多酚类物质对金属离子损伤火龙果果皮色素的护色作用

多酚类物质对金属离子损伤火龙果果皮色素的护色作用

龙眼来自美国，是一种稀有的红果植物。它含有丰富的水溶性膳食纤维,具有减肥、降血糖和润肠作用;火龙果的黑色小种子,含有不饱和脂肪酸及抗氧化物质,具有诸多的保健功效。火龙果红色素无明显急性毒性和致突变性,作为食品着色剂是较安全的。火龙果果皮含有丰富的色素,实验测得约占果中色素总量的21%。红皮红肉火龙果,果皮呈玫瑰红到紫红色,色泽鲜艳,含有丰富的红色素,是提取加工天然红色素的优质来源。目前国内外已对火龙果果皮色素进行了研究,发现火龙果红色素是一种水溶性天然红色素,是一种极性或弱极性分子物质,pH、温度、光及金属离子等对其稳定性都有影响,从而限制了火龙果色素的应用。利用火龙果在食用和加工中丢弃的果皮资源提取色素,进行稳定性研究,探讨一种使火龙果果皮色素相对稳定的方法或途径,不但可以拓宽色素的品种资源,满足人们对天然色素日益增长的需求,而且可使自然资源得到更加合理、更加有效的开发,从而提高其产品的附加值[6~13]。因此,对火龙果果皮色素的稳定性研究有着深远的现实意义。1材料和方法1.1实验材料火龙果(红皮白肉)购于广州天河五山金莎超市。1.2各药剂的合成主要药品为:无水乙醇、二甲基亚砜(DMSO)、盐酸、无水氯化钠、无水氯化铝、无水氯化钙、六水合氯化铁、无水硫酸铜、二氢杨梅素、抗坏血酸、咖啡酸、阿魏酸、山茶苷、芹菜素、染料木素,以上药剂均为分析纯。1.3仪器、试剂和仪器RE-52旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器工厂)、721G可见分光光度计(上海精科)、SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限责任公司)、KDC-40低速离心机(科大创新股份有限公司中佳分公司)、SevenEasy实验室pH计[梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司]、JC101型电热鼓风干燥箱(上海成顺仪器仪表有限公司、南通嘉程仪器有限公司)、DHG-9000A型电热恒温鼓风干燥箱(上海博迅实业有限医疗设备厂)、容生电冰箱、TU-1810紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)。1.4实验方法1.4.1苹果汁提取将火龙果进行清洗,去除表皮的绿色部分和果肉,然后将火龙果果皮切成小块状的颗粒,用95%的乙醇水溶液浸提三次,每次提取时间为1h。把提取后的溶液用真空泵抽滤,得火龙果果皮色素浓缩液。1.4.2龙眼皮的色素配置用pH1的盐酸溶液将色素浓缩液配置成红色的火龙果果皮色素溶液,再用循环水式真空泵进行抽滤去除色素溶液中的不溶性杂质。1.4.3cu2+浓度取配置好的色素溶液,配置含不同金属离子(Na+、Ca2+、Al3+、Fe3+、Cu2+浓度均为1×10-2mol/L)的色素溶液;以配置色素溶液的盐酸溶液为空白对照,在室温(28℃)自然光和黑暗两种条件下放置不同时间(0h、24h、48h)后用721G可见分光光度计在波长λmax=538nm下测定其吸光值。1.4.4cu2+及al3+浓度测定取配置好的色素溶液,配置成含Fe3+浓度分别为10mmol/L、7mmol/L、5mmol/L、5/3mmol/L的色素溶液,含Cu2+浓度分别为10mmol/L、8mmol/L、5mmol/L的色素溶液,含Al3+浓度分别为15mmol/L、10mmol/L、8mmol/L的色素溶液,以配置色素溶液的盐酸溶液为空白对照,在室温(28℃)自然光条件下放置不同时间(0h、4h、8h、12h、22h、32h)后用721G可见分光光度计在波长λmax=538nm下测定其吸光值。