黑糯米酒中总花色苷测定方法的研究

梁 振1,张 元1,朱明坚1,白卫东1,2*,周子烨1,苏家杰1

(1.仲恺农业工程学院 轻工食品学院,广东 广州 510225;2.广州市广式传统食品加工与安全控制重点实验室,广东 广州 510225)

摘 要:以黑糯米酒为研究对象,对黑糯米酒花色苷的测定方法进行了研究。结果表明,pH示差法、单一pH法和差减法所测标准曲线的相关系数R2分别为0.997 7、0.998 5、0.999 4,线性关系均较好,均可用于测定黑糯米酒中总花色苷含量。3种方法测定黑糯米酒花色苷的平衡温度为30℃,平衡时间为40min,测定波长为511 nm。单一pH法和差减法的最适pH值为0.8,pH示差法最适pH值为0.8和4.5。3种方法可直接测定黑糯米酒总花色苷含量,且精密度良好,其中pH示差法精密度最高,相对标准偏差(RSD)为0.83%。pH示差法加标回收率试验结果RSD为0.38%,表明该优化条件后的方法可靠、准确,适用于黑糯米酒中总花色苷测定。

关键词:黑糯米酒;花色苷;测定方法

黑糯米酒在我国有着悠久的酿造和饮用历史,其富含矿物质元素、γ-氨基丁酸和黄酮类化合物等,具有预防老年痴呆等功效[1]。此外,黑糯米酒中的花色苷类物质增强了黑糯米酒的抗氧化能力,同时也使得黑糯米酒的颜色与众不同[2]

目前,对于花色苷测定方法的研究较多,其中以pH示差法、单一pH法和差减法的应用较为普遍,但精密度差异较大。翦祎等[3]比较了以上3种方法测定干红葡萄酒花色苷结果的差异性,发现3种方法的测定结果无显著差异。唐琳等[4]对单一pH法和pH示差法测定玫瑰花花色苷的方法进行了研究,发现单一pH法受溶剂影响较大,测定时必须在同一溶剂中进行;pH示差法的准确性较高,但测定时要保证样品吸光度值在0.2以上。霍琳琳等[5]比较了直接分光光度法和pH示差法,发现两种方法无显著差异。花色苷测定方法的选定是花色苷后续研究的基础,以黑糯米酒花色苷为研究对象,通过对以上3种测定方法进行综合比较,得到黑糯米酒花色苷测定最佳方法和最优条件,给后续黑糯米花色苷测定提供一些有益的参考。

由于在黑糯米酒的发酵、陈酿以及贮藏等过程中,其花色苷种类和含量会随发酵微环境、介质温度、外界光照等变化而发生改变,而且花色苷的组成较为复杂,其最大吸收波长始终处于动态变化的过程中,因此,一般均选用花色苷标准品来表示黑糯米酒中总花色苷含量。矢车菊素在自然界中分布最为广泛且含量最为丰富[6],相关研究表明,黑糯米种皮中富含矢车菊-3-O-葡萄糖苷(cyanidin-3-O-glucoside),而且矢车菊素在黑糯米酒中含量较高[7-8],因此以矢车菊-3-O-葡萄糖苷为标准品来表示黑糯米酒总花色苷。通过对黑糯米酒花色苷的测定方法的研究,以期得到一种适合黑糯米酒总花色苷测定的方法,对更深入地研究花色苷有着重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑糯米、酒曲:贵州永红酒厂提供;黑糯米酒:实验室自酿。

柠檬酸、柠檬酸三钠、亚硫酸钠、酒石酸钾钠(分析纯):天津市福晨化学试剂厂;氯化钾、三水合乙酸钠、氢氧化钠、葡萄糖(分析纯):广州化学试剂厂;盐酸(分析纯):大丰市俐科发特种化学试剂厂;矢车菊-3-O-葡萄糖苷标准品:北京世纪奥科生物技术有限公司。

