紫薯花青素稳定性分析及其复配饮品的配伍性研究

何娜 蒋亮 邓玉娣 廖文镇 刘会平

摘要 [目的] 研究食品原料的種类及其添加量对紫薯花青素热处理时其稳定性的影响及紫薯花青素复配饮品的配方。[方法]以紫薯冻干粉为试验材料，采用热水法提取紫薯花青素，用比色法测定花青素吸光值变化，通过单因素试验研究胶原蛋白、益生元、甜味剂、水溶性膳食纤维、增稠剂种类及其添加量对紫薯花青素稳定性的影响，再通过正交试验优化紫薯花青素复配饮品的配方。[结果]食品原料中，日本胶原蛋白适宜添加量为4%～12%;菊粉适宜添加量为小于6%;木糖醇适宜添加量为1%～10%;抗性糊精适宜添加量为小于4%;阿拉伯胶适宜添加量为0.1%～0.2%或0.8%～1.0%。正交试验和验证试验得出2组较好的饮品配比，分别为日本胶原蛋白、菊粉、木糖醇、抗性糊精、阿拉伯胶的添加量依次为6%、2%、1%、6%、0.8%和6%、1%、2%、4%、1.0%。[结论] 该研究可为紫薯花青素类饮料研制中原料配伍、用量配比提供理论参考和配方依据。

关键词 紫薯花青素;稳定性;食品原料;配伍性

中图分类号 TS275.4  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）20-0172-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.20.046

Stability Analysis of Anthocyanin from Purple Sweet Potato and Compatibility of Its Mixed Beverages

HE Na1，JIANG Liang1，DENG Yu-di2 et al （1. Times Biotechnology （Shenzhen） Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518115;2. Department of Nutrition and Food Hygiene，School of Public Health，Southern Medical University，Guangzhou，Guangdong 510515）

Abstract [Objective] The paper aims to study the effects of the types of food raw materials and their added amounts on the stability of purple sweet potato anthocyanin during heat treatment and the formula of purple sweet potato anthocyanin compound beverage.[Method] Purple sweet potato freeze-dried powder was used as test material，purple sweet potato anthocyanin was extracted by hot water method，and the change of anthocyanin absorbance value was determined by colorimetry. The effects of collagen，prebiotics，sweeteners，water-soluble dietary fibers，thickening agents and their addition amount on the stability of purple sweet potato anthocyanin were studied by single factor experiment，and the formula of purple sweet potato anthocyanin compound beverage was optimized by orthogonal experiment.[Result]The appropriate addition amount of Japanese collagen in food raw materials was 4%-12%;the appropriate addition amount of inulin is less than 6%. The appropriate adding amount of xylitol is 1%-10%. The appropriate addition amount of resistant dextrin is less than 4%. The appropriate addition amount of Arabic gum is 0.1%-0.2% or 0.8%-1.0%. Orthogonal test and verification test showed that the two groups had better drink ratio. The addition amounts of Japanese collagen，inulin，xylitol，resistant dextrin and Arabic gum were 6%，2%，1%，6%，0.8% and 6%，1%，2%，4% and 1.0% respectively.[Conclusion]This study provides certain theoretical reference and formula basis for raw material compatibility and dosage ratio in the development of purple sweet potato anthocyanin beverage.

Key words Anthocyanin from purple sweet potato;Stability;Food raw materials;Compatibility

花青素（Anthocyanidin），又称花色素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素。其主要存在于植物细胞液中，是多种植物鲜亮色彩的主要来源。花青素属于类黄酮化合物，是植物次级代谢产物 [1]。大量研究表明，花青素具有许多健康功效，如预防心血管疾病、抗炎和抗癌、控制肥胖、减轻糖尿病症状等 [2-6]。

