賴氨酸對紫玉米芯花青素熱穩定性影響的研究

華燕菲，賈艷菊，段嘉婧，生慶海

（河北經貿大學生物科學與工程學院，河北石家莊 050061）

0 引言

紫玉米（Zea mays L.）是一種特殊的玉米品種，其表皮與芯呈紫黑色，富含3-（3",6"-二丙二醛糖苷）、天竺葵苷-3-糖苷、丙二醛對應物等多種天然花青素[1-2]。紫玉米芯花青素主要以?；问酱嬖赱3]，穩定的紅色黃烷陽離子的相對比例更高[4]，在食品添加劑和化妝品的開發中具有很大應用價值?；ㄇ嗨貙儆陬慄S酮色素，具有抑制脂肪生成、抗氧化、抗腫瘤、調節免疫系統等功能[5-8]，但在光照、溫度、pH值、糖、亞硫酸鹽和金屬離子等影響下，花青素的化學結構極易發生改變[9]。尤其許多食物在生產加工過程中的熱處理，會極大地影響花青素的含量[10]。

實際生產應用中，常需要加入其他輔助物質來保持花青素良好的穩定性。近年來，氨基酸或蛋白質對花青素穩定性影響的研究逐漸展開。研究發現，某些氨基酸對花青素具有良好的輔色作用，胡能兵等人[11]試驗得出甲硫氨酸是對紫色辣椒葉片色素的最佳氨基酸類輔色劑；Chung C等人[12]研究發現色氨酸能通過氫鍵與花青素相互作用來提高飲料中花青素的穩定性。賴氨酸化學名稱為2,6-二氨基己酸，在玉米中含量較高[13]，是一種常見食品添加劑，可用于改善食品的色、香、味及質地[14]。極易被機體吸收，在促進蛋白質合成、能量代謝、礦物質吸收、骨骼代謝、治療病毒感染、減輕焦慮等方面均有著很好的效果[15]。但目前國內外關于賴氨酸對花青素穩定性方面的研究鮮有報道，試驗通過熱降解加速試驗，研究在2種pH值環境下賴氨酸對于紫玉米芯花青素熱穩定性的影響，為紫玉米芯花青素產品在食品工業中的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

紫玉米芯花青素濃縮液的制備：以紫色玉米芯粉為原料，按料液比1∶30加入質量分數5%的醋酸溶液，浸提24h后，抽濾得到花青素粗提液。然后，通過SP207大孔樹脂分離，再經旋轉蒸發得到濃縮的花青素溶液。

檸檬酸（分析純），天津市恒興化學試劑制造有限公司提供；檸檬酸鈉（分析純），天津永大化學制劑有限公司提供；賴氨酸（食品添加劑），深圳市振芯嘉貿易有限公司提供。

HH-6型數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司產品；722型分光光度計，上海析譜儀器有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 賴氨酸-紫玉米芯花青素溶液的配制

將一定量的賴氨酸分別溶于pH值3.0和pH值5.4的緩沖液中制成質量分數0，1%，3%，5%的賴氨酸溶液，使用移液槍取1 mL紫玉米花青素濃縮溶液加入到200 mL賴氨酸溶液中，配制成混合溶液。

1.2.2 不同條件下紫玉米芯花青素吸收光譜的研究

使用移液槍吸取不同質量分數pH值3.0和pH值5.4的賴氨酸-紫玉米芯花青素溶液（0，1%，3%，5%），用722型分光光度計于400～600 nm的波長范圍內掃描并繪制吸收光譜曲線，記錄吸光度。

1.2.3 熱降解動力學參數的測定

郭村有八百年歷史，是舊時寧國、徽州、池州三府交界之地，興旺的時候，村里有十座祠堂，店鋪毗連，商賈云集。

參照焦宇知等人[16]的方法，將pH值3.0和pH值5.4的不同質量分數賴氨酸-紫玉米芯花青素溶液（0，1%，3%，5%）置于85℃恒溫水浴鍋中加熱3 h，且每隔1 h于510 nm處測定吸光度，以ln(A/A0)為y軸，t為x軸作圖得斜率-k，根據k計算熱降解半衰期（t1/2）與熱降解率P。按照朗伯-比爾定律和阿倫尼烏斯公式計算如下：

式中：A——t時刻色素溶液吸光度；

A0——色素溶液初始吸光度；

k——熱降解反應常數；

t——時間，h；

t1/2——熱降解半衰期，h；

P——熱降解率，%。

每個試驗均重復4次，利用Excel 2016軟件處理分析試驗數據，結果用平均數±標準差表示，并用Graphpad Prism 8.0軟件繪圖，并使用SPSS 22.0軟件對熱降解率指標進行方差顯著性分析和Ducan多重比較分析，p＜0.05表示數據差異有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 不同質量分數賴氨酸對于紫玉米芯花青素溶液吸收光譜的影響

pH值3.0時不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素吸收光譜的影響見圖1。

圖1 pH值3.0時不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素吸收光譜的影響

在pH值3.0時，添加不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素溶液的吸收光譜無明顯影響，最大吸收峰均在510 nm處。加入質量分數0，1%，3%，5%賴氨酸質量分數花青素溶液對應的最大吸光度依次為0.213，0.202，0.189，0.185。隨著賴氨酸添加量的增加，吸光度值逐漸降低，這表明在pH值3.0環境下，賴氨酸對花青素具有減色效應。

