超高壓處理對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響

姜彥光,王殿夫,朱金艷,張 琦,孟憲軍,*

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧沈陽 110866;2.遼東學(xué)院,遼寧丹東 118001)

藍(lán)莓又稱越橘、藍(lán)漿果,是一種耐寒性非常強(qiáng)的野生植物;原產(chǎn)于北美、蘇格蘭和俄羅斯。藍(lán)莓果實(shí)呈深藍(lán)色,含有非常豐富的花色苷[1],具有獨(dú)特風(fēng)味以及營養(yǎng)保健功能,如抗氧化、抗炎癥、提高免疫力、防衰老等生理功能[2-5]。藍(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性較差,容易受溫度、光照、添加劑、金屬離子等諸多因素的影響。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高,人們的保健意識逐漸在增強(qiáng),使得藍(lán)莓鮮果及其加工制品越來越受歡迎,可見藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)將會(huì)有很好的發(fā)展前景[6-7]。

食品超高壓技術(shù)是一種新型的食品冷殺菌技術(shù),能有效地延長食品的保存期;與最常用的熱殺菌技術(shù)相比,超高壓殺菌能更好地保持食品原有的色澤、風(fēng)味以及其營養(yǎng)物質(zhì)[8]。超高壓處理食品一般使用100～1000 MPa之間,超高壓處理是一個(gè)物理過程,物料在水或者其他液體介質(zhì)中被高壓壓縮使得細(xì)胞的正常形態(tài)發(fā)生改變,食品中的酶會(huì)失活或者被激活,細(xì)菌等微生物在此處理過程中也會(huì)被殺死。王寅等[9]研究了超高壓處理對藍(lán)莓品質(zhì)的影響,但有關(guān)于超高壓處理對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性影響的研究少有報(bào)道[10-11]。

本文主要研究了超高壓處理過程中藍(lán)莓清汁花色苷以及純化后的藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的變化,以及幾種常見的組分如:抗壞血酸、糖類以及黃酮類物質(zhì)在超高壓處理過程中對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響,以期為以后藍(lán)莓深加工提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮藍(lán)莓果(美登) 采自遼寧省鞍山市,采摘后12 h內(nèi)送達(dá)實(shí)驗(yàn)室并保存于-80 ℃的冰箱中；蒸餾水、無水乙醇、鹽酸 西隴化工股份有限公司；氫氧化鈉、氯化鉀、乙酸鈉、L-抗壞血酸、蔗糖、葡萄糖、黃酮、AB-8大孔樹脂 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

超高壓儀器 溫州濱-機(jī)械科技有限公司;JYZ-D55型榨汁機(jī) 九陽股份有限公司;BSA224S型電子分析天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;PHD-25數(shù)顯PH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠;V5800型紫外-可見分光光度計(jì) 上海元析儀器公司;BCD-186KB型冰箱 青島海爾電器有限公司;22331Hamburg離心機(jī) EppendorfAQ日本日立公司;DZQ-400型真空塑封機(jī) 富龍包裝。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 藍(lán)莓清汁樣品的制備 取藍(lán)莓凍果于室溫下自然解凍12 h,準(zhǔn)確稱量100 g藍(lán)莓果于榨汁機(jī)中榨汁5 min,用四層紗布過濾,得到濾液置于4 ℃離心機(jī)中離心,轉(zhuǎn)速11000 r/min,時(shí)間10 min,取上清液得到藍(lán)莓清汁,置于4 ℃冰箱中備用[12]。

1.2.2 純化的藍(lán)莓花色苷樣品的制備 取藍(lán)莓凍果于室溫下自然解凍12 h,準(zhǔn)確稱量100 g藍(lán)莓果于榨汁機(jī)中榨汁5 min,轉(zhuǎn)移到燒杯中,加入鹽酸酸化后的乙醇溶液(0.1% HCl酸化),按照料液比1∶10的比例加入乙醇溶液(即藍(lán)莓樣品與乙醇溶液的比值為1∶10,w/v),超聲提取50 min,提取溫度為50 ℃。用四層紗布過濾后經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到藍(lán)莓花色苷粗提物,抽濾兩次,用AB-8大孔樹脂進(jìn)行純化,初步除去蛋白質(zhì)、糖類等物質(zhì)[13-14],收集顏色最深部位的花色苷溶液即為純化后的藍(lán)莓花色苷樣品,置于4 ℃冰箱中備用。

