馮磊 　程文 　雷虹

摘要：? 比較3種黑木耳黑色素組分的理化性質(zhì)，對其穩(wěn)定性進(jìn)行研究的結(jié)果表明，光照會降低黑木耳黑色素各組分的穩(wěn)定性;低溫有利于黑木耳黑色素各組分的保存，長時間加熱會降低黑木耳黑色素各組分保存率;pH值會顯著影響黑木耳黑色素各組分的溶解性，堿性條件更有利于黑木耳黑色素各組分的溶解;K+、Ca2+和Mg2+會顯著降低黑木耳黑色素各組分的吸光值，Cu2+和Fe3+會使黑木耳黑色素各組分的吸光值升高;黑木耳黑色素各組分容易被氧化劑氧化，但還原劑對其穩(wěn)定性沒有顯著影響;苯甲酸鈉、山梨酸鉀、谷氨酸鈉和丁基化羥基茴香醚這四種食品添加劑對黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性影響不大。

關(guān)鍵詞：? 黑木耳黑色素;? 理化性質(zhì);? 穩(wěn)定性

中圖分類號：? ?TS 219? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：? ?A? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001 - 9499（2022）03 - 0036 - 05

黑色素在自然界中廣泛存在于植物、動物和微生物中，天然黑色素多數(shù)不溶于水，一般與糖類和蛋白質(zhì)牢固的結(jié)合在一起，很難通過溶解和重結(jié)晶的手段將其分離和純化。

黑色素是由吲哚或酚類化合物氧化聚合而成的非均質(zhì)高分子化合物，顏色一般為黑色或褐色，其形成是由酪氨酸在酪氨酸酶的催化作用下，氧化成多巴，進(jìn)一步氧化成多巴胺，經(jīng)過復(fù)雜的演變過程，最終形成由蛋白質(zhì)、吲哚、醌等所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)緊密的高分子聚合物，即黑色素[ 1 ]。黑色素與人體的生長發(fā)育、健康還有部分病變有一定的聯(lián)系，是人體內(nèi)部重要的活性物質(zhì)。研究顯示，黑色素具有降低紫外線輻射傷害[ 2 - 3 ]、清除體內(nèi)自由基[ 4 - 5 ]、抗病毒[ 6 - 7 ]和免疫調(diào)節(jié)[ 8 - 9 ]等功能。本文采用已分離的黑木耳黑色素，比較3種黑木耳黑色素組分的理化性質(zhì)，旨在為功能性色素的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所使用的黑木耳黑色素各組分為前期試驗(yàn)所分離純化得到的黑木耳黑色素組分，F(xiàn)1、F2和F3。

1. 2 試驗(yàn)試劑與儀器

濃鹽酸、氫氧化鈉、氯仿、乙酸乙酯、乙醇、氯化鉀、氯化鎂、氯化銅、氯化鐵、高錳酸鉀、亞硫酸鈉、苯甲酸鈉、山梨酸鉀、谷氨酸鈉、丁基化羥基茴香醚等均為國產(chǎn)分析純試劑。

1. 3 黑木耳黑色素組分理化性質(zhì)的研究

1. 3. 1 黑木耳黑色素各組分的光穩(wěn)定性

將50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液分別置于暗處和自然光下分別照射0、7、14、21、28天，測定207 nm下吸光度值，比較各組分的光穩(wěn)定性。

1. 3. 2 黑木耳黑色素各組分的熱穩(wěn)定性

將50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液分別在0、25、100 ℃水浴下分別加熱0、4、8、12 h時，冷卻后測定其207 nm下吸光度值，比較各組分的熱穩(wěn)定性。

1. 3. 3 黑木耳黑色素各組分的pH溶解性

將50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液分別用5%的NaOH溶液和5%的HCl溶液調(diào)節(jié)其pH值分別為2.0、5.0、7.0、9.0、12.0，測定其207 nm下吸光度值，比較各組分的pH溶解性。

