加工過程中褐藻巖藻黃素的特征光譜變化

喬子純，,2,3,4，,2,3,4，,2,3,4，,2,3,4，，

(1.集美大學食品與生物工程學院，福建 廈門 361021；2.廈門市海洋功能食品重點實驗室，福建 廈門 361021；3.福建省海洋功能食品工程技術研究中心，福建 廈門 361021；4.水產品深加工技術國家地方聯(lián)合工程研究中心，福建 廈門 361021)

0 引言

巖藻黃素(fucoxanthin)，又名褐藻黃素、巖藻黃質，其產量約占自然界中類胡蘿卜總產量的 10%[1]。巖藻黃素主要存在于褐藻、硅藻、金藻及黃綠藻中，是可食性褐藻如海帶(Laminariajaponica)、 裙帶菜 (Undariapinnatifida)、 羊棲菜(Sargassumfusiforme)等中的重要功能活性物質[2]。研究表明，巖藻黃素對人體有許多益處，如預防肥胖[3-5]、抗腫瘤[6]、抗氧化[7]、抗炎[8]等，在食品、化妝品、生物醫(yī)藥等領域也具有廣泛的應用。

由于巖藻黃素來源廣泛，在多種藥理活性方面具有良好的應用前景，有關巖藻黃素提取與分離純化、生物活性評價以及生理代謝機理等方面已成為研究熱點。然而，巖藻黃素是一種脂溶性物質，在有機溶劑中有較好的溶解度，但是在水溶液中卻很難溶解，這就限制了其在食品中的應用。此外，在利用巖藻黃素開發(fā)產品時，溫度、氧氣、酸堿、光照、高壓等外界加工條件對其影響較大，在這些條件下巖藻黃素的穩(wěn)定性如何還并不清楚。這些加工屬性問題對科學加工巖藻黃素、保持其營養(yǎng)價值十分關鍵。因為巖藻黃素有很長的共軛雙鍵,并且其分子結構中具有特殊的丙二稀和5，6-環(huán)氧烷，這種特殊結構決定了巖藻黃素具有許多重要的生理功能。而巖藻黃素的降解會破壞這些特殊結構，因此會影響其生理功能及營養(yǎng)價值[9]。

本文在控制有機溶劑加入量的前提下，研究觀察巖藻黃素在不同的加工條件(光照強度、pH、高溫蒸煮、高壓)下的穩(wěn)定性，為減少巖藻黃素在加工過程中的營養(yǎng)損失提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

巖藻黃素標品、乙醇為色譜純，均購于Sigma公司。

UV-755B紫外-可見分光光度計，上海元析儀器有限公司；Millipore Elix?15純水儀，默克化工有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 巖藻黃素溶液的制備

稱取0.8 mg巖藻黃素標品置于燒杯中，用1.5 mL的無水乙醇將巖藻黃素溶解，然后加入58.5 mL超純水，得到0.02 mmol/L的巖藻黃素溶液。所使用的有機溶劑體積分數(shù)不超過3%。

1.2.2 光照強度對巖藻黃素穩(wěn)定性的影響

分別取配制好的巖藻黃素溶液3.0 mL于2個樣品瓶中,使用氮氣驅走上部空氣，之后蓋緊瓶蓋，將這兩個樣品瓶分別置于暗處、自然光(普通的60 W日光燈)中，每24 h分別進行全波長掃描測定吸光度值。

1.2.3 高壓環(huán)境對巖藻黃素穩(wěn)定性的影響

取配制好的巖藻黃素溶液3.0 mL于樣品瓶中，使用氮氣驅走上部空氣，之后蓋緊瓶蓋，將其試劑瓶置于高壓滅菌鍋中進行高壓(121 ℃，0.1 MPa)處理15 min，分別測定高壓前后的吸光度值。

