不同工艺制备火龙果粉中红色素稳定性的研究

何全光 黄梅华 张娥珍 辛明 林丽静 黄茂康 覃仁源 黄振勇

摘  要  为增加火龙果中天然红色素的稳定性，实现其在食品加工中的应用，以红肉火龙果果肉为原料，研究pH值、金属离子、甜味剂、食品添加剂等因子对其喷雾干燥粉、冻干原粉及冻干包埋粉中红色素稳定性的影响。结果表明：该火龙果粉中色素对高温敏感，喷雾干燥粉中的色素损失率高于冻干原粉和冻干包埋粉;色素在pH6的环境中较稳定;Ca2+、K+、Mg2+对色素稳定性影响不大，Na+有利于提高喷雾干燥粉中色素的稳定性，Zn2+、Al3+不利于色素热稳定性，Fe3+、Cu2+可对果粉中的色素稳定性造成严重损坏;甜味剂等碳水化合物对火龙果粉中色素稳定性无不利影响;丙酸钙不利于色素稳定，过氧化氢明显降低喷雾干燥粉热处理后的色素残留率，亚硫酸钠对3种果粉的色素均可造成严重破坏，抗坏血酸可明显提高3种果粉色素的热稳定性。该结果为促进火龙果粉的加工及利用提供一定的参考价值。

关键词  火龙果粉;红色素;稳定性;应用

中图分类号  TS202.3          文献标识码  A

Pigment Stability of Pitaya Powder

HE Quanguang1，HUANG Meihua1，ZHANG Ezhen1*，XIN Ming1，

LIN Lijing2，HUANG Maokang1，QIN Renyuan1，HUANG Zhenyong1

1 Institute of Agro-food Science &Technology，Guangxi Academy of Agricultural Sciences， Nanning，Guangxi  530007，China

2 Institute of Agro food Science &Technology，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，

Zhanjiang， Guangdong 524001， China

Abstract  In order to increase the stability of natural red pigment in pitaya and realize its application in food processing， the influence of pH， metal ions， sweeteners and other food additives on the stability of red pigment in spray drying powder， freeze-dried powder and freeze-dried embedding powder was studied with the raw material of red meat pitaya pulp. The results showed that the pigment was sensitive to high temperature， the loss rate of pigment in spray drying powder was higher than that of in freeze-dried powder and freeze-dried embedding powder. The pigment remained stable in the environment of the pH6. Some metal ions such as Ca2+， K+， Mg2+ had no significant impact on the stability of pigment，  Na+ could improve the stability of pigment in spray-dried powder， but Zn2+， Al3+ reduced the heat stability of pigment， and Fe3+， Cu2+ caused serious damage to pitaya pigment. Carbohydrates such as sweeteners had no negative influence on the stability of pigment. Calcium propionate was not conducive to the stability of pigment， hydrogen peroxide reduced the thermal stability of pigment by spray-drying significantly， and Na2SO3 caused serious damage to the pigment in three types of pitaya powder， while ascorbic acid improved the thermal stability of pigment obviously. The results provided a certain reference value in promoting the processing and utilization of red pigment in pitaya.

Key words  Pitaya fruit powder;Red pigment;Stability;Application

doi  10.3969/j.issn.1000-2561.2015.10.025

食品的色泽是评价食品感观质量的重要指标，色、香、味俱佳的食品才能引起人们的食欲和购买欲[1]。食用色素通常可分为合成色素和天然色素[2]，合成色素尽管色泽鲜艳、稳定性好、成本低廉，但可能具有慢性毒性、致病、致癌作用，对人们的健康有很大危害。而天然色素不仅安全，往往还具有一定的营养和药理作用，于是逐渐取代合成色素，成为人们研究的焦点[3-4]。