1. 3. 4 黑木耳黑色素各組分的金屬離子穩(wěn)定性

分別在50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液中加入MgCl2、KCl、CaCl2、FeCl3、CuCl2，使其濃度為0.015 mol/L，分別在0、24、48 h測定其207 nm下吸光度值，比較各組分的金屬離子穩(wěn)定性。

1. 3. 5 黑木耳黑色素各組分的氧化還原性

分別在50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液中加入高錳酸鉀和亞硫酸鈉，使其濃度分別為0.025、0.02 mg/mL，分別在0、0.5、1 h測定其207 nm下吸光度值，比較各組分的氧化還原性。

1. 3. 6 黑木耳黑色素各組分的食品添加劑穩(wěn)定性

分別在50 mg/L的黑色素各組分的NaOH溶液中加入山梨酸鉀、苯甲酸鈉、丁基化羥基茴香醚、谷氨酸鈉，使其濃度分別為0.05、0.05、0.02、0.02 mg/mL的溶液，分別在0、1、3、5天測定其207 nm下吸光度值，比較各組分的食品添加劑穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與分析

2. 1 光對黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響

由圖1A可知，在避光環(huán)境下4 w，黑木耳黑色素各組分的保存率隨著時間的增長顯著降低（P<0.05）。其中F1和F2在前2周保存率的減少沒有顯著性差異（P>0.05），但從第3 w開始差異顯著（P<0.05），4 w后保存率分別為88.43%和84.38%;F3在前3 w保存率差異顯著，但第3w和第4 w之間差異并不明顯（P>0.05），說明在避光條件下隨著時間延長，F(xiàn)3會達(dá)到一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。自然光照射4 w后，3個組分的保存率分別為78.88%、71.29%和68.91%，且與初始值相比差異顯著（P<0.05）（圖1B）。相比于避光條件，光照使得3個組分保存率分別下降了9.55%、13.10%和4.69%，說明3個組分中光照最不利于F2的穩(wěn)定性，而F3對光照最不敏感。F1和F3在前3 w的保存率差異并不顯著（P>0.05），而F2在整個試驗(yàn)期間每周的保存率都顯著降低（P<0.05）。這表明光照對黑木耳黑色素的破壞作用隨時間延長而增加，可能是由于光照使黑木耳黑色素各組分的結(jié)構(gòu)發(fā)生了不同程度的變化，從而使得其保存率有不同程度的下降。

2. 2 溫度對黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響

模仿一般食品的加工和貯藏環(huán)境，分別對黑木耳黑色素各組分以及黑色素總提取物在0、25 ℃以及100 ℃下的穩(wěn)定性進(jìn)行考察（圖2）。在3個溫度下黑色素各組分的保存率均隨保存時間的延長呈下降趨勢，并且隨著溫度的升高各組分的保存率降低。在0 ℃的環(huán)境下，黑木耳黑色素各組分保存率變化差異并不明顯（P<0.05），說明低溫有利于各組分的穩(wěn)定保存;溫度為25 ℃時，F(xiàn)1的保存率隨著時間的延長沒有顯著差異（P>0.05），而F2和F3在各時間段間保存率下降顯著（P<0.05），12 h后F3的保存率為93.47%。說明F1可以在室溫下保存，但F2和F3在室溫下可能會發(fā)生分解，不建議長期存放于室溫環(huán)境。在100 ℃加熱條件下，隨著時間的增加黑木耳黑色素各組分的保存率都顯著降低（P<0.05），同時各組分的保存率在3個時間段間差異顯著（P<0.05），12 h后保存率分別為96.29%、94.76%和85.45%。

這表明加熱會破壞黑木耳黑色素的結(jié)構(gòu)，且3種組分均不耐熱，長時間高溫條件會使各組分損失，所以在加工或烹飪時應(yīng)適當(dāng)控制加熱溫度和加熱時間，以免造成損失。