缓冲液(pH 0.5~2.0:将HCl逐滴滴入0.1mol/L柠檬酸;pH 0.8缓冲液0.2mol/L KCl∶0.3mol/L HCl=29∶40;pH 4.5缓冲液0.2mol/L NaAc·3H2O:0.2mol/LHAc=1∶1;pH 3.0缓冲液0.1mol/L柠檬酸∶0.1mol/L柠檬酸钠=82∶18;pH 4.0缓冲液0.1mol/L柠檬酸∶0.1mol/L柠檬酸钠=59:41;pH 5.0缓冲液0.1mol/L柠檬酸∶0.1mol/L柠檬酸钠=35∶65;pH 6.0缓冲液0.1mol/L柠檬酸∶0.1mol/L柠檬酸钠=12∶88)。

1.2 仪器与设备

TU-1901双光束紫外可见分光光度计:北京普析通用仪器有限责任公司;SP-02恒温培养箱:黄石市恒丰医疗器械有限公司;HH-2数显恒温水浴锅:上海泰坦科技股份有限公司;PB-10酸度计:赛多利斯科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 黑糯米酒花色苷测定波长的选定

配制质量浓度为500mg/L的矢车菊-3-O-葡萄糖苷标准溶液,从中吸取1m L用去离子水稀释6倍,再吸取1m L稀释后溶液并用pH 0.8缓冲液定容至10m L。以pH 0.8缓冲液作为空白,于波长350~710 nm区间对酒样进行全波段扫描,确定其最大吸收波长,并测定吸光度值。

1.3.2 测定条件选定

缓冲液pH的选定:在11支比色管中各加入1m L的酒样,再加入9m L pH为0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、2.0、3.0、4.0、4.5、5.0、6.0的缓冲溶液,30℃恒温水浴平衡40m in后,以去离子水作为空白,测定其最大吸收波长处吸光度值。

平衡温度和平衡时间的选定:向6个100m L容量瓶中加入酒样10m L,其中3个容量瓶中加入pH 0.8缓冲溶液并定容至100m L,另外3个容量瓶中加入pH4.5缓冲溶液并定容至100m L。分别置于20℃、30℃、40℃的水浴锅中,每隔20min在波长511 nm条件下测定吸光度值。

1.3.3 矢车菊-3-O-葡萄糖苷标准曲线的绘制

将500mg/L的花色苷标准品溶液用去离子水分别稀释2、4、6、8、10、20、40倍(质量浓度分别为250mg/L、125mg/L、83.33mg/L、62.5mg/L、50mg/L、25mg/L、12.5mg/L),从中各吸取1m L并用pH 0.8缓冲液定容至10m L,在30℃恒温水浴平衡40min,以pH 0.8的缓冲溶液作为空白,在波长350~710 nm区间对样品进行全波段扫描,并记录曲线。在最大吸收波长处测定吸光度值,绘制标准曲线。

1.3.4 3种方法测定黑糯米酒总花色苷

pH示差法:分别量取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0m L酒样于10个10mL容量瓶中,设A、B两组平行。A组:加入pH 0.8的缓冲液并定容,B组:加入pH 4.5的缓冲液并定容。于30℃恒温水浴平衡40min后,以去离子水作为空白,在波长511 nm和700 nm处测定其吸光度值[9-10]

单一pH法:分别量取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0m L酒样于10个10m L容量瓶中,再用pH 0.8缓冲液定容。于30℃恒温水浴平衡40m in后,以去离子水作为空白,在波长511 nm和700 nm处测定吸光度值。

差减法:分别量取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0m L酒样于10个10m L容量瓶中,再用pH 0.8的缓冲液定容。另外量取上述相同体积的酒样于10个10m L容量瓶中,添加0.8m L20%的Na2SO3溶液,再用pH 0.8的缓冲液定容至10m L。置于30℃水浴锅中平衡40min后,以去离子水作为空白,在波长511 nm和700 nm处测定吸光度值。

1.3.5 总花色苷计算方法

pH示差法[9-10]测定花色苷含量公式:

式中:A=Aλmax;M w为矢车菊-3-O-葡萄糖苷分子量,449.38g/mol;DF为稀释倍数;ε为矢车菊-3-O-葡萄糖苷摩尔消光系数,26 900 L/(mol·cm)-1;I为比色杯光程/1cm;A1和A2分别为使用亚硫酸钠漂白前和漂白后所测得的酒液吸光度值;k为用矢车菊-3-O-葡萄糖苷绘制的标准曲线斜率。

