不同條件對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

周笑犁，夏雪冰，王瑞，謝國芳，何勁，馬立志，朱坤瓏

1(貴陽學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，貴州 貴陽， 550005)2(貴州省果品加工工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽， 550005)

不同條件對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

周笑犁1, 2，夏雪冰1，王瑞1, 2，謝國芳1, 2，何勁1, 2，馬立志1, 2，朱坤瓏1

1(貴陽學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，貴州 貴陽， 550005)2(貴州省果品加工工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽， 550005)

研究了藍(lán)莓皮渣花色苷在不同加工與貯藏條件下其含量的變化。結(jié)果表明，溫度、光照及氧氣均顯著影響著藍(lán)莓皮渣花色苷的穩(wěn)定性。40～80 ℃藍(lán)莓皮渣花色苷熱降解反應(yīng)符合一級反應(yīng)動力學(xué)，降解自由能為1.50×104kJ/mol，100 ℃時降解反應(yīng)則符合二級反應(yīng)動力學(xué)；與自然光照射相比，避光更有益藍(lán)莓皮渣花色苷的穩(wěn)定性；花色苷在有氧條件下易分解，其降解反應(yīng)符合一級反應(yīng)動力學(xué)。

藍(lán)莓皮渣；花色苷；穩(wěn)定性

由于近年來對于藍(lán)莓營養(yǎng)價值的深入認(rèn)識，世界各國都加強(qiáng)了對藍(lán)莓的加工和綜合應(yīng)用。隨著種植面積的不斷擴(kuò)大，藍(lán)莓的產(chǎn)量越來越大，鮮果貯藏保鮮和加工轉(zhuǎn)化的問題日益凸顯。在加工過程中隨之產(chǎn)生了大量皮渣等副產(chǎn)物，分析發(fā)現(xiàn)藍(lán)莓皮渣中富含花色苷、多酚、黃酮等生物活性物質(zhì)[1]。其中花色苷作為一種天然色素，易受酸堿度、溫度、光照、氧化等因素的影響，在生產(chǎn)和貯藏中因發(fā)生化學(xué)變化而降解或聚合[2-3]。雖然國內(nèi)外學(xué)者對植物中花色苷穩(wěn)定性做了不少研究[2-5]，但迄今為止，有關(guān)貴州產(chǎn)藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的研究報道仍較少。本試驗(yàn)以貴州產(chǎn)藍(lán)莓皮渣為研究對象，分析藍(lán)莓皮渣花色苷在不同溫度、氧氣和光照等加工或貯藏條件下，其穩(wěn)定性的變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為貴州麻江藍(lán)莓經(jīng)榨汁等加工后的副產(chǎn)物藍(lán)莓皮渣，微波真空干燥至恒重，粉碎，過篩后制成藍(lán)莓皮渣果粉，密封后置于-20 ℃中保存，待分析。

紫外分光光度計(UV-2550)，日本島津公司；數(shù)顯水浴恒溫振蕩器(SHA-B)，常州澳華儀器有限公司；電子分析天平(AUW120D)，日本島津公司；超聲波清洗器(AS3120A)，天津奧特賽恩斯儀器有限公司；離心沉淀機(jī)(TGL-16)，長沙平凡儀器儀表有限公司；pH計(雷磁PHS-3C)，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；生化培養(yǎng)箱(SPX-250B)，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司。

NaOH、乙醇、濃H2SO4、HCl、醋酸鈉、KCl等均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 花色苷的分析測定

參照BUCKOW等(2010)方法進(jìn)行測定[5]，稱取藍(lán)莓皮渣果粉1.00 g，加入適量酸性乙醇，在恒溫振蕩器中35 ℃條件下振蕩2 h，取出后超聲處理15 min；將振蕩后的溶液過濾并定容；4 000 r/min離心10 min后取上清液分別用醋酸鈉緩沖液和KCl緩沖液稀釋，于黑暗處靜置20 min后在分光光度計上分別測定各樣品在510 nm和710 nm處的吸光度進(jìn)行計算:

A=(A510-A700)pH1.0-(A510-A700)pH4.5

(1)

則原樣品液中花色苷濃度為：

C/(mg·L-1)=(A×Mw×Df×1 000)/(ε×1)

(2)