1.4.5分光光度法取配置好的色素溶液,配置成含二氢杨梅素浓度分别为1×10-3mol/L、1×10-4mol/L、1×10-5mol/L的色素溶液。实验过程中有两组试验:一组是未加入金属离子,只加入不同浓度的二氢杨梅素的色素溶液,以配置色素溶液的盐酸溶液为空白对照,在室温(28℃)自然光条件下放置不同时间(0h、4h、8h、12h、22h、32h)后用721G可见分光光度计在波长λmax=538nm下测定其吸光值。另一组则在加入不同浓度的二氢杨梅素色素溶液中加入金属离子(以Fe3+为例)溶液,Fe3+配成后的浓度为1.4.4试验确定的浓度,选用配置色素溶液的盐酸溶液中加入Fe3+(配成后的浓度也为1.4.4试验确定的浓度)作为空白对照,重复上述步骤。1.4.6分光光度法取配置好的色素溶液,配成含二氢杨梅素、咖啡酸、阿魏酸、抗坏血酸浓度均为1.4.5试验确定的浓度的色素溶液,实验过程中有两组试验:一组是未加入金属离子、只加入不同的多酚类物质的色素溶液,以配置色素溶液的盐酸溶液为空白对照,在室温(28℃)自然光条件下放置不同时间(0h、4h、9h、21h、33h)后用721G可见分光光度计在波长λmax=538nm下测定其吸光值。另一组则在加入不同浓度的多酚类物质的色素溶液中加入Fe3+、Cu2+、Al3+溶液,金属离子配成后的浓度为1.4.4试验确定的浓度,选用配置色素溶液的盐酸溶液中分别加入Fe3+、Cu2+、Al3+溶液(配成后的浓度也为1.4.4试验确定的浓度)作为空白对照,重复上述步骤。1.4.7tu-1330试验取配置好的色素溶液,分别加入Fe3+、Cu2+、Al3+溶液,配成的浓度与1.4.5试验确定的浓度一致,以配置色素的盐酸溶液为空白对照,在不同的时间段用TU-1810紫外可见分光光度计扫描未加入Fe3+、Cu2+、Al3+离子的色素和加入Fe3+、Cu2+、Al3+离子后的色素,对其结构是否变化进行初步分析。2结果与分析2.1金属离子对色素的影响2.1.1色素破损作用不同的金属离子在光照条件下对色素的影响如图1所示。图形显示,Na+、Ca2+对色素的损坏作用较小,48h后加入这两种离子的色素仍为红色。Fe3+、Cu2+、Al3+对色素损坏作用较大,尤其是Fe3+,在一加入色素溶液时吸光值便明显降低,通过观察颜色看到刚开始的红色很快变成棕黄色,且随时间增长其吸光值下降速度也较纯色素或添加其他金属离子的快。Al3+、Cu2+一开始加入并未产生明显的影响,但随时间的增长其损坏作用增加,Cu2+色素溶液在48h后颜色由红色变为浅绿色,Al3+的色素溶液颜色仍为红色,只是颜色较对照组淡。2.1.2对色素的吸附特性不同的金属离子在黑暗条件下对色素的影响如图2所示。图形显示,随着时间的推进,Na+、Ca2+使色素吸光值下降程度较小,特别是Na+对色素几乎无损坏作用。其余现象与光照条件下类似。综合图1和图2结果可知,自然光照和黑暗这两个条件与不同金属离子对色素吸光值研究的影响不大,故在以下研究中对色素的影响均在自然光照条件下进行。另外,Fe3+、Cu2+、Al3+对色素破坏较其它金属离子大,因此在研究多酚类物质对金属离子损伤火龙果皮色素实验中以Fe3+、Cu2+、Al3+为基础。2.2损伤浓度的确定由图3分析可知,随着Fe3+浓度的增加,色素被损坏程度增加,尤其是在前4h内变化速率相差最大。