1.3.6 黑糯米酒酒精含量对测定结果的影响

用无水乙醇配制酒精含量为20%vol、40%vol、60%vol、80%vol、100%vol的酒精溶液。分别吸取1m L酒样于18个10m L容量瓶中,各加入1m L上述酒精,并分为A、B、C共3组,每组6个。向A组和B组容量瓶中分别加入pH 0.8和pH 4.5的缓冲液并定容,向C组中先添加0.8m L 20%亚硫酸钠溶液,再用pH 0.8的缓冲溶液定容。将这18个容量瓶放入30℃水浴锅中,40min后,以去离子水作为空白,于波长511 nm和700 nm处测定吸光度值。

1.3.7精密度和加标回收率试验

吸取2m L酒样于3个20m L容量瓶中,往其中2个容量瓶中分别加入pH 0.8和pH 4.5的缓冲溶液并定容,向剩下1支容量瓶先加入1.6m L 20%的亚硫酸钠溶液,再用pH 0.8缓冲液定容。于30℃恒温处理40m in后,以去离子水为空白,于波长511 nm和700 nm处测定吸光度值。

分别从已知花色苷浓度黑糯米酒中吸取1m L至两个容量瓶里,然后用pH 0.8的缓冲溶液定容至10m L,向其中一个容量瓶中再添加1m L稀释6倍的矢车菊-3-O-葡萄糖苷标准品溶液,于30℃恒温处理40min,以去离子水作为空白,于波长511 nm和700 nm处测定吸光度值。

2 结果与分析

2.1 黑糯米酒花色苷的光谱特性

图1 矢车菊-3-O-葡萄糖苷的紫外可见吸收光谱图
Fig.1 UV-visible absorption spectra of cyanidin-3-O-glucoside

从图1可以看出,波长350~511 nm处吸光度值不断增大,直至511 nm附近趋于稳定;波长511~600 nm处吸光度显著降低,波长600~710 nm处吸光度值基本保持在0附近。当波长为511 nm附近时,矢车菊-3-O-葡萄糖苷出现强烈的吸收峰(吸光度值为0.402),因此选定最大吸收波长λmax=511 nm作为黑糯米酒花色苷的测定波长。卢钰等[11-12]也选用矢车菊-3-O-葡萄糖苷为标样,最大吸收波长为520 nm。

2.2 测定条件选定

2.2.1 缓冲液pH的选定

由于自身结构特性,花色苷只有在pH<7的环境中保持稳定,故仅需考察缓冲溶液pH<7的条件下花色苷的吸光度值[3]。从图2可以看出,在pH=0.8时吸光度值最高,在pH=4.5时所测得的吸光度值最低,pH>4.5时所测得吸光度值基本不变,原因可能是pH>4.5时花色苷在波长511 nm处无吸收并且转化成无色结构。pH示差法中,两个pH条件下的吸光度值差距最大且能保持稳定,通过这两个示差pH可计算得到花色苷含量[13]。黑糯米酒花色苷在pH值为0.8和4.5时的吸光度值的差值是最大的,并且在pH 0.8和pH 4.5左右的吸光度浮动较小,所以本实验选择缓冲液pH 0.8和pH 4.5来检测黑糯米酒样品花色苷的吸光度值。

图2 缓冲液pH值对花色苷的影响
Fig.2 Effect of buffer solution pH on anthocyanin

2.2.2 平衡温度和平衡时间的选定

花色苷溶液加入pH缓冲液后,需要放置一段时间,待达到平衡之后方可用于检测[14]。研究显示,花色苷在高于40℃的介质中稳定性很差[15],所以选择在低于40℃条件下进行平衡。

图3 pH值为0.8(A)、pH值为4.5(B)时平衡温度、时间对花色苷影响
Fig.3 Effect of equilibrium temperature and time on anthocyanin at pH 0.8(A)and 4.5(B)