其中：Mw為樣品中主要花色苷的分子質(zhì)量，Mw= 449.2；Df為稀釋因子，此處為5；ε為樣品中主要花色苷的摩爾吸收率，ε=26 900。

1.2.2 不同條件對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

1.2.2.1 溫度對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

分別將5 g藍(lán)莓皮渣果粉裝入避光具塞比色管中，在不同溫度下(40、60、80和100 ℃)加熱處理，每隔2 h取樣后立即冷卻，按1.2.1花色苷分析方法，研究不同溫度對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響。

1.2.2.2 貯藏時間對藍(lán)莓皮渣花色苷的影響

分別將5 g藍(lán)莓皮渣果粉裝入避光具塞比色管中，置于25 ℃下，避光保存，每隔一定時間取樣后立即冷卻，按1.2.1花色苷分析方法，分析常溫下貯藏時間對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響。

1.2.2.3 光照對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

將一定量的藍(lán)莓皮渣果粉，分別置于室內(nèi)自然光照射和室溫避光條件下，每隔一定時間按1.2.1花色苷分析方法，分析不同光照條件對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響。

1.2.2.4 氧和氧化劑對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

(1)氧氣對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響：將一定量的藍(lán)莓皮渣果粉，分別置于培養(yǎng)皿中和真空包裝袋中，于25 ℃避光恒溫培養(yǎng)箱中，每隔一定時間按1.2.1花色苷分析方法分析空氣(尤其是其中的氧氣)對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響。

(2)氧化劑對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響：在0.1、0.5、1.0和2.0 mL/100mL的H2O2溶液中，分別加入一定量的藍(lán)莓皮渣果粉，避光保存10 min后按1.2.1花色苷分析方法進(jìn)行測定，研究氧化劑對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響。

1.2.2.5 藍(lán)莓皮渣花色苷降解動力學(xué)分析

大多數(shù)研究表明，花色苷降解符合一級反應(yīng)動力學(xué)模型[2,7-8]，即含量與時間呈線性關(guān)系，一級反應(yīng)速率常數(shù)(k)和半衰期(t1/2)的關(guān)系式為：

ln(C/C0)=-k×t

(3)

t1/2=-ln(1/2)×k-1

(4)

二級反應(yīng)動力學(xué)[4,7-8]則以其含量的倒數(shù)(1/C-1/C0)為縱坐標(biāo)，以時間(t)為橫坐標(biāo)作圖成一直線，其反應(yīng)速率常數(shù)(k)和半衰期(t1/2)的關(guān)系式為：

1/C-1/C0=kt

(5)

t1/2=1/k·C0

(6)

式中：C0為花色苷起始濃度；C為在一定條件下處理t段時間后的花色苷濃度；k為反應(yīng)速率常數(shù)；t為處理時間。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)用(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)表示。用SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計分析和方差分析，以P<0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

如圖1所示，藍(lán)莓皮渣花色苷隨加工溫度的不同會發(fā)生不同程度的降解。在40 ℃加熱6 h時，花色苷降解較為緩慢，保存率為80.4%。這與郭耀東報道[5]的葡萄皮花色苷40 ℃下6 h保存率僅為58.81%相比，藍(lán)莓皮渣花色苷的熱穩(wěn)定性較強(qiáng)。隨溫度升高，花色苷降解的速率增大，在60、80 ℃處理10 h，花色苷含量分別從750 mg/100 g降為426、370 mg/100 g，為原含量的56.9%和49.5%。當(dāng)溫度升至100 ℃，經(jīng)10 h的受熱處理，藍(lán)莓皮渣花色苷含量驟然下降，僅有32.7%花色苷殘留。這可能是由于溫度升高時，花色苷溶液的平衡會朝著生成無色的查爾酮的方向進(jìn)行，從而導(dǎo)致花色苷的降解和褪色。方忠祥報道的紫薯花色苷即使在100 ℃加熱1 h，保存率也在78.7%以上，說明其耐熱性較好[9]。

圖1 加工溫度對藍(lán)莓皮渣花色苷含量的影響Fig.1 Effect on anthocyanin in blueberry peel by heating

