果蔬汁飲料中花色苷與VC相互作用研究進(jìn)展

黃金萍，吳繼紅,3，廖小軍，勞 菲,3,*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083；2.國家果蔬加工工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部果蔬加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市食品非熱加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)（興化）健康食品產(chǎn)業(yè)研究院，江蘇 興化 225700）

果蔬汁顏色鮮艷，富含糖類、膳食纖維、維生素、無機(jī)鹽等多種營養(yǎng)成分，加之口味眾多、食用方便，是廣受人們喜歡的飲品。2019年果蔬汁的市場規(guī)模占全球軟飲市場的16%，市值高達(dá)1 391.36億 美元[1]。隨著“健康中國”工作的全面推進(jìn)，對人體功能起改善作用的果蔬汁飲料將成為未來行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。花色苷（anthocyanin，ACN）和VC是果蔬汁中重要的抗氧化活性物質(zhì)，也是健康功能果蔬汁飲料研發(fā)的核心關(guān)注成分。

ACN是一種廣泛存在于紅、藍(lán)、紫色果蔬的細(xì)胞液中的水溶性色素[2-3]。ACN通常由以2-苯基苯并吡喃為母核的花青素苷元和一個(gè)或多個(gè)糖通過糖苷鍵連接構(gòu)成，部分糖苷還能夠被脂肪酸或芳香酸?；痆4-5]。ACN還具有多種生理功能，如抗氧化[6-8]、抗癌[9-10]、抗菌[11]、預(yù)防心血管疾病[12-13]、調(diào)節(jié)糖代謝[14]、改善視力[15-16]及預(yù)防肥胖導(dǎo)致的慢性疾病[17-18]等。

VC是果蔬汁的重要營養(yǎng)物質(zhì)之一，又稱抗壞血酸，其化學(xué)名稱為蘇糖型-2,3,4,5,6-五羥基-2-己烯酸-4-內(nèi)酯，由一個(gè)五元內(nèi)酯環(huán)及其側(cè)鏈組成[19]。VC具有抗氧化性、可增強(qiáng)機(jī)體免疫功能并參與膠原蛋白、細(xì)胞間質(zhì)和神經(jīng)遞質(zhì)合成反應(yīng)以及氨基酸和鐵代謝反應(yīng)等[20]，是多細(xì)胞生物必不可少的營養(yǎng)素。

但是，在果蔬汁中ACN和VC會(huì)發(fā)生相互作用，使得ACN和VC的降解速率均明顯快于兩者單獨(dú)存在時(shí)的降解速率，導(dǎo)致果蔬汁的顏色、風(fēng)味、營養(yǎng)價(jià)值大幅損失[21-23]。研究兩者相互作用機(jī)制，實(shí)現(xiàn)果蔬汁ACN和VC相互作用的有效調(diào)控，對提高果蔬汁中ACN和VC的穩(wěn)定性、提升果蔬汁的外觀與營養(yǎng)品質(zhì)具有重要意義。

針對果蔬汁飲料中ACN和VC的穩(wěn)定性研究，本文在Web of Science以“anthocyanin”和“ascorbic acid”為主題詞，共查找篩選了相關(guān)文獻(xiàn)3 845 篇，其中中文文獻(xiàn)211 篇，英文文獻(xiàn)3 674 篇；出版年份主要集中在2012—2021年；在中國知網(wǎng)以“花色苷”和“抗壞血酸”為主題詞，共篩選了文獻(xiàn)253 篇，其中中文文獻(xiàn)188 篇，英文文獻(xiàn)65 篇。本文對上述文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，旨在從機(jī)制假說、影響因素和研究方法3 個(gè)方面為果蔬汁ACN和VC相互作用后續(xù)相關(guān)研究提供理論指導(dǎo)與參考。

