β-胡蘿卜素模擬體系超聲降解機(jī)制研究

于奉生，孫志高，方明，馬亞琴，盛冉

1(西南大學(xué) 柑桔研究所，重慶，400712) 2(魯南制藥集團(tuán)股份有限公司，山東 臨沂，276000)

類(lèi)胡蘿卜素是對(duì)以類(lèi)異戊二烯為基本單元構(gòu)成的類(lèi)萜化合物及其衍生物的總稱(chēng)，柑橘汁中富含類(lèi)胡蘿卜素，它們不僅對(duì)果汁感官品質(zhì)影響極大，而且也是重要的功能性成分，具有清除自由基、抗癌、抗腫瘤、降血脂、預(yù)防骨質(zhì)疏松癥及增強(qiáng)機(jī)體免疫力等多種生理功能[1]。由于人體自身不能合成類(lèi)胡蘿卜素，食用水果和蔬菜是其主要來(lái)源，故富含類(lèi)胡蘿卜素的柑橘汁受到研究者和消費(fèi)者的廣泛關(guān)注[2]。

殺菌處理能有效殺滅有害微生物、鈍化酶活性和延長(zhǎng)貨架期，是柑橘汁加工最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)巴氏殺菌雖能達(dá)到良好的殺菌效果，但對(duì)柑橘汁中類(lèi)胡蘿卜素含量的影響較大。超聲殺菌作為一種新型非熱殺菌技術(shù)，既可達(dá)到殺菌效果，又能最大限度地保存果汁中的營(yíng)養(yǎng)成分，因此逐漸受到廣泛關(guān)注和研究。相比于傳統(tǒng)的熱殺菌，超聲殺菌雖然能減少柑橘汁中類(lèi)胡蘿卜素等熱敏性物質(zhì)的損失，但類(lèi)胡蘿卜素在超聲過(guò)程中，受超聲功率、超聲溫度等外源因子影響較大，此外，柑橘汁中的糖、酸、Vc等內(nèi)源因子也會(huì)對(duì)其降解產(chǎn)生重要的影響[3-5]。

柑橘汁中的類(lèi)胡蘿卜素存在于果汁的水相體系中，因此研究水相體系中類(lèi)胡蘿卜素的降解能更好地反映出其在超聲過(guò)程中的降解規(guī)律及降解機(jī)制。本實(shí)驗(yàn)選取β-胡蘿卜素代表類(lèi)胡蘿卜素，構(gòu)建β-胡蘿卜素水相模擬體系，考察超聲作用下南豐蜜桔汁模擬體系中糖、酸、Vc等內(nèi)源因子對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的影響；建立降解動(dòng)力學(xué)模型，探究β-胡蘿卜素在不同超聲功率、溫度、時(shí)間等外源因子下的降解規(guī)律，對(duì)其降解產(chǎn)物進(jìn)行鑒定，從而了解各因子對(duì)類(lèi)胡蘿卜素降解的具體影響，探究其在超聲過(guò)程中的降解規(guī)律及降解機(jī)制，對(duì)有效防止其在超聲殺菌過(guò)程中的損失具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

β-胡蘿卜素(純度≥96.0%)，上海源葉生物科技公司；甲醇、乙腈、甲基叔丁基醚(methyl tert-butyl ether, MTBE)、四氫呋喃(均為色譜純)，美國(guó)Sigma公司；丙酮、乙醚、KOH、NaOH(均為分析純)，重慶川東化工有限公司；2,6-二叔丁基對(duì)甲酚(butylated hydroxytoluene, BHT)、吐溫-80、檸檬酸、KBr(均為分析純)，成都科龍化工試劑廠；抗壞血酸、葡萄糖、果糖、蔗糖(純度均≥99.0%)，北京百靈威科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DP-800超聲波清洗器，上海生析超聲儀器有限公司；LD-915恒溫槽，寧波天恒儀器廠；TTL-DCI氮吹儀，北京同泰聯(lián)科技發(fā)展有限公司；TU-1901紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；Ultimate3000高效液相色譜儀，戴安中國(guó)有限公司；Shodex RI-101示差折光檢測(cè)器，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；Prestige-21傅里葉光譜掃描儀，日本島津公司；7890B/5977A氣相色譜-單四級(jí)桿質(zhì)譜聯(lián)用儀、DB-5MS石英毛細(xì)管柱，美國(guó)Agilent公司；頂空固相微萃取操作臺(tái)、手動(dòng)頂空固相微萃取進(jìn)樣器，美國(guó)Supelco公司；L-550臺(tái)式低速大容量離心機(jī)，長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 β-胡蘿卜素水相體系的構(gòu)建

