微波與超聲處理對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系色澤的影響

徐 燁，李 旋，畢金峰,*，郭崇婷,3，朱鳳妹，吳昕燁

（1.河北科技師范學院食品科技學院，河北 秦皇島 066004；2.中國農業(yè)科學院農產品加工研究所，農業(yè)農村部農產品加工綜合性重點實驗室，北京 100193；3.沈陽農業(yè)大學食品學院，遼寧 沈陽 110866）

隨著天然色素安全性高、呈色自然等特性的凸顯，其市場需求量大幅度增加。天然植物色素不但具有良好的呈色特性，而且具有抗氧化、抑制炎性反應等活性，可以發(fā)揮保健、防病等功效[1]。植物中的天然色素主要有脂溶性色素與水溶性色素兩類[2]；脂溶性色素主要包括葉綠素、葉黃素與胡蘿卜素等，水溶性色素主要包括花色苷類（又稱花青素），具有典型的C6-C3-C6碳骨架結構，含有A、B兩個苯甲酰環(huán)和含氧六元雜環(huán)[3]。自然界中游離態(tài)的花青素極少，一般以糖苷形式存在，且其中3位糖苷取代最為常見[3]。自然界已知有22 類花青素，而在食品中常出現(xiàn)的有矢車菊色素、天竺葵色素、飛燕草色素、芍藥色素、錦葵色素和牽?；ㄉ? 類[4]，其大部分對光、熱、氧、金屬離子等敏感，穩(wěn)定性差，且在不同條件下含量組成存在顯著差別，易降解為無色或者褐色的產物[5-6]。與此同時，花青素對pH值變化十分敏感，色調會隨之發(fā)生變化[7]。

目前提高花青素體系穩(wěn)定性的研究涉及共色作用、復合作用、載體包埋等方面?；ㄇ嗨氐墓采饔弥溉芤褐械幕ㄇ嗨嘏c無色或顏色很淺的化合物形成分子間締合作用，從而使花青素呈色加深、并且穩(wěn)定的現(xiàn)象[8]。花青素與這些化合物的締合體被稱作共色素，這些化合物主要包括黃酮、酚酸、氨基酸、有機酸、生物堿、單寧等，甚至可以是花青素本身。共色作用存在多種機制，包括分子內或分子間相互締合作用以及自締合作用[9-10]。研究表明，采用不同物理方法處理（如超聲波、微波和超高壓等）可有效改變花青素與多酚的相互作用，顯著提升其呈色穩(wěn)定性[11-13]。

目前已有學者初步開展了特定條件下天然花青素共色作用機制及其穩(wěn)定性的研究[14]，但不同物理場處理條件下共色體系的表觀色澤、光譜特性以及花青素含量變化等層面的研究還存在空白，并且液態(tài)和固態(tài)體系中花青素的呈色及其穩(wěn)定性差異鮮見報道。本實驗在前期研究的基礎上，選擇桑葚中的花青素提取物（主要花青素成分為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷）和白桃多酚提取物調制形成的固態(tài)與液態(tài)體系分別進行微波和超聲波處理，測定其表觀色澤、光譜特性及呈色物質花青素含量的變化，研究多酚和花青素的共色作用在超聲波和微波處理中對花青素-多酚共色體系穩(wěn)定性的影響，為提升不同狀態(tài)體系中花青素穩(wěn)定性及穩(wěn)定天然色素的進一步開發(fā)利用提供依據(jù)，同時也為白桃與桑葚復合再造型食品呈色特性提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白桃（品種‘美脆’）采購于北京平谷，采收時間為2019年6月，采收時為六、七成熟，挑選大小及顏色均一、表面無損傷、無病蟲害的果實，采收后立即進行清洗，切半去核，液氮速凍后貯藏于－40 ℃冷庫備用。桑葚（品種‘沙泥’）采購于北京平谷，采收時間為2019年6月，采收時挑選大小及顏色均一、表面無損傷、無病蟲害的桑葚果實，采收后立即運回實驗室貯藏于4 ℃冷庫備用。