1.2.3 超高壓處理 將備用的藍(lán)莓清汁花色苷樣品分別移入真空塑封袋中用真空塑封機(jī)封口,進(jìn)行超高壓實(shí)驗(yàn),每個(gè)塑封袋中裝有2 mL樣品溶液。超高壓壓力選用100、300、500、600 MPa四個(gè)壓力梯度,每個(gè)壓力梯度保壓時(shí)間為0、5、10、15、20、25、30 min。處理完成后迅速將樣品置于4 ℃冰箱中冷藏,12 h內(nèi)完成檢測,每個(gè)樣品測三組平行,未經(jīng)超高壓處理的樣品作為對照組。

1.2.4 常見組分對花色苷穩(wěn)定性的影響 取純化后的藍(lán)莓花色苷,每2 mL為一個(gè)樣品,分別取與花色苷樣品等體積(即2 mL)的L-抗壞血酸、蔗糖、葡萄糖、黃酮加入到花色苷樣品中,L-抗壞血酸、蔗糖、葡萄糖、黃酮的質(zhì)量濃度采用0、50、100 mg/L三個(gè)濃度梯度,空白對照組中加2 mL的蒸餾水。將封口后的樣品進(jìn)行超高壓處理,采用同一時(shí)間不同壓力梯度進(jìn)行處理,時(shí)間5 min,壓力分別為100、200、300、400、500、600 MPa六個(gè)梯度。處理完成后迅速將樣品置于4 ℃冰箱中冷藏,12 h內(nèi)完成檢測。

1.2.5 花色苷含量的測定 藍(lán)莓花色苷含量采用pH示差法進(jìn)行測定[15-17]。將待測的樣品分別加入pH1.0的緩沖液(準(zhǔn)確稱取1.86 g氯化鉀定容到1000 mL,用HCl調(diào)pH到1.0)和pH4.5的緩沖液(準(zhǔn)確稱取32.81 g乙酸鈉定容到1000 mL,用HCl調(diào)pH到4.5),在510和720 nm波長下測定花色苷的吸光值,按下式計(jì)算花色苷的質(zhì)量濃度。

A=(A510-A720)pH1.0-(A510-A720)pH4.5

式(1)

按照公式(2)計(jì)算藍(lán)莓花色苷濃度C

式(2)

其中,C:待測樣品中花色苷濃度,(mg/L);Mw:樣品中花色苷的相對分子質(zhì)量(以矢車菊-3-葡萄糖苷計(jì)),Mw=449.2 g/mol;DF:稀釋倍數(shù),其中藍(lán)莓清汁花色苷樣品的稀釋倍數(shù)為20,純化后的藍(lán)莓花色苷樣品的稀釋倍數(shù)為100;1指 1 cm 的比色杯;ε:花色苷的摩爾吸收率,ε=26900 L/(mol·cm)。

1.2.6 花色苷降解一級動(dòng)力學(xué)的計(jì)算 有大量的研究表明花色苷的熱降解符合一級動(dòng)力學(xué)反應(yīng),反應(yīng)速率常數(shù)(k)可用公式(3)計(jì)算?；ㄉ战到獍胨テ?t1/2)可用公式(4)計(jì)算。本實(shí)驗(yàn)采用一級動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型[18-21]分析超高壓處理過程中藍(lán)莓花色苷的降解。

ln(Ct/C0)=-k×t

式(3)

t1/2=ln0.5×k-1

式(4)

其中，k表示降解速率常數(shù),t表示處理時(shí)間；Ct、C0分別表示t時(shí)刻和0時(shí)刻時(shí)花色苷濃度；其中，花色苷殘留率=(Ct/C0)=(At/A0)，At、A0分別表示不同處理時(shí)間時(shí)公式(1)中吸光值。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

采用Excel 2010和SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 超高壓處理對藍(lán)莓清汁花色苷穩(wěn)定性的影響

