黑米色素稳定性的研究

雷晓燕

(沈阳化工大学 制药与生物工程学院，辽宁 沈阳 110142)

黑米又称乌米，是禾本科植物黑稻谷的种仁，性湿，味甘，米质多为糯米型［1］.我国是黑米资源最为丰富的国家，据对我国国家种质资源库4.6 万余份种质及国际水稻研究所中心(IRGC)7.5 万余份种质的检索，全世界有黑米品种583份，其中我国 359 份，占全世界总量的61.6 %［2］.黑米中除含有丰富的蛋白质、氨基酸、植物脂肪、纤维素、维生素、人体必需的微量元素等，还含有丰富的生物活性物质如黄酮类、花青素、生物碱、强心苷、β-胡萝卜素等物质［3］.花色苷(Anthocyanins)是一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，是植物花和果实中的一种主要呈色物质，使其呈现由红、紫红到蓝等不同的颜色.黑米花色苷属黄酮类物质，像其他天然黄酮类化合物一样，具有二苯并吡喃的多羟基取代结构，形成典型的C6—C3—C6 三环共轭体系，使其具有很高的生物活性［4］.黑米花色苷性质很不稳定，进而比较容易降解或褪色，温度、pH值、光照、金属离子、氧化剂、还原剂、酶、糖及其降解物等外在因素都会对黑米花色苷的稳定性产生一定影响［5］.pH 值不仅影响花色苷的色调，对花色苷的稳定性也有重要影响，一般情况下花色苷在pH ＜3.0 或pH ＜4.0 条件下比较稳定［6］.目前，国内外常用的花色苷提取方法主要是溶剂浸提法，常用的溶剂为水或亲水性有机溶剂如甲醇、乙醇等.为防止花色苷降解和提高花色苷溶出率，常在溶剂中加入少量的酸，如盐酸、甲酸、柠檬酸等，同时提取溶液的pH 值控制在2.0～3.0［7］.本文实验以水为提取溶剂，用超声波辅助提取，可加快细胞释放色素的速度.黑米色素具有抗氧化、改善肝脏中脂质、预防动脉粥样硬化以及提高视力等生理功能，添加到药品中既能减少药品的副作用，又具有天然、安全、增强营养素等优点，具有很大的研究价值［8］.黑米色素作为食用天然着色剂具有安全性较高、提供营养及药理作用、能更好地模仿天然物的颜色、着色时色调比较自然等诸多优点［9－10］.本文实验考察了一些可能对黑米色素稳定性有影响的因素，旨在为黑米色素的进一步研究与应用提供一些理论依据.

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 样品来源

黑米:市售(购自沈阳市于洪区永强农贸市场).

1.1.2 主要试剂

冰醋酸(分析纯)，天津博迪化工股份有限公司;乙酸乙酯(分析纯)，天津博迪化工股份有限公司;苯甲酸钠(分析纯)，天津博迪化工股份有限公司;过氧化氢(质量分数30 %分析纯)，天津博迪化工股份有限公司;丙酮(分析纯)，天津博迪化工股份有限公司;柠檬酸(分析纯)，天津市科密欧化学试剂开发中心;氢氧化钠(分析纯)，天津市科密欧化学试剂开发中心;盐酸(分析纯)，沈阳市东兴试剂厂;无水乙醇(分析纯)，天津市福晨化学试剂厂;氯化钠(分析纯)，天津市福晨化学试剂厂;抗坏血酸(分析纯)，天津市大茂化学试剂厂;蔗糖(分析纯)，沈阳市新化试剂厂.

1.1.3 主要仪器

SCA210 电子天平，臾豪国际贸易上海有限公司;721E 型分光光度计，上海光谱仪器有限公司;KQ3200DB 型数控超声波清洗器，昆山市超声波仪器有限公司;HH4 型数显恒温水浴锅，国华电器有限公司;PHB 笔型酸度计，上海盛磁仪器有限公司;紫外诱变箱(自制).

1.2 实验方法

1.2.1 黑米色素提取方法

称取新鲜粉碎黑米2 g，加入蒸馏水20 mL，40 W 功率超声波20 ℃提取20 min;过滤，将提取液稀释10 倍，即为实验所用黑米色素稀释液.

1.2.2 黑米色素最大吸收波长的确定

将上述黑米色素稀释液以蒸馏水为参比，在pH=3.0 条件下，用721E 型分光光度计在不同波长下测吸光度，确定最大吸收波长.

