pH對(duì)藍(lán)莓果化學(xué)組分影響研究

劉 亞,呂兆林,柳 梅,陶 翠,潘 月

(1.北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京 100083;2.北京林業(yè)大學(xué)分析檢測(cè)中心,北京 100083)

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pH對(duì)藍(lán)莓果化學(xué)組分影響研究

劉 亞1,呂兆林2,*,柳 梅1,陶 翠1,潘 月1

(1.北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京 100083;2.北京林業(yè)大學(xué)分析檢測(cè)中心,北京 100083)

本實(shí)驗(yàn)以藍(lán)莓果為原材料,采用GC-MS柱前衍生化法對(duì)藍(lán)莓果提取液中的化學(xué)組分進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控,并探究pH3.0～9.0對(duì)其的影響。結(jié)果表明:藍(lán)莓果提取液中共鑒定出39種化合物,包括糖類、酸類、醇類、酯類和酮類五大類,其中糖類、酸類和酯類化合物總含量隨著pH由酸性變?yōu)閴A性呈減少的趨勢(shì),而醇類化合物的總含量和肌醇單酮含量呈增多的趨勢(shì),并且發(fā)現(xiàn)在pH7.0～9.0 產(chǎn)生了新物質(zhì)阿拉伯呱喃糖,其含量隨pH升高逐漸增大;通過對(duì)藍(lán)莓果提取物中含量較高的糖類化合物和酸類化合物進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)酸類化合物隨著pH由酸性到堿性含量呈減少的趨勢(shì),而葡萄糖和阿拉伯呱喃糖隨著pH的增大含量呈增多的趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于藍(lán)莓資源受pH影響的深加工技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

藍(lán)莓提取物,化學(xué)組分,pH,GC-MS柱前衍生化

藍(lán)莓為杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬(Vaccinium. spp)的一種多年生的常綠灌木植物[1],種植面積廣,在我國(guó)主要分布東北的長(zhǎng)白山區(qū)和大興安嶺山區(qū)[2]。藍(lán)莓果是世界上罕見的藍(lán)色食物且含有豐富的植物營(yíng)養(yǎng)素[3-4],尤其是藍(lán)莓中含有豐富的花青素,花青素不僅對(duì)身體有多種益處,例如可以預(yù)防心臟病,抗糖尿病,抗癌和抗炎活性等[5-7],而且與其他的多酚類物質(zhì)一樣具有很強(qiáng)的抗氧化作用[8-9]。

藍(lán)莓果實(shí)中除了含有花青素外還有多種具有特殊功效的化合物。比如其中糖類物質(zhì)具有較高的抗氧化、抑菌作用[10-11];Bere[12]發(fā)現(xiàn)藍(lán)莓含有人體必需脂肪酸亞麻油酸;酚酸類物質(zhì)具有抗氧化等藥理活性和藥用價(jià)值,與人體健康密切相關(guān)[13-14];黃酮類物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗氧化活性、抗腫瘤、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫炎癥等功效,還能夠軟化血管,保護(hù)心血管系統(tǒng)[15-16];藍(lán)莓果實(shí)中還含有豐富的維生素和礦物質(zhì)元素,具有預(yù)防血栓、動(dòng)脈硬化、抗癌、預(yù)防白內(nèi)障等保健功效,為此,藍(lán)莓被聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織列為了人類五大健康食品之一[17]。

藍(lán)莓果化學(xué)組分容易受多種因素的影響,pH是其中影響較顯著的因素,目前很多人研究了pH在不同的酸堿性條件下對(duì)藍(lán)莓果提取物中花青素穩(wěn)定性的影響[18-20],但很少有人深入研究過pH對(duì)藍(lán)莓果提取物中其它化合物如糖類、酸類、酮類、酯類等化合物的影響。通常是通過不同提取技術(shù)得到花青素,而使得其剩余的藍(lán)莓果物料的其它功能性成分未能得到有效利用。為了進(jìn)一步研究pH對(duì)藍(lán)莓中除花青素以外的化學(xué)組分的影響,本實(shí)驗(yàn)以燦爛藍(lán)莓(Britewell)為原料,首先將藍(lán)莓提取物進(jìn)行制備,然后采用GC-MS柱前衍生化法對(duì)提取液中以糖類和酸類為主的化學(xué)組分進(jìn)行鑒定,然后去探究在不同pH條件下這些化學(xué)組分的變化。該方法對(duì)于藍(lán)莓果化學(xué)組分信息的獲取具有快速、簡(jiǎn)便的特點(diǎn),所得化合物相關(guān)信息對(duì)于藍(lán)莓資源更廣泛的加工利用提供一定的數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藍(lán)莓果 燦爛,中國(guó)江蘇省揚(yáng)州;衍生化試劑BSTFA含1% DMCS 上海安普儀器試劑公司;吡啶,六甲基二硅胺烷、三甲基氯硅烷、鹽酸羥胺、三氟乙酸均為分析純?cè)噭?/p>

