徐 菡,趙鎮(zhèn)雷,李曉璐,馮詠梅,常秀蓮,展亞莉,郭仁紅

(1.煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山東 煙臺(tái) 264005;2.青島理工大學(xué)學(xué)生處,山東 青島 266033;3.青島鵬遠(yuǎn)康華天然產(chǎn)物有限公司,山東 萊西 266612)

甜菜紅色素是食用甜菜中有色化合物的總稱,它包括紅色的甜菜紅素和黃色的甜菜黃素．甜菜紅素中最主要的是甜菜苷,是一種糖類衍生物,分子式為 C24H26N2O13,占甜菜紅素的75%～95%[1]．甜菜紅色素耐熱性較差,若將其溶液于80 ℃水浴加熱,可見其紅色逐漸變淺,最終變成淡黃褐色．加熱溫度越高、加熱時(shí)間越長,高溫對(duì)甜菜紅色素的破壞作用越明顯[2]．李偉[3]認(rèn)為,溫度大于70 ℃時(shí),甜菜紅色素受到較明顯的破壞．在不同pH值下將甜菜紅色素溶液于100 ℃加熱結(jié)果表明,甜菜紅色素在pH值4.0～5.0之間熱穩(wěn)定性最大,色素降解的速度隨溫度的升高而迅速增加[4]．畢麗君等[5]在甜菜紅色素水溶液中分別加入0.02%的茶多酚、0.05%的抗壞血酸、20%乙醇,結(jié)果表明,茶多酚、抗壞血酸、20%乙醇均能增強(qiáng)色素對(duì)熱的穩(wěn)定性,其中茶多酚效果較好．李達(dá)等[2]認(rèn)為抗壞血酸對(duì)甜菜紅色素具有降解作用,但高彥祥等[6]認(rèn)為抗氧化劑如抗壞血酸和異抗壞血酸,可以保護(hù)甜菜紅色素．在甜菜紅色素水溶液中,加入檸檬酸可以起到保護(hù)甜菜紅色素的作用[6],但是張建霞等[7]認(rèn)為檸檬酸對(duì)甜菜紅色素穩(wěn)定性的影響較?。?綜上所知,許多有關(guān)甜菜紅色素穩(wěn)定性的研究結(jié)論還不太一致,有待于進(jìn)一步的驗(yàn)證．

甜菜紅素和甜菜黃素分別在535 nm和483 nm處有最大吸收[8-9],因此可用535 nm處的吸光度值表示甜菜紅色素的相對(duì)含量．甜菜汁的A483/A535為其中甜菜黃素含量與甜菜紅素含量之比,反映了2種色素在甜菜汁中含量的差異．在制備甜菜汁的過程中,甜菜紅素很容易轉(zhuǎn)化為甜菜黃素,使得A535減小,A483增大,從而A483/A535增大,故甜菜汁A483/A535的數(shù)值大小可以反映出其中甜菜紅色素的穩(wěn)定性,即A483/A535越小,甜菜紅色素的穩(wěn)定性越好．

本文針對(duì)上述甜菜紅色素研究中存在的問題,以生產(chǎn)甜菜紅色素的甜菜汁為樣品,以A483/A535值為甜菜紅色素的熱穩(wěn)定性指標(biāo),研究不同添加劑對(duì)甜菜紅色素的熱穩(wěn)定性的增強(qiáng)效果．

1 材料與方法

1.1 原料

紅甜菜塊根,由青島鵬遠(yuǎn)康華天然產(chǎn)物有限公司提供．

1.2 主要儀器

HR7633型榨汁機(jī)(飛利浦家庭電器有限公司);LXJ-IIB型低速大容量多管離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠);752S型紫外可見分光光度計(jì)(上海棱光技術(shù)有限公司);RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠);HH-S型水浴鍋(鄭州長城科工貿(mào)有限公司);SHB-BA95型循環(huán)水式真空泵(鄭州長城科工貿(mào)有限公司)等．