由图3可知,在pH 0.8的缓冲介质中,20℃和30℃条件下,样品的吸光度值随时间延长整体呈上升趋势,40min后慢慢趋于平缓,其中30℃条件下的吸光度值始终高于20℃的吸光度值。40℃条件下吸光度值随着时间延长吸光度值先增加,但在40min时达到平衡后减少,60min后趋于平缓。在pH 4.5缓冲介质中,20℃、30℃、40℃条件下的吸光度值随着时间延长整体呈下降趋势,分别在60min、40min和60m in后逐渐趋于平缓。其中,在40℃条件下,20m in时达到平衡一段时间后继续呈下降趋势,可能是由于花色苷被O2氧化,从而影响了吸光度值。

综上所述,当3个温度最后达到平衡时,黑糯米酒花色苷在30℃条件下,在不同pH值缓冲液的吸光度差值最大且最稳定,并于40min时基本呈稳定状态,因此平衡温度和时间选定为30℃、40min。

2.3 标准曲线的绘制

矢车菊素-3-O-葡萄糖苷标准曲线方程为y=0.044 9x+0.02,R2=0.996 4,表明矢车菊-3-O-葡萄糖苷质量浓度在11.39~221.72mg/L范围内,与溶液的吸光度值呈现良好的线性相关。

2.4 3种总花色苷测定方法的比较

由图4可知,3种测定方法曲线均呈现出良好的线性相关,相关系数(R2)均大于0.99,表明3种方法都可以检测黑糯米酒中的总花色苷。

图4 pH示差法(A)、单一pH法(B)、差减法(C)测总花色苷含量比较
Fig.4 Comparison of totalanthocyanin content determ ined by pH differentialmethod(A),single pH method(B)and subtraction method(C)

2.5 酒液pH对测定结果的影响

由图5可知,酒液pH为4时,3种方法所测得的花色苷吸光度值均为最大值,并且酒液pH4附近时所测得的吸光度值差距很小。酒液pH为1和6时,3种方法所测得的吸光度值低于其他pH条件下吸光度值。综上所述,用3种方法测定酒液样品吸光度值时,首先要保证所测的酒液样品pH在4附近(pH为3~5)。经测定,所用黑糯米酒的pH值为3.70,在其范围内,因此不需调整pH。

图5 酒液pH值对3种方法测定结果的影响
Fig.5 Effectofwine pH on determ ination results of three kinds ofmethods

2.6 黑糯米酒乙醇体积分数对测定结果的影响

由图6可知,3种方法所得结果的曲线没有明显的变化趋势,而且差距不大。单一pH法、pH示差法、差减法测定黑糯米酒花色苷吸光度值的标准偏差依次为0.010、0.009 9、0.004 4。可见黑糯米酒中的酒精含量基本不影响测定结果的准确性,可以不计加热时乙醇挥发对测定结果带来的影响。

图6 酒精含量对3种方法测定结果的影响
Fig.6 Effect of alcohol content on determ ination results of three kinds ofmethods

2.7 3种方法精密度试验

采用优化后pH示差法、单一pH法和差减法对样品重复测6次,从表1可知,其相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)分别为0.83%、1.60%和1.24%,表明这3种方法测定黑糯米酒花色苷的精密度良好,其中pH示差法精密度最高。

单一pH法比另外两种方法的操作更加简便、步骤更少、数据处理相对较简易,在花色苷定量检测中应用广泛[16],但存在不全面、方向单一,针对性不强等缺点。此外,在精密度试验中单一pH法的相对标准偏差最高为1.60%,精密度相对另外两种方法稍差。

表1 3种方法精密度试验结果
Table 1 Precision test results of three kinds ofmethods

序号1 2 3 4 5 6标准差平均值RSD/%38.42 38.09 37.59 37.59 37.92 38.26 0.31 37.98 0.83 52.29 54.46 53.79 54.79 53.96 53.29 0.86 53.86 1.60 56.35 57.01 55.01 57.02 56.79 56.12 0.70 56.38 1.24花色苷含量/(mg·L-1)pH示差法 单一pH法 差减法

pH示差法和差减法的优势在于仪器廉价,操作简单,实用性强。由于差减法需要用到漂白剂,操作过程相对比较复杂,容易造成误差。此外,漂白剂的添加会使得干扰物的吸光度值下降,导致最终结果比实际值偏大,偏差相对较大[17]。pH示差法方便、快捷、精确,适用于有干扰物的溶液中花色苷检测,可以排除非花色苷类物质对测定结果的影响[18]。王颖等[19-20]均使用该方法对有色马铃薯总花色苷进行检测。因此选择pH示差法对黑糯米酒花色苷测定。2.8 pH示差法加标回收率试验

