黑加侖果汁中花色苷的貯藏穩(wěn)定性

趙玉紅，賈琳娜，趙鐵楠，高玉梅，張立鋼

（1.東北林業(yè)大學林學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.林下經濟資源研發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江 哈爾濱 150040；3.東北農業(yè)大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

黑加侖果汁中花色苷的貯藏穩(wěn)定性

趙玉紅1,2，賈琳娜1，趙鐵楠1，高玉梅1，張立鋼3,*

（1.東北林業(yè)大學林學院，黑龍江 哈爾濱 150040；2.林下經濟資源研發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江 哈爾濱 150040；3.東北農業(yè)大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

以黑加侖果汁為原料，研究不同溫度、不同可溶性固形物含量和抗氧化劑（抗壞血酸）存在條件下貯藏過程中果汁花色苷的化學穩(wěn)定性、降解動力學及顏色變化。結果表明：果汁中花色苷在4 ℃、可溶性固形物含量9°Brix條件下較穩(wěn)定，隨著貯藏溫度升高和可溶性固形物含量升高，花色苷殘留率越低。貯藏過程中花色苷的降解符合一級反應動力學，反應速率常數k越大，半衰期t1/2越小，活化能Ea越低。添加50 mg/L抗壞血酸使果汁花色苷降解速率常數k明顯增大，半衰期t1/2和降解活化能Ea明顯減小，因此抗壞血酸對花色苷殘留率的減少有促進作用。在貯藏過程中隨著時間的推移，花色苷不斷的減少，果汁發(fā)生褐變，亮度和紅色度逐漸降低，黃色度逐漸增加，而且抗壞血酸對貯藏過程中花色苷的顏色變化具有促進作用。

黑加侖果汁；花色苷；化學穩(wěn)定性；顏色變化；反應動力學

黑加侖，又名黑穗醋栗、黑豆果，為虎耳草目茶藨子科小型灌木，成熟果實為黑色小漿果，其主要種植區(qū)分布在黑龍江、吉林、遼寧、新疆等地[1]。黑加侖中總花青素含量為350 mg/100 g鮮果質量，是草莓的8.8 倍[2]?；ㄉ帐腔ㄇ嗨嘏c糖以糖苷鍵結合而成的一類化合物[3]，廣泛存在于植物的花、果實、莖葉和根的細胞中。花色苷不但是天然食用色素，是國內外公認的替代人工合成食用色素的理想資源，而且具有美容、養(yǎng)顏、降脂、減肥和抗衰老等重要的生理功能[4]。但花色苷穩(wěn)定性差，研究證明花色苷除受其結構影響外，還易受pH值、溫度、光、氧、酶、抗壞血酸、糖及其降解產物、二氧化硫、氨基酸、酚酸、金屬離子、加工方法等影響[5-9]。目前對天然花色苷化學結構與花色苷褪色機理的研究還不是很清楚，且穩(wěn)定性受到多種因素的影響，不同因素作用下花色苷降解動力學也不盡相同，在食品工業(yè)中很難加以控制。因此對影響花色苷穩(wěn)定性的各種因素的協(xié)同作用進行系統(tǒng)性的研究，并通過環(huán)境因素的協(xié)同作用，提高花色苷類色素在食品貯藏加工中的穩(wěn)定性非常必要。