1.3 甜菜汁的制作

用清水洗凈甜菜根,然后將其切成小塊,置于榨汁機(jī)中榨汁,榨取的液汁用雙層紗布過濾后于離心機(jī)中在4 800 r/min下離心10 min,再用雙層紗布過濾1次,即得新鮮甜菜汁．注意制得的新鮮甜菜汁要放于冰箱中低溫保存,且保存時(shí)間不宜過長．

1.4 甜菜汁的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

將甜菜汁分裝于20 mL具塞試管,每管20 mL．向試管中分別加入不同物質(zhì)并調(diào)節(jié)至不同pH值．再將上述具塞試管,放于恒溫的水浴鍋中水浴3 h,并測(cè)定各樣品水浴完畢時(shí)的pH值及其在483 nm、535 nm處的吸光度A483、A535．

1.5 篩選添加劑

取26只裝有20 mL甜菜汁的具塞試管,分別編號(hào)為1～26號(hào)．

1號(hào)、2號(hào)不加任何物質(zhì),作為對(duì)照．

3～14號(hào)加入單種添加劑,分別為抗壞血酸、草酸、植酸、檸檬酸、L-半胱氨酸、CaCl2、 EDTA、Na2SO3、NaHSO3、偏重亞硫酸鈉、β-糊精、β-環(huán)糊精;加入量均為0.05% (W/V)．本研究中添加劑的加入量v均按質(zhì)量體積比計(jì)算．

15～25號(hào)加入復(fù)配添加劑,在加入0.05%的抗壞血酸的基礎(chǔ)上再分別加入草酸、植酸、檸檬酸、L-半胱氨酸、CaCl2、 EDTA、Na2SO3、NaHSO3、偏重亞硫酸鈉、β-糊精、β-環(huán)糊精,加入量均為0.05%．在26號(hào)加入抗壞血酸、植酸、L-半胱氨酸、EDTA,加入量均為0.05%．溫度為60 ℃．

用濃鹽酸調(diào)節(jié)2號(hào)pH值為4.5,其他均不調(diào)pH值．實(shí)驗(yàn)溫度為60 ℃．

1.6 正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化添加劑種類及其用量

1.6.1 正交實(shí)驗(yàn) 根據(jù)之前實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以抗壞血酸、CaCl2、檸檬酸、β-環(huán)糊精的加入量v為考察因素,設(shè)計(jì)四因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)L9(34)(表1)來進(jìn)一步確定能保持甜菜紅素穩(wěn)定性的物質(zhì)及其加入量,實(shí)驗(yàn)溫度為70 ℃．

表1 正交實(shí)驗(yàn)L9(34)因素水平

1.6.2 正交補(bǔ)充實(shí)驗(yàn) 取4只裝有20 mL甜菜汁的具塞試管,分別編號(hào)為1～4號(hào)．加入物質(zhì)及加入量見表2,實(shí)驗(yàn)溫度為80 ℃．