GC/MS-QP2010 Ultra氣質(zhì)聯(lián)用儀 日本島津公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 北京萊伯泰科儀器公司;萬分之一天平 Sartorious。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 藍(lán)莓果提取液制備 首先將藍(lán)莓果室溫下解凍,用超純水洗凈,稱取約10.0 g藍(lán)莓鮮果至研缽中研磨,然后將其移至錐形瓶中,并加入甲醇水溶液 150 mL進(jìn)行提取,室溫下?lián)u床上避光振蕩5 h,離心10 min,取上清液,該提取過程重復(fù)3次;合并上清液,用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在常溫下濃縮樣品,最后用不同的pH緩沖溶液(pH3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0)定容至250 mL,備用[18-19,21]。

1.2.2 不同pH條件下的藍(lán)莓提取液柱前衍生化 藍(lán)莓提取液中的糖類、酸類等組分屬于大分子、高沸點(diǎn)物質(zhì),不利于直接進(jìn)氣質(zhì)測(cè)試,所以進(jìn)行柱前衍生化降低其沸點(diǎn)。將1 mL提取液置于安培瓶中,氮?dú)獯党艏状?加入1 mL BSTFA試劑,將安培瓶口封好。放入烘箱中100 ℃加熱1 h,冷卻至室溫,得到衍生化樣品溶液,待測(cè)試[22-25]。

1.2.3 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀工作條件 日本島津GC/MS-QP2010A氣質(zhì)聯(lián)用儀。進(jìn)樣口溫度280 ℃;分流比10∶1;程序升溫柱溫設(shè)置:柱初溫50 ℃,升溫速率6 ℃/min,升至250 ℃,繼續(xù)升溫,速率15 ℃/min,升至280 ℃,保持時(shí)間不少于10 min;接口溫度250 ℃;電子轟擊能量70 eV,倍增器電壓0.8 kV;質(zhì)量掃描范圍 50～500 m/z;進(jìn)樣量為1 μL,利用NIST11庫(kù)檢索圖譜和人工圖譜解析確定化合物結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 GC-MS分析藍(lán)莓果提取液中組分

由表1可知,藍(lán)莓果提取液中鑒定出41種化合物,包括糖類、酸類、醇類、酯類和酮類化合物為主,其中,糖類化合物種類最多(18種),含量最高(44.81%),其中D-半乳糖、D-山梨糖和L(-)-甘露糖含量較多,分別為12.67%、10.57%和7.98%;酸類化合物有12種,含量達(dá)到了3.17%,其中硬脂酸的含量居高,能達(dá)到1.36%,占據(jù)了酸類化合物的一半;醇類化合物有5種,含量達(dá)到1.49%;酯類化合物有5種,總含量為2.87%;酮類化合物只檢測(cè)出肌醇單酮,含量較少,只有0.13%。

表1 藍(lán)莓果提取液組分鑒定結(jié)果Table 1 Identification result of blueberry fruit extraction

表2 不同pH藍(lán)莓提取液中各類化合物總相對(duì)含量Table 2 Total relative content of various compounds in blueberry extraction under different pH

注:數(shù)值用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示;同行不同字母表示差異顯著性(p<0.05)。

2.2 不同pH的藍(lán)莓提取液中以糖類、酸類為主的組分變化

如表2所示,糖類、酸類、醇類、酯類和酮類化合物的總相對(duì)含量在不同pH條件下有顯著性差異(p<0.05),說明pH對(duì)其有顯著性的影響。藍(lán)莓果提取液中各類化合物總含量隨著pH的增大呈現(xiàn)不一樣的變化趨勢(shì),其中糖類、酸類和酯類化合物隨著pH由酸性變?yōu)閴A性,其含量呈減少的趨勢(shì);而醇類化合物和酮類化合物總含量呈增多的趨勢(shì)。說明低pH有利于糖類、酸類和酯類化合物的保存,而醇類和酮類化合物具有耐堿性,可能是因?yàn)榇碱惢衔锖辛u基,酮類化合物含有酮式羰基,第一位上的氧原子具堿性,能與強(qiáng)酸成鹽。

