不同贮存方式对核桃青皮色素的性质及生物活性影响

王晓婷,刘会平,朱振元,张　静,郭明珠,罗　游,刘　飞

(食品营养与安全教育部重点实验室,天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457)



不同贮存方式对核桃青皮色素的性质及生物活性影响

王晓婷,刘会平,朱振元*,张静,郭明珠,罗游,刘飞

(食品营养与安全教育部重点实验室,天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津 300457)

研究了两种保存方式下(晒干、冷藏)的核桃青皮棕褐色色素的理化性质及抗氧化活性。考察了pH、温度、不同金属离子、氧化还原剂、不同的食品添加剂等因素对核桃青皮色素的稳定性的影响,并对两种保存方式下提取的核桃青皮色素的抗氧化性进行了研究。研究表明,两种保存方式下提取的核桃青皮色素对温度、Na+、K+、食盐、山梨酸钾、安赛蜜及还原剂稳定;pH、氧化剂及Fe3+、Mg2+、Cu2+、Ca2+、Al3+对两种色素的影响均较明显;蔗糖对色素有增色效果,柠檬酸、抗坏血酸对色素有减色效果。两种色素均具有还原力和清除·OH的能力,晒干核桃青皮色素的还原力和对·OH的清除能力高于冷藏的。核桃青皮色素有较好的稳定性,抗氧化活性与色素溶液的浓度存在一定的量效关系。

核桃青皮,色素稳定性,贮存方式

核桃,别名胡桃、羌桃等,是胡桃科核桃属多年生落叶乔木,原产于地中海沿岸和中国的新疆地区,中国主要分布在河北、山东、云南等省份[1]。核桃植株全身都是宝,除其果仁可食用外,核桃青皮、核桃壳、核桃叶等均可入药,而且采集方便,具有消热、解毒、抗癌、镇痛等作用[2]。核桃青皮为胡桃科胡桃楸和胡桃的未成熟外果皮[3]。核桃青皮又称青龙衣,为核桃外层厚厚的绿色果皮[4]。胡桃属植物青皮不仅在医学上有重要价值,在农药杀虫和抑菌、食品、化妆品等方面也起着重要的作用[5-7]。

核桃青皮为原料提取的天然食用色素,色素附着力较强,原料来源丰富,变废为宝,生产工艺简单,产率高,成本低,安全无毒。因此,色素在食品工业中有很好的开发应用价值[8]。许泽宏等[9]以氢氧化钠为萃取剂,核桃青皮为原料,提取了安全无毒的天然食用色素并对其理化性质进行了研究。核桃青皮中的醌类物质对多种体内移植性肿瘤有明显的抑制作用,体外杀伤细胞的作用更强,且毒性较低,其他成分的提取物也有不同程度的抗菌、抗肿瘤、镇痛等作用[10]。吕俊芳等[11]以60 ℃的纯水为萃取剂,以水与青皮质量比为1∶5,可对晾干的核桃青皮中褐色素进行提取,得到褐色素浸膏。吴春华等[12]使用板栗壳提取天然棕色素,通过稳定性实验,表明该板栗壳色素对光照、温度、还原剂、氧化剂、pH有良好的稳定性。

本文在前期研究的基础上以提取的核桃青皮棕褐色色素为原料,比较了晒干条件下得到的干燥与冷藏两种储存方式对核桃青皮色素的性质及抗氧化性的异同。该色素不仅适用食品,还用于染发剂等许多方面,因此青龙衣中提取的色素在食品工业中有很好的开发应用价值。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

核桃外果皮采自天津市蓟县处理方法分别为太阳自然晒干10 d,粉碎过60目筛、-20 ℃冷藏一个月剪碎备用;浓盐酸,三氯乙酸,邻苯三酚,硫酸亚铁,3,5-二硝基水杨酸等试剂均为分析纯;天津市北方天医化学试剂厂。

PHS-3C型pH计上海里达仪器厂;HH数显恒温水浴锅金坛市金城国胜实验仪器厂;SP-2102UV紫外分光光度计上海光谱仪器有限公司;高速粉碎机中诚制药机械厂;ESJ2054型电子分析天平沈阳龙腾电子称量仪器有限公司。

1.2实验方法1.2.1核桃青皮色素的外观、颜色及溶解性取1.00 g晒干核桃青皮粉末及5.00 g冷藏核桃青皮,以0.15 mol/L的氢氧化钠作为提取剂,晒干核桃青皮料液比为1 g∶100 mL,冷藏核桃青皮料液比为5 g∶100 mL,温度55 ℃提取30 min,浸提两次。经离心合并滤液后,浓缩冻干,得色素粗品。观察两种保存方式下得到的色素溶解后的外观、颜色,及在常用溶解剂中的溶解性。