表2 加标回收率试验结果
Table 2 Results of standard recovery rate test

酒液花色苷含量/(mg·L-1)加标量/(mg·L-1)测得量/(mg·L-1)回收率/%平均回收率/%标准偏差/%RSD/%84.95 85.73 85.93 79.29 79.29 79.29 163.07 164.24 163.82 98.52 99.01 98.28 98.60 30.01 0.38

由表2可知,加标回收率平均值达98.60%,RSD为0.38%,表明该优化条件后的方法可靠、准确,适用于黑糯米酒中总花色苷测定。

3 结论

对黑糯米酒花色苷的测定方法进行了研究。结果表明,pH示差法、单一pH法和差减法所测标准曲线的相关系数为0.997 7、0.998 5、0.999 4,线性关系较好,均可用于测定黑糯米酒中总花色苷含量。3种方法测定黑糯米酒花色苷的平衡温度为30℃,平衡时间为40min,测定波长为511 nm。单一pH法和差减法的最适pH为0.8,pH示差法最适pH为0.8和4.5。3种方法可直接测定黑糯米酒总花色苷含量,且精密度良好,其中pH示差法精密度最高,相对标准偏差(RSD)为0.83%。pH示差法加标回收率试验结果RSD为0.38%,表明该优化条件后的方法可靠、准确,适用于黑糯米酒中总花色苷测定。

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Determinationmethod of totalanthocyanin in black glutinous ricew ine

LIANG Zhen1,ZHANG Yuan1,ZHUM ingjian1,BAIWeidong1,2*,ZHOU Ziye1,SU Jiajie1
(1.College ofFood Science and Technology,ZhongkaiUniversity ofAgriculture and Engineering,Guangzhou 510225,China;2.Guangzhou Key Laboratory ofGuangdong Style Traditional Food Processing and Safety Control,Guangzhou 510225,China)

Abstract:Using black glutinous rice wine as research object,the determinationmethod of anthocyanin in black glutinous rice wine was studied.The results showed that the correlation coefficient of the standard curve determined by pH differentialmethod,single pH method and subtraction method were 0.997 7,0.998 5 and 0.999 4,respectively,and the linear relationship was all good,which could be used to determine the total anthocyanins content in black glutinous ricewine.Theequilibrium temperature,time andmeasurementwavelength of three kindsofmethods for the determination of anthocyanin in black glutinous ricewinewas30℃,40min,and 511 nm,respectively.The optimum pH for the single pH method and the subtraction method was 0.8,and the optimum pH for the pH differentialmethod was 0.8 and 4.5.Three kinds of methods could directly determine the total anthocyanins content in black glutinous ricewine,and the precision wasgood.Among them,the pH differentialmethod had the highestprecision,and the relative standard deviation(RSD)was0.83%.The RSD of standard recovery rate testof the pH differentialmethod was0.38%,which indicated that theoptim izedmethod was reliable,accurate,and wassuitable for thedetermination of totalanthocyanins in black glutinous ricewine.

Keywords:black glutinous ricewine;anthocyanin;determinationmethod

中图分类号:TS261.4

文章编号:0254-5071(2019)08-0132-05

doi:10.11882/j.issn.0254-5071.2019.08.026

引文格式:梁振,张元,朱明坚,等.黑糯米酒中总花色苷测定方法的研究[J].中国酿造,2019,38(8):132-136.

收稿日期:2019-03-15

修回日期:2019-06-10

基金项目:广州市科技计划项目(201604020001)

作者简介:梁 振(1994-),男,硕士研究生,研究方向为食品化学。

*通讯作者:白卫东(1967-),男,教授,博士,研究方向食品化学。