隨著消費者口味需求的變化，越來越多的消費者對漿果果汁飲料情有獨鐘。在果汁飲料生產過程中，為了方便貯藏和運輸，經常將果汁進行濃縮處理，因此，貯藏溫度和濃縮后的不同可溶性固形物含量是影響貯藏穩(wěn)定性的關鍵因素。雖然不同來源花色苷的熱穩(wěn)定性已受到國內外一些學者的關注，如郭慶啟等[10-11]分別研究了樹莓果汁和藍靛果果汁中花色苷在50～80 ℃時的熱降解動力學，降解過程符合一級動力學反應，隨著溫度的升高，活化能Ea和半衰期t1/2顯著下降。但對漿果中花色苷尤其是黑加侖花色苷穩(wěn)定性的研究還只限于分析加熱過程中花色苷含量的變化和熱降解動力學[12]，關于其在不同可溶性固形物條件下，貯藏過程中的穩(wěn)定性研究未見報道。添加抗氧化劑如抗壞血酸對貯藏過程中黑加侖果汁花色苷的含量變化和降解動力學的研究尚未見報道。果汁顏色是評價保質期和產品質量的重要指標[13]，果汁中花色苷在不同條件下其顏色及其深淺也不盡相同，且花色苷是一類不穩(wěn)定的物質，在生產和貯藏中容易發(fā)生化學變化，導致加工和貯藏過程中的顏色劣變，因此監(jiān)測果汁顏色變化，可從另一側面反映出其中花色苷穩(wěn)定性變化，郭松年等[14]對石榴汁花色苷顏色變化進行了探討，發(fā)現其顏色隨時間和溫度的升高，a值下降，b值上升，而針對黑加侖果汁及其濃縮汁在貯藏過程中顏色變化的研究尚未見報道。

本實驗擬對黑加侖果汁在貯藏過程中受貯藏溫度、果汁可溶性固形物含量、抗壞血酸影響引起的花色苷含量、降解動力學和顏色變化進行研究，探討黑加侖果汁適宜的貯藏參數，為黑加侖果汁及其他漿果果汁的貯藏及應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑加侖冷凍鮮果 黑龍江哈爾濱市本色集團。

鹽酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉、醋酸鈉、冰乙酸、氯化鉀、抗壞血酸均為國產分析純

1.2 儀器與設備

JA2003分析天平 上海飛科公司；榨汁機 荷蘭Philips有限公司；H.H.S電熱恒溫水浴鍋 沈陽萊柏利德有限公司；SZ-4旋轉蒸發(fā)儀 沈陽萊柏利德有限公司；TDL-5W臺式低速離心機 湖南星科科學儀器有限公司；PB-10 pH計 Sartorius儀器（北京）有限公司；TV-1810紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；YP2001N臺秤 上海精密科學儀器有限公司；BCD-215KS電冰箱 Haier有限公司；MQK-92手持式糖量計 上海米青科實業(yè)有限公司；ZR700數碼相機日本卡西歐公司；密封干燥器 長春百奧生物儀器有限公司；DNP-9052電熱恒溫培養(yǎng)箱 嘉興市中新醫(yī)療儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料預處理

以黑加侖鮮果為原料，除去腐爛果實，將果實清洗后，進行破碎處理，用打漿機打碎后，過濾得到果汁，果汁用離心機離心，轉速為4 000 r/min，離心時間設定5 min，得到原汁[15]。采用手持糖量計測定原汁可溶性固形物含量為9 °Brix、pH計測定原汁pH 2.9。

采用旋轉蒸發(fā)儀將黑加侖果汁進行濃縮，實驗條件下最大濃縮至可溶性固形物含量為40 °Brix，因此將原汁分別濃縮至可溶性固形物含量為20、30、40 °Brix。旋轉蒸發(fā)的溫度設定為45 ℃，真空度為1 Pa。

果汁的酸度pH 2.9，不利于果汁中微生物生長，在濃縮果汁中，一般性細菌難以忍受高含量的糖分和低pH值。一般果汁變質后會呈現混濁、產生酒精和有機酸變化，導致原有風味被破壞或產生一些不愉快的異味。在60 d密封貯藏過程中，感官評價上只出現顏色褐變并未產生渾濁和不愉快異味。

1.3.2 花色苷穩(wěn)定性的分析

將黑加侖果汁（9 °Brix）和可溶性固形物含量為20、30、40 °Brix濃縮汁分裝于容量為10 mL的帶蓋玻璃瓶中，密封，分別置于4、25、40 ℃條件下避光貯藏，每10 d測量花色苷的含量并記錄顏色變化，每個樣品平行3 組實驗。

分別在黑加侖果汁（9 °Brix）和可溶性固形物含量為20、30、40 °Brix濃縮汁中添加50 mg/L抗壞血酸混合均勻[16]，裝入10 mL的帶蓋玻璃瓶中，密封，分別置于4、25、40 ℃條件下避光貯藏，每6 d測量花色苷的含量并記錄顏色變化，每個樣品平行3 組實驗。