紫薯（Purple sweet potato）俗称“黑红薯”，属旋花科一年生草本植物，由于其块根呈紫色或深紫色，因此取名紫薯、紫红薯。紫薯富含蛋白质、淀粉、果胶、维生素、氨基酸和多种矿物质，同时还富含抗癌物质硒元素和具有生理功效的花青素。紫薯中花青素含量丰富，已逐渐成为食品中花青素的主要原料之一 [7]。紫薯花青素具有良好的体外抗氧化作用，对H2O2诱导HepG2细胞氧化损伤具有明显的保护作用 [8]、有降低大鼠血脂作用 [9]，能降低训练过度所引起的心肌损伤程度 [10]。紫薯因其优越的营养功效价值受到越来越多的 欢迎。

紫薯加工中的关键问题之一就是功效成分花青素极易受光、热、氧气和pH等因素的影响而降解，增强花青素稳定性的可行方法之一是形成分子复合物，以此来增加花青素的稳定性。已有相关文献报道了花青素的稳定性，如甜味剂和共色素在草莓蜜腺花色苷颜色和稳定性方面的增强作用 [11]，酸性条件有利于花青素结构保持稳定不易降解 [12-13]。笔者研究食品原料对紫薯花青素稳定性的影响及其复配饮料的配伍性，旨在为其在食品饮料中的应用、紫薯保健饮料的配方研制及工艺研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验原料 紫薯购自广州邻家鲜果供应链管理有限公司，品种为越南小紫薯。

1.2 主要试剂 柠檬酸、氢氧化钠、五水硫酸铜、酒石酸钾钠、牛血清蛋白标准品，均为分析纯;实验室自制鱼胶原蛋白肽、韩国鱼胶原蛋白肽、中国鱼胶原蛋白肽、日本鱼胶原蛋白肽、法国鱼胶原蛋白肽。其他食品原料为菊粉、水苏糖、低聚半乳糖、低聚果糖、赤藓糖醇、山梨糖醇、抗性糊精、异麦芽酮糖醇、木糖醇、聚葡萄糖、阿拉伯胶、黄原胶、果胶。

1.3 主要仪器设备 ME104E电子天平，梅特勒托利多上海有限公司;TGL-16G高速台式离心机，上海安亭科学仪器厂;HHS-21-6电热恒温水浴锅，上海博迅实业有限公司;752N紫外可见分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司;10ND冷冻干燥机，宁波新芝生物科技股份有限公司。

1.4 试验方法

1.4.1 样品制备。紫薯前处理：取新鲜紫薯用钢丝球刷净表面泥土并去皮，切成3 mm厚圆片，再用2%柠檬酸沸水液处理2 min护色，取出后立即放入2%柠檬酸水溶液中冷却至室温，取出放于物料盘，冷冻干燥后磨粉，过80目筛，4 ℃避光保存备用。

1.4.2 检测方法及计算公式。采用热水浸提法提取花青素，参考文献[14-15]，略有改动：称取紫薯冻干粉1.000 g，加入 40 mL去离子水（料液比1∶40），搅拌均匀后，放入60 ℃水浴锅中，水浴提取30 min，提取完成后4 000 r/min离心处理 10 min，取上清液，4 ℃避光保存备用。

花青素吸光值损失率为花青素溶液水浴前后在530 nm处吸光值的损失率，计算公式如下：

吸光值损失率=[（A0-A1）/A0]×100%

式中，A0为样品水浴前在530 nm处初始吸光值，A1为其水浴后在530 nm处的吸光值，损失率单位为%。

胶原蛋白的蛋白质测定方法：参考文献[16]双缩脲法的测定分析。

1.4.3 温度对紫薯花青素稳定性的影响。每支具支试管中加入10 mL花青素溶液，测定在波长530 nm处初始吸光值后，分别在60、70、80、 90 ℃条件下避光水浴6 h，每个温度条件下，每隔1 h取样测定花青素提取液在波长530 nm处吸光值，计算水浴后吸光值损失率。

