红曲黄色素的稳定性研究

  杨强，王成涛*

 北京工商大学北京市食品添加剂工程技术研究中心，食品质量与安全北京实验室（北京100048）

摘要研究了光照、温度、pH和金属离子对红曲霉菌体中红曲黄色素稳定性的影响，结果表明红曲黄色素在避光及紫外灯条件下比较稳定；红曲黄色素在中性条件下比较稳定；不同的金属离子对红曲黄色素的影响不同，Na+，K+, Ca2+和Zn2+对红曲黄色素基本无影响，Fe2+和Cu2+会使黄色素发生变色并产生沉淀；红曲黄色素的热稳定性良好，高温连续加热4h依然保持较高色价。

关键词  红曲霉；菌体；红曲黄色素；稳定性

 红曲色素是红曲霉经液态或固态发酵制得一种聚酮类次级代谢产物，经过毒性试验证明红曲色素无毒，因此红曲色素在我国乃至世界上的应用都较为广泛。食用色素主要由合成色素和天然色素两部分组成，合成色素色泽鲜艳、稳定性好、着色力强且成本低廉，因此被广泛应用于食品着色。但随着人们食品安全意识的不断增强以及毒理学的不断发展，合成色素的安全性受到诸多质疑，因此越来越多的天然色素开始逐渐取代合成色素在食品行业中的应用。微生物生产的天然红曲色素具有色调好、蛋白着色力强、无副作用、防腐、抑菌、抗氧化等优点，但天然色素普遍存在稳定性较差的问题，这点往往制约着红曲色素在食品工业中的推广和应用。红曲黄色素虽然红曲色素中的含量较低，但黄色素作为一类重要的食用色素品种占有市场需求比的60%，因此开发利用红曲黄色素具有极广阔的商业前景。雷恒、李浩然和谢林明等分别对固态发酵红曲米中的红曲色素稳定性进行了研究，但固态发酵周期比液态发酵周期长，因此研究发酵周期短的液态发酵菌体中红曲黄色素的稳定性对于红曲黄色素的开发利用具有重要参考意义。

 试验考察了红曲霉液态发酵菌体中红曲黄色素受酸碱、光热、紫外及金属离子的影响，以期为红曲黄色素的市场化应用提供参考依据。

1  材料与方法

1.1材料、仪器与设备

  氢氧化钠、氯化钾、氯化钙、硫酸铜、硫酸亚铁：国药集团化学试剂有限公司；盐酸、无水乙醇：北京化工厂；以上试剂均为国产分析纯。

  BSA224S型电子天平：塞多利斯科学仪器（北京）有限公司；UV-2450型紫外可见分光光度计：日本岛津公司；HH-4型数显恒温水浴锅：上海蓝凯仪器仪表有限公司。

1.2试验方法

1.2.1红曲色素原液的制备

 准确称取红曲色素粉末5g，置于500 m L锥形瓶中，加入500 m L体积分数70%的乙醇，摇匀后放入60℃水浴保温萃取2h，萃取结束后取出过滤出全部粉末得到澄清红曲色素原液。稀释一定倍数后再分光光度计上测定410 nm下的吸光度，计算原液红曲黄色素色价。

 色价（U/g）=吸光度A×稀释倍数 (1)

1.2.2光对红曲黄色素稳定性的影响

 1)避光处理：取等量红曲黄色素原液3份，作为3次重复，放置避光柜内存放，定时取出，稀释一定倍数后测定410 nm处吸光度，计算色素保存率。 

 2)自然光处理：取等量红曲黄色素原液3份，作为3次重复，放置室内自然光线下，定时取出，稀释一定倍数后测定410 nm处吸光度，计算色素保存率。

  31日光直射处理：取等量红曲黄色素原液3份，作为3次重复，放于日光下直晒5h，每隔1 h取出，稀释一定倍数后测定410 nm吸光度，计算色素保存率。

  4)紫外光照射处理：取等量红曲黄色素原液3份，作为3次重复，放于紫外灯下（20 cm相距）照射5h，每隔1h取出，稀释一定倍数后测定410 nm吸光度，计算色素保存率。

1.2.3温度对红曲黄色素稳定性的影响

  取等量红曲黄色素原液3份，做三组重复，分别在温度40℃，70℃和100℃下加热1，2，3和4h，力口热完毕后冷却至室温，稀释一定倍数后，测定410 nm吸光度，计算色素保存率。

1.2.4 pH对红曲黄色素稳定性的影响

 取等量红曲黄色素原液10份，做三组重复，分别用0.1 m oL/L Na OH溶液和0.1 mol/L HC1溶液将色素溶液pH分别调为1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13和14，定容至一定体积后，放于避光柜中1d．取出测定410 nm吸光度，计算色素保存率。

1.2.5金属离子对红曲黄色素稳定性的影响

 取红曲黄色素原液分为6等份，一份作为空白对照组，每份做三组平行，分别加入等量的0.1 mol/L的Na CI, KC l, CaCl2, ZnSO4, FeSO4·7H2O和CuSO4溶液，放于避光柜中1 d，观察红曲色素的颜色状态变化，考察金属离子对红曲色素稳定性的影响。