1.3.3 花色苷含量的測定

采用pH示差法[12,17]，分別移取1 mL樣液2 份，分別用pH 1.0、pH 4.5的緩沖液定容至10 mL。置于暗處平衡2 h，以空白樣（取1 mL蒸餾水，分別用pH 1.0、pH 4.5的緩沖液定容至10 mL）作對照，用分光光度計分別在520 nm和700 nm波長處測定吸光度，用A700nm來消除樣液混濁的影響。按式（1）計算花色苷含量（c）。

式（1）中：A為吸光度；ε為矢車菊花素-3-葡萄糖苷的消光系數，26 900；DF為稀釋因子；MW為矢車菊花素-3-葡萄糖苷的分子摩爾質量，449.2 g/mol；V為最終體積/mL；m為樣品質量/mg；l為光程，1cm；A=（A520nmpH 1.0－A700nmpH 1.0）－（A520nmpH 4.5－A700nmpH 4.5）。

1.3.4 反應動力學研究

反應動力學采用公式（2）：

式（2）中：x0為初始含量；x為經過t時刻后黑加侖花色苷的含量，計算出黑加侖花色苷的降解動力學常數k[18-19]。根據不同溫度條件下的k 值，以lnk對1/T作線性回歸，由公式（3）計算。

式（3）中：R為氣體常數，為8.314 kJ／（mol·K）；T為絕對溫度/K；直線的斜率為－Ea/R，由直線的斜率即可求出活化能Ea。

采用公式（4）計算反應速率常數。

式（4）中：k為一級反應速率常數，可求出半衰期t1/2。

1.3.5 顏色的測定

利用CIE L a b體系[20-21]測定顏色變化。L為明度，L越大，表示亮度越高，反之越低；＋a為紅色，－a為綠色；＋b為黃色，－b為青色。色差變化用公式（5）計算：

實驗過程中用相機記錄每次測量前玻璃瓶內果汁顏色，用Color Companion軟件分析色值變化，用白色標準紙進行校準，每次取3 次測量值的平均值。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2003軟件繪制圖表，采用SPSS 17.0分析軟件進行ANOVA單因素方差分析及差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 溫度對黑加侖果汁中花色苷貯藏穩(wěn)定性的影響

2.1.1 對黑加侖果汁花色苷含量變化的影響

不同可溶性固形物含量黑加侖果汁分別在4、25、40 ℃條件下貯藏60 d對花色苷殘留率的影響，結果如圖1所示。

圖1 不同貯藏溫度條件下黑加侖果汁花色苷殘留率隨時間的變化Fig.1 Change in residual anthocyanins in blackcurrant juice during storage at different temperatures

從圖1可以看出，隨著貯藏時間的延長，黑加侖果汁中花色苷含量出現明顯的降低，且隨著貯藏溫度的升高，花色苷殘留率減少加快。60 d，4 ℃條件下，可溶性固形物含量9 °Brix花色苷的殘留量僅為原來的10.57%（P＜0.01），差異達極顯著水平；25 ℃條件下在50 d時花色苷殘留量已降為0，差異達極顯著水平（P＜0.01）；40 ℃條件下花色苷殘留量在40 d時花色苷殘留量已為0，差異達極顯著水平（P＜0.01）。表明隨著貯藏溫度的升高，花色苷含量的減少速度顯著加快，適宜貯藏在低溫（4 ℃）條件下。

2.1.2 對黑加侖果汁花色苷降解動力學的影響

根據阿倫尼烏斯（Arrhenius）方程兩邊同時取對數，并利用花色苷一級反應速率常數的對數lnk與貯藏溫度的倒數1/T之間的關系，求出花色苷熱降解半衰期t1/2和活化能Ea（kJ/mol），如表1所示。