1 ACN降解機(jī)理

ACN的穩(wěn)定性受到其自身結(jié)構(gòu)和外在環(huán)境兩方面影響。結(jié)構(gòu)方面，一般來說，花色苷元羥基數(shù)目越多，穩(wěn)定性越低；羥基的甲基化程度提高、游離羥基的糖苷化、脂肪酸或芳香酸的?；瘎t有利于提高ACN的穩(wěn)定性[4]。環(huán)境方面，pH值、溫度、光、氧、酶、金屬離子等都可以不同程度地影響ACN的穩(wěn)定性[4]。不同的環(huán)境條件使ACN通過不同途徑降解。孫建霞等[4]總結(jié)了ACN可能存在的幾種降解途徑和降解機(jī)制，包括熱降解途徑、酶降解途徑、氧化降解途徑、糖降解途徑和光降解途徑。ACN的存在形式取決于溶液的pH值[24]，在中酸性果蔬汁中存在黃烊鹽正離子、糖基化甲醇假堿、糖基化查耳酮、中性醌式堿4 種形式（圖1），黃烊鹽正離子和醌式堿通過分子內(nèi)部的質(zhì)子轉(zhuǎn)移相互轉(zhuǎn)化，黃烊鹽正離子通過水合作用轉(zhuǎn)化為糖基化甲醇假堿，糖基化甲醇假堿和糖基化查耳酮通過互變異構(gòu)反應(yīng)相互轉(zhuǎn)化[25]。熱降解途徑是糖基化甲醇假堿通過脫糖開環(huán)反應(yīng)生成查耳酮，查耳酮再裂解為酚酸和醛類物質(zhì)[26]。酶降解途徑是ACN在花色苷酶、多酚氧化酶、過氧化物酶和果膠酶的作用下發(fā)生的降解[27-28]。花色苷酶和果膠酶作用于ACN的糖苷鍵，使得ACN脫糖生成不穩(wěn)定的花色苷元，花色苷元通過水合、開環(huán)、裂解等一系列反應(yīng)降解為酚酸和醛類物質(zhì)。多酚氧化酶和過氧化物酶幾乎不直接作用于ACN，而是通過將其他酚類氧化為鄰位醌類，鄰位醌再將ACN氧化為ACN鄰位醌、自身被還原為酚，鄰位醌與ACN醌間或ACN醌相互間發(fā)生非酶促自發(fā)聚合、形成黑色素[29-31]。氧化降解途徑[32]是臭氧或過氧化氫與ACN結(jié)合生成復(fù)合物，隨后ACN的C環(huán)2和3位碳碳鍵發(fā)生裂解，最終降解為酚酸和醛類。糖降解途徑[33]是糖經(jīng)美拉德反應(yīng)生成的糠醛類化合物通過親電作用與ACN結(jié)合，導(dǎo)致ACN降解。光降解途徑[4]可能是ACN先降解生成C環(huán)4位羥基的中間產(chǎn)物，而后生成查耳酮，快速降解成酚酸和醛類物質(zhì)。宋會(huì)歌等[34]在此基礎(chǔ)上提出了腸道微生物降解途徑，即ACN在體內(nèi)被腸道菌群代謝，其糖基首先被脫去，苷元在中性pH值條件下形成α-二酮后迅速降解生成酚酸和醛類。由以上幾種降解途徑可以發(fā)現(xiàn)，除多酚氧化酶和過氧化物酶降解途徑生成了黑色素，其他降解途徑最終降解產(chǎn)物均是酚酸和醛類物質(zhì)。

圖1 ACN在酸性水溶液體系的結(jié)構(gòu)與降解反應(yīng)途徑[24,35]Fig. 1 Structure and degradation pathway of anthocyanins under acidic aqueous condition[24,35]

2 VC降解機(jī)理

在果蔬汁體系中，VC存在還原型抗壞血酸（還原型VC）和氧化型脫氫抗壞血酸（氧化型VC）兩種形態(tài)，這兩種形態(tài)在不同品種的果蔬中所占的比例不相同。熊衛(wèi)東等[36]測定了12 種常見水果中還原型和氧化型VC的含量，其中香蕉中還原型VC占比最低，為56.54%，大棗、桃、杏、李子中還原型VC占比最高，為100%。龍嬌妍等[37]測定了11 種常見蔬菜中還原型和氧化型VC的含量，其中青椒的還原型VC占比最低，為58.29%，黃瓜的還原型VC占比最高，為93.03%。在果蔬汁貯藏過程中，還原型VC和氧化型VC之間存在可逆轉(zhuǎn)化反應(yīng)，處于抗壞血酸、單脫氫抗壞血酸、脫氫抗壞血酸的動(dòng)態(tài)平衡，VC在分子氧存在的情況下通過失去電子和質(zhì)子被可逆地氧化成單脫氫抗壞血酸和脫氫抗壞血酸（圖2）[38-40]。脫氫抗壞血酸內(nèi)酯環(huán)內(nèi)3 個(gè)相鄰羰基的存在增加了C1位親核攻擊的敏感性，使脫氫抗壞血酸內(nèi)酯環(huán)極易開環(huán)，開環(huán)后將開啟不可逆氧化降解，同時(shí)失去生物活性，脫氫抗壞血酸先被水解成2,3-二酮古洛糖酸，再進(jìn)一步被氧化降解為草酸和L-蘇阿糖酸[20,41]。