表2 正交補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與討論

2.1 單種添加劑對(duì)甜菜紅色素穩(wěn)定性的影響

單種添加劑對(duì)甜菜汁中甜菜紅色素穩(wěn)定性的影響見表3．從表3可知,抗壞血酸、植酸、草酸、檸檬酸、L-半胱氨酸、CaCl2、EDTA、β-環(huán)狀糊精能夠增強(qiáng)甜菜汁中甜菜紅色素的穩(wěn)定性．其中,抗壞血酸的效果最為明顯,與1號(hào)空白相比,可使A483/A535由0.984降至0.706,但其保護(hù)機(jī)理未見文獻(xiàn)報(bào)道．Cai等[10]在含有甜菜紅色素的飲料和果凍中,加入0.1%～0.5%的抗壞血酸對(duì)色素起保護(hù)作用,0.5%～1.0%范圍的抗壞血酸則起破壞作用,我們推測(cè)可能是抗壞血酸過量,易與溶解氧反應(yīng)生成過氧化氫,反而起到助氧化劑的作用[11]．本實(shí)驗(yàn)中抗壞血酸的加入量沒有超過0.5%,因此是起保護(hù)作用,這點(diǎn)與Cai等[10]和高彥祥[6]的結(jié)果一致,李達(dá)等[5]采用的是精制的色素粉末,溶解后做的實(shí)驗(yàn),而且沒有不加抗壞血酸的空白對(duì)照,本研究采用的是色素粗提液,里面含有抗氧化劑和多酚等成分[12],可能會(huì)與抗壞血酸共同起抗氧化作用,對(duì)提取液中的色素起保護(hù)作用．從1號(hào)和2號(hào)兩個(gè)空白比較,1號(hào)的穩(wěn)定性高于2號(hào),差異是pH值不同,1號(hào)是自然pH值5.93,2號(hào)pH值4.5下的色素沒有自然pH值下的溶液穩(wěn)定．β-糊精對(duì)甜菜汁中甜菜紅色素的穩(wěn)定性幾乎沒有影響．Na2SO3、NaHSO3、偏重亞硫酸鈉會(huì)減弱甜菜汁中甜菜紅色素的穩(wěn)定性．觀察甜菜汁的外觀,起始甜菜汁是明亮的紅紫色,熱處理后,先變成暗紫色,而后又變成黃褐色,A535越低和A483/A535越高,黃褐色的色調(diào)越明顯．

表3單種添加劑對(duì)甜菜汁中甜菜紅色素穩(wěn)定性的影響(60℃)

Tab.3 The effect of single additive on the stability of betalains in beet juice(60 ℃)

編號(hào)加入的物質(zhì)A535A483/A535 1-0.3690.984 2-(濃鹽酸調(diào)pH值為4.5)0.2751.182 3抗壞血酸0.6600.706 4植酸0.4420.889 5草酸0.4730.922 6檸檬酸0.4450.868 7L-半胱氨酸0.4950.893 8CaCl20.4950.828 9EDTA0.4420.885 10Na2SO30.1841.217 11NaHSO30.2650.989 12偏重亞硫酸鈉0.3420.898 13β-糊精0.3740.979 14β-環(huán)狀糊精0.4430.883

2.2 復(fù)配添加劑對(duì)甜菜汁中甜菜紅色素穩(wěn)定性的影響

復(fù)配添加劑對(duì)甜菜汁中甜菜紅色素穩(wěn)定性的影響見表4．

由表4可見,檸檬酸、CaCl2與β-環(huán)糊精分別與抗壞血酸的復(fù)配能夠進(jìn)一步增強(qiáng)抗壞血酸對(duì)甜菜汁中甜菜紅色素的保護(hù)效果．其中,CaCl2與抗壞血酸的復(fù)配效果最好,A535比1號(hào)空白提高了81%,A483/A535由0.984降至0.687．而植酸、草酸、L-半胱氨酸、EDTA、Na2SO3、 NaHSO3、偏重亞硫酸鈉、β-糊精與抗壞血酸的復(fù)配不但沒有增強(qiáng)反而還減弱了抗壞血酸對(duì)甜菜汁中甜菜紅色素的保護(hù)效果．將26號(hào)分別與15號(hào)、18號(hào)、20號(hào)相比較,發(fā)現(xiàn)植酸、半胱氨酸、EDTA 3種物質(zhì)同時(shí)與抗壞血酸的復(fù)配對(duì)甜菜汁中甜菜紅色素的保護(hù)效果還不如它們分別與抗壞血酸的復(fù)配,這說明,并不是向甜菜汁中加入的添加劑越多越好.由于甜菜汁所含的成分較多,所發(fā)生的反應(yīng)也較為復(fù)雜,所以選擇適宜的復(fù)配配方是十分關(guān)鍵的．