2结果与讨论

2.1光照对红曲黄色素稳定性的影响

  将红曲色素原液分别进行避光及自然光照射处理8d，每天测定红曲黄色素的色价值，随着放置时间的增长，红曲黄色素的色价值发生明显变化，结果如图1所示。

 由图1可知，红曲黄色素的稳定性随着自然光照时间的延长逐渐降低，而避光处理下色价值的降低较为平缓。自然光照射对红曲黄色素的稳定性影响明显大于避光处理，当自然光照射8d后，红曲黄色素的保存率下降到50.3%，而避光处理8d后，红曲黄色素的保存率仅下降到85.1%。这说自然光照射对红曲色素的稳定性破坏最大，而避光处理条件下，红曲黄色素则显现出天然色素所具有的较好的稳定性。因此对于红曲色素产品应尽量放置于避光处，以免光照射造成色素损失。

2.2紫外对红曲黄色素稳定性的影响

 将红曲色素原液分别在紫外灯及日光直射下放置5h，每小时取样测定红曲黄色素的吸光度，随着放置时间的延长，红曲黄色素的色价值变化如图2所示。

 由图2可知，日光直射对红曲黄色素的稳定性破坏明显，日光下照射5h，红曲黄色素的色价保存率下降到70.7%。这说明日光直射对于色素结构起到了一定破坏作用，因此致使色素的色价降低。相比于红色素50.1%的保存率直观证明了红曲黄色素的稳定性高于红色素。紫外灯照射下的红曲黄色素色价值基本保持不变，照射5h黄色素的保存率依然高达94.2%，这说明紫外照射不会对红曲黄色素的稳定性产生影响。由此可见，红曲色素产品应尽量避免日光直射。

2.3温度对红曲黄色素稳定性的影响

 将红曲色素原液分别在40℃，70℃和100 0C下加热1，2，3和4h，考察加热温度及时间对红曲黄色素稳定性的影响，结果如图3所示。

 由图3可知，随着加热温度的提升及加热时间的延长，红曲黄色素的色价值呈缓慢下降趋势。红曲黄色素在100 0C以下的处理环境中呈现出极高的热稳定性，40℃加热处理4h后红曲黄色素的色价保存率可达96.1%，70℃处理4h后保存率仍可达到92.5%。即使100℃处理4 h后红曲黄色素的色价保存率依然保持在74.3%左右，这说明红曲黄色素的热稳定性良好，这对于食品热加工来说具有非常大的应用价值。

2.4 pH对红曲黄色素稳定性的影响

 分别用0.1 mol/L Na OH溶液和0.1 mol/L HCI溶液将色素溶液pH依次调为1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13和14，考察不同pH对红曲黄色素温度性的影响，结果如图4所示。

 由图4可知，在pH<5.0和pH >9.0的环境下红曲黄色素的色价值均不稳定，色素溶液的颜色发生明显变化。黄色素的色价值在偏酸性及中性范围pH5.0～9.0之间较为稳定，其溶液的颜色为鲜红色状态。极酸极碱性环境均不利于红曲黄色素的保存，这可能是因为在极端环境中红曲色素结构中的发色基团结构发生了变化，从而导致色价值发生变化。因此，红曲黄色素应尽量保存在中性环境下。

2.5金属离子对红曲黄色素稳定性的影响

 向红曲色素原液中分别加入等量的0.1 mol/L的Na+，K+，Ca2+，Zn2+．Fe2+和Cu2+溶液，考察金属离子对红曲黄色素稳定性的影响，结果如表1所示。

 由表1可知，不同的金属离子对红曲黄色素的影响不同。Na+，K+，Ca2+和Zn2+对红曲黄色素基本无影响，与空白相比色素溶液的颜色依然保持紫红色，这与李明起研究中提到的Ca2+会影响红曲黄色素的稳定性有所不同。重金属Fe2+和Cu2+对红曲色素溶液的色泽产生了明显的不利影响，溶液的颜色由紫红色分别变为橘黄色和棕褐色，且溶液中均出现混浊沉淀。可能是因为Fe2+与空气中的还原剂等物质发生了反应从而产生了混浊沉淀，亦有可能是因为红曲色素内部的分子结构容易被该类重金属氧化或结合形成络合物，所以产生了混浊沉淀。因此，红曲黄色素无论是使用还是储存过程中都应尽量避免接触铜，铁等重金属离子。

3结论

 环境中光照、温度、pH、金属离子等因素均会对红曲黄色素的稳定性产生影响。避光及自然光处理8d红曲黄色素的保存率分别达73.5%和50.3%，说明避光更利于红曲黄色素的保存。日光直射对于色素结构起到了一定破坏作用，日光下照射仅4h，红曲黄色素的色价保存率下降到70.7%。紫外灯照射对于红曲黄色素的稳定性基本无影响。红曲黄色素的热稳定性很好，40℃，70℃和100℃加热处理4h后红曲黄色素的色价保存率分别达到96.1%，92.5 %和74.3%。黄色素色价在偏酸性及中性范围pH 5.0～9.0之间较为稳定，极酸极碱性环境均不利于红曲黄色素的保存。重金属离子会对红曲色素溶液的色泽产生不利影响甚至形成混浊沉淀，因此红曲黄色素的使用过程中应避免接触含重金属离子的物质，储藏时避免使用铁制或铜制容器。红曲黄色素的开发利用中，避开各种易造成其不稳定的因素，将更利于红曲黄色素在实际生产生活中的应用。