圖2 VC的動(dòng)態(tài)平衡及其降解反應(yīng)[20,41]Fig. 2 Dynamic equilibrium and degradation pathway of VC[20,41]

3 ACN與VC相互作用機(jī)制假說

早在1943年，Beattie等[41]研究草莓汁、覆盆子汁和黑醋栗汁在貯藏過程中的理化特性變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，有氧避光條件下，VC水平顯著降低，同時(shí)伴隨著產(chǎn)品顏色的變化，顏色變化速度與VC的降解速度大致相同，可能由于VC是可氧化的，而ACN是可還原的，兩者可能會(huì)相互反應(yīng)；該推論也通過VC或其異構(gòu)體濃度增加會(huì)導(dǎo)致果汁變色率增加和VC損失率上升的實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。

隨后的一系列研究表明，ACN和VC共存時(shí)，兩者的降解速度明顯大于其單獨(dú)存在時(shí)的降解速率，即存在協(xié)同降解現(xiàn)象[21-23]。例如，De Rosso等[21]在研究針葉櫻桃VC提取物對巴西莓ACN提取物穩(wěn)定性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在不排空頂隙空氣的條件下，巴西莓中ACN的降解速率在添加VC提取物（質(zhì)量濃度276 mg/mL）后增加了116 倍；即使經(jīng)過頂隙氮吹處理，同樣條件下，ACN的降解速率亦增加了109 倍，說明ACN和VC的相互作用是色素降解的主要驅(qū)動(dòng)力，ACN本身的氧化降解相比ACN-VC互作對顏色損失的貢獻(xiàn)相對有限。

為了解釋ACN和VC的協(xié)同降解現(xiàn)象，學(xué)界提出了多種假說，目前被廣泛接受的主流假說主要有兩種：一是1952年由Sondheimer等[42]提出的“氧化假說”，即VC的氧化產(chǎn)物促進(jìn)ACN降解；二是1972年由Jurd[43]提出的“縮合假說”，即VC直接與ACN發(fā)生縮合反應(yīng)。

3.1 氧化假說

Sondheimer等[42]在研究過氧化氫降解草莓ACN的機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ACN體系中的過氧化氫含量低時(shí)，ACN幾乎不降解，但加入VC一段時(shí)間后，由于VC降解成脫氫抗壞血酸時(shí)伴隨著過氧化氫的生成，當(dāng)過氧化氫積累到一定量時(shí)，ACN才開始降解，由此提出VC是通過生成氧化產(chǎn)物過氧化氫，從而促進(jìn)ACN的降解，即氧化假說。過氧化氫作為一種親核試劑，可與ACN在C環(huán)2位碳處發(fā)生親核反應(yīng)（圖3），該反應(yīng)的產(chǎn)物不穩(wěn)定，會(huì)進(jìn)一步發(fā)生Baeyer-Villiger重排，這使得ACN的C2-C1’和C2-C3鍵暴露而容易斷裂，從而形成一系列降解產(chǎn)物[44-45]。

另一方面，由于ACN抑制VC向單脫氫抗壞血酸和脫氫抗壞血酸的轉(zhuǎn)變，并抑制過氧化氫的生成，自身被氧化成為ACN自由基，導(dǎo)致ACN的加速降解；同時(shí)VC參與抑制ACN自由基生成也引發(fā)了VC的加速降解[46-47]。

