凱里紅酸湯中番茄紅素異構(gòu)體含量及與有機(jī)酸的相關(guān)性分析

吳映梅，徐龍泉，楊倩，周紹琴，周艷*

(1.貴州醫(yī)科大學(xué) 環(huán)境污染與疾病監(jiān)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550025；2.貴州醫(yī)科大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；3.貴州中煙工業(yè)有限公司技術(shù)中心，貴陽(yáng) 550004)

紅酸湯是貴州黔東南地區(qū)苗族人民的一種特色食品，以紅辣椒和番茄為主要原料經(jīng)傳統(tǒng)工藝自然發(fā)酵而成，食用歷史有1000多年，由于其風(fēng)味獨(dú)特、色澤鮮紅，于2009年被評(píng)定為繼小肥羊、麻辣火鍋后的中國(guó)第三大火鍋底料[1]。紅酸湯用作火鍋底料因其口味醇厚、酸味純正、咸味適中，具有增強(qiáng)食欲的獨(dú)特作用，現(xiàn)已走出凱里，走向全國(guó)各地，深受海內(nèi)外消費(fèi)者的青睞[2]。

番茄紅素是番茄中主要活性成分之一，屬于胡蘿卜素，具有高效的淬滅單線態(tài)氧和清除體內(nèi)自由基的作用，其單線態(tài)氧的淬滅能力是胡蘿卜素的2倍、維生素E的10倍[3]。它能通過(guò)預(yù)防DNA的氧化損傷，降低基因突變發(fā)生的概率，從而預(yù)防癌癥的發(fā)生[4]?，F(xiàn)代流行病學(xué)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，番茄紅素與多種代謝綜合征的發(fā)生呈負(fù)相關(guān)，如肥胖、心血管疾病、乳腺癌等[5-7]。《中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量(2013版)》為了預(yù)防慢性非傳染疾病的發(fā)生，推薦每人每天攝入18 mg的番茄紅素。

番茄紅素是由11個(gè)不飽和共軛雙鍵和兩個(gè)非共軛不飽和雙鍵組成的長(zhǎng)鏈脂肪烴,不飽和雙鍵的存在使番茄紅素在光、氧、酸、熱或其他環(huán)境變化下容易氧化降解或異構(gòu)化[8-9]。研究表明，順式番茄紅素比反式番茄紅素具有更強(qiáng)的生物利用率和生物活性[10-11]。然而，天然番茄紅素以全反式構(gòu)型為主，如何提高番茄制品中順式番茄紅素的含量也成為了研究熱點(diǎn)。一般認(rèn)為熱處理能提高番茄紅素中順式異構(gòu)體的含量。在60～140 ℃，對(duì)番茄醬加熱30 min，順式番茄紅素占比能提高到11%～15.9%；而同等條件下，將橄欖油和番茄醬共同加熱，順式番茄紅素占比可高達(dá)28.5%～55.2%[12-13]。酸類(lèi)也能影響番茄紅素的構(gòu)型組成，其對(duì)番茄紅素的影響是一把雙刃劍[14]。當(dāng)酸度增加時(shí)，總番茄紅素含量會(huì)有所降低，但是有利于番茄紅素異構(gòu)體的轉(zhuǎn)化[15]。有研究表明，胃內(nèi)利用pH影響異構(gòu)化，這是順式番茄紅素大幅度上升的主要原因[16-17]。此外，Bartkiene等[18]研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)乳酸菌發(fā)酵番茄，能提高順式番茄紅素的含量，不同的菌種之間顯示的效果不同，戊糖乳桿菌發(fā)酵可以增加番茄中順式番茄紅素的含量，使番茄紅素的平均含量從3.70 mg/100 g增加到5.68 mg/100 g。

紅酸湯屬于自然發(fā)酵食品，在厭氧環(huán)境下，微生物代謝過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，如乳酸、乙酸等[19]，由于酸能影響番茄紅素的順式、反式組成，我們推測(cè)紅酸湯中番茄紅素發(fā)生了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化。余越等[20]研究顯示，4種不同品牌的紅酸湯全反式番茄紅素的含量在75.32～1855.76 μg/g之間，但對(duì)其順式組成并不清楚。因此，本文通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和超市購(gòu)買(mǎi)8個(gè)凱里地區(qū)市售商品化紅酸湯，測(cè)定其中的滴定酸度、有機(jī)酸的含量及成分、全反式和順式番茄紅素含量的變化及進(jìn)行相關(guān)性分析，旨在探索有機(jī)酸對(duì)紅酸湯中番茄紅素異構(gòu)化的影響，為貴州特色食品紅酸湯研究提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 原料