貯藏過程中花色苷含量逐漸下降，實驗發(fā)現果汁中花色苷的殘留率－ln（ct/ct0）與時間t之間呈現線性關系，相關線性回歸系數均大于0.86。說明黑加侖果汁中花色苷的降解反應符合一級反應動力學規(guī)律。由表1可知，不同溫度條件，黑加侖果汁的花色苷熱降解速率常數k、半衰期t1/2及活化能Ea的變化受溫度的影響。具體表現為：k值隨溫度的升高而增大，而半衰期t1/2和活化能Ea值則隨之減小，9 °Brix條件下，4 ℃時的半衰期為37 d，40 ℃時的半衰期為11 d，減少了26 d（P＜0.01），差異達極顯著水平。結果表明高溫條件下貯藏黑加侖果汁中花色苷殘留率降低最快，半衰期為7～11 d。與辛修鋒等[22]對楊梅清汁（pH 3.1，10.5 °Brix）花色苷殘留率及降解動力學分析實驗結果相似。因此，黑加侖果汁適宜貯藏在低溫（4 ℃）條件下。

表1 不同貯藏溫度條件下黑加侖花色苷降解動力學參數Table1 Degradation kinetic parameters of blackcurrant anthocyanins at different storage temperatures

2.2 可溶性固形物含量對黑加侖果汁中花色苷貯藏穩(wěn)定性的影響

2.2.1 對黑加侖果汁花色苷含量變化的影響

將可溶性固形物含量分別為9、20、30、40 °Brix（花色苷初始含量分別為45.120 4、91.149 6、209.650 3、385.281 1 mg/100 g）的黑加侖果汁在4、25、40 ℃條件下貯藏60 d，每10 d測量一次果汁吸光度，并計算花色苷含量和花色苷殘留率，根據不同可溶性固形物含量條件下花色苷殘留率與時間的關系作圖，結果如圖2所示。

圖2 不同含量下黑加侖果汁花色苷殘留率變化Fig.2 Change in residual anthocyanins in blackcurrant juice with different initial concentrations during storage

由圖2可知，隨著貯藏時間的延長，黑加侖果汁中花色苷含量出現顯著的降低，且隨著果汁含量升 高，花色苷殘留率減少加快。貯藏60 d、25 ℃條件下，可溶性固形物含量為9 °Brix的黑加侖果汁中花色苷殘留量僅為原來的21.84%（P＜0.01）；可溶性固形物含量為20 °Brix的黑加侖果汁中花色苷殘留量已接近為0（P＜0.01）；可溶性固形物含量為30 °Brix的果汁花色苷殘留量在50 d時花色苷殘留量已降為0（P＜0.01）；可溶性固形物含量為40 °Brix的果汁花色苷殘留量在40 d時僅剩2%（P＜0.01）。表明隨著黑加侖果汁中可溶性固形物含量的升高，果汁中花色苷的殘留率減少速度加快。

2.2.2 對黑加侖果汁花色苷降解動力學的影響

貯藏過程中花色苷含量逐漸下降，實驗發(fā)現果汁中花色苷的殘留率－ln（ct/ct0）與時間t之間呈現線性關系，相關線性回歸系數均大于0.86。說明貯藏過程中黑加侖果汁中花色苷的降解符合一級反應動力學。根據阿倫尼烏斯（Arrhenius）方程兩邊同時取對數，并利用花色苷一級反應速率常數的對數lnk與貯藏溫度的倒數1/T之間的關系，求出花色苷熱降解半衰期t1/2和活化能Ea，如表2所示。

由表2可以看出，在相同貯藏溫度條件下，濃縮后的黑加侖果汁中花色苷的降解速率常數k值均大于原果汁，半衰期t1/2和活化能Ea小于原果汁。4 ℃條件下可溶性固形物含量為30 °Brix果汁的半衰期為23 d，同溫度條件下，可溶性固形物為9 °Brix果汁的半衰期為37 d，減少了約14 d（P＜0.01），差異達極顯著水平，說明濃縮后果汁中的花色苷不穩(wěn)定。本研究的這一結果與Kirca等[23-24]的研究結果一致。但是對果汁進行濃縮處理可以減少果汁的體積，從而減少貯藏和運輸過程中的費用，綜合考慮，將黑加侖果汁濃縮至30 °Brix貯藏為宜，在4 ℃條件下可貯藏23 d。

表2 不同果汁黑加侖花色苷降解動力學參數Table2 Degradation kinetic parameters of blackcurrant anthocyanins at various initial concentrations