1.2.4 煮制加工對巖藻黃素穩(wěn)定性的影響

取配制好的巖藻黃素溶液3.0 mL于樣品瓶中，使用氮氣驅走上部空氣，之后蓋緊瓶蓋，將其試劑瓶置于100 ℃沸水浴中2.0 h，分別測定沸水浴前后的吸光度值。

1.2.5 pH值對巖藻黃素穩(wěn)定性的影響

分別取配制好的巖藻黃素溶液4.0 mL于3個樣品瓶中，分別標記為1，2，3號。將1號樣品瓶用0.1 mol/L的鹽酸溶液調pH值至3.0；2號樣品瓶用0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液調pH值至8.0；3號樣品瓶不調整pH值。分別取各樣品瓶中的巖藻黃素溶液2.0 mL，加入2.0 mL無水乙醇，使得巖藻黃素充分溶解，然后測定初始吸光度值。反應溶液加入樣品瓶之后，使用氮氣驅走上部空氣，之后蓋緊瓶蓋，實驗操作均在密閉條件下進行。將3個樣品瓶同時放入4 ℃環(huán)境儲存，7 d后取出，向這3組巖藻黃素溶液中分別加入2.0 mL無水乙醇，搖勻，完全溶解后進行全波長掃描測定吸光度值。

2 結果與討論

2.1 巖藻黃素特征吸收光譜的確定

巖藻黃素的紫外-可見光譜圖中，其特征吸收光譜值通常在440～470 nm。趙鵬[10]所報道的巖藻黃素特征吸收峰值是450 nm；Rajauria等[11]從褐藻長海條藻中分離純化出巖藻黃素，對其進行光譜檢測，得到其光譜特征吸收峰在446 nm。Pan等[12]的研究結果表明，物質會因為溶劑的改變或者環(huán)境的變化導致空間結構的變化而使得特征吸收峰出現(xiàn)偏移；Wang等[13]研究發(fā)現(xiàn)，巖藻黃素含有1個多烯烴骨架，屬于丙二烯型類胡蘿卜素，含有5，6單環(huán)氧基，9-共軛雙鍵，還有羰基和羥基。由于這些功能性基團的存在，巖藻黃素極不穩(wěn)定，易被氧化和異構化[14]，也會使得特征吸收峰發(fā)生偏移。但是，之前關于巖藻黃素特征吸收峰的報道都是將巖藻黃素完全溶解于有機溶劑中，本文將有機溶劑的加入量控制在3%(體積分數(shù))以下，溶劑的絕大部分是蒸餾水，因此最大吸收峰出現(xiàn)了一定偏移，范圍在425～457 nm。

2.2 光照對巖藻黃素穩(wěn)定性的影響

食品加工不可避免會遇到日曬光照的影響。光照對巖藻黃素穩(wěn)定性的實驗結果如圖1所示，由圖1可見，自然光照下的巖藻黃素隨著時間的延長，425 nm處吸光度值顯著降低，放置6 d后，吸光度值從0.75降到0.20以下(見圖1a)。而暗處理的巖藻黃素在6 d的時間內吸光度值沒有顯著的降低(見圖1b)。故在光照下，巖藻黃素的降解速度更快。Zhao等[15]研究發(fā)現(xiàn)，光照會引起巖藻黃素發(fā)生異構化，誘導巖藻黃素由13-順式和13′-順式轉變成全反式，再由全反式轉變成9′-順式結構，從而發(fā)生降解，說明結構的變化影響了巖藻黃素的穩(wěn)定性。同時，由圖2巖藻黃素在不同光照強度中放置后所呈現(xiàn)的顏色可以看出，自然光下的巖藻黃素溶液比暗處理下的顏色淺，說明置于自然光下的巖藻黃素比置于暗處下的巖藻黃素分解速度快，這與焉振鈴[16]的研究結果相同。由此可見，光照是影響巖藻黃素穩(wěn)定性的一個重要因素，因為巖藻黃素具有熱不穩(wěn)定性。因此，在進行食品加工時，應盡可能地避免在光照下進行，選擇光照強度低的方式，從而保證巖藻黃素的穩(wěn)定性，避免營養(yǎng)損失。

2.3 煮制加工對巖藻黃素穩(wěn)定性的影響

100 ℃是煮制食品的常用溫度，日后對巖藻黃素進行食品加工，這個溫度環(huán)境就是必須考慮的因素。煮制加工對巖藻黃素穩(wěn)定性的實驗結果如圖3所示，可見，在100 ℃的環(huán)境中，巖藻黃素的降解程度明顯，2 h后吸光度值就降為原來的一半。同時，從巖藻黃素置于100 ℃環(huán)境2 h前后的狀態(tài)可以看出，巖藻黃素溶液的顏色明顯變淺(見圖4)，說明其發(fā)生了一定程度的降解。這與陳曉利等[17]的研究結果一致，巖藻黃素在高溫環(huán)境中降解速度快，不耐貯藏。此外，由圖3還可見，吸收峰值也出現(xiàn)了一定的紅移，最大吸收峰由425 nm變?yōu)?46 nm，因此推測巖藻黃素的結構也發(fā)生了一定的變化。Davey等[18]研究發(fā)現(xiàn)，巖藻黃素降解分為2個階段，第一階段巖藻黃素先經異構化作用由全反式轉變成順勢異構體，第二階段為順式巖藻黃素的氧化作用。在煮制加工過程中，高溫環(huán)境會促進巖藻黃素的氧化分解，因此，巖藻黃素在食品加工過程中具有熱不穩(wěn)定性。