參照王樹(shù)林[6]的方法，略有修改，具體如下：稱(chēng)取5.0 mg β-胡蘿卜素用10.0 mL二氯甲烷溶解，然后用1.0 g吐溫-80乳化，避光條件下將二氯甲烷液氮吹干，用100 mL蒸餾水將其溶解成質(zhì)量濃度為50 mg/L的β-胡蘿卜素水相儲(chǔ)備液。

1.3.2 南豐蜜桔汁中類(lèi)胡蘿卜素、糖、酸、Vc的含量測(cè)定

1.3.2.1 類(lèi)胡蘿卜素的測(cè)定

參照PUPIN等[7]和陶俊等[8]的方法，略有修改，具體如下：取10 mL柑橘汁，加入適量含1 g/L抗氧化劑BHT的丙酮提取，充分振蕩，使其充分混合，然后在4 000 r/min離心10 min，將沉淀再用含1 g/L BHT 的丙酮繼續(xù)提取2～3次，直至沉淀無(wú)色，將濾液在35 ℃下真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干；用乙醚(含1 g/L BHT)復(fù)溶，加100 g/L KOH-甲醇溶液(含1 g/L BHT)，置于暗處皂化反應(yīng)3 h，加入100 g/L NaCl 使之分層萃取，水相再用乙醚(含1 g/L BHT)二次萃取，合并乙醚相，用蒸餾水反復(fù)洗至中性，用無(wú)水Na2SO4干燥，過(guò)濾，濾液在35 ℃下真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，用V(甲醇)∶V(乙酸乙酯)=1∶1混合液定容至2 mL棕色瓶中，置于-18 ℃冰箱中備用，上樣前用0.22 μm微孔濾膜過(guò)濾。

類(lèi)胡蘿卜素的HPLC條件為：流動(dòng)相：A為水, B為甲醇，C為MTBE。0 min 5%(體積分?jǐn)?shù)，下同)A，90%B，5%C；12 min 95%B，5%C；25 min 89%B，11%C；40 min 75%B，25%C；60 min 50%B，50%C；62 min 5%A，90%B，5%C。色譜柱YMC C30(4.6 mm×250 mm，5μm)，檢測(cè)波長(zhǎng)450 nm，柱溫為40 ℃, 進(jìn)樣量20 μL，流速為1.0 mL/min，B和C均含有1 g/L BHT。

1.3.2.2 葡萄糖、果糖、蔗糖的測(cè)定

參照葛寶坤等[9]的方法，略有修改，采用高效液相色譜法，檢測(cè)器為示差折光檢測(cè)器。具體條件：流動(dòng)相：85%乙腈，色譜柱：Phenomenex Luna NH2(250 mm×4.6 mm，5 μm)，柱溫為40 ℃，檢測(cè)池40 ℃，進(jìn)樣量10 μL，流速為2 mL/min。

1.3.2.3 可滴定酸的測(cè)定

參照GB/T 8210—2011《柑桔鮮果檢驗(yàn)方法》中的指示劑法測(cè)定[10]。準(zhǔn)確吸取25 mL果汁樣品，蒸餾水稀釋至250 mL后搖勻。將10 mL稀釋后的果汁置于150 mL錐形瓶中，加入2～3滴10 g/L的酚酞，然后用已經(jīng)標(biāo)定的NaOH溶液滴定至微紅色且30 s不褪色。

1.3.2.4 Vc的測(cè)定

參照GB 5009.86—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中抗壞血酸》中的2，6—二氯靛酚滴定法[11]。

1.3.3 南豐蜜桔汁模擬體系的超聲處理

將配制好的11組南豐蜜桔汁模擬體系分別在超聲殺菌條件(超聲功率720 W、超聲溫度50 ℃、超聲時(shí)間36 min)下處理后，對(duì)各體系中β-胡蘿卜素的含量進(jìn)行檢測(cè)，每組重復(fù)處理3次。