由圖2和表1可知，藍(lán)莓皮渣花色苷在40 、60 和80 ℃處理后，其含量與時間呈線性關(guān)系，符合一級動力學(xué)方程，這和AYSEGUL KIRCA[8]、郭松年[2]等關(guān)于花色苷的研究一致，因此t1/2分別為19.09、13.08和9.93 h。而黑莓汁花色苷在60 ℃、80 ℃下的t1/2分別為16.7 h、4.4 h；黑玉米花色苷40、60和80 ℃下半衰期分別為31.9、23.0和15.9 h[10]。圖3是對100 ℃下藍(lán)莓皮渣花色苷降解過程進(jìn)行分析，從圖3中發(fā)現(xiàn)，花色苷含量與時間呈非線性關(guān)系，而其含量的倒數(shù)與時間呈線性關(guān)系，證實(shí)該降解反應(yīng)符合二級反應(yīng)動力學(xué)方程，這與黑玉米花色苷的降解動力學(xué)一致[10]，從而得出在100 ℃下藍(lán)莓皮渣花色苷的半衰期為4.45 h。而黑玉米花色苷在100 ℃加熱處理10 h后僅有16.38%的花色苷殘留，其半衰期為1.78 h[10]。再根據(jù)Arrhenius模式來表明花色苷對溫度依賴性，活化能Ea和頻率常數(shù)K0可以從一級反應(yīng)速率常數(shù)的對數(shù)(lnk)對絕對溫度的倒數(shù)(1/T)的作圖中求出：k=K0exp(-Ea/RT)，其中k為一級反應(yīng)速率常數(shù)；K0為頻率常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；Ea為活化能，kJ/mol；R為氣體常數(shù)。藍(lán)莓皮渣花色苷的降解表觀常數(shù)與溫度之間表現(xiàn)出良好的線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.996 8，Ea為1.50×104kJ/mol。

圖2 藍(lán)莓皮渣花色苷的熱降解動力曲線Fig.2 Kinetic degradation curves of anthocyanin from blueberry peel by heating

溫度/℃kt1/2/hEa/(kJ·mol-1)K0400036319096000531308150×10411898000698993

圖3 藍(lán)莓皮渣花色苷在100 ℃的熱降解動力曲線Fig.3 Kinetic degradation curves of anthocyanin from blueberry peel at 100 ℃

加熱處理作為影響花色苷穩(wěn)定的最主要因素之一，藍(lán)莓皮渣花色苷熱穩(wěn)定性相對葡萄皮花色苷較好，尤其在高溫時的耐儲性較黑玉米和黑莓的花色苷好。但溫度越高，其花色苷降解越快，提示對于貴州產(chǎn)藍(lán)莓果實(shí)的皮渣資源再開發(fā)與利用的熱加工溫度須加以嚴(yán)格控制，應(yīng)盡量采用高溫瞬時或低溫長時的加工方式，可較大程度的保護(hù)寶貴的生物活性資源。

2.2 貯藏時間對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

貯藏時間作為物質(zhì)貯藏一個關(guān)鍵的因素，在常溫下進(jìn)行貯藏對于一些生物活性物質(zhì)的貯藏有較為顯著的影響。將藍(lán)莓皮渣置于室溫25 ℃進(jìn)行貯藏，放置一定時間后，花色苷含量變化結(jié)果由圖4可以看出，貯藏0 d時，藍(lán)莓皮渣花色苷含量為545.96 mg/100 g，隨著時間的增加，其含量逐漸下降。貯藏15 d后，藍(lán)莓皮渣花色苷保存率仍達(dá)98.7%；而葡萄皮花色苷在室溫下放置7 d保存率僅為72.09%[5]。貯藏60 d后，花色苷保存率為87.4%；當(dāng)貯藏90 d后，花色苷受到較大破壞，僅有48.1%殘留(P<0.05)。這表明貯藏過程中，藍(lán)莓皮渣花色苷可能受到藍(lán)莓皮渣中糖類、離子等自身成分的影響，從而促進(jìn)了藍(lán)莓皮渣花色苷的降解，其結(jié)構(gòu)可能向查耳酮轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致有色結(jié)構(gòu)2-苯基苯并吡喃鹽和醌式假堿減少[5,11]，因此應(yīng)盡量選擇室溫或低溫進(jìn)行貯藏及運(yùn)輸，可較好地避免藍(lán)莓皮渣花色苷的降解。