1.2.3 pH 值对黑米色素稳定性影响的测定

取黑米色素稀释液，用6 mol/L 的HCl和4 mol/L的NaOH 调节稀释液的pH 值，观察并记录不同pH 值下黑米色素稀释液颜色的变化.

1.2.4 光照对黑米色素稳定性影响的测定

取新鲜制备的黑米色素稀释液，调节pH 值为3.0，分成2 份，分别在自然光和避光处放置，每天取样，连续10 d，在最大吸收波长处分别测其吸光度，并观察稀释液颜色的变化.直接用蒸馏水提取出来的黑米色素测不出最大吸收波长，在蒸馏水pH=6.0 条件下黑米色素应该是混合物，测不出最大吸收波长.

1.2.5 紫外线对黑米色素稳定性影响的测定

取黑米色素稀释液，调节pH 值为3.0，平均分成9 份，在紫外灯(15 W)下，高度为30 cm，分别照射0，10，20，30，40，50，60，70，80 min，照射后在最大吸收波长下测其吸光度值.

1.2.6 温度对黑米色素稳定性影响的测定

取黑米色素稀释液，调节pH 值为3.0，平均分成5 份，分别在20，40，60，80，100 ℃下保温30 min，在最大吸收波长处测其吸收光度值.

1.2.7 添加剂对黑米色素稳定性影响的测定

(1)苯甲酸钠对黑米色素稳定性影响的测定

取黑米色素稀释液，调节稀释液至pH 值为3.0，平均分成6 份，分别向其中加入质量分数0.25 %，0.50 %，0.75 %，1.00 %，1.25 %的苯甲酸钠，1 份作为空白对照，静置30 min，在最大吸收波长下，分别测其吸收光度值，并观察稀释液颜色变化.

(2)过氧化氢对黑米色素稳定性影响的测定

取黑米色素稀释液，调节稀释液至pH 值为3.0，平均分成6 份，分别加入质量分数0.5 %，1.0 %，1.5 %，2.0 %，2.5 %的过氧化氢，静置30 min，1 份作为空白对照，在最大吸收波长下，测其吸光度值，并观察稀释液颜色变化.

(3)Vc 对黑米色素稳定性影响的测定

取黑米色素稀释液，调节稀释液至pH 值为3.0，平均分成6 份，分别向其中加入质量分数1.0 %，2.0 %，3.0 %，4.0 %，5.0 %的Vc，1 份作为空白对照，放置30 min 后，在最大吸收波长处，测其吸收光度值，并观察稀释液颜色变化.

(4)食盐对黑米色素稳定性影响的测定

取黑米色素稀释液，调节稀释液至pH 值为3.0，平均分成6 份，分别向其中加入质量分数2.0 %，4.0 %，6.0 %，8.0 %，10.0 %的氯化钠，1 份作为空白对照，放置30 min 后，在最大吸收波长下，测其吸收光度值.

(5)蔗糖对黑米色素稳定性影响的测定

取黑米色素稀释液，调节稀释液至pH 值为3.0，平均分成6 份，分别向其中加入质量分数5.0 %，10.0 %，15.0 %，20.0 %，25.0 %的蔗糖，1 份作为空白对照，放置30 min 后，在最大吸收波长下，测其吸收光度值.

(6)柠檬酸对黑米色素稳定性影响的测定

取黑米色素稀释液，调节稀释液至pH 值为3.0，平均分成6 份，分别向其中加入质量分数1.0 %，2.0 %，3.0 %，4.0 %，5.0 %的柠檬酸，1 份作为空白对照，放置30 min 后，在最大吸收波长下，测其吸收光度值.

2 结果与讨论

2.1 黑米色素最大吸收波长的测定结果

图1 为黑米色素在不同波长下的吸光度.由图1 可知黑米色素在波长510 nm 时吸光度值最大，因此，确定黑米色素的最大吸收波长为510 nm.

2.2 pH 值对黑米色素稳定性影响的测定结果

图2 为黑米色素在不同pH 值下的颜色变化情况.由图2 可知，pH=6.0 时为黑米色素液的自然pH 值，pH 值低于7.0 时黑米色素的颜色主要呈现红色，pH 值等于或高于7.0 时黑米色素的颜色主要呈现蓝黑色.由文献［11］可知，黑米色素在酸性条件下结构比较稳定，所以在后面测定各种影响黑米色素稳定性的因素时，将黑米色素稀释液的pH 值调为3.0.

