护色剂对玫瑰花饮料中紫甘薯色素稳定性的影响

杨 月，毛兆祥，张连龙，成恒嵩

(无锡健特药业有限公司，江苏 无锡 214091)

紫薯除了具有普通红薯的营养成分外，还富含硒元素和花青素，具有特殊保健功能［1］，在日本国家癌症研究中心最近公布的抗癌蔬菜中名列榜首。紫甘薯色素是从其块根和茎叶中浸提出来的1种天然水溶性红色素，属于天然花青素类色素，色泽鲜亮、自然，无毒、无特殊气味，具有抗氧化、抗突变、保护肝脏、预防心血管疾病等功效，是一种理想的天然食用色素资源［2-3］。研究证明，花青素是天然强效自由基清除剂，对100多种疾病有预防和治疗作用，被誉为继水、蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素和矿物质之后的第7大必需营养素［4-5］。

随着人们生活水平的提高，对食品色、香、味的要求也越来越高，化学合成色素的毒副作用越来越受到人们的关注，而天然色素的应用成为必然趋势。目前，天然着色剂存在的最大问题就是多数在产品中不稳定，在一定程度上影响了在食品工业中的应用。本文通过研究常用护色添加剂对紫甘薯色素在玫瑰花饮料中的护色作用，期望提高紫甘薯色素在饮料行业中的应用价值，旨在为紫甘薯色素的开发利用提供新的途径。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

紫甘薯色素，由森馨科技公司提供;三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、磷酸氢二钠、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)均为食品添加剂。UV2450紫外-可见分光光度计，常用仪器等。

1.2 方法

1.2.1 单一护色剂对紫甘薯色素的护色试验

试验在酸性条件下 (pH值3～4)进行。配方为紫甘薯色素3 mg·100 mL-1，蔗糖6.5%，柠檬酸0.05%，玫瑰提取液6%及少量甜味剂 (三氯蔗糖)和香精。经调配后，装入无色透明的PE塑料瓶 (350 mL)中，封盖后杀菌。各组杀菌冷却后于阳光下晾晒，10 d后测定色素保存率和降解指数，记录色素稳定时间。

1.2.2 复配护色剂配方的选择

在单一护色剂试验的基础上，选择对紫甘薯色素效果较好的几种护色剂，利用正交设计软件组成不同配方，对紫甘薯色素进行护色试验。试验的主体配方和工艺同1.2.1节。

1.2.3 色素稳定性评价方法

参照参考文献 ［6-7］，采用日晒法 (5-6月)，在杀菌冷却后，将产品置于阳光下晾晒，记录色素稳定的时间。产品中色素含量用最大吸光值Dλmax表示，色素降解常数 DI=D420/Dλmax，色素保存率S/%=D末/D初×100。试验均重复3次，结果取平均值。

2 结果分析

2.1 紫甘薯色素的光谱学特性

将紫甘薯色素配制成不同浓度柠檬酸酸性溶液(pH值3～4)，在300～600 nm范围内进行波长扫描，得到扫描曲线 (图1)。紫甘薯色素在可见光区530 nm处有1个最大吸收峰，是典型花色苷的特征吸收峰，同时在紫外光区也有较强的吸收，这与文献［8］报道的紫甘薯色素的吸收曲线相同。色素的浓度与530 nm处吸收峰的峰高成正比，因此可根据紫甘薯色素在530 nm处的吸光度来进行评价。

图1 紫甘薯色素吸收光谱

2.2 单一护色剂对紫甘薯色素的护色效果

2.2.1 六偏磷酸钠对紫甘薯色素的护色效果

在预实验的基础上，选择六偏磷酸钠的添加量分别为0.02%，0.08%，0.14%，0.20% (m/V)进行试验，连续阳光直射10 d后，不同添加量的六偏磷酸钠对体系中紫甘薯色素的护色效果如图2。

图2 六偏磷酸钠对紫甘薯色素的护色效果

由图2可见，随着六偏磷酸钠添加量的增加，体系中的色素含量先呈平缓趋势，当添加量大于0.14%时，色素保存率下降5.29%，呈陡然下降趋势。与此同时，随着六偏磷酸钠添加量的增加，降解指数DI整体呈现上升趋势。当添加量小于0.14%时，DI值变化不明显;当添加量大于0.14%时，DI值上升幅度大。这表明降解指数DI值与六偏磷酸钠的添加量有一定的关联，添加量大于0.14%时，添加量增大，降解指数DI增大，色素保存率降低。综上分析，六偏磷酸钠添加量0.02%时，10 d后的色素保存率为69.41%。

