咖啡酸对胭脂萝卜红色素辅色作用及稳定性的影响

董 楠，宋会歌，刘 嘉，赵国华,2,*

(1.西南大学食品科学学院，重庆 400715；2.重庆市农产品加工技术重点实验室，重庆 400715)

咖啡酸对胭脂萝卜红色素辅色作用及稳定性的影响

董 楠1，宋会歌1，刘 嘉1，赵国华1,2,*

(1.西南大学食品科学学院，重庆 400715；2.重庆市农产品加工技术重点实验室，重庆 400715)

研究咖啡酸对胭脂萝卜红色素辅色作用及其稳定性的影响。结果表明：在酸性条件下添加咖啡酸可使色素溶液的最大吸收波长(λmax)蓝移(从530nm到518nm)，溶液在λmax处的吸光度显著提高。但咖啡酸的最佳辅色剂量受溶液pH值影响明显。此外，咖啡酸的添加能明显提高色素溶液在光(自然和紫外)、热以及不同金属离子条件下的稳定性，且随咖啡酸浓度的增加其稳定效果加强。

咖啡酸；胭脂萝卜红色素；稳定性；辅色作用

胭脂萝卜红色素，是以胭脂萝卜肉质根为原料提取的一种安全、无毒的天然食用色素[1]，具有一定营养和药理作用[2]，是国家添加剂标准委员会允许使用的天然色素之一[3]。但其稳定性较差，易受pH值、温度、光照等多种因素的影响而发生降解和变色[4]。辅色物质一般为无色或颜色很浅的黄酮类和芳香酸类，通过与2-苯基苯并吡喃阳离子作用，保护花色苷母核免遭水分子亲核攻击[5-6]。Wrolstad等[7]的研究表明，咖啡酸能通过酰基化有效提高花色苷类色素溶液的稳定性，是一种理想的辅色剂，对多种植物色素有较好的辅色作用[8-10]。近年来，研究多集中在咖啡酸对红酒色素辅色及稳定性的影响[11]，而对胭脂萝卜红色素的辅色研究鲜有报道。因此，实验选用咖啡酸为辅色剂，探讨其在不同条件下对胭脂红萝卜色素的辅色效果以及稳定性的影响。以期为胭脂萝卜红色素在食品工业中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

胭脂萝卜红色素，花青素E163，色价219U/g，由重庆市武隆仙女天然色素有限责任公司提供。

咖啡酸(色谱纯) 美国Sigma公司；硫酸铜(分析纯)天津市瑞金特化学品有限公司；氢氧化钠(分析纯) 成都市科龙化工试剂厂；硫酸铁(分析纯)、三氯化铝(分析纯) 重庆吉元化学有限公司；其他试剂皆为分析纯。

1.2 仪器与设备

UV-2450紫外-可见分光光度计 日本岛津公司；722-P可见分光光度计 上海现科仪器有限公司；HWS-24电热恒温水浴锅 上海齐欣科学仪器有限公司；PB-10 酸度计 德国Sartorius公司。

1.3 方法

1.3.1 咖啡酸对胭脂萝卜红色素吸收光谱的影响

1)取0.05g/100mL的胭脂萝卜红色素水溶液10mL，分别加入不同体积的0.04mol/L咖啡酸溶液，使得胭脂萝卜红色素溶液与咖啡酸溶液的体积比为1:1、1:2、1:3，并做空白，均用蒸馏水定容至50mL。并用HCl、NaOH调至pH 3。用UV2450紫外-可见分光光度计对上述4组色素溶液作全波段扫描[12]，比较不同浓度咖啡酸对色素吸收光谱的影响作用，并测得色素的最大吸收波长λmax。

2)配制上述4种色素溶液(空白、1:1、1:2、1:3)，标记后，分别用HCl、NaOH调至不同的pH值(2、4、7)，再用蒸馏水调整，使各溶液体积相同，观察溶液颜色的变化并扫描其在400～700nm波长范围内的吸收光谱。

1.3.2 咖啡酸对胭脂萝卜红色素稳定性的影响

1)配制上述4种色素溶液(空白、1:1、1:2、1:3)标记后，分别置于室内自然光和15W紫外灯下照射，用HCl调至pH 4，在室温条件下每隔一段时间测定其最大吸收波长λmax下的吸光度，并计算其保存率。

2) 配制上述4种色素溶液(空白、1:1、1:2、1:3)，标记后，暗光放置1 h待反应充分，用HCl调至pH 4，分别于室温、80、100、120℃下恒温20min，测定其最大吸收波长λmax下的吸光度，并计算色素保存率。