2.3 抗壞血酸對黑加侖果汁中花色苷貯藏穩(wěn)定性的影響

2.3.1 對黑加侖果汁花色苷含量變化的影響

黑加侖果汁在貯藏之前按照50 mg/L添加抗壞血酸，在4、25、40 ℃條件下貯藏60 d，花色苷殘留率與時間關系，結果如圖3所示。

圖3 抗壞血酸對不同貯藏溫度條件下黑加侖果汁花色苷殘留率的影響Fig.3 Effect of vitamin C on anthocyanins in blackcurrant juice at different storage temperatures

從圖1與圖3比較可以看出，在相同貯藏溫度條件下，添加抗壞血酸（圖3）比未添加抗壞血酸（圖1）的黑加侖果汁中花色苷的殘留率低，且隨著貯藏溫度的升高，花色苷殘留率降低比例增大。與曹雪丹等[12]研究的抗壞血酸對藍莓清汁中花色苷熱穩(wěn)定性的影響結果相似。其中，添加抗壞血酸的可溶性固形物為9 °Brix的樣品在25 ℃條件下貯藏60 d，花色苷殘留率比未添加抗壞血酸的對照組低4.7%（P＜0.01），差異達極顯著水平。隨著貯藏溫度的升高，花色苷殘留率降低的比例更大，差異顯著性增加。

2.3.2 對黑加侖果汁花色苷降解動力學的影響

表3 50 mg/L抗壞血酸對黑加侖花色苷熱降解動力學參數的影響Table3 Effect of vitamin C on kinetic parameters of thermal degradation of blackcurrant anthocyanins

以花色苷殘留率－ln（ct/ct0）對貯藏時間t作圖，并擬合相關參數得出降解速率常數k、半衰期t1/2和活化能Ea，結果如表3所示。

由表3可知，與未添加抗壞血酸的對照組（表1）相比，添加組的k值增大，半衰期t1/2和活化能Ea值減小，9 °Brix時半衰期減少約2 d，Ea減小8 kJ/mol（P＞0.05）；4 ℃條件下，20 °Brix時的半衰期減少約6 d，Ea減小7 kJ/mol（P＞0.05）；30、40 °Brix時的半衰期減少約3 d。Ea分別減小7 kJ/mol（P＞0.05）和3 kJ/mol（P＞0.05）。說明抗壞血酸會使黑加侖果汁中花色苷的減少速度略有增大，穩(wěn)定性降低，這與曹雪丹等[16]研究的抗壞血酸對藍莓汁花色苷熱穩(wěn)定性的影響結果相似。

2.4 果汁貯藏過程中顏色變化

果汁的色澤是評定果汁品質優(yōu)良的重要指標之一，為了系統(tǒng)研究黑加侖果汁在貯藏過程中的顏色變化，測定色度（L、a、b值）及色差 E變化是必要的[25]。貯藏過程中溫度（4、25、40 ℃）與色度（L、a、b）及 E的關系如表4所示。

表4 花色苷色差值變化（L、a、b）Table4 Color changes of blackcurrant anthocyanins (L ,a and b)

明度（L值）表示溶液的亮度，與溶液中的成色物質有關，明度越高，溶液越亮。從表4可得出，果汁在貯藏過程中色澤變化即色度值（L、a、b）與貯藏時間和溫度有良好的相關性，貯藏過程中L值和a值隨著花色苷殘留率的減少而逐漸降低（P＜0.01），差異達極顯著水平。溫度對色度值變化影響顯著（P＜0.01），溫度越高，L值和a值降低速度越快，4 ℃條件下貯藏60 d時，L值由43.4降至35.1（P＜0.01），a值由59.3降至48.7（P＜0.01）；40℃條件下貯藏60 d時，L值由43.4降至29.1（P＜0.01），a值由59.3降至41.8（P＜0.01），差異達極顯著水平。而b值隨著花色苷殘留率的減少而逐漸增加，4 ℃條件下貯藏60 d時，b值由29.1增至42.4（P＜0.01），40 ℃條件下貯藏60 d時，b值由29.1增至53.4（P＜0.01），差異達極顯著水平。貯藏過程中E隨貯藏時間的延長而變大，說明色差變化顯著增大（P＜0.01），顏色變化明顯。明度（L值）降低，果汁變暗，同時，紅色度（a值）減小，黃色度（b值）增加，果汁顏色發(fā)生褐變。