綠原酸、新綠原酸、兒茶素、矢車菊素-3-O-葡萄糖苷等標準品 上海源葉生物科技有限公司；福林-酚試劑美國Sigma公司；鹽酸、乙酸鈉、磷酸氫二鈉、氯化鉀、檸檬酸鈉、無水乙醇、甲醇、無水碳酸鈉、蔗糖（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；纖維素粉上海阿拉丁生化科技股份有限公司；甲醇、乙腈、乙酸（均為色譜級） 美國Thermo Fisher科技公司。

1.2 儀器與設備

DH9-9023A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司；PHS-3C pH計 上海精密科學儀器有限公司；RE52AA旋轉蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；UV-1800紫外-可見分光光度計 日本島津公司；3K15冷凍離心機 美國Sigma公司；1525高效液相色譜儀 美國Waters公司；SB25-12DTN超聲波清洗器 寧波新芝生物科技股份有限公司；超濾離心管 德國Merck-Millipore公司；真空冷凍干燥機 湖南四環(huán)有限公司；EM-GF668微波爐 合肥榮事達三洋電器股份有限公司；DT 400數(shù)控超聲波反應器 北京弘祥隆生物技術股份有限公司；Color Quest XT分光測色儀 美國Hunterlab公司；Digieye 2.7電子眼 英國Verivide公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

1.3.1.1 溶液的制備

白桃多酚溶液制備：將冷凍貯藏的鮮桃樣品用料理機破碎成粉狀，分別稱取5 g鮮桃凍粉3 份，加入20 mL體積分數(shù)80%甲醇溶液，采用超聲輔助提取，功率40 kHz、時間30 min（溫度控制在40 ℃以下）；重復提取3 次，合并所得提取液，4 ℃、9 800 r/min離心10 min，取上清液，旋轉蒸發(fā)至干，用純甲醇定容至50 mL，即得桃多酚提取液[15]。采用Folin-Ciocalteu法[16]測定其總酚含量，總酚含量以每升提取液中含有綠原酸的質量計（5.335 g/L）。于－40 ℃凍藏保存。

桑葚花青素溶液制備：取60 g桑葚凍干果粉3 份，分別加入360 mL酸化乙醇（體積分數(shù)0.3%鹽酸-乙醇溶液），20 kHz超聲30 min，4 ℃、4 900 r/min離心40 min，收集上清液。重復提取兩次，合并上清液，旋蒸定容至500 mL，即得花青素提取液[17]。利用pH示差法[18-19]測定其總花青素含量，總花青素含量以每升提取液中含有矢車菊素-3-O-葡萄糖苷的質量計（8.560 g/L）。于－40 ℃避光凍藏保存。

磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液（pH 3.0）：將4.11 mL 0.2 mol/L Na2HPO4與15.89 mL 0.1 mol/L檸檬酸混合制得pH 3.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液。

花青素-多酚共色素溶液：參考Belén等[20]的方法作適當修改，取白桃多酚提取液（多酚質量濃度5.335 g/L，換算后濃度為0.015 mol/L）和桑葚花青素提取液（花青素質量濃度8.560 g/L，換算后濃度為0.019 mol/L）按照多酚與花青素物質的量比40∶1[21]混勻，并用磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液（pH 3.0）調節(jié)pH值至3.0。

1.3.1.2 超聲及微波處理

固態(tài)樣品和液態(tài)樣品置于超聲波反應器內，設定操作參數(shù)：頻率40 kHz，時間分別為30、60、90、120、150、180 min。

固態(tài)樣品和液態(tài)樣品置于微波爐內，設定操作參數(shù)為：時間30 s，功率分別為30、90、180、270、360 W。

1.3.2 固態(tài)模擬體系建立

將制備的桑葚花青素與白桃多酚溶液按物質的量比40∶1混合均勻。將脫脂棉與纖維素粉以質量比1∶3混合，加入固態(tài)模擬體系總質量15%的蔗糖，按照固液比1∶10與花青素-多酚溶液混合并凍干（置于固定模具中預凍12 h后進行真空冷凍干燥處理[20]），制備成模擬體系用以分析多酚-花青素在固態(tài)體系中呈色狀態(tài)及穩(wěn)定性[22]。