超高壓處理過程中藍(lán)莓清汁花色苷含量的變化如圖1所示。由圖1可以看出,隨著超高壓處理時(shí)間的增加,四個(gè)壓力梯度下藍(lán)莓清汁花色苷的濃度均越來越少,其中100 MPa壓力下藍(lán)莓花色苷含量減少的趨勢最為明顯,0～30 min花色苷的濃度減少了13.6%。結(jié)果表明,超高壓處理會(huì)降低藍(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性,促進(jìn)藍(lán)莓花色苷降解;且相同的壓力下,超高壓處理的時(shí)間越長藍(lán)莓花色苷降解得越多。

圖1 超高壓處理過程中藍(lán)莓清汁花色苷濃度的變化Fig.1 Changes of anthocyanin content in blueberry juice during ultra-high pressure concentration

2.2 超高壓處理過程中藍(lán)莓清汁花色苷降解動(dòng)力學(xué)

目前對于花色苷降解的研究中多采用一級動(dòng)力學(xué),為了進(jìn)一步探究在超高壓處理過程中藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的變化及其降解過程是否符合降解一級動(dòng)力學(xué),進(jìn)而計(jì)算出了花色苷殘留率的變化。由圖2可以看出,隨著超高壓處理時(shí)間的增加,藍(lán)莓花色苷殘留率呈下降趨勢,隨著超高壓處理保壓時(shí)間的增加，藍(lán)莓清汁中花色苷的降解速率不斷加快,這與張海寧等[22-23]研究相似,他們發(fā)現(xiàn)果蔬中花色苷在超高壓加工過程中會(huì)發(fā)生降解,這種降解可能是由于多酚氧化酶和過氧化酶將花色苷氧化成為酚醌類物質(zhì)引起的。

圖2 超高壓處理過程中藍(lán)莓清汁花色苷殘留率的變化Fig.2 Changes of anthocyanin residual rate in blueberry clear juice during ultra high pressure treatment

如圖3所示對藍(lán)莓清汁花色苷含量和處理時(shí)間做-ln(Ct/C0)-t圖,可以看到不同壓力處理下4組趨勢線都呈上升的趨勢,從表1中可以看到100、300、500、600 MPa條件下,方程的相關(guān)系數(shù)分別是93.68%、94.58%、86.16%、95.60%,均在85%以上。對照一級動(dòng)力學(xué)模型可以看出超高壓處理過程中藍(lán)莓清汁花色苷的降解符合一級動(dòng)力學(xué)模型[22]。在超高壓處理過程中,隨著壓力的增加會(huì)有升溫的效果,但升溫沒有超過40 ℃。有研究表明,藍(lán)莓花色苷的熱降解有明顯效果的溫度在60 ℃以上[24],所以本實(shí)驗(yàn)在超高壓處理過程中溫度對藍(lán)莓清汁花色苷降解的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于超高壓處理過程中壓力對藍(lán)莓清汁花色苷降解的影響。

圖3 超高壓處理過程中藍(lán)莓清汁花色苷降解動(dòng)力學(xué)曲線Fig.3 Kinetics of degradation of anthocyanin in blueberry juice during ultra-high pressure treatment

表1 超高壓處理過程中藍(lán)莓清汁花色苷降解曲線回歸方程Table 1 Regression equation of anthocyanin degradation curve of blueberry juice during ultra-high pressure treatment

2.3 在超高壓處理?xiàng)l件下幾種常見組分對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響

2.3.1 超高壓處理過程中抗壞血酸對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響 如圖4所示,同一抗壞血酸濃度條件下,花色苷的濃度隨著超高壓壓力的增加而增加,說明超高壓處理會(huì)使純化后的藍(lán)莓花色苷的濃度增加;在超高壓壓力從100～600 MPa過程中,0、50、100 mg/L VC濃度條件下花色苷的濃度分別增加了9.8%,5.9%,6.7%。縱向的比較可以看到,同一壓力下,藍(lán)莓花色苷的含量隨著加入抗壞血酸濃度的增加而減少,濃度越大花色苷濃度減少的越多,100 MPa壓力下50 mg/L和100 mg/L VC環(huán)境中花色苷分別減少了0.6%和3.4%;200 MPa壓力下分別減少了2.1%和4.9%,300 MPa壓力下分別減少了0.5%和1.2%;400 MPa壓力下分別減少了1.1%和1.9%;500 MPa壓力下分別減少了4.6%和6.1%;600 MPa壓力下分別減少了4.1%和6.1%?？梢钥闯?00 MPa、500 MPa、600 MPa壓力條件下花色苷降解的趨勢最為明顯。這表明在超高壓處理過程中,抗壞血酸會(huì)降低藍(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性,這和熱處理過程中抗壞血酸會(huì)降低藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性相似[13]。

