2. 9 pH对黑色素稳定性的影响 由表3可以看出,pH对黑色素的影响较大,原始 样液颜色与pH为6时相当,多数样品随着pH的增 大,色调变化呈现一定的规律性。随着pH的增大, 黑苦荞、 黑芝麻色素色调逐渐变深,碱性范围内所有 样液色调逐渐变深,而在酸性范围内除黑小麦、 黑小 米色素颜色无变化,黑香米、 黑大豆、 黑绿豆、 黑花 生、 黑玉米和黑芝麻色调逐渐变浅,且多数偏向于红 色,据文献报道17,黑色素在酸性环境下性质较稳 定,不易分解,因此黑色素的开发利用最好保持在适 当酸性环境。 表3 pH值对黑色素稳定性的影响 pH2.23456789101112 黑香米 红色 浅红 灰褐 褐色 棕色 深棕 黑小米 无色 无色 浅黄 黄色 黑大豆 粉红 浅棕 棕黄 黄色 黑绿豆 微红 微黄 黄色 黑苦荞 浅黄 棕黄 黑小麦 无色 无色 微黄 浅黄 黑花生 粉红 浅红 浅灰 灰绿 棕黄 棕黄 墨绿 黄绿 黑玉米 粉红 微红 微黄 墨绿 黑芝麻 浅棕 红棕 黑红薯 红棕 浅红 棕黄 墨绿 注:箭头指向表示颜色逐渐加深,直线表示颜色无变化 3 结论 3.1 通过对10种黑色素样液的紫外光谱扫描,10 种黑色素在270 nm附近均有吸收峰, 10种黑色素在 紫外区的特征吸收波长分别为:黑香米:273 nm;黑小 米:275. 5 nm;黑大豆:261. 5 nm;黑绿豆:270. 5 nm;黑 苦荞:361 nm;黑小麦:276 nm;黑花生:281. 5 nm;黑 玉米:288. 5 nm;黑芝麻:277. 5 nm;黑红薯:327. 5 nm。 3.2 光照对黑色素都有不同程度的影响,黑苦荞、 黑红薯色素降解最为明显,10种黑色素都应选择避 光保存;除黑苦荞外,其余黑色素在80 以下具有 良好的热稳定性;氯化钠、 蔗糖、 苯甲酸钠对黑色素 几乎无影响;过氧化氢、 亚硫酸钠对黑色素稳定性有 较大的影响;Ca2 +、Mg2 +对黑色素几乎无影响,Zn2 +、 K+对黑色素影响较小,Al3 +、Fe2 +、Cu2 +对多数黑色 素有不同程度的影响;pH对黑色素影响较大,其色度 变化在酸性和碱性范围内呈现一定的规律性。 参考文献 1王红育,李颖.黑色食品的研究现状与发展前景J .安徽 农业科学,2007 ,35(8) :2397 - 2398 2张奇志,赖来展,廖均元.黑色食品的营养与功能研究进展 J .粮油食品科技,2006 ,14(6) :11 - 14 3顾德法,李军.紫黑糯米皮层促进小鼠骨髓祖细胞分化和 脾淋巴细胞增殖的影响J .中国水稻科学, 1996 ,(4) :250 - 254 4Vasyl M. Sava , Boris N. Galkin , Meng - Yen Hong , et al. A novel melanin - like pigment derived from black tea leaves with immuno - stimulating activityJ . Food Research International , ? 2001 ,34(04) : 337 - 343 5K im HJ ,Tsoy I,ParkJ M,et al. Anthocyaninsfrom soybean seed coat inhibit the expressionof TNF- alpha - induced genes associ2 ated with ischemia/ reperfusion in endothelial cell by NF- kappaB - dependent pathway and reduce rat myocardial damages incurred by ischemia and reperfusion in vivoJ . FEBS Lett , 2006 ,580 (5) :1391 - 1397 6夏效东,凌文华,夏敏,等.黑米花色苷提取物对ApoE基因 缺陷小鼠动脉粥样硬化晚期斑块的影响J .食品科学, 2006 ,27(3) :213 - 215 7王新平,李加新.黑糯米中黑色素的提取方法的研究J . 食品科学,1997 ,18(2) : 44 - 46 8曾盔,黄斌,王洁,等.黑米黑色素的提取与精制J .食品 科学,2006 ,27(12) :304 - 307 9王悦宏.黑莓色素的提取、 精制及色素性质的研究D.吉 林:吉林农业大学,2002 10梁华正,徐琼,廖夫生,等.番薯紫色素的提取、 精制及稳 定性的研究J .广州食品工业科技,2004 ,81(3) :31 - 34 11李莉蓉,张名位,刘邻渭,等. 3种黑色作物种皮花色苷稳 定性比较J .农业机械学报,2007 ,38(5) :91 - 95 12M. Rubinskiene ,P.Viskelis ,I.Jasutiene et al. Impact of various factors on the composition and stability of black currant antho2 cyaninsJ , Food Research International 2005 , 38:867 - 871 13黄慧淑.黑豆皮红色素的研究J .广西工学院学报,1994 , 5(1) :48 - 53 14闵锁田,吴三桥,李新生,等.金属离子对黑米花青苷色素吸 收光谱的影响J .氨基酸和生物资源,2001,23(4) :4- 7 15张晴,陈勇,李衫,等.黑米色素的吸收光谱及色差分析研 究J .食品科学,1999 ,20(7) :12 - 16 16任玉林,李华,郁贵德,等.天然食用色素 花色苷J . 食品科学,1995 ,16(7) :22 - 28 17钟瑞敏.花色苷结构与稳定性的关系及其应用研究J . 韶关学院学报(自然科学版) ,2001 ,22(12) :79 - 83. 141 第24卷第6期任顺成等 十种天然黑色素稳定性研究 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. Stability of Ten Natural Melanins Ren Shuncheng Wang Guoliang Wang Peng Li Cuicui (School of Food Science and Technology , Henan University of Technology , Zhengzhou 450052) Abstract Taking black rice , black millet , black bean , black mung bean , black buckwheat , black wheat , black peanuts , black corn , black sesame and black sweet potato as materials , the characteristic absorption wavelength and stabil2 ity of 10 types of melanin from the materials were studied. Results show: The 10 types of melanin have