3.2 縮合假說

圖3 過氧化氫降解ACN的推測機(jī)制[44-45]Fig. 3 Speculative mechanism of anthocyanin degradation by hydrogen peroxide[44-45]

ACN的C環(huán)4位碳易發(fā)生親核加成反應(yīng)，如亞硫酸鹽是一種以硫原子為中心的親核試劑，它可與ACN在C環(huán)4位碳處發(fā)生可逆反應(yīng)，從而生成無色加合物（圖4A）[4,44,48]。在紅酒陳釀過程中，各種以碳原子為中心的親核試劑也能夠以類似的模式與ACN縮合，生成一種新的橙紅色或磚紅色色素——吡喃ACN，這種縮合反應(yīng)也是紅酒陳釀?lì)伾兓幕瘜W(xué)基礎(chǔ)[49]。一般具有醛和酮的烯醇式結(jié)構(gòu)物質(zhì)都能夠與ACN發(fā)生縮合反應(yīng)，如與4-乙烯基酚（4-羥基苯乙烯）反應(yīng)可生成苯酚基吡喃ACN（圖4B）[50]，與丙酮酸反應(yīng)可生成vitisin A吡喃ACN（圖4C）[51]。得益于吡喃環(huán)的特殊結(jié)構(gòu)，ACN開環(huán)降解的C4位碳已被占據(jù)并形成相對穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，加上吡喃環(huán)的形成促進(jìn)了ACN分子內(nèi)部電子的均勻分布，一定程度地限制了ACN在C環(huán)2位碳上的親核加成反應(yīng)，因此吡喃ACN的顏色與其相應(yīng)的ACN相比更穩(wěn)定[44]。

圖4 ACN的C環(huán)4位碳親核加成反應(yīng)[48,50-51]Fig. 4 Nucleophilic addition at anthocyanin C4 position[48,50-51]

VC結(jié)構(gòu)中也有類似的以碳原子為中心的烯二醇結(jié)構(gòu)，也可能與ACN的C環(huán)4位碳發(fā)生親核加成反應(yīng)。參考上述理論，Jurd[43]在1972年提出“縮合假說”。雖然相應(yīng)的加成產(chǎn)物鮮見報(bào)道，但一系列研究顯示ACN和VC的協(xié)同降解與ACN C環(huán)4位的反應(yīng)活性有關(guān)，García-Viguera等[52]將VC（質(zhì)量濃度330 mg/L）加入到分別含有錦葵素-3-葡萄糖苷（質(zhì)量濃度1.19 mg/L）（圖5A）和錦葵素-3,5-二葡萄糖苷（質(zhì)量濃度1.85 mg/L）（圖5B）的pH 2.35檸檬酸鹽緩沖液中，在20 ℃避光保存，利用高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）法監(jiān)測體系中ACN和VC的含量變化，發(fā)現(xiàn)錦葵素-3,5-二葡萄糖苷比錦葵素-3-葡萄糖苷降解更慢，且錦葵素-3,5-二葡萄糖苷體系中的VC也比錦葵素-3-葡萄糖苷體系中的降解更慢，由于錦葵素-3,5-二葡萄糖苷比錦葵素-3-葡萄糖苷兩種ACN糖基化程度高，C環(huán)3、5位碳同時(shí)糖取代導(dǎo)致C環(huán)4位碳的空間位阻大幅增加，故García-Viguera等推測ACN和VC的協(xié)同降解作用與ACN的C環(huán)4位碳的反應(yīng)活性有關(guān)。Levy等[53]將VC（質(zhì)量濃度200 mg/L）加入到分別含有同濃度（0.1 mmol/L）矢車菊素（圖5C）、矢車菊素-3-葡萄糖苷（圖5D）和矢車菊素-3-蕓香糖苷（圖5E）的pH 6.5磷酸鹽緩沖溶液和pH 4.5乙酸鹽緩沖液中，在15、23 ℃和37 ℃下避光保存，監(jiān)測146 h內(nèi)體系中的ACN含量變化，結(jié)果顯示，無論在3 種溫度何種貯藏條件下，3 種ACN的穩(wěn)定性均為矢車菊素＜矢車菊素-3-葡萄糖苷＜矢車菊素-3-蕓香糖苷。對比三者的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，由于3 種ACN的C環(huán)3位碳的取代基團(tuán)大小差異，導(dǎo)致ACN C環(huán)4位碳的空間位阻由小到大依次為矢車菊素＜矢車菊素-3-葡萄糖苷＜矢車菊素-3-蕓香糖苷，再次印證了ACN和VC的協(xié)同降解作用與和ACN的C環(huán)4位碳的反應(yīng)活性有關(guān)，即ACN C環(huán)4位碳的反應(yīng)活性越低，ACN與VC共存時(shí)的穩(wěn)定性越高。