1.3.3 花青素-多酚液態(tài)與固態(tài)體系色澤測定

利用Color Quest XT臺式投射型分光測色儀測定樣品溶液L*、a*、b*值；固態(tài)樣品平鋪在標準白板上，去除背景色干擾，用Digieye 2.7電子眼測定固態(tài)樣品L*、a*、b*值。其中L*值表示亮度，其范圍為0（黑）～100（白），a*值表示紅綠度，+a*表示紅色，b*值表示黃藍度，+b*表示黃色[23]。每個樣品測定9 次，計算平均值和標準偏差。

1.3.4 花青素-多酚液態(tài)與固態(tài)體系呈色組分的光譜特征

液態(tài)體系經微波和超聲波處理后，取2 mL，超純水稀釋定容至10 mL混勻，取稀釋樣品2 mL于1 cm石英比色皿，置于紫外-可見分光光度計進行光譜掃描，波長范圍為200～800 nm，固態(tài)體系經微波和超聲波處理后，溶解于10 mL超純水，于4 ℃、9 800 r/min離心10 min，取上清液，用超純水稀釋200 倍，紫外-可見分光光度計進行光譜掃描，波長范圍為200～800 nm，繪制特征吸收光譜[24]。

1.3.5 酚類含量及組成成分分析

總酚含量的測定：含量測定參照Folin-Ciocalteu法[16]，取綠原酸標準品0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 mL至帶蓋離心管中，分別加入2.0、1.9、1.8、1.7、1.6、1.5、1.4、1.3、1.2 mL去離子水，搖勻；再加入1.0 mL體積分數(shù)10%福林-酚試劑，搖勻；加入2.0 mL質量分數(shù)4% Na2CO3溶液，用去離子水定容至10 mL，充分混勻后在35 ℃下水浴避光靜置30 min，在765 nm波長處測定吸光度，以綠原酸為標準品繪制標準曲線，結果表示為每克干樣品中所含綠原酸質量（mg/g）。

單酚含量的測定：參考Oliveira等[25]的方法并略作修改。取1.3.1.1節(jié)中多酚提取液過0.45 μm水系濾膜作為待測液。TC-C18色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 μm）、柱溫30 ℃、流速1 mL/min、進樣量10 μL。洗脫程序調整為：A相為體積分數(shù)2%乙酸溶液，B相為甲醇（0 min，V（A）∶V（B）＝95∶5；20 min，V（A）∶V（B）＝75∶25；40 min，V（A）∶V（B）＝60∶40；45 min，V（A）∶V（B）＝75∶25；50 min，V（A）∶V（B）＝95∶5；55 min，V（A）∶V（B）＝95∶5）。采用外標法計算樣品中單酚（綠原酸、新綠原酸、兒茶素、原兒茶酸）含量，結果表示為每毫升樣品中所含單酚質量（mg/mL）。

總花青素含量的測定：參照pH示差法[18-19]，取1.3.1.1節(jié)中花青素提取液，用pH 1.0 KCl-HCl緩沖溶液（V（KCl）∶V（HCl）＝25∶67）和pH 4.5 NaAC-HAC緩沖液（18 g NaAC與9.8 mL HAC溶于1 L蒸餾水中制得）分別進行適當?shù)南♂專胶夂笤?20 nm波長處測定吸光度，用700 nm波長處的吸光度校正模糊度[19,26]。總花青素含量以每升樣品中含有矢車菊素-3-O-葡萄糖苷的質量表示，按下式計算。

式中：ΔA＝（A520nm-A700nm）pH1.0-（A520nm-A700nm）pH4.5；Mw為摩爾質量（449.2 g/mol）；DF為稀釋倍數(shù)；b為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷的摩爾吸光系數(shù)（26 900 L/（mol·cm））。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

每組實驗均重復3 次，數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示。采用SPSS 21.0軟件進行數(shù)據(jù)的方差分析，通過Duncan's法進行多重比較，P＜0.05表示差異顯著。采用SIMCA軟件進行主成分分析（principal components analysis，PCA-X）和偏最小二乘判別分析（partial least squares discrimination analysis，PLS-DA），采用Origin 8.0與Excel軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理方式對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系的影響

2.1.1 不同功率微波處理對花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系色澤的影響

圖1 不同微波功率對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系色澤的影響Fig.1 Effect of microwave power on the color of anthocyanin-polyphenol solid and liquid systems