2. 3 pH值對黑木耳黑色素各組分溶解性的影響

由于黑色素的堿溶酸沉特性，結(jié)合黑木耳黑色素的提取過程，選擇pH2～12對各組分的酸堿穩(wěn)定性進(jìn)行考察。由圖3可以看出，隨著溶液由堿性到中性再到酸性，黑木耳黑色素F1的溶解率逐漸降低，pH值由12到9的過程中并沒有顯著性差異（P>0.05），當(dāng)pH值下降到7時，F(xiàn)1的溶解率顯著降低（P<0.05），當(dāng)溶液pH值進(jìn)入到酸性范圍內(nèi)，隨著酸性的增加，各pH值跨度間沒有顯著差異（P>0.05）。并且在試驗(yàn)過程中，隨著pH值的減小，溶液顏色變淺，出現(xiàn)細(xì)小的懸浮顆粒并逐漸增多，這時溶液中F1的溶解率只有21%。而F2在溶液中的溶解率，在pH值由12到7的過程中差異顯著（P<0.05），當(dāng)pH值下降到7時F2的溶解率達(dá)到最低，為61.14%，當(dāng)溶液pH值進(jìn)入到酸性范圍內(nèi)，隨著酸性的增加，F(xiàn)2的溶解率上升，但差異并不顯著（P>0.05）。F3在溶液中的溶解率，在pH值由12到7的過程中沒有顯著差異（P>0.05），當(dāng)pH值下降到7時，F(xiàn)2的溶解率達(dá)到最低，為70.11%，當(dāng)溶液pH值進(jìn)入到酸性范圍內(nèi)，隨著酸性的增加，F(xiàn)2的溶解率上升，并且沒有顯著差異（P>0.05）。

以上結(jié)果表明，黑木耳黑色素F1在酸性條件下溶解度較小，在堿性條件下溶解度較大，溶解性更高;F2與F3的pH穩(wěn)定性相似，在堿性條件下溶解度較大，比較穩(wěn)定，在中性環(huán)境下穩(wěn)定性最差，可能是由于黑色素的主要前體物質(zhì)多巴溶于堿性和酸性溶液，同時各組分的聚合度不同，游離的多巴含量不同，導(dǎo)致了這一差異。由于F1在黑木耳黑色素中所占的比率遠(yuǎn)大于另外兩種組分，所以黑木耳黑色素的pH穩(wěn)定性與F1相似。

2. 4 金屬離子對黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響

選取食品加工過程中經(jīng)常使用的5種金屬離子，分別考察K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe3+對黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響，以初始值作為零點(diǎn)，比較這5種金屬離子如何影響溶液的吸光值以及吸光值的變化幅度。

由圖4可知，K+會降低黑木耳黑色素各組分的吸光值，并且隨著時間的延長，各組分的損失增加，說明K+破壞各組分的穩(wěn)定性是一個緩慢的過程。且在試驗(yàn)期間黑木耳黑色素各組分吸光值的差異顯著（P<0.05），是由于K+與對苯二酚和苯醌這兩種基團(tuán)結(jié)合，使這一部分黑色素不能溶解。Ca2+會降低黑木耳黑色素各組分的吸光值，隨著時間的延長，黑木耳黑色素F2的吸光值變化沒有顯著性差異（P>0.05），而F1和F3差異顯著（P<0.05）。說明相比于F1和F3，F(xiàn)2中存在更多的對苯二酚和苯醌，能與Ca2+持續(xù)的結(jié)合，從而使F2的吸光值緩慢降低。Mg2+也會降低黑木耳黑色素各組分的吸光值，隨著時間的延長，F(xiàn)1的吸光值變化差異顯著（P<0.05），而F2和F3沒有顯著差異（P>0.05）。說明相比于F2和F3，F(xiàn)1中存在更多的對苯二酚和苯醌，能與Mg2+持續(xù)的結(jié)合，從而使F1的吸光值降低速率較大。Cu2+會使黑木耳黑色素各組分的吸光值先升高后降低，這可能是因?yàn)镃u2+的存在會使酪氨酸酶活性增強(qiáng)，促進(jìn)了黑色素的形成，導(dǎo)致吸光值升高，同時Cu2+也會絡(luò)合一部分黑木耳黑色素，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)容器底部出現(xiàn)少量沉淀。Fe3+與Cu2+相似，會使黑木耳黑色素各組分的吸光值先升高后降低，是由于Fe3+結(jié)合特定基團(tuán)后，可以使黑色素的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并具有一定的增色作用。但第2天黑木耳黑色素F1的吸光值降低不顯著（P>0.05），可能是由于F2和F3只有少量的基團(tuán)會Fe3+結(jié)合。