2.4 高壓對巖藻黃素穩(wěn)定性的影響

高壓也是食品加工中經常使用到的單元操作。從圖5巖藻黃素的吸光度值變化情況可以看出，經過高壓處理的巖藻黃素發(fā)生了一定程度的降解，吸收峰值也同樣出現(xiàn)了一定的紅移，最大吸收峰由425 nm變?yōu)?55 nm，因此推測巖藻黃素的結構在高壓環(huán)境下也發(fā)生了一定的變化。同時由圖6高壓處理前后巖藻黃素溶液的顏色變化可直觀看出，經過高壓處理的巖藻黃素發(fā)生了降解。高壓處理導致的巖藻黃素結構的變化以及降解，很難保持巖藻黃素的穩(wěn)定性，從而造成營養(yǎng)作用不能夠充分發(fā)揮。因此，在食品加工時，采用高壓的單元操作直接對巖藻黃素進行處理是不可行的。對巖藻黃素進一步處理后，使其處于相對穩(wěn)定狀態(tài)下再進行高壓的操作，可能會較為理想，這需要進一步的研究。

2.5 pH值對巖藻黃素穩(wěn)定性的影響

食品中碳酸飲料(pH<4)[19]為酸性，植物蛋白、運動飲料等為弱堿性，因此將巖藻黃素置于pH=3和pH=8環(huán)境中研究其穩(wěn)定性。由圖7的巖藻黃素溶液的狀態(tài)可以看出，強酸(pH=3)環(huán)境對巖藻黃素的穩(wěn)定性影響極大，導致巖藻黃素溶解性變差，有顆粒析出，而在未調pH值的中性、弱堿性環(huán)境下，巖藻黃素溶解性良好。將3種不同pH值(pH=3，pH=8，未調pH)的巖藻黃素溶液在放置前、后分別用無水乙醇按照1∶1(V/V)的比例重新溶解，對重新溶解完全的巖藻黃素溶液進行全波長掃描，結果如圖8所示。放置7 d后，pH=3的巖藻黃素溶液吸光度值下降最為明顯(見圖8a)，這與Hii等[20]的研究結果一致，酸性環(huán)境增加了巖藻黃素的降解。其次為未調pH值的巖藻黃素溶液(見圖8b)，而pH=8的巖藻黃素溶液吸光值減少最小(見圖8c)?？梢?，巖藻黃素在堿性環(huán)境下的穩(wěn)定性優(yōu)于中性及酸性，應用到食品加工中應避免選擇強酸性。因此，直接用于碳酸飲料等酸性飲品和食物是不恰當?shù)?，這會造成巖藻黃素在加工過程中的嚴重損失，使其營養(yǎng)功能不能充分發(fā)揮。而應選擇堿性食品，以保證巖藻黃素的穩(wěn)定性，盡可能保持其營養(yǎng)價值。

3 結論

本文通過控制有機溶劑加入量低于3%(體積分數(shù))和絕大部分用蒸餾水溶解巖藻黃素的方式，研究了光照強度、100 ℃環(huán)境、高壓、pH值對巖藻黃素穩(wěn)定性的影響。結果表明，自然光照強度下巖藻黃素的穩(wěn)定性明顯低于黑暗環(huán)境；在100 ℃環(huán)境中放置2 h、高壓處理15 min的巖藻黃素穩(wěn)定性也明顯降低，且吸收特征峰發(fā)生紅移，推測巖藻黃素的結構在高溫高壓環(huán)境下發(fā)生了一定的變化；酸性(pH=3)對巖藻黃素的穩(wěn)定性影響極大，會導致巖藻黃素顆粒析出，而巖藻黃素在堿性(pH=8)的條件下則相對穩(wěn)定。

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