蛇莓果红色素降解动力学研究

朱玉昌，李 伟，周大寨，羿宗国

(1.湖北民族学院 生物科学与技术学院，湖北 恩施 445000； 2.生物资源保护与利用湖北省重点实验室(湖北民族学院)，湖北 恩施 445000； 3.恩施市芭蕉农业服务中心，湖北 恩施 445000)

蛇莓果红色素降解动力学研究

朱玉昌1，李 伟1，周大寨2，羿宗国3

(1.湖北民族学院 生物科学与技术学院，湖北 恩施 445000； 2.生物资源保护与利用湖北省重点实验室(湖北民族学院)，湖北 恩施 445000； 3.恩施市芭蕉农业服务中心，湖北 恩施 445000)

以鲜蛇莓果为原料提取其红色素，测定该色素提取液在不同光照、pH值及温度下于540 nm波长的吸光度值，以此表征其稳定性，并在此基础上归纳其降解反应动力学方程.结果表明：鲜蛇莓果红色素光降解、酸降解及热降解均符合动力学一级反应规律，热反应活化能为17.98 kJ/mol，是一种较为理想的酸性食品添加剂，适用于冷加工食品着色.

蛇莓果;红色素；稳定性；动力学

蛇莓果红色素是以多年生草本植物蛇莓(DuchesneaindicaFocke，又称红顶果、地杨梅、三叶莓、龙吐珠等[1])的果实为原料提取得到的天然色素，可用于果酒、果汁型饮料、糖果、果冻、山楂糕等的着色.Qin等[2]通过质谱鉴定其为花色苷类，包括矢车菊色素(61%)、芍药色素(34%)和牵牛花色素(5%).有关蛇莓果红色素提取及稳定性的研究已有报道[3-5]，但目前尚无其降解动力学的深入研究.本文对蛇莓果红色素在不同光照、pH、温度及pH和温度互作下的降解动力学作了初步研究，提出了不同条件下的降解动力学方程，计算了反应的活化能，为预测其在提取、贮存和加工过程中的稳定性提供必要的理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

蛇莓鲜果：九成熟左右，采摘于湖北民族学院附近，经湖北民族学院生物科学与技术学院郑小江教授鉴定，采后低温高湿保存.无水乙醇、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、蒸馏水、盐酸、氢氧化钠等，均为分析纯.HH-4型恒温水浴锅；FA2140型电子分析天平；pHBJ-260型便携式pH计；756MC紫外可见分光光度计；冷冻离心机等.

1.2 试验方法

1.2.1 色素的提取 称取一定量的新鲜蛇莓果实放入研钵中，磨碎后按1∶3加入80%的乙醇，浸提30 min后，过滤、离心(4 800 r/min，15 min)即得1∶3色素溶液，使用前用80%乙醇稀释成1∶30色素溶液.

图1 蛇莓果红色素特征吸收光谱Fig.1 Charactersistic absorption spectrum of Mockstrawberry fruit re pigment

图2 不同光照下蛇莓果红色素稳定性Fig.2 Effect of light on stability of Mockstrawberry fruit red pigment

不同光照k/h-1rt1/2/h自然光0．02670．99013．842暗室0．00640．993519．000日光灯0．01130．992910．030

1.2.2 蛇莓果红色素的光谱特征 取一定量的色素液，用80%乙醇稀释10倍后在波长200～600 nm范围内进行紫外扫描分析，根据扫描图谱得到蛇莓果红色素的最大吸收波长.

1.2.3 蛇莓果红色素稳定性的研究 在紫外扫描图得到蛇莓果红色素的最大吸收波长处测定蛇莓果红色素在各种环境条件下的吸光度，以吸光度大小变化来衡量蛇莓果红色素的稳定性.

1.2.3.1 光效应 取等量1∶30蛇莓果红色素溶液，分别置于暗处、室内日光灯及自然光下，按0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0 h时间间隔测其在最大吸收峰处的吸光度.

1.2.3.2 酸碱效应 取等量1∶30蛇莓果红色素溶液，分别加入等体积pH分别为2、4、6、8的缓冲液，充分振荡后按0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h时间间隔测其在最大吸收峰处的吸光度.

1.2.3.3 热效应 取等量1∶30蛇莓果红色素溶液，分别置于20、30、40、50、60、70、80、90℃恒温水浴锅中，按5、10、15、20、25、30、35、40 min时间间隔测其在最大吸收峰处的吸光度.

1.2.3.4 酸与热的互作效应 在编号为pH2、pH4、pH6的带塞试剂瓶中分别加入等量蛇莓果红色素溶液，再对应加入等量pH为2、4、6、8的缓冲液，分别加热至20、30、40、50、60、70℃维持2 min，取出迅速冷却后测其在最大吸收峰处的吸光度.

2 结果与分析

2.1 蛇莓果红色素的光谱特征

蛇莓果红色素80%乙醇溶液在200～600 nm范围内的特征吸收光谱如图1所示，其在338 nm、490 nm和540nm处各有一个明显的吸收峰，与田成[3]的研究结果一致.蛇莓果红色素的色泽是引起其可见光区吸收峰值变化的原因，故本试验以可见光区540 nm吸收峰作为该色素测定的最大波长.

2.2蛇莓果红色素稳定性研究

表1数据显示，蛇莓果红色素的降解速率在自然光照下最快，半衰期最短，放置10 h后降解率达到61.80%，而在日光灯和暗室下仅降解24.50%和12.29%，说明蛇莓果红色素对阳光很不稳定，这与钦传光等[4]的研究结果一致，所着色的食品应避免光照.