不同微波功率（30、90、180、270、360 W）處理的固態(tài)和液態(tài)花青素-多酚體系色澤差異如圖1所示。經微波處理后花青素-多酚體系的L*值在固態(tài)體系中30 W后顯著提高，在液態(tài)體系中90 W后顯著升高；隨著微波功率增大，花青素-多酚體系的L*值在固態(tài)與液態(tài)體系中均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，說明微波處理對花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系L*值有提高作用，而功率不同對固態(tài)和液態(tài)花青素-多酚共色素L*值的影響有顯著差異。經微波處理后花青素-多酚體系的a*值在固態(tài)和液態(tài)體系中均無顯著變化，說明微波處理對固態(tài)和液態(tài)花青素-多酚體系的a*值無明顯影響。經微波180～360 W處理后花青素-多酚共色素的b*值在固態(tài)體系中較30、90 W處理顯著升高，在液態(tài)體系中180 W顯著降低后升高，隨著微波功率增加，固態(tài)和液態(tài)花青素-多酚體系的b*值均會降低并最終保持穩(wěn)定，說明微波處理對花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系b*值有降低作用，而不同功率對固態(tài)和液態(tài)花青素-多酚共色素b*值的影響有一定差異。綜上所述，微波處理花青素-多酚固態(tài)體系L*值升高，b*值降低，a*值無明顯變化，說明亮度增加、黃度降低，而實際體系表觀色澤如圖1D所示，經微波處理后固態(tài)體系顏色變淺，可能是在實際表觀色澤中亮度固然增加，但黃度的降低對表觀色澤的影響程度更大[20]，使在固態(tài)體系中體現(xiàn)出顏色變淺這一現(xiàn)象，即在固態(tài)體系中表觀色澤變淺。液態(tài)體系中微波功率在90 W以內時，共色體系的色差值沒有顯著改變，說明該頻率微波處理引起的超高頻電磁波使相鄰分子間出現(xiàn)摩擦和碰撞，對改變液態(tài)體系中花青素-多酚所形成共色素的呈色穩(wěn)定性有顯著影響[27]。

2.1.2 不同時間超聲處理對花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系色澤的影響

圖2 不同超聲時間對固態(tài)與液態(tài)花青素-多酚體系色澤變化的影響Fig.2 Effect of ultrasonic treatment time on the color of solid and liquid anthocyanin-polyphenol systems

頻率為40 kHz超聲處理不同時間（30、60、90、120、150、180 min）的固態(tài)和液態(tài)花青素-多酚體系色澤差異如圖2所示。經超聲處理后花青素-多酚體系的L*值在固態(tài)體系中顯著提高，隨著超聲時間的延長，花青素-多酚固態(tài)體系的L*值無顯著變化，趨于穩(wěn)定；在液態(tài)體系中超聲90 min后顯著升高隨后下降然后再升高。經超聲處理后花青素-多酚固態(tài)體系的a*值無顯著變化，說明超聲處理時間對固態(tài)花青素-多酚體系的a*值無明顯影響。經超聲處理后花青素-多酚固態(tài)體系的b*值顯著降低，液態(tài)體系b*值在超聲120 min時顯著升高。綜上所述，超聲處理花青素-多酚固態(tài)體系L*值升高，b*值降低，a*值無變化，而實際體系表觀色澤如圖2D所示，經超聲處理后固態(tài)體系顏色變淺，可能是在實際表觀色澤中明度增加、黃度降低共同作用使在固態(tài)體系體現(xiàn)出顏色變淺這一現(xiàn)象[20]。在液態(tài)體系中超聲90 min以上時，共色體系的L*值升高，a*值降低，b*值先升高后降低，說明超聲處理引起的空化效應產生的巨大能量對液態(tài)體系中的花青素-多酚所形成的共色素的呈色穩(wěn)定性有明顯影響[28]。

2.2 不同處理方式對花青素-多酚體系吸收光譜的影響

2.2.1 不同功率微波處理對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系吸收光譜的影響

圖3 不同微波功率對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系紫外-可見吸收光譜及其在最大波長處吸光度的影響Fig.3 Effect of microwave power on the UV-visible absorption spectra of anthocyanin-polyphenol solid and liquid systems and their absorbance values at the maximum absorption wavelength