从10mmol/L和7mmol/L的曲线斜率可看出,这两个浓度在不同时间段对色素的损坏程度相差较大,且可看出32h后Fe3+对色素的损坏作用基本达到平衡状态。5mmol/L和5/3mmol/L则使色素被损坏的速率较慢不利于32h内的实验观察。对比10mmol/L和7mmol/L,7mmol/LFe3+处理色素的起始吸光值和平衡后的吸光值变化范围更广,更有利于对色素不同时间段受损情况的观察分析。而10mmol/L的浓度在4h后色素的吸光值渐趋于稳定,不利于限定在32h时间内实验的观察。因此,最终确定以7mmol/L的Fe3+浓度为护色实验的损伤浓度。不同浓度的Cu2+、Al3+对色素的影响与不同浓度的Fe3+相似,在此不显示数据和图形,最终确定以8mmol/L的Cu2+浓度和10mmol/L的Al3+浓度作为护色实验的损伤浓度。2.3氢杨素的吸光值不同二氢杨梅素浓度对未加金属离子色素溶液的影响如图4所示。由图4可知,在未加入金属离子时,色素加入二氢杨梅素后吸光值没有明显的变化。由图4、图5分析可知,当色素受到Fe3+金属离子的损伤之后,不同浓度二氢杨梅素对色素的具有一定的保护作用,浓度为1×10-3mol/L的二氢杨梅素与空白相比使色素的吸光值增加的程度最大,保护色素作用最优,因此以下实验中以1×10-3mol/L的浓度作为多酚类物质的护色浓度。2.4金属离子的保护作用由图6可知,芹菜素、染料木素、山茶苷对色素基本没有护色作用。由图6(a)可知未加入金属离子时,抗坏血酸比二氢杨梅素、阿魏酸、咖啡酸对色素的保护作用明显。由加入金属离子的色素数据及曲线倾斜度可以看出Fe3+、Cu2+、Al3+会使色素吸光值变化趋势发生变化,即这三种金属离子对色素均会产生了损坏作用,在图6(b)可知,加入Fe3+后,阿魏酸对色素吸光值无保护作用,其它多酚类物质均有一定的护色作用,且抗坏血酸的作用最明显。多酚类物质对Cu2+损坏色素的保护作用不明显,数据及图形在此不显示。在图6(c)中,抗坏血酸对色素保护作用较明显。2.5fe3+和cu2+对色素的影响图7为紫外可见分光光度计扫描图,由图7(a)可知色素在可见光区的最大吸收峰在538nm附近,当色素加入Fe3+后可见光区538nm左右处的最大吸收峰立刻消失了,且在紫外光区出现了更多的吸收峰,同时对比纯色素的变化曲线,随时间改变可见光区的最大吸收峰吸光值减小,但紫外光区并未产生明显的变化。综合实验过程中色素颜色在加入Fe3+后由紫红色很快变为棕黄色后慢慢至黄色的现象,推测加入Fe3+后色素结构可能发生了改变,个别官能团的结构被破坏并生成了新的官能团,而且反应是在加入Fe3+后瞬时几乎达到完全的。由图7(b)可知在加入Cu2+后短时间内扫描曲线与纯色素没有明显区别,随时间增加至20h,对比纯色素的变化曲线,可见光区538nm左右的最大吸收峰的波长保持不变,但吸光值减小。综合实验过程中色素颜色在刚加入Cu2+的红色到实验结束的浅绿色的改变,推测加入Cu2+后色素结构并未发生显著改变,只是一定程度上加速了色素的氧化过程。由图7(c)可知在加入Al3+后短时间内扫描曲线与纯色素基本重合,随时间增加至20h,可见光区538nm左右的最大吸收峰的波长保持不变,但吸光值减小。综合实验过程中色素颜色在刚加入Al3+的红色到实验结束的浅红色的微小改变,推测加入Al3+后色素结构可能并未发生显著改变,同样只是一定程度上加速了色素的氧化过程。3抗坏血酸的护色作用火龙果果皮色素作为一种天然红色素,不仅营养丰富,而且颜色鲜艳,但是火龙果果皮色素有强烈的吸水性,性质极其不稳定,易被氧化而褪色。王新广等人对火龙果果皮色素的提取及其稳定性研究,发现Fe3+对色素稍有影响,Na+、