通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)和超市購(gòu)買(mǎi)8個(gè)品牌(1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#)的紅酸湯產(chǎn)品，共8份，每份3個(gè)樣品，共24個(gè)樣品。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

碳酸氫鈉、碳酸鈉、無(wú)水乙醇、草酸、氫氧化鈉(均為分析純)、酚酞指示劑：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；番茄紅素(純度 91%；全反式，96.4%)：華北制藥股份有限公司。

色譜純?cè)噭杭状?、甲基叔丁基醚；分析純?cè)噭阂宜嵋阴?、冰醋酸。上述試劑均?gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

超聲儀 昆山市超聲儀器有限公司；LT1002C型電子天平 常熟市天量?jī)x器有限責(zé)任公司；TG16-WS型臺(tái)式高速離心機(jī) 常州朗越儀器制造有限公司；Agilent 1100型高效氣相色譜儀、Agilent 1100型高效液相色譜儀 美國(guó)Agilent公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 pH的測(cè)定

采用pH計(jì)測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次。

1.3.2 滴定酸度的測(cè)定

參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12293-1990[21]測(cè)定紅酸湯的滴定酸度，將試樣充分搖勻，用天平稱取10 g，放入50 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻待測(cè)，用過(guò)濾紙過(guò)濾即得樣品。用移液管吸取10 mL樣液，加入酚酞指示劑5～10滴，用0.1 mol/L的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，至出現(xiàn)微紅色且30 s內(nèi)不褪色為終點(diǎn)，記下所消耗的體積V1。試樣的可滴定酸度以每 100 g氫離子毫摩爾數(shù)表示，按下式計(jì)算：

式中：c表示氫氧化鈉的濃度，mol/L；V0表示空白對(duì)照溶液的體積，mL；V1表示消耗氫氧化鈉的體積，mL； m(V)表示樣品的質(zhì)量(體積)，g(mL)。

1.3.3 有機(jī)酸的測(cè)定

樣品前處理：稱取10 g樣品，用純凈水定容至50 mL，超聲30 min，4500 r/min離心5 min。參考楊成聰?shù)萚22]的研究方法測(cè)定紅酸湯中有機(jī)酸，流動(dòng)相A(純水)，流動(dòng)相B (0.01 mol/L磷酸二氫銨緩沖鹽，pH值為2.4)，流動(dòng)相C(純甲醇)，C18柱(安捷倫SB-C18，250 mm×4.6 mm，5 μm)，進(jìn)樣量10 μL，流速0.3 mL/min，柱溫25 ℃，波長(zhǎng)210 nm，等度洗脫流動(dòng)相VB∶VC為95∶5，進(jìn)樣時(shí)間30 min。所測(cè)有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)表1。

表1 有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)曲線Table 1 The standard curves of organic acids

1.3.4 番茄紅素的測(cè)定

采用高效液相法進(jìn)行測(cè)定，參考孫清瑞[23]的測(cè)定方法，取紅酸湯5 g，加入10 mL乙酸乙酯提取，超聲20 min后離心過(guò)膜，采用配有C30柱 (YMC Carotenoid, 250 mm×4.6 mm， 5 μm) 的HPLC分析，條件如下：流動(dòng)相C：甲醇∶乙腈為1∶3 (體積比)， D相：甲基叔丁基醚100%，梯度條件：0～20 min，C相由80%減少到30%，0～45 min，C相保持30%，45～55 min，柱溫25 ℃，流速 0.8 mL/min，進(jìn)樣量20 μL，DAD測(cè)定波長(zhǎng)為472 nm。標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=181882x-150.07， R2=0.999。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品牌紅酸湯滴定酸度和pH值

表2 不同品牌紅酸湯滴定酸度及pH值Table 2 The titratable acidity and pH values in red sour soup with different

由表2可知，8種樣品滴定酸度的范圍為42.64～91.33 mmol/100 g。pH值范圍為2.51～3.21，這也預(yù)示著有機(jī)酸的含量會(huì)有較大差異。

2.2 酸湯中有機(jī)酸的測(cè)定

表3 不同品牌紅酸湯乳酸和乙酸的含量Table 3 The content of lactic acids and acetic acids in red sour soup with different brands g/kg