不同功率微波（30、90、180、270、360 W）處理30 s花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系紫外-可見吸收光譜的變化如圖3所示。隨著微波功率的增加，花青素-多酚固態(tài)體系的吸光度逐漸增加，但最大波長處吸收峰未發(fā)生改變，體系的最大波長處吸光度平均增大0.29 倍。隨著微波功率的增加，花青素-多酚液態(tài)體系紫外-可見光譜中最大波長處吸收峰較對照組紅移15.5 nm，表明在液態(tài)體系中具有不飽和基團的花青素和多酚相互作用，共軛程度增強，使得吸收光譜發(fā)生紅移，其吸收帶的最大吸收峰向長波的方向移動[27]。液態(tài)體系中的分子運動空間更大，更易使共色素分子劇烈振動，說明微波處理與體系狀態(tài)有關，體系中分子間距離越大，微波處理效果越顯著[29]。微波處理的花青素-多酚液態(tài)體系的最大吸收波長處（512 nm）吸光度相對于對照組提高1.50～1.57 倍。當微波功率為30 W和360 W時，花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系在最大吸收波長處的吸光度均較高，但考慮到能耗因素，故微波功率為30 W為最佳選擇。在相同量花青素-多酚體系（對照組）中，固態(tài)體系的吸光度比液態(tài)體系高出0.07 倍，但隨著微波功率的增加，液態(tài)體系的平均吸光度是固態(tài)體系的2.19 倍。

2.2.2 不同時間超聲處理對花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系吸收光譜的影響

圖4 不同超聲時間對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系紫外-可見吸收光譜及其在最大波長處吸光度的影響Fig.4 Effect of ultrasonic treatment time on the UV-visible absorption spectra of anthocyanin-polyphenol solid and liquid systems and their absorbance values at the maximum absorption wavelength

頻率為40 kHz超聲處理不同時間（30、60、90、120、150、180 min）花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系紫外-可見吸收光譜的變化如圖4所示。隨著超聲時間的延長，花青素-多酚固態(tài)體系的吸光度逐漸增加，但最大吸收波長處吸收峰未發(fā)生改變。超聲處理的花青素-多酚固態(tài)體系的最大波長處（512 nm）吸光度相對于對照組提高0.18～0.33 倍。隨著超聲時間的延長，花青素-多酚液態(tài)體系光譜中最大波長處吸收峰紅移15 nm，超聲處理組平均吸光度較對照組增大2.78 倍。表明花青素-多酚液態(tài)體系中的物質組分發(fā)生了結構的改變，使其最大波長處吸收峰向長波的方向移動，在液態(tài)體系中具有不飽和基團的花青素和多酚相互作用，共軛程度增強，使吸收光譜發(fā)生紅移[30]。綜合固態(tài)和液態(tài)體系，超聲時間為90 min時，花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系在最大吸收波長處的吸光度較高。在相同量花青素-多酚體系（對照組）中，固態(tài)體系的吸光度比液態(tài)體系的高出0.07 倍，但隨著超聲處理時間的延長，液態(tài)體系平均吸光度是固態(tài)體系的2.02 倍。超聲處理引起的空化效應使液態(tài)體系內局部出現(xiàn)拉應力而形成負壓，而壓強的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，從液體逸出產生空氣核，使花青素-多酚液態(tài)體系中共色素吸光度增大[31]。液態(tài)體系超聲處理比固態(tài)體系超聲處理的吸光度增速快，說明超聲處理引起的空化效應在液態(tài)體系中對呈色物質的光譜吸收的影響更大。

2.3 不同處理方式對花青素-多酚體系花青素含量的影響

圖5 不同超聲時間、微波功率對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系花青素含量變化的影響Fig.5 Change in anthocyanin content in solid and liquid anthocyanin-polyphenol systems with ultrasonic treatment time and microwave power