圖4 不同貯藏時間對藍(lán)莓皮渣花色苷含量的影響Fig.4 Effect on anthocyanin in blueberry peel under different storage time

2.3 光照對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

將藍(lán)莓皮渣分別置于避光和自然光照下放置一定時間后，由圖5可以看出，15 d后藍(lán)莓皮渣花色苷含量均顯著下降(P<0.05)，但避光條件下貯藏花色苷保存率為76%，這比避光條件下放置7 d后的葡萄皮花色苷保存率(75.96%)好[5]；而自然光照下貯藏后花色苷保存率僅為25%；這與黑玉米花色苷在避光保存10 d之后保存率在80%左右相近[10]；而紫甘薯中的花色苷在室內(nèi)自然光照下放置30 d后色素保存率為85.3%[9]；隨著時間的增加，在貯藏15、30、45和60 d時，避光和自然光照下貯藏的藍(lán)莓皮渣花色苷含量均差異顯著(P<0.05)；這表明貯藏過程中，藍(lán)莓皮渣花色苷對光照非常敏感。紫甘薯色素相對室溫避光下貯藏，在室溫光照下吸光值下降最快[12]。藍(lán)莓花色苷同樣在自然光直射下褪色快，在避光條件下褪色慢，這可能是由于藍(lán)莓花色苷在光照條件下酰基脫落，導(dǎo)致花色苷的穩(wěn)定性下降有關(guān)[13-14]?？梢娫趯?shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，藍(lán)莓皮渣花色苷要注意避光處理。

圖5 不同光照條件對藍(lán)莓皮渣花色苷含量的影響Fig.5 Effect on anthocyanin in blueberry peel under different light treatment

2.4 氧和氧化劑對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

2.4.1 氧氣對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

由于花色苷是酚類物質(zhì)，特別容易氧化，氧氣通過直接氧化花色苷或者使介質(zhì)過氧化，然后通過介質(zhì)間接和花色苷反應(yīng)促使花色苷降解。將藍(lán)莓皮渣置于有氧環(huán)境中貯藏，放置一定時間后，由圖6可以看出，貯藏45 d真空處理的藍(lán)莓皮渣花色苷保存率均在90%以上(P>0.05)，而未真空處理的藍(lán)莓皮渣花色苷含量顯著下降(P<0.05)；隨著時間的增加，貯藏90 d真空處理的藍(lán)莓皮渣花色苷保存率為73%，而未真空處理的藍(lán)莓皮渣花色苷保存率為14%(P<0.05)。β-胡蘿卜素在有氧條件下貯藏20 d含量降到了13.6%[14]。由圖7可知，藍(lán)莓皮渣花色苷在有氧或無氧條件下貯藏90 d，其含量與時間呈線性關(guān)系，符合一級動力學(xué)方程，如表2所示t1/2分別為33.5 d和198 d，有氧條件下花色苷降解速率是無氧條件的6倍，說明氧氣的存在極大促進(jìn)了花色苷的降解速率。提示對于貴州產(chǎn)藍(lán)莓皮渣資源的再開發(fā)還需要一些輔助條件如包裝材料、環(huán)境控制等來幫助抵御氧氣以保護(hù)其活性成分。

圖6 氧氣對藍(lán)莓皮渣花色苷含量的影響Fig.6 Effect on anthocyanin from blueberry peel by O2

圖7 氧氣對藍(lán)莓皮渣花色苷的降解動力曲線Fig.7 Kinetic degradation curves of anthocyanin from blueberry peel by O2