3) 配制上述4种色素溶液(空白、1:1、1:2、1:3)分3组标记后，分别加入硫酸铜、硫酸铁、三氯化铝配制含有Cu2+(0.001mol/L)、Fe3+(0.001mol/L)、Al3+(0.001mol/L)的色素溶液(保持咖啡酸比例不变)，放置12 h后，用HCl调至pH 4，于室温下测其最大吸收波长λmax处的吸光度，并做空白对照。

1.3.3 色素保存率的计算[4]

式中：A为一定条件处理后的吸光度；A0为初始吸光度。

2 结果与分析

2.1 咖啡酸对胭脂萝卜红色素的辅色效果

2.1.1 咖啡酸对胭脂萝卜红色素吸收光谱的影响

由图1可知，胭脂萝卜红色素溶液添加咖啡酸后最大吸收波长向短波方向移动，其最大吸收波长530nm处的吸光度比空白有所增加。而且，咖啡酸浓度越高，色素溶液的吸光度越大，增色效果越显著。

图1 不同浓度咖啡酸辅色胭脂萝卜红色素的可见光谱Fig.1 Visible spectrum of kermes radish red pigment solution with different caffeic acid concentrations

2.1.2 不同pH值条件下咖啡酸对胭脂萝卜红色素吸收光谱的影响

图2 不同pH值条件下咖啡酸对胭脂萝卜红色素的辅色效果Fig.2 Effect of caffeic acid on co-pigmentation of kermes radish red pigment under different pH conditions

由图2可知，咖啡酸在不同pH值条件下的辅色效果是有差异的。pH2时，1:3咖啡酸的辅色效果最好，而1:1咖啡酸的辅色效果并不明显；pH4时，不同浓度的咖啡酸对色素均有辅色效果，且浓度越高辅色效果越明显；pH7时，色素溶液变色明显，呈紫色，咖啡酸在一定浓度范围对其辅色效果较好，高浓度反而效果不佳。同时发现随色素溶液pH值以4降到2，色素的最大吸收波长发生蓝移，从530nm降低到518nm。

这种颜色的变化主要是花色苷的4种结构形式转换的结果。在pH3以下花色苷以红色的苯并吡喃盐成分为主。随着pH值的升高，2-苯并吡喃盐的比例下降，无色的甲醇假碱比例上升，甲醇假碱与无色的查耳酮之间存在着互变异构平衡，这时溶液的红色开始减弱[4]。pH值上升至5时浅紫色的中性醌式假碱开始形成，溶液的颜色逐渐向紫色变化。pH值上升至7以上，则以蓝色的离子化醌式碱形式存在[5]。而结构之间的转变导致其从pH2到pH7时，出现吸收峰从蓝移到红移的变化。

2.2 不同条件下咖啡酸对胭脂萝卜红色素稳定性的影响

2.2.1 咖啡酸对胭脂萝卜红色素光稳定性的影响

图3 咖啡酸对胭脂萝卜红色素可见光稳定性的影响Fig.3 Effect of caffeic acid on stability of kermes radish red pigment in daylight

由图3可知，将装有色素溶液的透明具塞玻璃瓶置于实验室露台上(每天8:00-20:00)接受自然光照射(平均光照度约15000 lx)，胭脂萝卜红色素吸光度随时间延长均有所下降。但加入咖啡酸之后，色素吸光度的减弱趋势明显减小，证明加入咖啡酸后色素的损失率有所降低，并且咖啡酸浓度越高色素光稳定性越好。自然光照射296h后，空白色素保存率仅为35.7%。而色素溶液与咖啡酸标准溶液体积比为1:1、1:2、1:3时，保存率分别为40.2%、45.8%、79.3%。加入咖啡酸的色素溶液在530nm波长处的吸光度均大于空白组，证明咖啡酸对色素稳定性有一定促进效果，且咖啡酸的浓度越高促进色素稳定性的效果越好。

图4 咖啡酸对胭脂萝卜红色素紫外光稳定性的影响Fig.4 Effect of caffeic acid on stability of kermes radish red pigment in UV light

将不同咖啡酸配比的色素溶液在紫外光下放置，每隔2h测其吸光度。如图4所示，各组色素溶液吸光度均呈下降趋势，紫外光下放置12h后，空白组的色素保存率仅为45.9%。当色素溶液与咖啡酸标准溶液体积比为1:1和1:2时，色素保存率均为85.7%。而色素溶液与咖啡酸标准溶液体积比为1:3时，色素保存率高达93.7%。证明在紫外光照射下，咖啡酸对萝卜红色素具有较好的辅色效果。

有研究发现，光会促进花色苷类色素的降解[5]。Furtado等[13]发现光照引起花色苷降解的可能途径为：花色苷首先降解生成C4羟基的中间产物，该中间产物在C2位上水解开环，最后生成查尔酮，查尔酮快速降解成苯甲酸及2,4,6-三羟基苯甲醛等产物，使色素的色泽变浅。