pH值5.4時不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素吸收光譜的影響見圖2。

在pH值5.4時，添加不同質量分數賴氨酸對紫

圖2 pH值5.4時不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素吸收光譜的影響

玉米芯花青素溶液的可見吸收光譜無明顯影響。于波長510 nm處，添加0，1%，3%，5%賴氨酸質量分數的花青素溶液的吸光度依次為0.115，0.113，0.115，0.112，表明在弱酸條件下，添加賴氨酸對花青素顏色沒有影響?；ㄇ嗨厝芤涸趐H值3.0時的吸光度明顯高于pH值5.4時的吸光度，這與王新廣，Luna-Vital D等人[17-18]得出的結果相一致。這是因為紫玉米芯花青素在較低pH值更易保證黃烷陽離子的優勢[19]，使花青素穩定[20]。

2.2 pH值3.0時不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素熱降解率的影響

pH值3.0時不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素熱降解率的影響見圖3。

圖3 pH值3.0時不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素熱降解率的影響

在pH值3.0條件下，對不同質量分數的賴氨酸-紫玉米芯花青素混合溶液（0，1%，3%，5%） 進行85℃恒溫水浴3 h，紫玉米芯花青素的熱降解率基本呈現隨賴氨酸質量分數、加熱時間的增加而增加的趨勢。賴氨酸質量分數對紫玉米芯花青素的熱降解率均有極顯著的影響（p＜0.01）。添加1%，3%，5%賴氨酸的熱降解率為20.07%±1.02%，19.34%±0.66%，21.56%±1.22%，極顯著高于未添加賴氨酸的紫玉米芯花青素溶液的熱降解率12.79%±1.55%（p＜0.01），添加1%賴氨酸的和添加3%，5%賴氨酸質量分數的花青素溶液熱降解率的差異不顯著（p＞0.05），添加5%的熱降解率顯著高于添加3%的熱降解率（p＜0.05）。結果表明，在pH值3.0條件下，添加賴氨酸可降低花青素溶液的穩定性，使花青素熱降解率顯著升高。

2.3 pH值5.4時不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素熱降解率的影響

pH值5.4時不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素熱降解率的影響見圖4。

在pH值5.4條件下，添加賴氨酸對紫玉米芯花青素的熱降解率具有極顯著影響（p＜0.01），花青素的熱降解率基本呈現隨賴氨酸質量分數增加而增加的趨勢，加熱3 h均達最大值。添加0，1%，3%，5%質量分數的賴氨酸所對應的熱降解率依次為18.64%±0.69%，18.81%±0.46%，22.15%±0.74%，22.73%±1.18%。添加0和1%賴氨酸的花青素溶液的熱降解率無顯著差異（p＞0.05），添加質量分數3%和5%賴氨酸的花青素溶液的熱降解率無顯著差異（p＞0.05），添加質量分數3%，5%賴氨酸的花青素溶液的熱降解率極顯著高于添加質量分數0，1%賴氨酸的花青素溶液的熱降解率（p＜0.01）。結果表明，在pH值5.4條件下，添加賴氨酸的質量分數超過3%時，可降低花青素的熱穩定性。

圖4 pH值5.4時不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素熱降解率的影響

2.4 不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素熱降解動力學參數的影響

賴氨酸質量分數對紫玉米芯花青素的熱降解參數影響見表1。

表1 賴氨酸質量分數對紫玉米芯花青素的熱降解參數影響

研究表明，在紫玉米芯花青素中添加賴氨酸后，其熱降解變化情況遵循一級熱降解動力學模型。添加賴氨酸可導致紫玉米芯花青素在熱降解過程中半衰期的縮短，pH值為3.0時，添加質量分數1%，3%，5%賴氨酸組的花青素半衰期比未添加賴氨酸組分別降低了38.67%，40.67%，45.53%；pH值為5.4時，添加質量分數1%，3%，5%賴氨酸組的花青素半衰期比未添加賴氨酸組的分別降低了9.82%，23.57%和23.93%。

添加賴氨酸可增大花青素的熱降解速率常數：pH值為3.0時，添加質量分數1%，3%和5%的賴氨酸組花青素的熱降解速率常數比對照組的分別增加了0.029 1，0.031 7，0.038 6；pH值為5.4時，添加質量分數1%，3%，5%賴氨酸組的花青素降解速率常數比對照組的分別增加了0.091 2，0.034 8，0.052 4。結果表明，溶液中添加賴氨酸能夠降低紫玉米芯花青素的熱穩定性，且加入的賴氨酸質量分數愈高，紫玉米芯花青素的熱穩定性愈差。

3 結論

在pH值3.0和5.4下，添加不同質量分數賴氨酸對紫玉米芯花青素的吸收光譜無明顯影響，pH值3.0時賴氨酸對花青素有減色效應。紫玉米芯花青素顏色受pH值影響較大，在pH值3.0的環境中穩定性相對較高，因此紫玉米芯花青素主要適合于酸性產品的制備。

在pH值3.0和5.4下，于85℃下恒溫水浴處理3 h，添加賴氨酸均可增加花青素溶液的熱降解率，且隨著質量分數增加，花青素的熱降解反應常數逐漸增加、半衰期逐漸降低?？梢?，賴氨酸的添加可降低花青素的熱穩定性。