1.3.4 β-胡蘿卜素水相模擬體系降解動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建

將配制好的β-胡蘿卜素水相模擬體系在不同超聲溫度(30、40、50、60、70 ℃，720 W)和不同超聲功率(180、360、540、720、900 W，50 ℃)下分別處理10、20、30、40、50、60 min，檢測(cè)β-胡蘿卜素的含量，每組重復(fù)處理3次，建立β-胡蘿卜素水相模擬體系在不同超聲溫度及不同超聲功率下的降解動(dòng)力學(xué)模型。應(yīng)用試錯(cuò)法假設(shè)反應(yīng)級(jí)數(shù)分別為零、一、二時(shí)，根據(jù)其相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型反應(yīng)物濃度(C)與時(shí)間(t)、反應(yīng)物濃度的對(duì)數(shù)(lnC)與時(shí)間(t)、反應(yīng)物濃度倒數(shù)(1/C)與時(shí)間(t)應(yīng)該為線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R2)最高的模型即為其降解動(dòng)力學(xué)模型。零級(jí)，一級(jí)，二級(jí)模型分別如公式(1)(2)(3)所示：

(1)

(2)

(3)

式中：C，反應(yīng)物在給定時(shí)間的質(zhì)量濃度,mg/L；C0，為反應(yīng)物的初始質(zhì)量濃度,mg/L；k，速率常數(shù)；t，超聲時(shí)間,min。

1.3.5 β-胡蘿卜素水相模擬體系降解產(chǎn)物的鑒定

1.3.5.1 異構(gòu)體的鑒定

采用高效液相色譜-二極管陣列檢測(cè)法(high performance liquid chromatography-diode array detection, HPLC-DAD)分析經(jīng)超聲處理后的β-胡蘿卜素的異構(gòu)產(chǎn)物，使用DAD掃描了250～550 nm范圍內(nèi)的異構(gòu)體的紫外可見(jiàn)光譜，根據(jù)光譜特征及色譜行為對(duì)其進(jìn)行鑒定。具體液相條件：流動(dòng)相A為V(乙腈)∶V(甲醇)=70∶30, B為MTBE；B的體積分?jǐn)?shù)在20 min內(nèi)由0%增加到80%；色譜柱YMC C30(4.6 mm×250 mm，5 μm)，檢測(cè)波長(zhǎng)460 nm，柱溫為40 ℃, 進(jìn)樣量20 μL，流速為1.0 mL/min，A和B均含有0.1% BHT。

1.3.5.2 氧化產(chǎn)物的鑒定

經(jīng)超聲處理的β-胡蘿卜素經(jīng)KBr壓片法處理后，采用傅里葉紅外光譜掃描，分析其官能團(tuán)的變化。

1.3.5.3 揮發(fā)性產(chǎn)物的鑒定

色譜條件：色譜柱DB-5MS石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；升溫程序：起始溫度40 ℃，保持2.5 min，再以5 ℃/min升至200 ℃，保持10 min；進(jìn)樣口溫度230 ℃，不分流進(jìn)樣，載氣(He)流速1.5 mL/min。

質(zhì)譜條件：EI離子源，電子能量70 eV，傳輸線溫度280 ℃，離子源溫度230 ℃，質(zhì)量掃描范圍m/z40～400。

1.3.6 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)都以3個(gè)重復(fù)的“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 9.0繪制實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 β-胡蘿卜素水相體系的構(gòu)建

β-胡蘿卜素水相體系的紫外光譜掃描曲線如圖1所示，發(fā)現(xiàn)其在水及四氫呋喃中的特征吸收曲線具有相同的特征吸收峰，且均在460 nm處有最大的吸光值，因此水相體系中β-胡蘿卜素的含量可直接用分光光度法來(lái)測(cè)定其吸光值，根據(jù)吸光值的大小來(lái)計(jì)算其濃度。

