Janusz Czapski, Dorota Walkowiak

Janusz Czapski, Dorota Walkowiak-Tomczak
Zakład Technologii Owoców i Warzyw
Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu
Zmiany parametrów barwy roztworów antocyjanów
w czasie ogrzewania
Streszczenie
Celem pracy było okre lenie zmian zawarto ci barwników antocyjanowych oraz parametrów barwy
w układzie CIE L*a*b* roztworów antocyjanów w czasie ogrzewania. Badania przeprowadzono dla
barwników z czerwonych winogron (enocyjanina), czerwonej kapusty, czarnej marchwi oraz aronii.
W czasie ogrzewania nast powała degradacja barwników, tym wi ksza im dłu szy był czas
ogrzewania oraz wy sza temperatura. Wzrastały warto ci jasno ci L* i parametru b*, natomiast
zmniejszały si warto ci parametru a*. Dla poszczególnych preparatów obserwowano wysok
korelacj tyko mi dzy warto ciami składowych barwy. Brak zale no ci korelacyjnej mi dzy
składowymi barwy, parametrami barwy L*a*b* a zawarto ci barwników wskazuje, e dla
okre lenia jej jako ci konieczny jest pomiar parametrów barwy roztworów antocyjanów,
Metoda powierzchni odpowiedzi umo liwia dobre przewidywanie zmian barwy w zale no ci od
warunków ogrzewania.
Słowa kluczowe: antocyjany, ogrzewanie, warunki rodowiska, barwa, CIE
Wprowadzenie
Antocyjany s barwnikami wyst puj cymi w owocach i niektórych warzywach. Barwa
produktów zawieraj cych barwniki antocyjanowych ulega w czasie ogrzewania i
przechowywania szybkim zmianom wskutek ich degradacji i powstawania barwników ółtych.
Celem bada było okre lenie wpływu pH, temperatury i czasu ogrzewania oraz st enia
pocz tkowego barwników na parametry barwy roztworów preparatów barwników
antocyjanowych ró nego pochodzenia, stosowanych do barwienia produktów
ywno ciowych. Zastosowano optymalne plany eksperymentu, co pozwala na uzyskanie
wielu danych z niewielkiej liczby do wiadcze , a uzyskane wyniki mo na stosunkowo łatwo
zinterpretowa , okre li optymalne poziomy badanych czynników niezale nych oraz okre li
interakcje pomi dzy tymi czynnikami [Gacula 1996, Czapski i in. 1998].
Metodyka
27
Badania przeprowadzono dla barwników z czerwonych winogron (enocyjanina), czerwonej
kapusty, czarnej marchwi oraz aronii, otrzymane z firmy Hansen i Diana. Do wiadczenia
przeprowadzano w oparciu o metod płaszczyzn odpowiedzi wg planu Box-Behnkena dla
modelu kwadratowego i 4 czynników do wiadczalnych:
czynnik A: pH 3 – 5;
czynnik B: st enie pocz tkowe antocyjanów 5-20 mg/100 mL;
czynnik C: czas ogrzewania 0 - 120 min;
czynnik D: temperatura ogrzewania (70 - 90OC).
Ogrzewanie roztworów przeprowadzano w ampułkach szklanych bez dost pu powietrza.
Zawarto barwników oznaczano spektrofotometryczn metod ró nicow [Wrolstad 1976],
a parametry barwy w układzie CIE L*a*b* mierzono za pomoc spektrofotometru Hitachi U
3000 w wietle przepuszczonym przy grubo ci warstwy 2 mm.
Dla umo liwienia porównywania czynników fizycznych wyra anych ró nymi miarami,
przeprowadzano normalizacj ich warto ci, a wi c warto –1 odpowiada najni szemu, a +1
najwy szemu poziomowi czynnika.
Omówienie wyników
barwniki mg/100mL
Ton barwy prób dla poszczególnych preparatów był bardzo zró nicowany ju przed
ogrzewaniem, co spowodowane było du ym zakresem odczynu roztworów oraz st enia
barwników. Dodatkowym czynnikiem ró nicuj cym jest odmienny skład antocyjanidyn w
poszczególnych preparatach.