火龙果（Hylocereus undulatus）又名红龙果、仙蜜果、情人果等，为仙人掌科量天尺属果用栽培作物。原产于墨西哥、巴西等热带地区，现在中国海南、广西、广东、福建等地均有大量种植[5]。其果实外形独特、美味可口、营养丰富，是一种新奇、优良的保健食品，具有广阔的发展前景。目前，火龙果主要用于鲜食，其加工产品有果脯、果汁、果酒、果醋、果酱、酸奶、罐头、冰淇淋等。但大多处于研究探索阶段，市售的火龙果加工产品并不多[6]。另外，火龙果颜色鲜艳，是天然红色素的良好来源，其甜菜苷类色素具有抗氧化、减少和清除自由基，抑制黑色素瘤细胞、革兰氏菌、酵母菌、霉菌的生长等能力[7]，因此开发火龙果色素，在食品、保健品、化妆品及医药等行业均有很好的应用前景。

近年来，火龙果天然红色素的开发利用越来越受到重视，对其提取工艺[8]、色素组成[9]、稳定性[10]等方面均有大量研究，但大多是以提取纯化的火龙果色素为对象，对果粉中红色素的稳定性还鲜有报道[11]。果粉即将新鲜水果加工成粉状的成品，不仅保持了水果原有的天然风味和营养成分，并且易于保存、方便携带、应用广泛[12]。将果粉作为着色剂应用到食品加工领域，不仅可以改善产品的色泽和风味，还能提高产品的营养价值[13]。

因此，本文以火龙果粉为对象，研究其所含天然红色素的稳定性，为火龙果的产品加工及其作为天然色素应用到其他食品加工领域提供基础。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  植物材料   火龙果品种为红龙，采自广西南宁市二塘种植区，采收后及时运输至实验室进行清洗，风干表面水分，留待下一步实验。

1.1.2  实验试剂与仪器    苯甲酸钠、山梨酸钾、丙酸钙、双乙酸钠、脱氢乙酸钠、淀粉、低聚木糖、低聚果糖、菊粉、L-阿拉伯糖、甜菊糖和海藻糖均为国产食品级，其余药品为国产分析纯，购自成都科析公司。

胶体磨为申鹿SRH60-70型、紫外分光光度计为岛津UV2450、冷冻干燥机为LGJ-18、喷雾干燥塔为远洋LPG-5型、榨汁机为伟峰A3000、粉碎机为天津泰斯特、恒温水浴锅为HH-S4型。

1.2  方法

1.2.1  火龙果粉制备工艺流程    红肉火龙果→清洗→去皮→果肉、果籽分离→

果肉+0.5倍蒸馏水+20%麦芽糊精+2% β-环 糊精→打浆均质→喷雾干燥→喷雾干燥粉。

果肉+0.5倍蒸馏水→打浆均质→冷冻干燥→粉碎→冻干原粉。

果肉+0.5倍蒸馏水+20%麦芽糊精+2% β-环糊精→打浆均质→冷冻干燥→粉碎→冻干包埋粉。

1.2.2火龙果粉溶液的制备    准确称取火龙果粉5 g，分别加入200 mL缓冲溶液、金属离子溶液、甜味剂及其它食品添加剂溶液，振荡使其充分溶解，即为相应的样品溶液;取样品溶液10 mL，于90 ℃水浴中加热10  min，即为加热样品溶液;以加入同体积的蒸馏水为空白对照（CK）。

1.2.3  果粉中色素残留率的计算   色素残留率=热处理后的吸光度（A）/同一条件下热处理前的吸光度（A0）×100%

1.2.4  火龙果粉色素稳定性试验   pH值对色素稳定性的影响。配制0.1 mol/L的Na2HPO4和0.1 mol/L的柠檬酸，并以不同的比例调制成pH 3、4、5、6、7、8、9的系列磷酸盐-柠檬酸缓冲液。按1.2.2所示方法制备待测溶液，加热前后分别在536 nm处测定各溶液的吸光度，计算色素残留率。

金属离子对色素稳定性的影响。分别配制0.01 mol/L的NaCl、CaCl2、FeCl3、KCl、ZnSO4、CuSO4、MgSO4、AlCl3溶液。按1.2.2所示方法制备待测溶液，加热前后分别在536 nm处测定各溶液的吸光度，计算色素残留率。