本研究對花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系中花青素含量和多酚組成進行了高效液相色譜分析。結果表明桑葚中花青素主要為矢車菊素-3-O-葡萄糖苷，因此本研究以矢車菊素-3-O-葡萄糖苷當量表示總花青素含量[32]。經過微波和超聲波處理，體系中的游離花青素和多酚含量組成發(fā)生顯著變化。如圖5A所示，隨著微波功率增大，花青素-多酚固態(tài)體系中總花青素含量逐漸升高，在270 W后趨于穩(wěn)定。經微波處理的液態(tài)體系中總花青素含量顯著高于對照組，但隨著功率達到180 W后，總花青素含量沒有顯著變化。說明微波處理引起的分子振動對液態(tài)和固態(tài)體系中花青素與多酚相互作用所形成共色素穩(wěn)定性有提高作用[28]，從而有效提升總花青素的含量。從總體上看，在微波所有處理組中，花青素-多酚液態(tài)體系中總花青素含量比固態(tài)體系中高2.57 倍。同時，對超聲處理影響固態(tài)和液態(tài)體系總花青素含量的變化進行了分析，如圖5B所示，總花青素含量在花青素-多酚固態(tài)體系和液態(tài)體系中總體均呈上升趨勢，當超聲時間達到180 min時，總花青素含量在固態(tài)體系和液態(tài)體系中均顯著降低。說明超聲處理引起的空化效應對液態(tài)和固態(tài)體系中花青素-多酚所形成的共色素體系穩(wěn)定性具有提升作用，但超過180 min會有相反的作用，Ribas-Agusti等[30]的研究成果與本實驗結果相似?？傮w上看，花青素-多酚液態(tài)體系在超聲所有處理組中游離總花青素含量比固態(tài)體系中高2.27 倍。

2.4 不同處理方式對花青素-多酚體系多酚含量的影響

2.4.1 不同功率微波處理對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系多酚含量的影響

圖6 不同微波功率對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系多酚含量的影響Fig.6 Change in polyphenol contents in solid and liquid anthocyanin-polyphenol systems with microwave power

不同微波功率（30、90、180、270、360 W）處理30 s花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系中多酚含量和組成的變化如圖6所示。白桃中的多酚經外標法定性定量分析可知，主要是新綠原酸、兒茶素、綠原酸和原兒茶酸。30～90 W條件下，當微波功率增大時，花青素-多酚固態(tài)體系中原兒茶酸含量顯著高于對照組，當功率大于270 W時，原兒茶酸含量顯著降低，在360 W時原兒茶酸未檢出。微波處理的花青素-多酚液態(tài)體系中原兒茶酸含量顯著高于對照組，并且隨著功率的增大，原兒茶酸的含量顯著降低，大于270 W后含量基本保持穩(wěn)定?；ㄇ嗨?多酚液態(tài)和固態(tài)體系中新綠原酸含量隨微波功率的增大總體呈降低趨勢，而綠原酸含量在固態(tài)體系中隨微波功率增大而增高，但在液態(tài)體系中基本保持不變。因此，推測微波處理可能導致新綠原酸向綠原酸的轉化。此外，經微波處理的花青素-多酚固態(tài)體系中兒茶素含量顯著高于對照組，但當微波功率逐漸增大時，兒茶素含量逐漸降低，當微波功率為360 W時兒茶素含量低于對照組。而經微波處理后的花青素-多酚液態(tài)體系中兒茶素含量顯著低于對照組，但兒茶素含量隨微波功率增大基本保持不變。綜上所述，微波處理引起的超高頻電磁波使花青素-多酚共色素復合體隨電場變化迅速轉動，相鄰分子間出現(xiàn)摩擦和碰撞，可能導致新綠原酸轉化為綠原酸。而Zhao Mengyao等[28]研究發(fā)現(xiàn)錦葵色素-3-O-葡萄糖苷和錦葵色素雙葡萄糖苷在微波處理下也會發(fā)生異構化。

2.4.2 不同時間超聲處理對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系多酚含量的影響

圖7 不同超聲時間對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系多酚含量的影響Fig.7 Change in polyphenol contents in solid and liquid anthocyanin-polyphenol systems with ultrasonic treatment time