處理kt1/2/d有氧00207335無氧00035198

2.4.2 氧化劑對藍(lán)莓皮渣花色苷穩(wěn)定性的影響

在藍(lán)莓皮渣中分別加入0.1、0.5、1.0、1.5和2.0 mL/100 mL H2O2，室溫下放置10 min后花色苷含量變化如圖8所示，H2O2的加入導(dǎo)致花色苷穩(wěn)定性迅速下降。隨著氧化劑濃度的增加，花色苷褪色也愈加明顯，僅0.1%氧化劑可使花色苷的含量顯著降低(P<0.05)。H2O2濃度為0.1、0.5和1.0 mL/100 mL的葡萄皮花色苷溶液貯存1 d后保存率為43.70%、41.27%和27.91%[5]。氧化劑對藍(lán)莓皮渣花色苷的影響比葡萄皮花色苷含量的降低幅度快和多，說明H2O2對藍(lán)莓皮渣花色苷的穩(wěn)定性具有極強(qiáng)的破壞作用，能促進(jìn)藍(lán)莓皮渣花色苷的降解。根據(jù)文獻(xiàn)報道[5]，這可能是因?yàn)镠2O2直接親核進(jìn)攻花色苷的C位，使花色苷開環(huán)生成查耳酮，再進(jìn)一步降解生成各種無色的酯類物質(zhì)和香蘭素的衍生物，這些氧化產(chǎn)物可能進(jìn)一步降解成小分子物質(zhì)或者相互之間發(fā)生聚合反應(yīng)，從而導(dǎo)致花色苷的降解?；ㄉ湛膳c氧自由基反應(yīng)，那么藍(lán)莓皮渣花色苷可阻止氧自由基對生物體中的氧化傷害，作為保健食品或添加劑具有較好的應(yīng)用前景。在貯藏、運(yùn)輸及加工過程中應(yīng)避免混入氧化劑物質(zhì)對藍(lán)莓皮渣花色苷的降解。

圖8 氧化劑對藍(lán)莓皮渣花色苷含量的影響Fig.8 Effect on anthocyanin from blueberry peel by H2O2

3 結(jié)論

(1)藍(lán)莓皮渣花色苷對溫度較為敏感，較低的加熱溫度下花色苷的保存率較高。40、60、80 ℃下，花色苷熱降解反應(yīng)符合一級反應(yīng)動力學(xué)方程，其半衰期分別為19.09、13.08和9.93 h；熱降解活化能Ea為1.50×104kJ/mol；100 ℃下藍(lán)莓皮渣花色苷降解反應(yīng)符合二級反應(yīng)動力學(xué)方程，半衰期為4.45 h。因此藍(lán)莓皮渣的再加工不易在高溫進(jìn)行，但是低溫處理又達(dá)不到滅酶、滅菌效果，可采用高溫瞬時或低溫長時等加工方式。(2)不同光照方式顯著影響著藍(lán)莓皮渣花色苷的穩(wěn)定性，在加工、貯藏過程中，藍(lán)莓皮渣盡量避光處理；特別是熱加工時，熱會增進(jìn)光線對花色苷的降解作用，所以在熱加工中更需要注意避光。(3)氧氣和氧化劑強(qiáng)度會顯著影響藍(lán)莓皮渣花色苷的保存率。有氧和無氧條件下花色苷的降解反應(yīng)符合一級反應(yīng)動力學(xué)方程，降解速度與其濃度的一次方呈正比關(guān)系，其半衰期分別為33.5 d和198 d。

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Effects of different processing and storage conditions on the stability of anthocyanin extracted from blueberry peel

ZHOU Xiao-li1,2, XIA Xue-bing1, WANG Rui1,2, XIE Guo-fang1,2, HE Jin1,2, MA Li-zhi1,2, ZHU Kun-long1

1(College of Food and Pharmacy Engineering, Guiyang University, Guiyang 550005, China) 2(Guizhou Engineering Research Center for Food Processing, Guiyang 550005, China)

The stability of Anthocyanin extracted from blueberry peel was studied at different processing and storage conditions. The results indicated that: temperature, light and O2all had obvious effects on the stability of anthocyanin from blueberry peel. According to arrhenius equation, the degradation of anthocyanin fit the first-order reaction under 40～80 ℃ incubation. The thermal degradation activity Ea was 1.50×104 kJ/mol. The degradation of anthocyanin at 100 ℃ fit the second-order reaction. The blueberry peel pigment should be preserved in dark place to prevent light irradiation. The degradation of blueberry peel anthocyanin fits first-order reaction under O2.

blueberry peel; anthocyanin; stability

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201704030

博士(本文通訊作者，E-mail：lizi008009@126.com)。

貴州省科技廳自然科學(xué)基金(黔科合J字[2014]2006號)；貴州省科技廳聯(lián)合基金(黔科合LH字[2015]7313號)；貴州省普通高等學(xué)校功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(黔教合KY字[2016]007號)

2016-06-21，改回日期：2016-08-26