2.3 光照对黑米色素稳定性影响的测定结果

将黑米色素稀释液分别置于光照和避光2种条件下，每天测定2 种条件下黑米色素稀释液的吸光度，结果如图3 所示.由图3 可知，光照对黑米色素稳定性的影响较大，吸光度从第2 天起就明显下降，且颜色变为粉红色;但避光放置时，黑米色素的稳定性较好，吸光度下降不明显，且色素颜色不改变.

2.4 紫外线对黑米色素稳定性影响的测定结果

黑米色素稀释液经不同时间紫外线照射后，测定其吸光度，结果如图4 所示.

由图4 可知，随着紫外线照射时间的增长，吸光度值逐渐减小，但减小程度甚微，并且黑米色素稀释液的颜色并没有发生变化，说明紫外线照射对黑米色素稳定性影响很小.

2.5 温度对黑米色素稳定性影响的测定结果

温度对黑米色素稳定性的影响如图5 所示.从图5 可以看出，温度对黑米色素的稳定性有一定影响，尤其是在80～100 ℃范围内黑米色素吸光度变化比较明显，但20～80 ℃以内黑米色素吸光度变化不明显，稳定性较好，但在整个测定过程中黑米色素稀释液颜色没有发生变化.

2.6 添加剂对黑米色素稳定性影响的测定结果

2.6.1 苯甲酸钠对黑米色素稳定性影响的测定结果

不同质量分数的苯甲酸钠分别与黑米色素稀释液混合后，经放置30 min 后测定吸光度，结果如图6 所示.由图6 可知:加入苯甲酸钠后黑米色素溶液吸光度增大，色素液的pH 值也增加，由原来的酸性转变为碱性.苯甲酸钠质量分数越大对吸光度的影响越大，并且加入苯甲酸钠后黑米色素颜色发生改变，可见苯甲酸钠对黑米色素的稳定性影响较大.

2.6.2 过氧化氢对黑米色素稳定性影响的测定结果

过氧化氢对黑米色素稳定性的影响如图7 所示.由图7 可知，随着过氧化氢质量分数的增加，黑米色素稀释液的吸光度明显减小，且颜色发生变化，说明过氧化氢对黑米色素稳定性影响较大.

2.6.3 Vc 对黑米色素稳定性影响的测定结果

Vc 对黑米色素稳定性的影响如图8 所示.由图8 可知，随Vc 质量分数的增加，黑米色素稀释液的吸光度值变化较小，并且黑米色素溶液颜色没有改变，色素液的pH 没有明显变化，说明Vc 对黑米色素稳定性影响不大.

2.6.4 食盐对黑米色素稳定性影响的测定结果

食盐对黑米色素稳定性的影响如图9 所示.由图9 可知，随氯化钠质量分数的增加，黑米色素液吸光度的变化很小，色素液颜色没有发生改变，说明食盐对黑米色素稳定性几乎没有影响.

2.6.5 蔗糖对黑米色素稳定性影响的测定结果

蔗糖对黑米色素稳定性的影响如图10 所示.由图10 可以看出，随蔗糖质量分数的增加，黑米色素液吸光度值变化很小，且色素液颜色没有发生变化，说明蔗糖对黑米色素稳定性的影响不大.

2.6.6 柠檬酸对黑米色素稳定性影响的测定结果

柠檬酸对黑米色素稳定性的影响如图1 所示.由图11 可以看出，随柠檬酸质量分数的增加，黑米色素液吸光度呈下降趋势，但下降不是很明显，且黑米色素液颜色未发生变化，色素液的pH 值没有发生明显改变，可见柠檬酸对黑米色素稳定性的影响不大.

3 结论

(1)黑米色素在蒸馏水中的最大吸收波长为510 nm.

(2)pH 值对黑米色素的色泽影响较大，不同pH 值质下色素颜色发生改变.

(3)光照对黑米色素稳定性影响较大，避光条件下黑米色素稳定性较好.

(4)紫外线照射在短时间内对黑米色素稳定性影响较小.

(5)温度对黑米色素的稳定性有一定的影响，在30 min 内，80～100 ℃范围内黑米色素吸光度变化比较明显，但20～80 ℃以内黑米色素稳定性较好.

(6)苯甲酸钠和过氧化氢对黑米色素稳定性影响较大，同时还会导致色素液颜色明显改变.不适合与黑米色素同用.

(7)Vc、蔗糖、食盐以及柠檬酸在酸性条件下对黑米色素稳定性影响很小，适合与黑米色素同时使用.

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