圖2是超聲過(guò)程中β-胡蘿卜素在水及四氫呋喃中的降解趨勢(shì)，其降解趨勢(shì)存在顯著差異，原因主要是超聲的空化效應(yīng)與溶劑的表面張力、黏度及飽和蒸汽壓等物理特性有關(guān)，其中溶劑的飽和蒸汽壓對(duì)超聲空化效應(yīng)影響最大,飽和蒸汽壓越高，空化效應(yīng)越弱[12]。相比四氫呋喃，水的飽和蒸氣壓低，因此水相體系中的空化效應(yīng)較強(qiáng)，更能反映類(lèi)胡蘿卜素在柑橘汁中的存在狀態(tài)。

圖1 β-胡蘿卜素在水相體系和四氫呋喃中的典型吸收曲線Fig.1 Absorption profile of β-carotene in aqueoussolution and tetrahydrofuran

圖2 超聲過(guò)程中β-胡蘿卜素在水相體系和四氫呋喃中的降解趨勢(shì)Fig.2 Degradation trend of β-carotene in aqueoussolution and tetrahydrofuran during ultrasound treatment

2.2 內(nèi)源因子的影響

2.2.1 南豐蜜桔汁模擬體系的構(gòu)建

通過(guò)檢測(cè)得到南豐蜜桔汁中各物質(zhì)的質(zhì)量濃度：葡萄糖(glucose，G)19.3 g/L、果糖(fructose,F)20.2 g/L、蔗糖(sucrose,S)60.6 g/L、檸檬酸(citric acid，CA)5.9 g/L、Vc 141.9 mg/L。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，分別設(shè)計(jì)含有各單糖及總糖、酸、Vc的模擬體系，然后進(jìn)行配制，11組模擬體系的具體構(gòu)成見(jiàn)表1。

表1 模擬體系中β-胡蘿卜素、糖、酸、Vc的添加量Table 1 Fortified content of β-carotene,sugars,citricacid and Vc in various model systems

續(xù)表1

2.2.2 各內(nèi)源因子對(duì)類(lèi)胡蘿卜素降解的影響

配制好的11組南豐蜜桔汁模擬體系分別經(jīng)超聲殺菌(超聲功率720 W、超聲溫度50 ℃、超聲時(shí)間36 min)處理后，其β-胡蘿卜素的含量如圖3所示，通過(guò)對(duì)各組β-胡蘿卜素含量的比較可以發(fā)現(xiàn)各內(nèi)源因子及其協(xié)同作用對(duì)類(lèi)胡蘿卜素降解的影響。

圖3 超聲處理后不同模擬體系β-胡蘿卜素含量Fig.3 Content of β-carotene in various modelsystems after ultrasound treatment

對(duì)照組1中β-胡蘿卜素降解了30.21%，在2組和7組分別添加Vc和檸檬酸，其降解率分別為36.46%和44.79%，說(shuō)明二者均能促進(jìn)類(lèi)胡蘿卜素的降解，而8組損失了53.13%，證明二者共同存在對(duì)降解有增效作用。孫明奇等[13]研究了柑橘皮粉類(lèi)胡蘿卜素提取液在不同條件下的穩(wěn)定性，結(jié)果表明酸性條件下類(lèi)胡蘿卜素的保存率較低，檸檬酸等酸味劑也有促降解的效果。此外，Vc能還原活性氧產(chǎn)生較多的羥基自由基，起到促氧化的作用，從而使類(lèi)胡蘿卜素發(fā)生降解[4]。

4組、5組和6組中分別添加葡萄糖、蔗糖、果糖，其降解率分別為27.08%、21.88%、26.04%，添加了3種糖的3組降解率為14.58%，究其原因可能是糖通過(guò)降低體系中的水分活度及溶解氧，進(jìn)而對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的降解有保護(hù)作用[5]。9組、10組分別為β-胡蘿卜素-糖-Vc和β-胡蘿卜素-糖-酸體系，降解率分別為25.00%和35.42%，說(shuō)明糖能阻止Vc和酸對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的破壞，但在降解過(guò)程中，9組中主導(dǎo)的是糖對(duì)降解的保護(hù)作用，10組中主導(dǎo)的是酸對(duì)降解的促進(jìn)作用。11組為添加了糖、酸、Vc的類(lèi)胡蘿卜素模擬體系，該體系的降解率為39.58%，比9組和10組高，而比8組低，也能說(shuō)明超聲處理過(guò)程中，酸和Vc能促進(jìn)類(lèi)胡蘿卜素降解，而糖對(duì)其有一定的保護(hù)作用。