由表3可知，紅酸湯中共檢測(cè)出6種有機(jī)酸，分別是丙二酸、酒石酸、丙酸、乙酸、乳酸、α-酮戊二酸。在這些有機(jī)酸中以乳酸和乙酸為主，其中乳酸含量最高，乳酸的含量在26.26～96.51 g/kg之間，乙酸的含量在7.74～30.94 g/kg之間。乳酸和乙酸的比值范圍為1.10～5.99。除了乳酸和乙酸外，含量較高的酸為丙酸和丙二酸。丙酸含量在2.19～10.73 g/kg之間，丙二酸含量在5.27～10.21 g/kg之間。酒石酸含量范圍為0.18～0.88 g/kg，α-酮戊二酸含量范圍為0.19～0.44 g/kg。

2.3 番茄紅素的測(cè)定

番茄紅素在膳食中主要以全反式構(gòu)型存在，而在人體組織中主要以順式構(gòu)型存在[24]。相關(guān)研究表明，順式比反式更有利于人體的消化和吸收[25]。所以，如果可以將膳食中的全反式番茄紅素轉(zhuǎn)化為順式，可以提高食品的吸收率。不同品牌紅酸湯中番茄紅素的組成結(jié)果見(jiàn)表4，8種樣品中番茄紅素的總量在0.93～1.86 g/kg之間。除此以外，8種品牌中都測(cè)定到全反式和順式構(gòu)型的番茄紅素，全反式構(gòu)型的含量在0.77～1.52 g/kg之間，順式構(gòu)型的含量在0.16～0.34 g/kg之間，這說(shuō)明紅酸湯中的番茄紅素發(fā)生了構(gòu)型轉(zhuǎn)化。除此以外，結(jié)合孫清瑞、Takehara等[26]和Melendez-Martinez等[27]的方法進(jìn)行定性，在樣品中測(cè)定出了3種順式番茄紅素，分別為(5Z)-番茄紅素、(13Z)-番茄紅素兩種已知的番茄紅素構(gòu)型和一種未知的順式構(gòu)型番茄紅素，(5Z)-番茄紅素具有最穩(wěn)定和最強(qiáng)的抗氧化活性特點(diǎn)[28]。3種番茄紅素中13Z型的含量相對(duì)較高。

表4 不同品牌紅酸湯番茄紅素異構(gòu)體組成成分Table 4 The components of lycopene isomers in different brands of red sour soup

2.4 相關(guān)性分析

由表4可知，紅酸湯中的全反式番茄紅素發(fā)生了異構(gòu)化，為了研究有機(jī)酸對(duì)異構(gòu)化的影響，將紅酸湯中的滴定酸度、有機(jī)酸中主要成分乳酸和乙酸、全反式番茄紅素含量、順式番茄紅素含量及(13Z)-番茄紅素進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 8種品牌中酸與番茄紅素相關(guān)性分析矩陣圖Fig.1 The correlation analysis matrix of acids and lycopene in eight brands of red sour soup

由圖1可知，滴定酸度與總番茄紅素、總順式、全反式番茄紅素的含量及(13Z)番茄紅素都顯著性相關(guān)(R>0.6)，這說(shuō)明番茄紅素含量及構(gòu)型的變化與酸有關(guān)，酸可以促進(jìn)全反式番茄紅素轉(zhuǎn)化為順式構(gòu)型。另外，乳酸和乙酸含量與順式總量和13Z構(gòu)型番茄紅素含量都有相關(guān)性，并且乙酸與順式(R=0.49，0.47)的相關(guān)系數(shù)高于乳酸(R=0.36，0.34)的相關(guān)系數(shù)，說(shuō)明乙酸促進(jìn)反式轉(zhuǎn)化為順式的作用要大于乳酸。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)產(chǎn)自于貴州凱里地區(qū)8個(gè)品牌紅酸湯中滴定酸度、有機(jī)酸及番茄紅素含量的測(cè)定，我們發(fā)現(xiàn)紅酸湯中乳酸和乙酸是主要的有機(jī)酸；存在3種順式構(gòu)型(5Z、13Z和未知)的番茄紅素，其中13Z是主要的異構(gòu)體；相關(guān)性分析結(jié)果顯示滴定酸度與總番茄紅素含量、順式、反式及13Z構(gòu)型番茄紅素都顯著性相關(guān)(R>0.6)，且乙酸與順式番茄紅素含量的相關(guān)性系數(shù)高于乳酸，說(shuō)明紅酸湯中的有機(jī)酸可能影響了番茄紅素的異構(gòu)化，且乙酸的作用要大于乳酸。因此，后期可對(duì)番茄原料的選擇、配料的添加以及發(fā)酵過(guò)程中溫度和微生物控制等方面進(jìn)行研究，探索富含順式番茄紅素的紅酸湯的加工工藝條件。