2. 5 氧化劑和還原劑對黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響

向黑木耳黑色素溶液中加入氧化劑高錳酸鉀后，如圖5A所示，吸光值明顯減小，但隨著時間延長吸光值基本不變，且沒有顯著差異（P>0.05），同時觀察到溶液顏色明顯變淺，可能是由于黑木耳黑色素組分中存在的酚羥基，加入氧化劑時被迅速氧化，形成了相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，所以隨著時間的延長吸光值基本保持不變。與高錳酸鉀的迅速反應(yīng)，也意味著這3種黑木耳黑色素組分可以用來做抗氧化劑，是要被保護(hù)的物質(zhì)免受氧化劑的影響。其中F1最容易被氧化，吸光值降低了18.09%。黑木耳黑色素各組分對還原劑比較穩(wěn)定，加入還原劑亞硫酸鈉后，3種黑木耳黑色素組分的吸光值都有不同程度的降低，但與初始值相比變化不大，并且隨著時間變化沒有顯著差異（P>0.05）（圖5B）。可能是黑木耳黑色素各組分中沒有能與還原劑發(fā)生反應(yīng)的基團(tuán)。

2. 6 食品添加劑對黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響

考慮到食品加工過程中食品添加劑的使用，選用苯甲酸鈉和山梨酸鉀這兩種最常用的防腐劑，家庭加工和工廠加工都很常見的鮮味劑——谷氨酸鈉，以及丁基化羥基茴香醚這種抗氧化劑為例，考察食品添加劑對黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性的影響（圖6）。黑木耳黑色素各組分在2種防腐劑的作用下會有不同程度的損失，試驗(yàn)前3天黑木耳黑色素各組分保存率沒有顯著的差異（p>0.05），到第5天差異顯著，說明各組分與這兩種防腐劑是緩慢反應(yīng)的。在苯甲酸鈉作用下，各組分的保存率為97.12%、93.54%和92.26%;在山梨酸鉀作用下，各組分的保存率為97.63%、96.75%和93.54%。谷氨酸鈉會使黑木耳黑色素各組分保存率降低，試驗(yàn)前3天黑木耳黑色素各組分保存率沒有顯著的差異（p>0.05），到第5天差異顯著，同樣說明黑木耳黑色素各組分與谷氨酸鈉的反應(yīng)是緩慢發(fā)生的。試驗(yàn)結(jié)束時，各組分的保存率為96.22%、93.06%和95.06%。在丁基化羥基茴香醚的作用下，黑木耳黑色素F2和F3的保存率隨著時間的延長差異不顯著，F(xiàn)1在試驗(yàn)前3天保存率沒有顯著差異，到第5天差異顯著（p<0.05）。試驗(yàn)結(jié)束時，黑木耳黑色素各組分的保存率為96.81%、96.00%和95.32%。說明在抗氧化劑的參與下，抗氧化劑能夠保護(hù)黑木耳黑色素各組分，使其保持穩(wěn)定狀態(tài)。

以上結(jié)果說明，苯甲酸鈉、山梨酸鉀、谷氨酸鈉和丁基化羥基茴香醚這四種食品添加劑對黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性影響不大。