1.2.2晒干和冷藏核桃青皮色素的稳定性

1.2.2.1pH对两种色素稳定性的影响对两种核桃青皮色素各取0.50 g,分别按下述操作。蒸馏水定容至100 mL,每份取5 mL,分别加入不同浓度的HCl和NaOH溶液,并定容至10 mL。使得溶液的pH为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12[13-14],分别测定在540 nm处吸光值,观察实验现象。

1.2.2.2色素溶液的热稳定性对两种核桃青皮色素各取0.50 g,分别按下述操作。蒸馏水定容至100 mL,各取10 mL于具塞试管中,置于20、40、60、80 ℃的水浴中静置0.5 h[15],冷却至室温,稀释5倍后在540 nm处测定吸光值,观察实验现象。

1.2.2.3金属离子对色素稳定性的影响对两种核桃青皮色素各取0.50 g,分别按下述操作。蒸馏水定容至100 mL。分别配制含浓度为0、0.01、0.05、0.1 mol/L常见金属离子的盐溶液(NaCl、KCl、FeCl3、MgSO4、CuSO4、CaCl2、AlCl3),取1 mL盐溶液加入2 mL色素溶液中,摇匀,置于暗处1 h。观察金属离子对色素溶液的影响[16],测定在540 nm处的吸光值。

1.2.3食品添加剂对色素稳定性的影响对两种核桃青皮色素各取0.20 g,分别按下述操作。蒸馏水定容至100 mL,取2 mL色素溶液,分别加入1 mL浓度梯度质量百分比为1%、2%、3%、5%的蔗糖、食盐,0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的山梨酸钾、安赛蜜、抗坏血酸,0.02%、0.05%、0.08%、0.1%的柠檬酸,室温震荡1 h后,在540 nm处测定吸光值[17],观察食品添加剂对色素溶液的影响。

1.2.4氧化剂、还原剂对色素稳定性的影响对两种核桃青皮色素各取0.20 g,分别按下述操作。蒸馏水稀释到100 mL。取2 mL色素溶液,分别加入1 mL浓度为0、3%、6%、9%、12%的双氧水溶液,0、0.5%、1%、1.5%、2%的亚硫酸钠溶液,摇匀,立即测定在540 nm处吸光值[18],观察氧化剂、还原剂对色素溶液的影响。

1.2.5核桃青皮色素的抗氧化性的研究

1.2.5.1还原力的测定参照文献[19]描述的方法测定样品还原力。对两种核桃青皮色素各取0.20 g,分别按下述操作。定容至200 mL得到2 mg/mL溶液,分别取0、40、80、120、160、200 μL于具塞试管中,加入pH=6.6磷酸缓冲液200、160、120、80、40、0 μL补齐为200 μL。再加入200 mmol/L磷酸盐缓冲液(pH6.6)和1% K3Fe(CN)6各0.2 mL,混匀后于50 ℃反应20 min。取出后再加入0.2 mL 10%三氯乙酸混匀,5000 r/min离心10 min。取上层溶液0.5 mL加入蒸馏水0.5 mL,0.1% FeCl30.1 mL,37 ℃孵育10 min,冷却至室温后测定700 nm处吸光度。抗坏血酸作阳性对照。

1.2.5.2对·OH 的清除能力本实验采用水杨酸法进行测定[20]。取两种核桃青皮色素各0.10 g,定容至50 mL,浓度为2 mg/mL。取一定体积色素溶液配成0、0.5、1、1.5、2 mg/mL。取2.0 mL 2.0 mmol/L FeSO4溶液,1.0 mmol/L H2O2溶液2.0 mL于具塞试管中,震荡摇匀,室温静置20 min,再加入6.0 mmol/L水杨酸溶液3.0 mL,37 ℃反应15 min,震荡混匀。加入色素溶液1 mL,静置10 min,测A510。VC作阳性对照。按下式计算清除率:

式中:A0为以蒸馏水代替样品的吸光度值即空白对照液的吸光值;Ai加入不同浓度样品的吸光度值;Aj以蒸馏水代替H2O2溶液的吸光度值。

表1　pH与不同贮存方式下核桃青皮色素的关系

2　结果与分析

2.1色素的外观、颜色及溶解性

在室温下提取的核桃青皮色素为棕(红)褐色;经冻干后的色素为絮状,捣碎研磨后为棕色粉末状,密封后放入干燥器中避光保存。两种色素粉末都易溶于水及碱性溶液,微溶于无水乙醇。故两种贮存条件下的核桃青皮色素外观、颜色差别不大,均为水溶性色素。