2.2.2 咖啡酸对色素热稳定性的影响

图5 咖啡酸对胭脂萝卜红色素热稳定性的影响Fig.5 Effect of caffeic acid on stability of kermes radish red pigment at different temperatures

如图5所示，咖啡酸可以有效减缓高温对色素的不良影响。不仅使色素溶液能保持在较高的吸光度，而且对高温下色素的保存率有较好的效果。在120℃高温时，1:3咖啡酸溶液色素保存率明显高于空白，证明咖啡酸对胭脂萝卜红色素的热稳定性有很好的效果。胭脂萝卜红色素的稳定性受温度影响非常大。这主要由于花色苷的二苯基苯并吡喃阳离子AH+的失电子过程(AH+→A)是一个放热反应，而水解反应(AH+→B)和开环反应(B→C)都是放热反应并且都伴随熵的增大。因此，温度升高时，平衡向着无色的查尔酮和甲醇假碱形式转化。但冷却时，醌式碱和甲醇假碱还可转变成红色的花色烊阳离子形式，而查尔酮则很难再转化为花色烊阳离子形式[5]。

2.2.3 不同金属离子环境下咖啡酸对色素稳定性的影响

当色素溶液加入Cu2+和Al3+后，溶液的吸光度有所下降但仍保持原色素溶液的橙红色。在有Cu2+和Al3+存在的情况下，咖啡酸对胭脂红萝卜色素仍具有辅色作用，且这种作用随咖啡酸用量的增大而增强。而随着Fe3+加入，不含咖啡酸的色素溶液颜色由橙红色变为深棕色，而加入咖啡酸的溶液颜色呈红棕色，这可能是胭脂红萝卜色素与Fe3+反应形成了棕色物质，而咖啡酸能抑制这一反应的进行。图6中Fe3+组对照(CK)溶液颜色呈深棕色但却具有较低的吸光度是因为反应新形成的褐色色素的最大吸收波长和原色素有很大的差异。Fe3对胭脂红萝卜色素色调的影响非常明显，因此不可以将该类色素贮存于铁制器皿或添加到Fe3含量丰富的食物中。

图6 金属离子环境中咖啡酸对胭脂萝卜红色素的辅色作用Fig.6 Effect of caffeic acid on co-pigmentation of kermes radish red pigment in metal ion environments

3 结 论

本实验研究了咖啡酸浓度对胭脂萝卜红色素吸收光谱和稳定性的影响。结果表明：添加咖啡酸后，胭脂萝卜红色素的最大吸收峰向短波方向移动且最大吸收峰峰值增加，说明咖啡酸对胭脂萝卜红色素具有明显的辅色效果。稳定性研究以测定色素溶液吸光度为基础，在不同光照体系、温度、pH值、金属离子环境中测定咖啡酸对胭脂萝卜红色素稳定性的影响。通过比较发现，咖啡酸对胭脂萝卜红色素的光、热稳定性有一定程度的加强。并且，咖啡酸浓度越高辅色效果越好。在pH≤ 7的范围内，随着pH值的升高，色素溶液的颜色由橙红、红色、紫红逐渐向淡紫色转变。pH值对色素的色泽影响显著，色素适合在酸性食品和饮料中添加。实验证明，咖啡酸作为辅色剂，可以有效地提高胭脂萝卜红色素的稳定性，使色素在食品加工和保藏过程中不易受光、热等因素的影响。

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Effect of Caffeic Acid on Co-pigmentation and Stability of Kermes Radish Red Pigment

DONG Nan1，SONG Hui-ge1，LIU Jia1，ZHAO Guo-hua1,2,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China；2. Chongqing Key Laboratory of Agricultural Product Processing, Chongqing 400715, China)

The effect of coffeic acid on co-pigmentation effect and stability of kermes radish red pigment was studied in this paper. The results showed that the addition of coffee acid could result in the blue shift (from 530 to 518 nm) of maximum absorption wavelength (λmax) in pigment solution. The absorbance at λmaxexhibited a remarkable improvement. However, the optimal co-pigmentation dosage was affected significantly by pH. In addition, the stability of pigment solution was increased significantly when exposed to light (natural light and UV light), heat, or different metal ions due to the addition of coffeic acid in a dosage-dependent manner.

coffee acid；red radish pigment；stability；complementation effect

TS201.21

A

1002-6630(2011)07-0061-04

2010-06-11

董楠(1987—)，女，硕士研究生，研究方向为食品化学与营养。E-mail：dongnan1219@126.com

*通信作者：赵国华(1971—)，男，教授，博士，研究方向为食品化学。E-mail：zhaoguohua1971@163.com