1.4.4 几种食品原料对紫薯花青素稳定性的影响。①鱼皮胶原蛋白：配制浓度15 mg/mL的自制鱼皮胶原蛋白、日本鱼皮胶原蛋白、法国鱼皮胶原蛋白、韩国鱼皮胶原蛋白、中国鱼皮胶原蛋白溶液备用。②益生元：配制20 mg/mL的菊粉、水苏糖、低聚半乳糖、低聚果糖溶液备用。③甜味剂：配制 50 mg/mL 的赤藓糖醇、山梨糖醇、异麦芽酮糖醇、木糖醇溶液备用。④水溶性膳食纤维：配制25 mg/mL的抗性糊精、聚葡萄糖溶液备用。⑤增稠剂：配制0.1%的阿拉伯胶、黄原胶、果胶溶液备用。

取5 mL每种原料备用液，均加入5 mL花青素提取溶液，混匀后在波长530 nm处测定初始吸光值，然后置于 90 ℃ 水中，避光水浴处理4 h，测定其水浴后在波长530 nm处的吸光值，设置对照组，计算水浴前后吸光值损失率，研究鱼皮胶原蛋白、益生元、甜味剂、水溶性膳食纤维、增稠剂对紫薯花青素稳定性的影响。

1.4.5 花青素复配饮料的单因素试验。

1.4.5.1 单因素试验。结合鱼皮胶原蛋白肽、益生元、甜味剂、膳食纤维、增稠剂对紫薯花青素稳定性的影响分析，分别研究不同添加量的日本鱼皮胶原蛋白（1%、2%、4%、8%、12%、16%、20%）、菊粉（1%、2%、4%、6%、8%、10%）、木糖醇（1%、2%、4%、6%、8%、10%）、抗性糊精（1%、2%、4%、6%、8%、10%）、阿拉伯膠（0.1% 、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）等对紫薯花青素稳定性的影响。

在50 mL紫薯花青素提取液中，分别添加不同种类和添加量的食品原料，研究90 ℃水浴4 h前后在波长530 nm处吸光值的变化。

1.4.5.2 正交试验。为研究得到最优配比的紫薯花青素饮料，在单因素试验的基础上，利用正交试验设计表L 16（45）设计试验，实现紫薯花青素复配饮料最大的花青素保留率。

2 结果与分析

2.1 温度对紫薯花青素稳定性的影响 由表1可以看出，水浴温度为60 ℃时，温度对紫薯花青素结构破坏不明显;水浴温度为70、80 ℃时，对紫薯花青素结构有一定破坏作用，与Kirca等 [17]在研究黑色胡萝卜中花青素稳定性时在这2个温度条件下得出的结论一致;当温度为90 ℃时，花青素结构极不稳定，高温对紫薯花青素破坏极大。Sadilova等 [18]发现，接骨木浆果中的花青素对热处理非常敏感，95 ℃加热处理 3 h 后，花青素保留率仅为50%。也有研究称，花青素的稳定性跟固形物的含量有关 [15]，含量越高，花青素结构越不稳定，可能与其内部的化学能有关 [19]。故选择90 ℃水浴4 h（即花青素吸光值损失率超过50%）作为研究食品原料及其含量对花青素稳定性影响的试验条件。

2.2 鱼皮胶原蛋白对紫薯花青素稳定性的影响 由表2可以看出，与对照组相比，并结合吸光值损失率和蛋白质含量分析，日本胶原蛋白对紫薯花青素的影响较小，且其蛋白质含量高，能提高紫薯饮料中营养成分蛋白质的含量，因此5种不同胶原中，日本胶原蛋白最适合与紫薯花青素配伍。

2.3 益生元对紫薯花青素稳定性的影响 由表3可以看出，与对照组相比，4种益生元中，菊粉对花青素稳定性影响最小，最适合与花青素配伍使用。

2.4 甜味剂对紫薯花青素稳定性的影响 由表4可知，与对照组相比，木糖醇对花青素热稳定性几乎没有破坏作用，因此木糖醇是最适合与花青素配伍使用的甜味劑。

2.5 水溶性膳食纤维对紫薯花青素稳定性的影响 对照、抗性糊精、聚葡萄糖试验组的吸光值损失率分别为14.50%、 14.53%和20.65%，可以看出，与对照组相比，抗性糊精更适合与花青素配伍使用。