圖4 超高壓處理過程中抗壞血酸對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effects of ascorbic acid on the stability of blueberry anthocyanin during ultra-high pressure treatment注：不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),圖5～圖7同。

2.3.2 超高壓處理過程中糖類物質(zhì)對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響 實(shí)驗(yàn)選用了葡萄糖和蔗糖兩種糖類物質(zhì)研究在超高壓處理?xiàng)l件下,糖類物質(zhì)對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響。如圖5和圖6所示,葡萄糖和蔗糖都會(huì)促進(jìn)藍(lán)莓花色苷的降解[25],而且葡萄糖和蔗糖的濃度越高藍(lán)莓花色苷的降解越多。將葡萄糖和蔗糖對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性影響的作用效果進(jìn)行對比,可以看出相同壓力以及相同濃度條件下,葡萄糖使花色苷降解的量比蔗糖使花色苷的降解量多。100 MPa壓力下加入50 mg/L葡萄糖和蔗糖,花色苷分別減少了2.2%、2.0%;加入100 mg/L的葡萄糖和蔗糖,花色苷分別減少了10.7%、4.7%。這和Daravingas 等[26]在研究中發(fā)現(xiàn)蔗糖、果糖、葡萄糖和木糖都能促進(jìn)花色苷的降解結(jié)果相似。這可能是因?yàn)槠咸烟恰⒄崽堑忍穷愇镔|(zhì)通過美拉德反應(yīng)生成糠醛類化合物或者衍生物,它們通過親電作用快速地與花色苷結(jié)合從而導(dǎo)致花色苷的降解[27-28]。

圖5 超高壓處理過程中蔗糖對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effects of sucrose on the stability of blueberry anthocyanin during ultra-high pressure treatment

圖6 超高壓處理過程中葡萄糖對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effects of glucose on the stability of anthocyanin in blueberry during ultra-high pressure treatment

2.3.3 超高壓處理過程中黃酮類物質(zhì)對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響 黃酮類物質(zhì)也是藍(lán)莓中的重要組成成分,本實(shí)驗(yàn)將不同濃度的黃酮加入到純化后的藍(lán)莓花色苷中研究在超高壓處理?xiàng)l件下黃酮類物質(zhì)對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響。由圖7可以看出,相同的壓力條件下,隨著黃酮濃度的增加花色苷的含量同樣增加,而且加入的黃酮濃度越高,花色苷的含量增加的越多。最為明顯的是600 MPa壓力下,加入50 mg/L和100 mg/L的黃酮溶液,花色苷的含量分別增加了5.6%和9.3%?；ㄉ帐且环N水溶性黃酮類物質(zhì),藍(lán)莓中的黃酮類物質(zhì)可以提高藍(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性。這和李永強(qiáng)等[29]研究發(fā)現(xiàn)黃酮含量與色調(diào)角、最大吸收波長和花色苷含量成極顯著正相關(guān)相似。王維茜等[30]研究發(fā)現(xiàn)加入槲皮素、黃芩素、蘆丁等黃酮類物質(zhì)能提高花色苷的穩(wěn)定性。

圖7 超高壓處理過程中黃酮對藍(lán)莓花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effects of flavonoids on the stability of anthocyanin in blueberry during ultra-high pressure treatment

3 結(jié)論

在超高壓處理過程中藍(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性較差,超高壓處理可以促進(jìn)藍(lán)莓花色苷的降解,相同的壓力下保壓時(shí)間越長藍(lán)莓花色苷降解得越多,花色苷殘留率越來越少且實(shí)驗(yàn)證明在超高壓處理?xiàng)l件下藍(lán)莓花色苷的降解符合一級動(dòng)力學(xué)。

在超高壓處理?xiàng)l件下,L-抗壞血酸、葡萄糖、蔗糖等物質(zhì)會(huì)促進(jìn)藍(lán)莓花色苷的降解,且這幾種成分的濃度越高藍(lán)莓花色苷的降解越多;黃酮類物質(zhì)會(huì)提高藍(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性,且黃酮的濃度越高藍(lán)莓花色苷的穩(wěn)定性越好。