2.2.2 酸碱度对蛇莓果红色素稳定性的影响 在酸性和碱性体系中，蛇莓果红色素的稳定性有明显差异(图3)：在试验设定的酸性条件下(pH2、pH4、pH6)，随着pH值的增加，吸光度值随时间的增加呈现降低趋势，色泽由红色到粉红色再到淡黄褐色；而在试验设定的碱性条件下(pH8)则作无规律变化，色泽为黄褐色.在酸性环境下，蛇莓果红色素的吸光度与时间均为线性关系，根据郎伯-比尔定律得到不同酸性条件反应下的k值、线性相关系数r及半衰期t1/2(表2).

图3 不同pH下蛇莓果红色素稳定性Fig.3 Effect of pH on stability of Mockstrawberry fruit red pigment

pH值k/h-1rt1/2/h20．00040．9798185．9440．00040．9973177．9060．00040．9939170．90

图4 不同温度下蛇莓果红色素稳定性Fig.4 Effect of temperature on stability of Mockstrawberry fruit red pigment

温度/℃k/h-1rt1/2/h200．00180．997479．19300．00190．997974．39400．00190．994773．25500．00210．998664．94600．00220．999360．88700．00220．994359．00

图5 不同pH和温度下蛇莓果红色素稳定性Fig.4 Effect of pH and temperature on stability of Mockstrawberry fruit red pigment

在不同的酸性环境中，蛇莓果红色素反应的k值和线性相关系数r及半衰期t1/2没有明显差异，说明其在酸性体系中稳定性较强，不适宜于中性或碱性条件下使用.

2.2.3 热对蛇莓果红色素稳定性的影响 如图4显示，当温度在试验设定的70℃范围内，蛇莓果红色素在短时间内处于较稳定状态，经40 min热处理，最高降解率为15.55%(70℃)，说明该色素具有一定的热稳定性.当温度高于70℃时，蛇莓果红色素迅速被破坏，在5 min内其色泽由红色变为棕色，表现出对高温的敏感性.在试验设定的低温下(不超过70℃)，蛇莓果红色素的吸光度与时间均为线性关系，这与大量文献报道的花色苷热降解为一级反应一致[6-7]，根据郎伯-比尔定律得到不同低温热降解反应下的k值、线性相关系数r及半衰期t1/2(表3).

在设定的低温范围内，温度越高，蛇莓果红色素的降解速率越快(表3)，70℃时的半衰期为20℃时的1.34倍，在其加工或使用过程中应避免长时间加热.

2.2.4 酸碱与热互作对蛇莓果红色素稳定性的影响 在不同pH和温度共同影响下，蛇莓果红色素的降解反应仍遵循一级反应(图5).在同一pH条件下，蛇莓果红色素的降解速率随温度的升高而加快；在同一温度下，蛇莓果红色素热降解反应随着pH值的增大而加快，进一步验证了上述酸效应和热效应对色素稳定性的影响.

3 结论

蛇莓果红色素的光降解、酸降解均符合动力学一级反应规律，其降解反应半衰期随光强度、pH值的增加呈缩短趋势，是一种较为理想的酸性食品添加剂，使用中应避免强光照.与大多数花色苷的热降解相似，蛇莓果红色素的热降解反应为一级反应，热反应活化能为17.98 kJ/mol，不适于高温处理的食品着色.

[1] Jiangsu New Medical College. Dictionary of Chinese material medica[M].Shanghai： Shanghai Scientific and Technical Publishers,1997: 2116.

[2] Qin C G,Li Y,Zhang R J,et al.Separation and elucidation of anthocyanins in the fruit of mockstrawberry (DuchesneaindicaFocke)[J].Natural Product Research,2009,23(17):1589-1598.

[3] 田成.蛇莓果实色素的稳定性研究[J].食品科学,2008,29(4):12-18.

[4] 钦传光,张泗军,丁焰,等.蛇莓果天然色素的稳定性分析究[J].中南民族学院学报:自然科学版,1997,16(3):42-46.

[5] 钦传光, 张泗军,丁焰,等.蛇莓红色素稳定性的研究[J].食品添加剂, 1997(3):34-35.

[6] 宋会歌,刘美艳,董楠,等.食品中花色苷降解机制研究进展[J].食品科学,2011,32(13):355-359.

[7] Ochoa M R,Kesseler A G,De Michelis A,et al.Kinetics of colour change of raspberry, sweet (Prunus avium) and our (Prunus cerasus) cherries preserves packed in glass containers: light and room temperature effects[J].Journal of Food Engineering,2001,49(1):55-62.

[8] 宗顺.物理化学[M].北京:人民卫生出版社,2000:2-19.

ResearchonDegradationKineticofMockstrawberryFruitRedPigment

ZHU Yu-chang1,LI Wei1,ZHOU Da-zhai2,YI Zong-guo3

(1.School of Biological Science and Technology,Hubei University for Nationalities,Enshi 445000,China;2.Key Laboratory of Biologic Resources and Utilization of Hubei Province (Hubei University for Nationalities), Enshi 445000,China;3.Enshi Bajiao Agricalture Service Center,Enshi 445000,China)

The red pigment was extracted from fresh Mockstrawberry fruit. The absorbance of extract was measured at 540nm wavelength under different light, pH and temperature, and the pigment stability was indicated by absorbance. On the base, the dynamics equations to describe the degrading reaction were induced. The results showed that the light degradation, acid degradation and thermal degradation all belonged to the first class dynamics reaction, and the thermal activation energy was 17.98kJ/mol. These results indicated that the red pigment is a quite ideal food additive for food made in acidic conditions, and suitable for coloring cold processing food.

Mockstrawberry fruit; red pigment; stability; kinetics

2013-05-10.

国家自然科学基金地区项目(31260057)；湖北省教育厅B类项目(B20082901).

朱玉昌(1979- )，女，讲师，硕士，主要从事农产品贮藏与加工的研究.

TS202.3

A

1008-8423(2013)02-0129-03