2.3 降解動(dòng)力學(xué)的建立

2.3.1 不同超聲溫度降解動(dòng)力學(xué)的建立

依據(jù)試錯(cuò)法得到不同超聲溫度下β-胡蘿卜素的降解動(dòng)力學(xué)模型如圖4所示，其動(dòng)力學(xué)方程及決定系數(shù)見(jiàn)表2，30 ℃時(shí)β-胡蘿卜素的降解符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，40～70 ℃時(shí)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，如表2所示。

圖4 不同超聲溫度下β-胡蘿卜素降解動(dòng)力學(xué)曲線Fig.4 Degradation kinetics curve of β-caroteneunder different ultrasound temperatures

表2 不同超聲溫度下β-胡蘿卜素降解反應(yīng)級(jí)數(shù)、動(dòng)力學(xué)方程、反應(yīng)系數(shù)、決定系數(shù)和半衰期Table 2 Degradation reaction order，kinetic equations，k，R2 and t1/2 of β-carotene under differentultrasound temperatures

溫度/℃反應(yīng)級(jí)數(shù)線性方程k/(min-1)(P<0.05)R2(P<0.05)t1/2/min300y=-0.042 5x+0.203 60.042 50.910 6122.438401y=-0.00 6x-0.040 50.006 00.925 0108.775501y=-0.00 9x-0.049 90.009 00.958 871.472601y=-0.014x-0.021 70.001 40.947 547.961701y=-0.024 9x-0.021 40.024 90.975 526.978

注：40、50、60、70 ℃在主坐標(biāo)軸，30 ℃在次坐標(biāo)軸

基于動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算出不同超聲溫度下的反應(yīng)系數(shù)及半衰期，從而可以看出隨著溫度的升高降解率也隨著上升。孫玉敬[14]研究-5～35 ℃下超聲處理全反式β-胡蘿卜素的二氯甲烷溶液，結(jié)果隨著溫度的升高降解率下降，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差異?？赡艿脑蚴窃?5～35 ℃的低溫下，超聲的空化效應(yīng)在降解的過(guò)程中起主導(dǎo)作用，二氯甲烷的飽和蒸汽壓隨著溫度的升高而升高，從而空化效應(yīng)減弱，使得β-胡蘿卜素的降解率也隨之降低。本實(shí)驗(yàn)的溫度較高且是在水相體系中進(jìn)行的，熱效應(yīng)是在降解過(guò)程中起主導(dǎo)作用，因此降解率會(huì)隨溫度升高而上升。

處理?xiàng)l件不同，類(lèi)胡蘿卜素的降解動(dòng)力學(xué)模型也會(huì)有所差異。SUN等[15]發(fā)現(xiàn)β-胡蘿卜素的降解在低溫下符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，在25 ℃符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。此外，熱處理?xiàng)l件下β-胡蘿卜素的降解符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，而在光處理下又符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型[16]。

2.3.2 不同超聲功率降解動(dòng)力學(xué)的建立

不同超聲功率下β-胡蘿卜素的降解動(dòng)力學(xué)模型如圖5所示，其動(dòng)力學(xué)方程及決定系數(shù)見(jiàn)表3。

圖5 不同超聲功率下β-胡蘿卜素降解動(dòng)力學(xué)曲線Fig.5 Degradation kinetics curve of β-caroteneunder different ultrasound power

表3 不同超聲功率下β-胡蘿卜素降解反應(yīng)級(jí)數(shù)、動(dòng)力學(xué)方程、反應(yīng)系數(shù)、決定系數(shù)、半衰期Table 3 Degradation reaction order，kinetic equations，k，R2 and t1/2 of β-carotene under differentultrasound power

超聲功率/W反應(yīng)級(jí)數(shù)線性方程k/(min-1)(P<0.05)R2(P<0.05)t1/2/min1801y=-0.005 7x-0.049 40.005 70.892 2112.9383601y=-0.008 3x-0.036 40.008 30.914 279.1265401y=-0.013x-0.078 50.0130.926 747.2817201y=-0.009x-0.049 90.0090.958 871.4729001y=-0.010 6x-0.050 60.010 60.915 660.618