頻率為40 kHz超聲處理不同時間（30、60、90、120、150、180 min）花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系多酚含量和組成的變化如圖7所示。隨著超聲時間的延長，花青素-多酚固態(tài)體系中原兒茶酸含量顯著降低，當超聲時間超過90 min時，原兒茶酸完全檢測不到。在液態(tài)體系中原兒茶酸含量隨著超聲時間的延長而顯著升高，在超聲90 min時含量達最高，隨后保持穩(wěn)定。經超聲處理的花青素-多酚固態(tài)體系與液態(tài)體系中兒茶素含量顯著低于對照組；當超聲時間延長時，兒茶素含量基本保持穩(wěn)定。經超聲處理的花青素-多酚固態(tài)體系中綠原酸含量顯著高于對照組，當超聲時間逐漸延長時，綠原酸含量逐漸降低，但仍高于對照組。液態(tài)體系中綠原酸含量顯著高于對照組，當超聲時間超過30 min，綠原酸含量保持穩(wěn)定。綜上所述，超聲處理引起的空化效應使花青素-多酚共色素復合體溶液中形成空氣核，在超聲場的作用下振動、生長并不斷聚集聲場能量，當能量達到某個閾值時，空氣核急劇崩潰閉合釋放出巨大的能量，加速了新綠原酸和綠原酸的擴散以及二者的相互轉化，而在固態(tài)體系中超聲場作用逐級減弱，對共色素穩(wěn)定性的影響亦逐級減弱，但仍能顯著影響原兒茶酸及兒茶素的穩(wěn)定性[33]。

2.5 相關性分析結果

進一步對花青素-多酚固態(tài)和液態(tài)體系經超聲波和微波處理后的色澤L*值、a*值、b*值、最大吸收波長吸光度、多酚及花青素含量變化進行多元變量統(tǒng)計分析。通過PCA-X和PLS-DA獲得載荷和得分雙標圖。如圖8所示，PCA獲得兩個主成分PC1和PC2，分別解釋了樣品總體變異的34.3%和24.6%，其中PC2可以有效區(qū)分微波處理和超聲波處理樣品的差異，且差異主要來源于超聲樣品中的原兒茶酸、兒茶素含量變化，以及微波樣品中的兒茶素和總花青素含量變化。PLS-DA進一步消除相同處理內部的系統(tǒng)誤差，獲得兩個主成分分別解釋24.3%、17.0%的總體差異（圖9）。進一步明確了超聲時間150、180 min顯著影響共色素體系穩(wěn)定特性，而微波功率180 W以上處理對體系呈色相關特征產生了顯著的影響。

圖8 不同超聲時間、微波功率處理對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系色澤相關特性的PCA-X載荷得分圖Fig.8 PCA-X loading biplot for correlation of ultrasonic treatment time and microwave power with color characteristics of anthocyanin-polyphenol solid and liquid systems

圖9 不同超聲時間、微波功率處理對花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系色澤相關特性的PLS-DA載荷得分圖Fig.9 PLS-DA loading biplot for correlation of ultrasonic treatment time and microwave power with color characteristics of anthocyanin-polyphenol solid and liquid systems

3 結 論

不同條件微波與超聲波處理的花青素-多酚固態(tài)與液態(tài)體系，在色澤、光譜、花青素和多酚含量方面的變化存在顯著不同。在相同量花青素-多酚的溶液及模擬固態(tài)體系中，微波和超聲處理花青素-多酚固態(tài)體系L*值升高，b*值降低，a*值無明顯變化，實際表觀色澤變淺；綜合考慮，微波功率30、90 W和超聲時間90 min處理均對液態(tài)共色體系的色澤形成和穩(wěn)定性有較明顯的影響。隨著微波功率的增加和超聲時間的延長，花青素-多酚固態(tài)體系的吸光度逐漸增加，但最大吸收波長未發(fā)生改變?；ㄇ嗨?多酚液態(tài)體系的最大吸收波長分別紅移15.5 nm和15 nm，吸光度顯著增加。微波處理和超聲處理對花青素-多酚液態(tài)體系光譜的影響比在固態(tài)體系中更明顯。微波和超聲處理對花青素-多酚固態(tài)體系和液態(tài)體系中總花青素的穩(wěn)定性均有提升作用，原兒茶酸含量在固態(tài)體系中先升高后降低，在液態(tài)體系中顯著升高，兒茶素含量顯著降低，固態(tài)和液態(tài)體系中新綠原酸含量顯著降低，綠原酸含量顯著升高，表明新綠原酸轉化為綠原酸。微波功率為30 W或超聲時間為90 min處理的花青素-多酚固態(tài)體系和液態(tài)體系總花青素和多酚含量較高，對體系呈色穩(wěn)定性的貢獻最大。原兒茶酸、兒茶素、及總花青素含量在超聲和微波處理中的變化是引起體系呈色特性差異的主要原因。