2.2晒干和冷藏核桃青皮色素的稳定性

2.2.1pH对色素稳定性的影响由图1及表1可以看出随着pH的减小,两种色素溶液不仅吸光值随之减小,颜色也随之变浅,并且当pH降到3～5时,会有红棕色的絮状沉淀产生,当逐渐增大pH时,絮状沉淀消失,溶液又变回为红棕色,两种贮存条件下色素的颜色均具有可逆性且差别不明显。可以通过改变pH来调节色素溶液颜色。该色素在常见的食品加工过程中使用时可以避免在酸性条件下破坏色素的结构。

图1　pH对色素的影响Fig.1　The influence of pH on the pigment

2.2.2色素溶液的热稳定性色素是在加热条件下提取的,有一定的耐热性能,可在常温下稳定。由图2可以看出,两种色素溶液在20～80 ℃温度范围内,吸光度基本稳定,两种色素的热稳定性均较好且差别不大。在常见的食品加工过程中,高温处理并不常见,故核桃青皮色素可作为食品添加剂,用于食品的着色。

图2　色素溶液的加热温度与吸光度的关系曲线Fig.2　Absorbency of the pigment under different temperature

2.2.3金属离子对色素稳定性的影响

2.2.3.1金属离子对晒干核桃青皮色素稳定性的影响金属离子易与色素中的某些成分发生络合反应,形成稳定的络合物,对色素稳定性产生不良影响或者起到增色和保色的作用[16]。当加入等体积的各离子溶液后,与空白(0 mol/L)对比,由图3可以看出Fe3+、Mg2+溶液的颜色加深,对色素溶液具有增色效应,Fe3+的增色效应更明显;色素在Na+、K+溶液中稳定;Cu2+、Ca2+、Al3+在0～0.01 mol/L时,溶液颜色基本不变,在0.05～0.1 mol/L时,Cu2+产生墨绿色悬浮沉淀,Ca2+、Al3+产生红棕色悬浮沉淀,因此这三种离子低浓度时对色素的稳定性几乎没有什么影响,高浓度下能够使色素溶液产生沉淀。所以应避免在后三种离子溶液中使用。

图3　不同金属离子对晒干核桃青皮色素稳定性的影响Fig.3　Effects of different ions on stability of pigment from dry walnut green husk

图4　不同金属离子对冷藏核桃青皮色素稳定性的影响Fig.4　Effects of different ions on stability of pigment from cold walnut green husk

表2　食品添加剂对晒干核桃青皮色素稳定性的影响

表3　食品添加剂对冷藏核桃青皮色素稳定性的影响

2.2.3.2金属离子对冷藏核桃青皮色素稳定性的影响当加入等体积的各离子溶液后,与空白(0 mol/L)对比,由图4可以看出Na+、K+对冷藏的核桃青皮色素稳定性没有影响,且颜色也没有变化,可以与色素溶液共存;Fe3+与Mg2+对冷藏色素具有增强作用,并且使色素溶液颜色加深;Cu2+、Ca2+、Al3+在0～0.01 mol/L时溶液颜色基本没变化,在0.05～0.1 mol/L时都产生红棕色悬浮沉淀,因此高浓度的Cu2+、Ca2+、Al3+能够使冷藏的核桃青皮色素逐渐产生沉淀,所以在使用中应避免和这三种离子混用。

2.2.4食品添加剂对色素稳定性的影响由表2和表3可以看出食盐、山梨酸钾、安赛蜜这三种添加剂对晒干和冷藏核桃青皮色素无明显影响;蔗糖对两种色素溶液有增色作用;柠檬酸、抗坏血酸均有减色作用。

所以食品添加剂对晒干和冷藏的核桃青皮色素的影响无明显差别。在应用核桃青皮色素时注意各食品添加剂对色素色泽的影响。蔗糖有助于核桃青皮色素在食品上的应用,而应将柠檬酸与抗坏血酸控制在低浓度下,才能保持色素溶液的稳定。

2.2.5氧化剂与还原剂对色素稳定性的影响由图5表明,与对照组相比,两种色素溶液随着加入双氧水浓度的增加,溶液吸光值降低,颜色逐渐变浅,加入双氧水的体积分数达到3%以上时,吸光值趋于平稳,说明两种色素在有氧化剂存在的条件下很不稳定,耐氧化性不强,在使用的过程中应尽量避免与氧化剂一起使用,以防止其稳定性被破坏。

图5　H2O2处理对核桃青皮色素的影响Fig.5　Effects of H2O2 on the pigment of walnut green husk

由图6表明,加入Na2SO3溶液后,两种色素溶液颜色基本没有变化,吸光值也没有明显变化,说明亚硫酸钠对两种色素的稳定性均影响不大。出现这一现象的原因可能是亚硫酸钠会对色素产生护色效果。