180～900 W時(shí)β-胡蘿卜素的降解均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。不同超聲功率下的反應(yīng)系數(shù)及半衰期如表3所示，在本實(shí)驗(yàn)的功率范圍內(nèi)，降解率先升高后降低然后接近平衡，540 W時(shí)降解率最大。可能的原因是在180～540 W范圍內(nèi)，超聲空化效應(yīng)隨超聲功率的提高而增強(qiáng)，當(dāng)功率超過(guò)540 W時(shí)產(chǎn)生的空化氣泡過(guò)大來(lái)不及破裂，即使破裂產(chǎn)生的爆破強(qiáng)度也不高，同時(shí)過(guò)多地空化氣泡會(huì)引起超聲波的散射，阻礙超聲波的傳播，導(dǎo)致降解率下降。而當(dāng)功率超過(guò)720 W時(shí)，導(dǎo)致降解率不再降低的原因可能是，較高的超聲功率產(chǎn)生的熱量無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)得到釋放，這些熱量也可能引發(fā)類(lèi)胡蘿卜素的降解。

本實(shí)驗(yàn)是在超聲活性區(qū)域建立的β-胡蘿卜素的降解動(dòng)力學(xué)模型，該區(qū)域具有較強(qiáng)的超聲空化效應(yīng)，同時(shí)存在動(dòng)態(tài)變化以及不均一性的超聲化學(xué)效應(yīng)，此外它們與熱效應(yīng)相互疊加，使得不穩(wěn)定的類(lèi)胡蘿卜素的降解動(dòng)力學(xué)模型較為復(fù)雜。

2.4 異構(gòu)體的鑒定

2.4.1 異構(gòu)體的定性鑒定

經(jīng)過(guò)不同條件超聲處理的β-胡蘿卜素會(huì)產(chǎn)生不同的異構(gòu)體，采用HPLC-DAD對(duì)其進(jìn)行分離及鑒定，圖6-B為超聲功率720 W，超聲溫度 50 ℃下產(chǎn)生的3種異構(gòu)體，即峰1、2、4。

A-β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品;B-超聲處理后的β-胡蘿卜素圖6 β-胡蘿卜素高效液相色譜圖Fig.6 HPLC figure of β-carotenes

圖7即為峰1、2、4對(duì)應(yīng)的紫外可見(jiàn)光譜。全反式β-胡蘿卜素僅在460 nm左右有一個(gè)“三指形”吸收峰，而其順式異構(gòu)體除了主要吸收峰之外，還在330～340 nm處出現(xiàn)一個(gè)吸收峰，即“順式峰”，此順式峰吸光度和主吸收峰吸光度的比值，即為Q值。根據(jù)此Q值和相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)對(duì)異構(gòu)體進(jìn)行判斷，經(jīng)判斷峰1、2、4分別為15-順式、13-順式和9-順式β-胡蘿卜素，具體見(jiàn)表4。

圖7 超聲處理后β-胡蘿卜素及其異構(gòu)體的光譜特征圖Fig.7 Spectral overlays of β-carotene and its isomersafter ultrasound treatment注：1、2、4在主坐標(biāo)軸，3在次坐標(biāo)軸

2.4.2 異構(gòu)體的定量鑒定

因全反式構(gòu)型的熱力學(xué)更為穩(wěn)定，因此類(lèi)胡蘿卜素主要以全反式的形式存在，順?lè)串悩?gòu)體在許多物化性質(zhì)上存在差異，比如順式異構(gòu)體顏色的明亮度或飽和度較低，熔點(diǎn)較低，吸光系數(shù)較小以及熱力學(xué)不穩(wěn)定等。不同超聲條件下生成的異構(gòu)體含量如圖8所示，圖8-A顯示不同超聲溫度下，3種異構(gòu)體的含量先隨溫度上升而升高，50 ℃之后溫度過(guò)高，在超聲及熱效應(yīng)的共同作用下，導(dǎo)致生成的異構(gòu)體降解，因此異構(gòu)體的含量隨溫度升高而下降。圖8-B顯示不同超聲功率下，3種異構(gòu)體的含量隨功率上升而升高，720 W之后功率過(guò)高，導(dǎo)致異構(gòu)體的含量不再升高甚至下降。