黑加侖果汁中的紅色度a值和黃色度b值與果汁的可溶性固形物含量之間呈正相關，可溶性固形物含量為30 °Brix的果汁紅色度值為87.2，黃色度b值為50.2，可溶性固形物含量為9 °Brix的紅色度a值為59.3，黃色度b值29.1，濃度越高，紅色度a值和黃色度b值越高。明度L值與可溶性固形物濃度呈負相關，可溶性固形物含量為30 °Brix的果汁亮度L值26.1，含量為9 °Brix的亮度L值為43.4，含量越高亮度越低。

添加抗壞血酸的對照組，色度值也有相同的變化趨勢，且L、a、b值下降趨勢較未添加抗壞血酸的樣品大，表明添加抗壞血酸的果汁顏色變化更為顯著（P＜0.01），說明添加抗壞血酸的黑加侖濃縮果汁中花色苷減少速度大于未添加抗壞血酸的濃縮果汁，同樣可以說明添加抗壞血酸會降低黑加侖果汁中花色苷的穩(wěn)定性。

3 結 論

1）黑加侖果汁花色苷的貯藏穩(wěn)定性隨溫度升高而降低，且變化遵循一級反應動力學。建議在低溫（4 ℃）條件下貯藏；2）濃縮后降低了黑加侖果汁中花色苷的穩(wěn)定性，為了方便貯藏和運輸，將黑加侖果汁濃縮至30 °Brix為宜；3）抗壞血酸能夠降低黑加侖果汁中花色苷的貯藏穩(wěn)定性，加速黑加侖果汁中花色苷的減少。建議在貯藏過程中不直接添加抗壞血酸作為抗氧化劑；4）黑加侖果汁中的花色苷含量與色差值L、a、b有很好的相關性。抗壞血酸對花色苷貯藏過程中的顏色褐變具有促進作用。

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Storage Stability of Anthocyanins in Blackcurrant Juice

ZHAO Yu-hong1,2, JIA Lin-n a1, ZHAO Tie-nan1, GAO Yu-mei1, ZHANG Li-gang3,*
(1. College of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China; 2. Forest Economy Resource Development and Utilization of Collaborative Innovation Center, Harbin 150040, China; 3. College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

In this work, we examined the effects of storage temperature, soluble solid content (SSC) and added antioxidant (ascorbic acid) on the chemical stability, degradation kinetics and color change of anthocyanins in blackcurrant juice. Results showed that blackcurrant anthocyanins were stable at 4 ℃ and an SSC of 9°Brix. With an increase in storage temperature and SSC, the level of residual anthocyanins was decreased. The degradation of anthocyanins during storage followed a firstorder reaction. The higher the reaction rate constant k, the smaller the half-life t1/2, and the lower the activation energy Ea. Addition of 50 mg/L ascorbic acid resulted in a significant increase in the degradation rate constant k of blackcurrant juice anthocyanins and a significant reduction in the half-life t1/2and the thermal degradation activation energy Ea. Therefore, adding ascorbic acid had a positive on the reduction of residual anthocyanins. As the storage period progressed, the content of anthocyanins in blackcurrant juice declined, and significant browning was observed in the juice together with a reduction in brightness and redness and an increase in yellowness. In addition, ascorbic acid could promote the color change of anthocyanins during storage.

blackcurrant juice; anthocyanins; chemical stability; color change; reaction kinetics

TS201.2

A

1002-6630（2014）20-0301-07

10.7506/spkx1002-6630-201420059

2014-02-25

趙玉紅（1968—），女，副教授，博士，研究方向為植物活性成分穩(wěn)定性。E-mail：zhaoyuhong08@163.com

*通信作者：張立鋼（1973－），男，副教授，博士，研究方向為生物活性成分開發(fā)與利用。E-mail：zhangligang2008@gmail.com