本實(shí)驗(yàn)選取了藍(lán)莓提取液中六種含量較高的糖類化合物的代表物質(zhì)進(jìn)行研究如圖1,這六種化合物分別是D-半乳糖、D-山梨糖、果糖、L(-)-甘露糖、葡萄糖和阿拉伯呱喃糖。由圖1可知,除了L(-)-甘露糖的相對(duì)含量在pH4.0和pH5.0時(shí)不存在顯著性差異,其它糖類的含量都隨著pH的變化存在顯著性差異(p<0.05),說明pH對(duì)其有顯著性的影響。其中D-半乳糖、D-山梨糖、果糖和L(-)-甘露糖隨著pH的增大,含量呈減少的趨勢(shì),與糖類化合物總含量變化趨勢(shì)相吻合。而葡萄糖含量隨著pH由酸性到堿性呈增多的趨勢(shì),阿拉伯呱喃糖在pH7.0時(shí)檢測(cè)出,而且隨著pH的增大阿拉伯呱喃糖的含量呈增多的趨勢(shì),在pH9.0時(shí)含量高達(dá)17.9%。

圖1 六種典型糖類化合物在pH3.0～9.0的變化趨勢(shì)圖Fig.1 The change trend of six kinds of typical sugar compounds at pH3.0～9.0注：不同字母表示差異顯著性(p<0.05)，圖2同。

本實(shí)驗(yàn)選取了藍(lán)莓提取液中三種含量較高的酸類化合物的代表物質(zhì)進(jìn)行研究如圖2,三種含量較多的酸類化合物分別為亞甲基丁二酸、硬脂酸和棕櫚酸。由圖2可以看出,亞甲基丁二酸的相對(duì)含量除了在pH8.0和pH9.0的條件下沒有顯著性差異,在其它pH條件下都存在顯著性差異,且隨著pH的增大含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),說明pH在3.0～7.0的條件下對(duì)于亞甲基丁二酸有顯著性的影響(p<0.05);硬脂酸的相對(duì)含量除了在pH6.0和pH7.0的條件下沒有顯著性差異,在其它pH條件下都存在顯著性差異,并且其相對(duì)含量隨著pH的增大在降低,說明pH在酸性和堿性的條件下對(duì)于硬脂酸有顯著性的影響(p<0.05);棕櫚酸在pH4.0,5.0,7.0差異不顯著,并且棕櫚酸的相對(duì)含量隨著pH的增大變化比較小,說明pH對(duì)其影響不大(p<0.05)。整體來看,三種酸類化合相對(duì)含量的變化與酸類化合物總含量變化趨勢(shì)相吻合。

圖2 三種典型酸類化合物在pH3.0～9.0的變化趨勢(shì)圖Fig.2 The change trend of three kinds of typical acid compounds at pH3.0～9.0

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)鑒定出藍(lán)莓果提取液中的39種化合物,包括糖類、酸類、醇類、酯類和酮類五大類,不僅討論了pH對(duì)這五大類化合物的影響,同時(shí)深入研究了pH對(duì)于含量較高的六種糖類和三種酸類的影響。實(shí)驗(yàn)表明,各類化合物總含量隨著pH的增大呈現(xiàn)不一樣的變化趨勢(shì),其中糖類、酸類和酯類化合物隨著pH由酸性變?yōu)閴A性總含量呈減少的趨勢(shì),而醇類化合物的總含量和肌醇單酮含量呈增多的趨勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)對(duì)于藍(lán)莓果化學(xué)組分信息的獲取具有快速、簡(jiǎn)便的特點(diǎn),所得化合物相關(guān)信息可為藍(lán)莓資源更廣泛的加工利用提供一定理論依據(jù)。

[1]陳宏毅.多功能藍(lán)莓保健茶的力口工工藝[J].北方園藝,2009(4):226-227.

[2]王姍姍. 藍(lán)莓可溶性固形物、總酚和花青素近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)研究[D].北京林業(yè)大學(xué),2012.

[3]Huang X J,Li J,Shang H L,et al. Effect of methyl jasmonate on the anthocyanins content and antioxidant activity of blueberries during cold storage[J]. J Sci Food Agric,2015,95:337-343.

[4]Wang H,Cao G,Prior R. L. Total antioxidant capacity of fruits[J]. J. Agric. Food Chem,1996,44:701-705.

[5]Bagchi D,Sen C K,Bagchi M,et al. Review:Antiangiogenic,antioxidant,and anticarcinogenic properties of a novel anthocyanins-rich berryextract formula[J]. Biokhimiya,2004,69:95-102.

[6]Galli R L,Bielinski D F,Szprengiel A,et al. Blueberry supplemented diet reverses age-related decline in hippocampal HSP70 neuroprotection[J]. Neurobiology of Aging,2006,27:344-350.

[7]Tsang C,Higgins S,Duthie G G,et al. The influence of moderate red wine consumption on antioxidant status and indices of oxidative stress associated with CHD in healthy volunteers[J]. British Journal of Nutrition,2005,93:233-240.

[8]李穎暢,孟憲軍. 藍(lán)莓花色苷抗氧化活性的研究[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2007,33(9):61-64.

[9]Mazza G,Kay D,Tony Cotterll,et al. Absorption of anthoCyanidinanins from blueberies and serum antioxidant status in human subjects[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2002,50(10):7731-7737.