表4 β-胡蘿卜素異構(gòu)體的鑒定Table 4 Identification of β-carotene isomers

注：a以正己烷為流動(dòng)相；b梯度洗脫，V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(水)=84∶14∶2和二氯甲烷(體積比從 80∶20 到 45∶55)；c梯度洗脫，V(甲醇)∶V(異丙醇)=99∶1和二氯甲烷(體積比從100∶0到70∶30)；d梯度洗脫，V(甲醇)∶V(乙腈)∶V(水)=84∶14∶2和二氯甲烷(體積比從100∶0到45∶55)[17-20]

A-不同超聲溫度;B-不同超聲功率圖8 不同超聲條件下β-胡蘿卜素異構(gòu)體含量Fig.8 The contents of β-carotene isomers under differentultrasound conditions注：13-順式、9-順式在主坐標(biāo)軸，15-順式在次坐標(biāo)軸

2.5 氧化產(chǎn)物的鑒定

圖9 β-胡蘿卜素紅外光譜圖Fig.9 FTIR spectra of β-carotene

2.6 揮發(fā)性產(chǎn)物的鑒定

超聲處理后β-胡蘿卜素降解產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物采用GC-MS進(jìn)行分析，其總離子流圖見(jiàn)圖10，這些揮發(fā)性產(chǎn)物的詳細(xì)介紹如表5所示，其中β-紫羅蘭酮相對(duì)含量最高(27.73%)，其次是異佛爾酮(15.15%)、2,2,6-三甲基環(huán)己酮 (8.31%)、3-己醇(6.18%)、β-環(huán)檸檬醛(5.92%)；此外還有3,5,5-三甲基-2-環(huán)己烯-1-醇(2.41%)等降異戊二烯化合物。這些揮發(fā)性物質(zhì)不僅具有特殊的香氣，影響柑橘汁的風(fēng)味，還具有多種生物活性功能，比如β-紫羅蘭酮不僅能降低血脂，還能抑制癌細(xì)胞、調(diào)控體內(nèi)癌細(xì)胞增殖[22]。

圖10 β-胡蘿卜素降解產(chǎn)物的GC-MS總離子流圖Fig.10 Total ion current chromatograms of volatilecompounds of β-carotene degradation

表5 β-胡蘿卜素水相體系中的揮發(fā)性成分Table 5 Volatile compounds of β-carotene in pure aqueous

續(xù)表5

序號(hào)保留時(shí)間/min化合物分子式相對(duì)含量/%1929.61萘 naphthaleneC10H81.062029.88β-紫羅蘭酮 beta-iononeC13H20O27.732130.065,6-環(huán)氧-β-紫羅蘭酮 5,6-epoxy-beta-iononeC12H20O20.912232.024-(2,2,6-三甲基-7-氧雜二環(huán)[4,1,0]庚-1-基)-3-丁烯-2-酮4-(2,2,6-trimethyl-7-oxabic yclo[4.1.0]hept-1-yl)-3-buten-2-oneC13H20O21.632337.11十六烷 hexadecaneC16H341.32

3 結(jié)論

(1)選用β-胡蘿卜素代表類(lèi)胡蘿卜素，構(gòu)建其水相模擬體系。通過(guò)測(cè)定南豐蜜桔果汁中糖、酸、Vc含量，配制11組模擬體系來(lái)探究各內(nèi)源因子及其協(xié)同作用對(duì)類(lèi)胡蘿卜素降解的影響。超聲處理過(guò)程中，Vc和檸檬酸均能促進(jìn)類(lèi)胡蘿卜素降解，且二者共存時(shí)具有增效作用；糖對(duì)類(lèi)胡蘿卜素有一定的保護(hù)作用，能不同程度地阻止Vc和酸對(duì)類(lèi)胡蘿卜素的破壞。

(2)分別建立不同超聲溫度和超聲功率下β-胡蘿卜素的降解動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)只有30 ℃時(shí)符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，其余條件下均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，但其降解規(guī)律及降解機(jī)制存在差異。不同超聲溫度下，降解率隨著溫度的升高而上升，主要是熱效應(yīng)所致；不同超聲功率下，降解率是先升高后降低，然后接近平衡，540 W時(shí)降解率最大，主要是超聲空化效應(yīng)所致。