甜味剂对色素稳定性的影响。分别配制0.1 mol/L的葡萄糖、蔗糖、果糖、乳糖、淀粉溶液，质量浓度为1%的低聚木糖、低聚果糖、菊粉、L-阿拉伯糖、甜菊糖、海藻糖溶液。按1.2.2所示方法制备待测溶液，加热前后分别在536 nm处测定各溶液的吸光度，计算色素残留率。

其它食品添加剂对色素稳定性的影响。分别配制0.05 mol/L的抗坏血酸（钠）、亚硫酸钠、过氧化氢及苯甲酸钠、山梨酸钾、丙酸钙、双乙酸钠、脱氢乙酸钠溶液。按1.2.2所示方法制备待测溶液，加热前后分别在536 nm处测定各溶液的吸光度，计算色素残留率。

1.3  数据处理

火龙果色素稳定性试验中，每个样品平行操作3次，测定3次DOD536 nm值，计算平均值后再按1.2.3所述公式计算各因素处理后的色素残留率。运用Excel进行数据统计分析，采用SPSS对实验组与空白组的色素残留率进行差异显著性测定，其中*为显著，**为极显著。

2  结果与分析

2.1  pH值对果粉中色素稳定性的影响

由图1可知，pH对3种火龙果粉中色素的影响效果基本一致;热处理前，随pH升高，DOD536 nm值逐渐增大，当pH>7.0后，DOD536 nm值开始减小，说明该色素在中性偏酸的环境中比较稳定;热处理后，DOD536 nm值下降明显，且随pH变化较大，呈抛物线状，pH=6.0时，DOD536 nm达最大值，此时色素残留率最大，可见pH对该色素的热稳定性影响很大，中性偏酸时热稳定性较强。

2.2  金属离子对果粉中色素稳定性的影响

由图2可知，金属离子对火龙果粉中色素稳定性有较大影响。与CK相比，热处理前，喷雾干燥粉中加入Na+、Ca2+、K+、Mg2+，DOD536 nm值略有升高，其中Na+的效果最好，加入Zn2+、Al3+略微下降，Fe3+、Cu2+使DOD536 nm值显著下降;冻干原粉和冻干包埋粉中加入Na+、K+、Mg2+、Zn2+、Al3+，DOD536 nm值略有下降，加入Fe3+、Cu2+显著下降，Ca2+对冻干包埋粉有一定的护色作用;热处理后，DOD536 nm值均减小，加入Ca2+、K+、Mg2+，色素残留率接近对照，Na+可显著提高喷雾干燥粉的热残留率。Fe3+虽也可提高3种果粉的色素残留率，但由于其热处理前后的实际吸光值都显著减小，对实验结果意义不大，Zn2+、Al3+在加热后极显著降低了3种果粉的色素残留率，残留率下降至10%以下。

2.3  甜味剂对果粉中色素稳定性的影响

由图3可知，甜味剂对3种火龙果粉中色素稳定性的影响不大。热处理前和热处理后，DOD536 nm值均与CK相当，因此甜味剂对火龙果粉中色素稳定性没有不良影响，该果粉可和上述甜味剂配合使用。

2.4  其他食品添加剂对果粉中色素稳定性的影响

由图4可知，亚硫酸钠对3种火龙果粉中色素稳定性的影响最大，热处理前及热处理后，DOD536 nm值均明显下降，热处理加速过氧化氢对喷雾干燥粉中色素的破坏;含有抗坏血酸的3种火龙果粉经热处理后，DOD536 nm值明显大于CK，色素残留率极显著提高，可见抗坏血酸有助于提高果粉中色素热稳定性;亚硫酸钠虽可显著提高喷雾干燥粉的色素残留率，但其热处理前后的实际吸光值都明显下降，故对实验结果意义不大;丙酸钙、脱氢乙酸钠、山梨酸钾、苯甲酸钠、双乙酸钠这几种常用防腐剂中，丙酸钙加热后的色素残留率最低;加入过氧化氢并加热后，喷雾干燥粉的色素残留率远低于冻干粉，说明过氧化氢极显著降低了喷雾干燥粉的热稳定性。