[10]郭弘璇,呂兆林,潘月,等. 藍(lán)莓果中多糖及單糖構(gòu)成的研究[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,35(6):132-136.

[11]孟憲軍,劉曉晶,孫希云,等. 藍(lán)莓多糖的抗氧化性與抑菌作用[J]. 食品科學(xué),2010,31(17):110-114.

[12]Bere E. Wild berries:a good source of omega-3[J]. Eur J Clin Nutr,2007,61:431-433.

[13]趙秀玲. 藍(lán)莓的成分與保健功能的研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)野生植物資源,2011,30(6):120-125.

[14]Barberan T,Espin J C. Phenolic compounds and related enzymes as determinants of quality in fruits and vegetable[J]. J Sci Food Agri,2001,81:853-876.

[15]周慧恒,楊勝敖,歐陽(yáng)吉德,王亞沉.藍(lán)莓黃酮浸提工藝研究[J]. 食品與發(fā)酵科技,2014,50(1):68-71.

[16]劉瑋,錢慧碧,辛秀蘭,等. 藍(lán)莓果渣中總黃酮的提取純化及抗氧化性能的研究[J]. 食品科技,2011,36(2):216-219.

[17]王菲菲,徐顯利,田曉蕾,等. 藍(lán)莓蜂蜜酸奶的工藝研究[J].實(shí)驗(yàn)研究,2012,1:76-78.

[18]孟憲軍,于娜,李穎暢,等. 藍(lán)莓花色素苷穩(wěn)定性研究[J]. 食品研究與開發(fā),2008,29(4):49-53.1-9

[19]石光. 藍(lán)莓花色苷的提取、純化、穩(wěn)定性研究[D].大連：大連工業(yè)大學(xué),2008.2-7

[20]李金星,胡志和,馬立志,等.藍(lán)莓加工過程中出汁率及花青素的穩(wěn)定性研究[J].食品科學(xué)，2014,35(2)：120-125.1-6.

[21]林西,呂兆林,張柏林,等. 藍(lán)莓果干粉制備工藝中載體添加及干燥技術(shù)的影響[J].食品工業(yè)科技,2013,30(4):135-140.

[22]George J Soleas,Eleftherios P. Diamandis,Alex Karumanchiri,et al. A Multiresidue Derivatization Gas Chromatographic Assay for Fifteen Phenolic Constituents with Mass Selective Detection[J]. Analytical chemistry,1997,69(21):4405-4409.

[23]Zs F¨uzfai,I Moln′ar-Perl. Gas chromatographic-mass spectrometric fragmentation study of flavonoids as their trimethylsilyl derivatives:Analysis of flavonoids,sugars,carboxylic and amino acids in model systems and in citrus fruits[J]. Journal of Chromatography A,2007,1149:88-101.

[24]Proestos C,Sereli D.,Komaitis M. Determination of phenolic compounds in aromatic plants by RP-HPLC and GC-MS[J]. Food Chemistry,2006,95:44-52.

[25]林西. 藍(lán)莓果干燥工藝和以花青素為主的化學(xué)組分研究[D]. 北京：北京林業(yè)大學(xué),2014.

Effect of pH on chemical composition of blueberry fruit

LIU Ya1,LV Zhao-lin2,*,LIU Mei1,TAO Cui1,PAN Yue1

(1.College of Biological Sciences and Biotechnology,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China;2.Analysis and Testing Center,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China)

In this experiment,blueberry was used as experimental material. Dynamic monitoring of the chemical group in blueberry fruit extract was implemented by GC-MS pre-column derivatization method and the effect of pH(3.0～9.0)on the chemical composition of blueberry were investigated. The experimental results were as follows:39 compounds in blueberry fruit extraction were identified,including sugars,acids,alcohols,esters and ketones five categories. The total content of sugars,acids and esters showed a decreasing trend with pH from acid to alkaline,but the total content of alcohols and inosose showed a increasing trend. Moreover,we found a new material namely arabinopyranose which was gradually decreasing with the increase of pH in pH7.0～9.0. By dynamic monitoring the high content of saccharides and acid compounds of blueberry extract,we found that saccharides with the pH from acidic to alkaline,while glucose and arabinopyranose showed a increasing trend with the pH increase. The experimental results provide a theoretical basis for the deep processing technology of blueberry resources affected by pH.

blueberry extract;chemical composition;pH;GC-MS pre-column derivatization

2016-11-18

劉亞(1993-)，女，碩士，研究方向：天然產(chǎn)物的分離與加工利用，E-mail:1643854627@qq.com。

*通訊作者:呂兆林(1971-)，女，博士，副教授，研究方向：天然產(chǎn)物的分離與加工利用，E-mail:zhaolinlv@bjfu.edu.cn。

北京林業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(2015-01)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2015BAD16B01)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)11-0088-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.008