3 結(jié) 論

本文對分離得到的黑木耳黑色素組分進(jìn)行了穩(wěn)定性研究，現(xiàn)得到如下結(jié)果：

（1）自然光照射4 w后，黑木耳黑色素各組分的保存率會顯著降低，且光照對黑木耳黑色素的破壞作用隨時間延長而增加。

（2）在0、25 ℃和100 ℃ 3個溫度下，隨著溫度的升高，黑木耳黑色素各組分的保存率顯著降低，長時間加熱會破壞黑木耳黑色素各組分的結(jié)構(gòu)，低溫環(huán)境更有利于黑木耳黑色素各組分的保存。

（3）pH值會顯著的影響黑木耳黑色素各組分的溶解性，堿性條件更有利于黑木耳黑色素各組分的溶解。

（4）K+、Ca2+和Mg2+會降低黑木耳黑色素各組分的吸光值;Cu2+和Fe3+會是黑木耳黑色素各組分的吸光值升高。

（5）氧化劑會迅速與黑木耳黑色素各組分反應(yīng)，顯著降低黑木耳黑色素各組分的保存率;而黑木耳黑色素各組分對還原劑比較穩(wěn)定。

（6）苯甲酸鈉、山梨酸鉀、谷氨酸鈉和丁基化羥基茴香醚這四種食品添加劑對黑木耳黑色素各組分穩(wěn)定性影響不大。

參考文獻(xiàn)

[1] 謝益安.? 鐵及缺鐵性貧血的診斷與治療現(xiàn)狀[J].? 內(nèi)科， 2007， 01： 99 - 102.

[2] Gauslaa Y， Solhaug K.A. Fungal melanins as a sun screen for symbiotic green algae in the lichen Lobaria pulmonaria[J]. Oecologia， 2001， 126（4）： 462 - 471.

[3] 郭賡藝.? 粒毛盤菌YM404黑色素的純化、結(jié)構(gòu)及抗紫外線輻射活性研究[D].? 合肥：? 合肥工業(yè)大學(xué)， 2013.

[4] 李斌.? 黑木耳黑色素對細(xì)菌群體感應(yīng)調(diào)控行為的抑制及其抗氧化活性的研究[D].? 南京：? 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2011.

[5] 趙萍，? 王雅，? 魏明廣，? 等.? 葵花籽殼黑色素提取鑒定及抗氧化性研究[J].? 食品工業(yè)科技， 2012， 33（22）： 133 - 136.

[6] 張曉玲，? 楊橋，? 代俊，? 等.? 黑色素及谷胱甘肽通過抑制NF-KB途徑的激活可有效抑制H5N1禽流感病毒感染[J]. 生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào)， 2009（4）： 364 - 372.

[7] Manning JT， Bundred PE， Henzi P. Melanin and HIV in sub-Saharan Africa[J]. Journal of Theoretical Biology， 2003， 223：131 - 133.

[8] Sava VM， Galkin BN， Hong MY， et al. A novel melanin-like pigment derived from black tea leaves with immuno-stimulating activity[J]. Food Research International， 2001， 34： 337 - 343.

[9] 雷敏，趙夢醒，劉淇. 魷魚墨黑色素的免疫調(diào)節(jié)作用[J]. 食品工業(yè)科技， 2012， 33（6）：397-400.

第1作者簡介：? 馮磊（1981-），? 男，? 副研究員，? 研究方向：? 森林食品培育及加工。

程文（1992-），? 女，? 助理研究員，? 研究方向：? 食品的藥物活性挖掘及研發(fā)。

通訊作者：? 雷虹（1971-），? 女，? 教授，? 研究方向：? 食品的藥物活性挖掘及研發(fā)。

收稿日期： 2022 - 02 -? 20

黑龍江省森林工業(yè)總局科技計(jì)劃（sgzjY2015016）;黑龍江省屬科研院所基本業(yè)務(wù)費(fèi)資源項(xiàng)目