2.2.2 三聚磷酸钠对紫甘薯色素的护色效果

在预实验的基础上，选择三聚磷酸钠的添加量分别为 0.02%，0.08%，0.14%，0.20%进行试验，连续阳光直射10 d后，不同添加量的三聚磷酸钠对体系中紫甘薯色素的护色效果如图3。

图3 三聚磷酸钠对紫甘薯色素的护色效果

由图3可见，随着三聚磷酸钠添加量的增加，体系中的色素含量呈逐渐下降趋势，当添加量为0.20%时，色素保存率仅为40.59%，色泽呈灰褐色，且体系的色泽变化是在刚加入时就立即发生色素降解;随着添加量的增大，色泽变化就愈明显。这表明三聚磷酸钠对紫甘薯色素的稳定性起反作用，这可能是由于三聚磷酸钠对某些金属离子的络合作用，抑制了这些金属离子与花青苷的螯合反应。研究表明，花色苷与某些金属离子如 Zn2+和Al3+发生螯合反应，从而提高花色苷的稳定性［4］。由降解指数DI曲线可知，随着三聚磷酸钠添加量的增加，DI值逐渐增大，这表明降解指数DI值与三聚磷酸钠的添加量有密切的相关性;添加量越大，降解指数DI越大，色素保存率越少。综上分析，三聚磷酸钠不适合作为紫甘薯色素的护色剂，其对紫甘薯色素的稳定有一定的反作用。

2.2.3 磷酸氢二钠对紫甘薯色素的护色效果

在预实验的基础上，选择磷酸氢二钠的添加量分别为 0.02%，0.08%，0.14%，0.20%进行试验，连续阳光直射10 d后，不同添加量的磷酸氢二钠对体系中紫甘薯色素的护色效果如图4。

由图4可见，随着磷酸氢二钠添加量的增加，体系中的色素含量先陡然上升后逐渐下降呈平缓趋势。当添加量为0.08%时，最大吸光度 D530值最高，此时色素保存率为75.29%。降解指数 DI随着磷酸氢二钠添加量的增大，呈现陡然下降后逐渐上升至平缓趋势;在添加量为0.08%时，降解指数DI值最低，即降解速率最低。综上分析，选择磷酸氢二钠添加量为0.08%。

图4 磷酸氢二钠对紫甘薯色素的护色效果

2.2.4 EDTA-2Na对紫甘薯色素的护色效果

GB2760中规定，EDTA-2Na在饮料类中的添加量最大为0.03 g·kg-1。在预实验的基础上并参照GB2760，选择 EDTA-2Na的添加量分别为0.001 0%，0.002 0%，0.002 5%，0.003 0% 进行试验，连续阳光直射10 d后，不同添加量的EDTA-2Na对体系中紫甘薯色素的护色效果如图5。

图5 EDTA-2Na对紫甘薯色素的护色效果

由图5可见，随着EDTA-2Na添加量的增加，体系中的色素含量呈下降至连续平缓趋势，降解指数DI呈上升至连续平缓趋势。EDTA-2Na添加量为0.001 0%时，最大吸光度D530值最大，色素保存率最高为73.53%，降解指数 DI最低。说明当EDTA-2Na添加量增加时，对体系的护色作用不明显。综上分析，选择EDTA-2Na添加量为0.001 0%。

2.3 单一护色剂对紫甘薯色素的稳定时间

几种护色剂对天然紫甘薯色素的护色试验中，记录各单一护色剂对该饮料色泽的护色稳定时间。六偏磷酸钠为20 d，磷酸氢二钠为17 d，EDTA-2Na为21 d，三聚磷酸钠为0 d。

2.4 复合护色剂对对紫甘薯色素的护色效果

在单一护色添加剂护色试验的基础上，选用对紫甘薯色素护色效果较好的3种护色剂 (六偏磷酸钠、磷酸氢二钠、EDTA-2Na)进行复配试验。经预实验发现，由于各组产品最终色泽均趋于橘黄色，色素降解后各组色泽变化无法用肉眼准确区别。因此，在正交复配试验中主要以15 d后的色素保存率指标来衡量护色效果。按L9(33)设计3因素3水平试验，以色素保存率为指标进行优选试验。正交试验因素水平见表1，结果见表2。