表4復(fù)配添加劑對(duì)甜菜汁中甜菜紅色素穩(wěn)定性的影響(60℃)

Tab.4 The effect of complex additives on the stability of beta-lains in beet juice(60 ℃)

編號(hào)加入的物質(zhì)A535A483/A535 3抗壞血酸0.660.706 15抗壞血酸、植酸0.5630.774 16抗壞血酸、草酸0.6270.753 17抗壞血酸、檸檬酸0.6610.694 18抗壞血酸、L-半胱氨酸0.5950.743 19抗壞血酸、CaCl20.6680.687 20抗壞血酸、EDTA0.5920.738 21抗壞血酸、Na2SO30.1981.126 22抗壞血酸、NaHSO30.4470.783 23抗壞血酸、偏重亞硫酸鈉0.5830.726 24抗壞血酸、β-糊精0.6030.723 25抗壞血酸、β-環(huán)狀糊精0.6520.696 26抗壞血酸、植酸、半胱氨酸、EDTA0.4960.796

2.3 正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化甜菜汁中甜菜紅色素添加劑的種類及其用量

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析見表5至表8．

從表5和表6可見,各因素對(duì)甜菜汁中甜菜紅色素穩(wěn)定性和甜菜汁A483/A535值影響的主次順序?yàn)榭箟难?CaCl2>檸檬酸>β-環(huán)糊精．表7表明,在α=0.10的條件下,抗壞血酸、CaCl2對(duì)甜菜汁中甜菜紅素穩(wěn)定性影響顯著,而檸檬酸、β-環(huán)糊精對(duì)甜菜汁中甜菜紅素的穩(wěn)定性影響不顯著;表8表明,在α=0.05的條件下,抗壞血酸對(duì)甜菜汁影響顯著,而CaCl2、檸檬酸以及β-環(huán)糊精對(duì)甜菜汁中甜菜紅素穩(wěn)定性影響不顯著．

從表5和表6可以看出,欲使經(jīng)過水浴的甜菜汁的甜菜紅素?fù)p失最少以及最終A483/A535值最小,最優(yōu)的添加劑組成為:0.15% 抗壞血酸、0.05% CaCl2、0.1%β-環(huán)糊精,這個(gè)組合在實(shí)驗(yàn)中沒有出現(xiàn)過,故須做在此最優(yōu)條件下的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)．另外,在此次正交實(shí)驗(yàn)中,抗壞血酸、β-環(huán)糊精的最好水平均在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所定的最高水平上,因此還須考察增大抗壞血酸、β-環(huán)糊精用量的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)．β-環(huán)糊精價(jià)格較高,且其對(duì)甜菜汁中甜菜紅素穩(wěn)定性及甜菜汁的A483/A535的影響不顯著,所以還應(yīng)作補(bǔ)充實(shí)驗(yàn),比較組成為0.15%抗壞血酸、0.05% CaCl2的添加劑與組成為0.15%抗壞血酸、0.05% CaCl2、0.1%β-環(huán)糊精的添加劑對(duì)甜菜汁中甜菜紅素穩(wěn)定性及甜菜汁A483/A535值影響的差異,以確定在制備甜菜濃縮汁的過程中是否添加β-環(huán)糊精．

表5影響甜菜紅素A535的添加劑及其加入量v的正交實(shí)驗(yàn)L9(34)方案與極差分析(70℃)

Tab.5 Analysis of orthogonal experiments related with the sta-bility of betalains(70 ℃)

實(shí)驗(yàn)號(hào)v抗壞血酸/%vCaCl2/%v檸檬酸/%vβ-環(huán)糊精/%A535 10.0500.100.444 20.050.050.050.050.501 30.050.100.10.524 40.100.050.10.527 50.10.05000.633 60.10.10.10.050.565 70.15000.050.550 80.150.050.10.10.632 90.150.10.0500.559 均值10.4900.5070.5470.545 均值20.5750.5890.5290.539 均值30.5800.5490.5690.561 極差R0.0900.0820.0400.022 較好水平0.150.0500.1 因素順序3233