13.7
12.5
11.2
10.0
8.7
70
D: temp
O
C
Rys.
75
80
85
90
90
120
60
30
0
C: czas
min
1.
Powierzchnia odpowiedzi dla zmian zawarto ci barwników
antocyjanowych w roztworze enocyjaniny w zale no ci od czasu (D) i
temperatury
ogrzewania
(D).
Płaszczyzna
obliczona
przy
znormalizowanych warto ciach pozostałych zmiennych równych 0.
Fig. 1. Response surfaces for changes in anthocyanin dye concentration in
enocyanine solution depending on time (D) and heating temperature
(D). The surface calculated at standard values the other variables
equal to 0 .
Czerwona kapusta oraz czerwona marchew, obok antocyjanów wyst puj cych w
pozostałych preparatach, zawieraj antocyjany acylowane [Dyrby 2001].
28
W czasie ogrzewania nast powała degradacja barwników, tym wi ksza im dłu szy był czas
ogrzewania oraz wy sza temperatura, co przykładowo przedstawiono dla roztworów
enocyjaniny na rys. 1.
Na zawarto antocyjanów po ogrzewaniu najwi kszy wpływ miała pocz tkowa zawarto
barwników (czynnik B), która ró nicowała próby w znacznie wi kszym stopniu ni pozostałe
zmienne (rys. 2). W przypadku pozostałych czynników wpływ ich zmniejszał si w
nast puj cej kolejno ci: czas (C), temperatura (D) i pH (A). Nale y podkre li , e mo na tu
porównywa tylko ich wpływ w badanych zakresach.
B
barwniki mg/100 mL
17
14
C
AD
11
DA
C
8
B
5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Poziom czynnika
Rys. 2. Przekroje przez powierzchnie odpowiedzi dla zmian zawarto ci
barwników podczas ogrzewania roztworu enocyjaniny. Krzywe obliczone
przy znormalizowanych warto ciach pozostałych zmiennych równych 0.
Fig. 2. Cross sections through response surfaces for changes in dye
concentration while heating the enocyanine solutions. Curves were
calculated at standard values the other variables equal to 0.
W przypadku warto ci składowych barwy XYZ, obok wpływu zawarto ci barwników, wyra nie
zaznaczył si wpływ odczynu rodowiska (rys. 3). W porównaniu z tymi czynnikami, wpływ
temperatury i czasu ogrzewania był znacznie ni szy.
78
X
B
73
68
61
A
D
58
48
83
B
C D
C
A
B
38
-1.0 -0,5 0,0
0.5
Poziom czynnika
1.0
A
Y
49
37
CD
25
A
-1.0
CD
B
-0.5 0.0
0.5
Poziom czynnika
1.0
B
70
Z
A
57
44
29
CD
CD
B
A
-1.0 -0.5
0.0 0.5
1.0
Poziom czynnika
Rys. 3. Przekroje przez powierzchnie odpowiedzi dla zmian składowych barwy
podczas ogrzewania roztworu enocyjaniny. Krzywe obliczone przy
znormalizowanych warto ciach pozostałych zmiennych równych 0.
29
Fig. 3. Cross sections through response surfaces for changes in colour
components while heating the enocyanine solutions. Curves were
calculated at standard values the other variables equal to 0.
73
L*
b)
B
61
A
49
37
25
CD
A
C
D
A
44
a*
34
C
D
24
B
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
Poziom czynnika
54
8.5
B
D
C
B
A
14
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
Poziom czynnika
A
6,0
b*
3,5
B D
1,0
D
-1,5
B
C
-1.0 -0.5 0.0 0.5
Poziom czynnika
C
A
1.0
Rys. 4. Przekroje przez powierzchnie odpowiedzi dla zmian parametrów barwy
L*a*b* podczas ogrzewania roztworu enocyjaniny. Krzywe obliczone
przy znormalizowanych warto ciach pozostałych zmiennych równych 0
Fig. 4. Cross sections through response surfaces for changes in colour
parameters L*a*b* while heating the enocyanine solutions. Curves were
calculated at standard values the other variables equal to 0
Wraz ze wzrostem czasu i temperatury ogrzewania nast pował wzrost jasno ci barwy L*
oraz parametru b* (udział barwy ółtej), natomiast zmniejszały si warto ci parametru a*
(udział barwy czerwonej) (rys. 4). Wpływ tych czynników, pomimo drastycznych jak dla soku
warunków ogrzewania, był znacznie ni szy ni wpływ pH i st enia barwników w badanym
zakresie.