表1 试验因素水平

表2 正交实验结果

表2结果表明，在所有正交处理中，8号护色效果最佳，色素保存率为66.47%，其他各组处理色素保存率均相差不大。通过极差分析可知，复合护色剂对紫甘薯色素护色效果的主次因子分别为六偏磷酸钠 ＞磷酸氢二钠＞EDTA-2Na。试验获得的最优组合为 A3B2C1，即 0.05%六偏磷酸钠 +0.05%磷酸氢二钠。以此组合的复配护色剂用于酸性饮料试验紫甘薯色素的色泽稳定性，其色泽可稳定25 d。

3 讨论

紫甘薯色素属于花青素类色素，花青素在pH为2～5时色泽较稳定。本试验体系 pH为3～4，在此酸性条件下进行研究，其色泽鲜亮，口感好，宜作为酸性饮料的色素来源。

从天然紫甘薯色素光谱学特性来看，在可见光区530 nm处有1个最大吸收峰。这证实了紫甘薯色素为花色苷类色素，同时在紫外光区也有较强的吸收。据此功能特性，可考虑应用于化妆品行业。

花色苷在水溶液中以2-苯基苯并吡喃阳离子、醌型碱、假碱、查尔酮的形式存在，这4种形式随水溶液pH值的变化而相互转化［4，6］。因其具有的裸露阳离子和多种不饱和酸易受光、氧、热的影响，在吸收光线中某一段波长光的能量后会发生降解［9］，从而致使色素结构的改变，发生光降解。

几种护色剂在本试验体系中正反作用的原因是六偏磷酸钠在饮料中主要起品质改良剂、螯合剂、pH调节剂及一定的抗氧化作用;磷酸二氢钠主要起酸度调节剂的作用;EDTA-2Na具有广泛的配位性能，几乎能与所有的金属离子形成稳定的螯合物，从而有效地抑制金属离子对色素的不良影响。研究表明，Fe3+等对花色苷有明显的破坏作用，EDTA-2Na可络合Fe3+等，从而起到一定的护色作用［6］。三聚磷酸钠也有一定的络合多价离子、pH调节剂及抗氧化的作用，而不同添加量的三聚磷酸钠加入后，可能是对整个体系的pH有一定的影响，从而起反作用。但食品添加剂的加入会络合一定的金属离子，必然会降低食品中矿物营养价值。因此，在达到护色的前提下，应尽可能的减少各食品添加剂的用量。

4 小结

目前对紫甘薯色素的提取工艺、光谱学性质、稳定性等已有一定的研究，但将其制成酸性天然饮料，并对其色泽稳定性进行研究还未见报道，本研究优选出0.05%六偏磷酸钠+0.05%磷酸氢二钠复配护色剂，用于天然紫甘薯色素玫瑰花饮料护色，使其色泽可稳定25 d。天然紫甘薯色素是一种具有开发前景的理想天然食用色素，可应用于食品、饮料、医药等多种行业。本研究关于紫甘薯色素稳定性的研究还处在基础阶段，作用机理与更广泛的研究还需深入，期此研究对天然色素在饮料中的应用具有一定的指导作用。

［1］ 李博，雷激，汤富蓉，等.紫甘薯色素提取条件及稳定性研究［J］.食品与发酵科技，2010，46(4):56-60.

［2］ 暴海军，袁红波，李静，等.紫甘薯色素的研究进展［J］.安徽农业科学，2010，38(23):12386-12387.

［3］ 吴敏，张杰，曾凡骏.天然花青素稳定性研究性状［J］.中国食品添加剂，2008(5):50-53.

［4］ Giusti M M，Wrolstad R E.Acylated anthocyanins from edible sources and their applications in food systems［J］.Biochemical Engineering Journal，2003，14(3):217-225.

［5］ Gongjian Fan，Yonbin Han，Zhenxin Gu，et al.Optimizing conditions for anthocyanins extraction from purple sweet potato using response surface methodology(RSM)［J］.LWT-Food Science and Technology，2008，41(1):155-160.

［6］ 朱洪梅，赵猛.紫甘薯色素理化性质及稳定性研究［J］.安徽农业科学，2009，37(6):2434-2436.

［7］ 林文庭.常用色素的护色剂选择研究［J］.饮料工业，2006，9(10):6-9.

［8］ 徐明生，吴磊燕，汤凯洁，等.紫红薯色素稳定性的研究［J］.食品科学，2002，23(8):71-73.

［9］ 陈鼎，夏春镗.花青素类天然色素的光降解比较［J］.同济大学学报:医学版，2006，27(5):13-17.