表6影響甜菜汁A483/A535的添加劑及其加入量v的正交實(shí)驗(yàn)L9(34)結(jié)果與極差分析(70℃)

Tab.6 Analysis of orthogonal experiments related with the val-ue ofA483/A535(70℃)

實(shí)驗(yàn)號(hào)v抗壞血酸/%vCaCl2/%v檸檬酸/%vβ-環(huán)糊精/%A483/A535 10.0500.100.829 20.050.050.050.050.804 30.050.100.10.788 40.100.050.10.748 50.10.05000.703 60.10.10.10.050.756 70.15000.050.725 80.150.050.10.10.699 90.150.10.0500.732 均值10.8070.7670.7610.755 均值20.7360.7350.7610.762 均值30.7190.7590.7390.745 極差R0.0880.0320.0220.017 較好水平0.150.0500.1 因素順序3233

表7影響甜菜紅素穩(wěn)定性的添加劑及其加入量v的正交實(shí)驗(yàn)L9(34)方差分析

Tab.7 Variance analysis of orthogonal experiments related with the stability of betalains

因素偏差平方和自由度F比F臨界值顯著性 v抗壞血酸/%0.016210.6676.940?(F0.10) v抗壞血酸/%0.01026.6676.940?(F0.10) v抗壞血酸/%0.00221.3336.940 v抗壞血酸/%0.00120.6676.940 誤差0.0004

注:*表示顯著．

表8影響甜菜汁A483/A535的添加劑及其加入量v的正交實(shí)驗(yàn)L9(34)方差分析

Tab.8 Analysis of orthogonal experiments related with the value ofA483/A535

因素偏差平方和自由度F比F臨界值顯著性 v抗壞血酸/%0.013226.0006.940?(F0.05) v抗壞血酸/%0.00224.0006.940v抗壞血酸/%0.00122.0006.940v抗壞血酸/%0.00020.0006.940 誤差0.0004

注:*表示顯著．

2.4 正交補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)

正交補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表9．比較2號(hào)與1號(hào),發(fā)現(xiàn)β-環(huán)糊精的加入沒有明顯增強(qiáng)甜菜紅色素的穩(wěn)定性,反而會(huì)增加成本,由此可知,組成為抗壞血酸0.15%、CaCl20.05%的添加劑比組成為抗壞血酸0.15%、CaCl20.05%、β-糊精0.05%的添加劑更適宜作為甜菜汁中甜菜紅色素的穩(wěn)定劑．比較1號(hào)、3號(hào)、4號(hào),可以看出,增加抗壞血酸的加入量可以增強(qiáng)甜菜紅色素的穩(wěn)定性,但是效果與其加入量不成正比．而選擇組成為抗壞血酸0.15%、CaCl20.05%的添加劑就可使得甜菜濃縮汁達(dá)到指標(biāo),而且抗壞血酸價(jià)格較高,故選擇組成為抗壞血酸0.15%、CaCl20.05%的添加劑作為制備甜菜濃縮汁過程中的穩(wěn)定劑．

表9 正交補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)結(jié)果(80 ℃)

3 結(jié) 論

(1)抗壞血酸、CaCl2、檸檬酸和β-環(huán)糊精較適宜作為甜菜濃縮汁制備過程中的穩(wěn)定劑．草酸、植酸、L-半胱氨酸、EDTA、Na2SO3、NaHSO3及偏重亞硫酸鈉則不適宜作為穩(wěn)定劑．

(2)通過正交實(shí)驗(yàn)及其補(bǔ)充實(shí)驗(yàn),得出最優(yōu)的穩(wěn)定劑組成:0.15%抗壞血酸和0.05%CaCl2的復(fù)配物．

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