3  讨论与结论

将火龙果粉作为色素直接应用到食品加工领域，可免去色素提取这一工艺流程，达到改善产品色泽的目的，还能改善产品风味，提高产品营养价值，具有很大的研究价值和广阔的应用前景。果粉的制备可以采用冻干后直接打粉和加入包埋剂均质处理后喷雾干燥这2种方式进行。喷雾干燥制备的果粉颗粒细腻，均匀度好，缺点是干燥过程经过热处理，有可能造成热敏性因子如香味、色素的损失;而冻干粉的优点是产品的色香味最接近原材料，缺点是颗粒相对较粗，均匀性差，成本较高。本研究表明喷雾干燥工艺制备的火龙果粉，火龙果色素的吸光值DOD536 nm下降幅度较大，冷冻干燥工艺制备的火龙果粉则保持了较高的吸光值。说明火龙果粉中色素对热敏感，即使是喷雾干燥短暂的高温也会促进火龙果色素的降解，这与胡坤等[14]的研究结果一致。

pH值对该色素稳定性有一定影响，特别是经过加热后，色素的降解加快，在pH 3～9的范围内，3种工艺制备火龙果粉的色素残留率均呈现在pH 6最高，两边最低的变化规律，与叶丽君等[15]的pH 5.4条件下火龙果色素降解常数k达到最小值的研究结果相接近。说明麦芽糊精和β-环糊精的加入并没有明显改变火龙果色素在pH值3～9范围的稳定性，火龙果粉在食品中应用的pH范围以5～7为最佳。

在金属离子对火龙果色素的影响方面，Ca2+、K+、Mg2+对火龙果粉的色素稳定性影响不大，Na+对喷雾干燥粉有一定的护色作用，能提高其热处理后的色素残留率，而Fe3+可对色素稳定性造成严重损坏。王新广等[16]认为Al3+对色素稳定性影响不大，但本研究表明，果粉溶液加入Zn2+、Al3+ 后吸光值虽然变化不大，但经热处理后，色素损失较大，有可能是因为果肉中的成分和Zn2+、Al3+在加热的条件下加速了色素的降解。庄明珠等[17]的研究结果表明Cu2+的加入短期内对色素没有不良影响，但长期会促进色素的降解，而本研究发现，3种工艺制备的火龙果粉溶液，在加入Cu2+后短期内色素损失即可达到90%以上，说明用果肉直接制备的火龙果粉和色素纯品相比，Cu2+能使其稳定性迅速下降。因此火龙果粉应用于食品加工时，应该尽量避免和Fe3+、Zn2+、Al3+、Cu2+的接触，以确保产品的品质稳定性。

在常用的食品防腐剂、氧化剂和还原剂中，丙酸钙、亚硫酸钠和过氧化氢均会降低火龙果粉色素的稳定性。丙酸钙在食品中多用于面包、糕点的防腐，然而其和火龙果粉混用后易降低色素的不稳定性，因此在制作含火龙果粉的食品时应考虑用其他防腐剂代替丙酸钙。亚硫酸钠常用于食品中的脱色、漂白、消毒处理，在食品中的残存影响亦较持久，经过亚硫酸钠处理的食品原料亦不宜与火龙果粉搭配使用;过氧化氢虽然没有列入食品添加剂目录中，但可用于食品容器、包装的消毒灭菌，加热后即使是微量的残留亦会降低火龙果色素的稳定性，因此在消毒后应清洗彻底。

甜味剂等碳水化合物对火龙果粉中色素稳定性影响不大，实验中的单糖、双糖、还原糖均未与火龙果粉发生可见的显色或褪色反应，因此该果粉可应用于糕点、甜品、果汁等食品的加工。

天然色素由于其食用安全性和生理活性，近年来的需求正逐步增大，但由于其性质的不稳定导致其在食品中的应用范围较窄，如何增加天然色素在食品加工过程中的稳定性和开发相应的加工工艺将是未来的研究方向。

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