图6　Na2SO3处理对核桃青皮色素的影响Fig.6　Effects of Na2SO3 on the pigment of walnut green husk

2.3核桃青皮色素的抗氧化性研究

2.3.1核桃青皮色素还原力的测定根据图7可以看出,晒干与冷藏的核桃青皮色素均有还原力,并且在相同浓度范围内,抗坏血酸的还原力高于晒干和冷藏核桃青皮色素的还原力,而后两者相比,晒干的高于冷藏核桃青皮色素的还原力。

图7　核桃青皮色素的还原力Fig.7　Reducing power of the walnut green husk pigment

2.3.2对·OH的清除能力由图8可以看出,晒干及冷藏的核桃青皮色素均具有对·OH 的清除能力,并且各物质随着试样浓度的增加,清除率呈上升趋势,清除率和色素的浓度存在一定的量效关系;在同等浓度下,三种物质对·OH的清除能力的大小为:抗坏血酸>晒干的核桃青皮色素>冷藏的核桃青皮色素。

图8　核桃青皮色素对·OH的清除能力Fig.8　·OH scavenging activity of the pigment of walnut green husk

3　结论

通过研究可以看出核桃青皮色素是一种性质基本稳定的天然色素。两种贮存条件下的核桃青皮色素均为水溶性色素,是一种棕褐色的粉末。pH对两种色素均有明显的影响;两种色素对于温度都很稳定;Na+与K+对两种色素均没有影响,Fe3+与Mg2+对两种色素均有增色作用,Al3+、Cu2+、Ca2+使色素溶液产生悬浮沉淀;食盐、山梨酸钾、安赛蜜这三种添加剂对晒干和冷藏核桃青皮色素无明显影响;蔗糖对两种色素溶液有增色作用;柠檬酸、抗坏血酸均有减色作用,在应用核桃青皮色素时注意各食品添加剂对色素色泽的影响。而应将柠檬酸与抗坏血酸控制在低浓度下,才能保持色素溶液的稳定;氧化剂能够影响色素的稳定性,色素的耐还原能力比耐氧化能力强。

两种色素均具有还原力及对·OH均具有一定的清除能力,且清除能力对样品浓度产生依赖性,并且晒干的核桃青皮色素在还原力与对·OH的清除能力上高于冷藏的核桃青皮色素。两者各有利弊,考虑到经济成本,宜选用晒干的核桃青皮。本实验通过对晒干和冷藏的核桃青皮色素性质和抗氧化的对比研究,为选取良好的天然食用色素着色剂提供了依据,在国内大量的核桃青皮被废弃本身也是一种浪费,因此,开发与生产干燥核桃青皮色素产品具有很大空间。

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Effect of different storage on the pigment and biological activity of walnut green husk

WANG Xiao-ting,LIU Hui-ping,ZHU Zhen-yuan*,ZHANG Jing,GUO Ming-zhu,LUO You,LIU Fei

(Key Laboratory of Food Nutrition and Safety,Ministry of Education,College of Food Science and Biotechnology,Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China)

In this paper,physicochemical property,and antioxidant of the pigment from the two kinds of preservation(dry and cold)walnut green husk were studied. The effect of pH,temperature,different metal ions,oxidizing agents reducing agent,the impact of different food additives and other factors on the stability of the pigment of the walnut green husk,the pigment of walnut green husk for the two kinds of preservation method oxidation resistance were studied. It showed that the pigment of walnut green husk for the two kinds of preservation method were stable to different temperature and common food additives. In addition,temperature,Na+,K+,NaCl,Potassium sorbate,Acesulfame Potassium and reducing agent had no influence on the pigment,but pH,antioxidant and Fe3+,Mg2+,Cu2+,Ca2+,Al3+had significant impact on the pigment. The effect of sucrose on the pigment was hyperchromic,and the effect of citric acid and Vitamin C was hypochromic. The antioxidant tests showed that the pigment of dry and cold walnut green husk had good effect on reducing power and scavenging ·OH. The reducing power and scavenging ·OH ability of dry walnut green husk was stronger than that of cold storage. The pigment of walnut green husk showed better stability,the antioxidant activity and the solution concentration of pigment had certain concentration-response relationship.

walnut green husk;pigment stability;storage methods

2016-01-08

王晓婷(1992-),女,硕士,研究方向:功能性碳水化合物开发及其作用机理,E-mail:iamwxt2014@126.com。

朱振元(1969-),男,博士,教授,研究方向:生物资源与功能食品,E-mail:zhyuanzhu@tust.edu.cn。

国家星火计划重点项目(2015GA610001);天津市高等学校科技发展基金计划项目(20090604);天津科技大学科学研究基金资助项目(20120106)。

TS201.2

A

1002-0306(2016)13-0053-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.002