Dla poszczególnych preparatów obserwowano wysok korelacj tyko mi dzy warto ciami
składowych barwy. Mi dzy składowymi barwy XYZ, parametrami barwy L*a*b* a zawarto ci
barwników brak jest istotnej zale no ci korelacyjnej (rys. 5). Wskazuje to, e dla okre lenia
jako ci barwy roztworów antocyjanów konieczny jest pomiar trzech parametrów barwy.
30
L*
a*
b*
c*
h*
BARWNIKI
mg/100mL
Rys. 5. Zale no
mi dzy parametrami barwy i zawarto ci barwników
ogrzewanych roztworów barwników aronii..
Fig. 5. Relations between colour parameters and dye concentration of aronia dye
solution being heated.
Dla prawie wszystkich badanych odpowiedzi uzyskano dopasowanie dla powierzchni 2-go
stopnia, istotne na poziomie <0,001 oraz wysokie warto ci R2 dla przewidywanych warto ci.
Dopasowanie powierzchni 1-go stopnia uzyskano tylko dla zmian zawarto ci barwników (ryc.
1). Metoda powierzchni odpowiedzi w badanym zakresie czynników do wiadczalnych
umo liwia dobre przewidywanie zmian barwy w zale no ci od warunków ogrzewania.
Najlepsze dopasowanie uzyskiwano najcz ciej dla warto ci składowych barwy X, Y i Z,
mniejsze natomiast dla warto ci a* i b*.
31
Wnioski
Wraz ze wzrostem czasu i temperatury ogrzewania roztworów antocyjanów nast pował
wzrost jasno ci barwy L* oraz parametru b*, natomiast zmniejszały si warto ci parametru
a*.
Dla okre lenia jako ci barwy konieczny jest pomiar parametrów barwy roztworów
antocyjanów.
Metoda powierzchni odpowiedzi umo liwia dobre przewidywanie zmian barwy na podstawie
warunków ogrzewania.
Bibliografia
Czapski J., Grajek W., Maksymiuk M. [1998]: Analysis of biodenitrification conditions of red
beet juice using the response surface method. J. Agric. Food Chem., 46, 4702-4705.
Dyrby M., Westergaard N., Stapelfeldt H. [2001]: Light and heat sensivity of red cabbage
extract in soft drink and model systems. Food Che., 72, 222.
Gacula M. C. Jr. [1996]: Product optimization. W: Design and Analysis of Sensory
optimization. Food and Nutrition Press, Trumbull, CT, 105—235
Wrolstad R.W. [1976]: Color and pigment analyses in fruit products. Station Bulletin 624,
Agr. Expt St., Oregon State Univ., Corvallis,.
Badania wykonano w ramach grantu KBN 3P06T 035 22
32
Changes in colour parameters of anthocyanin solutions while heating
Summary
It is the object of this work to determine the changes in concentration of anthocyanin dyes
and colour parameters in a CIE L*a*b* system of anthocyanin solution while heating.
Investigations were focused on dyes obtained from red grapes (enocyanine), red cabbage,
black carrot, and aronia.
Dyes in the course of heating were subjected to degradation proportionally to an increase in
time of heating and a rise in temperature. Values of the brightness L* and the parameter b*
were on the increase, whereas values of the parameter a* were decreasing. For individual
preparations, the high correlation was observed only among constituent values of colour. A
lack of correlation between the components of colour, colour parameters L*a*b* and the dye
concentration shows that the measurement of colour parameters for anthocyanin solutions is
required to determine its quality.
A response surface method proves right prediction of changes in colours depending on
heating conditions.
Keywords: anthocyans, heating, environmental conditions, colours, CIE
33