2.7 紫薯花青素复配饮料的研制

2.7.1 日本鱼皮胶原蛋白添加量对紫薯花青素稳定性的影响。由图1可以看出，在添加量小于4%时，随着添加量的增大，吸光值损失率逐渐降低;当添加量高于12%时，吸光值损失率逐渐增大达到25%。因此，可选择2%、6%、10%、12%日本鱼皮胶原蛋白添加量为正交试验水平。

2.7.2 菊粉添加量对紫薯花青素稳定性的影响。由图2可知，在添加量小于6%时，损失率均小于30%;在添加量大于6%之后，损失率急剧上升。综上，可选择菊粉添加量1%、2%、4%、6%为正交试验因素水平。

2.7.3 木糖醇添加量对紫薯花青素稳定性的影响。由图3可以看出，在木糖醇添加量为1%～8%时，损失率之间变化不大;当添加量为10%时，损失率虽然最大，但其损失率也小于15%。因此，可选择木糖醇添加量1%、2%、4%、8%为正交试验因素水平。

2.7.4 抗性糊精添加量对紫薯花青素稳定性的影响。由图4可知，在添加量为4%时，损失率最低;添加量大于4%后，吸光值损失率不断升高。因此，可选择抗性糊精添加量1%、2%、4%、6%为正交试验水平。

2.7.5 阿拉伯胶添加量对紫薯花青素稳定性的影响。从图5可以看出，吸光值损失率随着阿拉伯胶添加量的增加呈现先

增大后减小趋势。综上，可选择阿拉伯胶添加量为0.1%、 0.2%、0.8%、1.0%为正交试验水平。

2.7.6 紫薯花青素复配饮料正交试验结果与分析。通过分析单因素试验结果，在5个因素下，分别设定4个水平，进行L 16（45）正交试验（表6），结果见表7。

由表7可以看出，极差RB>RE>RA>RC>RD，即5个影响因素对复配饮料中花青素稳定性的影响顺序依次为菊粉添加量（B）>阿拉伯胶添加量（E）>日本胶原添加量（A）>木糖醇添加量（C）>抗性糊精添加量（D）;综合K值分析，得出复配饮料最佳配比为A2B2C2D2E1，即添加量分别为6%日本胶原、2%菊粉、2%木糖醇、2%抗性糊精、0.1%阿拉伯胶。为了验证正交试验的最佳工艺，根据得出的最佳配比进行3组平行试验，以复配饮料在530 nm处90 ℃水浴4 h前后吸光值损失率为考察指标，试验结果分别为13.52%、13.73%、 13.78%。分析以上16组结果可知，此最佳条件下得出的损失率不是最低的，可能原因有各因素之间的交互作用明显、试验误差、因素水平设置不合理等。因此选取16组试验中损失率最小的3组即试验编号12、13、15验证，结果吸光值损失率分别为8.84%、12.59%和7.92%。

可见，试验组13的吸光值损失率最大，试验组12和试验组15吸光值的损失率均小于10。因此，优化后的复配饮料中日本胶原蛋白、菊粉、木糖醇、抗性糊精、阿拉伯胶添加量分别为6%、2%、1%、6%、0.8%和6%、1%、2%、4%、1.0%。

3 结论

在食品蛋白质、益生元、甜味剂、水溶性膳食纤维及增稠剂等原料中，日本胶原蛋白、菊粉、木糖醇、抗性糊精和阿拉伯胶对紫薯花青素热稳定性影响最小;紫薯花青素复配饮料中较好的配比为日本胶原蛋白、菊粉、木糖醇、抗性糊精、阿拉伯胶添加量分别为6%、2%、1%、6%、0.8%和6%、1%、2%、4%、1.0%。该研究为紫薯花青素类饮料研制中原料配伍、用量配比提供了理论参考和配方依据。

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