圖5 不同程度C環(huán)4位碳反應(yīng)活性的ACN結(jié)構(gòu)式Fig. 5 Anthocyanin structures with different degrees of C4 carbon reactivity

4 ACN與VC相互作用的影響因素

綜上所述，ACN和VC之間的確存在協(xié)同降解的相互作用。本文梳理歸納了文獻(xiàn)報(bào)道中ACN結(jié)構(gòu)、VC結(jié)構(gòu)和濃度、氧氣、溫度、酚類、生物大分子對ACN和VC相互作用的影響。鑒于果蔬汁飲料的商業(yè)生產(chǎn)中，大多涉及滅酶滅菌處理以保證其貨架期品質(zhì)穩(wěn)定性與安全性，故未對酶與微生物的影響展開詳細(xì)論述。

4.1 ACN結(jié)構(gòu)

ACN結(jié)構(gòu)對其與VC的相互作用具有顯著影響（表1）。ACN母核結(jié)構(gòu)甲基化、糖基化、?；壤奶岣撸约癆CN C環(huán)的結(jié)構(gòu)修飾均可一定程度緩解ACN與VC的相互作用[4,48]。

Gérard等[59]將黑胡蘿卜、葡萄汁和紫薯的ACN提取物分別加入到含VC（質(zhì)量濃度200 mg/L）模擬飲料體系中，并測定其在43 ℃避光條件下的保留率，有氧條件下，3 種ACN提取物的保留率依次為25%、47%和31%；無氧條件下，3 種ACN提取物的保留率依次為29%、50%、39%，結(jié)果表明，無論在有氧還是無氧環(huán)境下，葡萄汁ACN提取物在VC溶液中的保留率均最高，這歸結(jié)于葡萄汁中主要的ACN結(jié)構(gòu)，錦葵素的甲基化程度較黑胡蘿卜中的矢車菊素、紫薯中的芍藥素高。West等[23]研究葡萄渣中矢車菊素-3-葡萄糖苷和矮牽牛素-3-葡萄糖苷在6 ℃、pH 3避光條件下貯藏的穩(wěn)定性時(shí)也得出相似結(jié)論。

Guldiken等[54]研究黑胡蘿卜提取物中的矢車菊素-3-木糖葡萄糖半乳糖苷和矢車菊素-3-木糖半乳糖苷在室溫、pH 3.5條件下的穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)，矢車菊素-3-木糖葡萄糖半乳糖苷和矢車菊素-3-木糖半乳糖苷的保留率分別約為47%和44%，說明ACN的糖基化程度提高可以一定程度限制ACN和VC間的相互作用。García-Viguera等[52]研究葡萄皮中的錦葵素-3-葡萄糖苷和錦葵素-3,5-二葡萄糖苷時(shí)也得出類似結(jié)論。

West等[23]將質(zhì)量濃度0.5 mg/mL的VC添加到質(zhì)量濃度1 mg/mL葡萄渣ACN提取物中，并測定葡萄渣ACN的保留率，當(dāng)樣品pH值為3、貯藏溫度為25℃時(shí)，葡萄渣中的矮牽牛素-3-葡萄糖苷、飛燕草素-3-葡萄糖苷、飛燕草素3-(6’-乙酰)葡萄糖苷、飛燕草素3-(6’-香豆酰)葡萄糖苷的保留率依次為（6.2±1.8）%、（6.2±0.8）%、（5.7±1.2）%、（8.2±7.3）%，結(jié)果表明當(dāng)母核結(jié)構(gòu)相同時(shí)，糖基的芳香酸?；欣谔岣逜CN在VC中的穩(wěn)定性。

Farr等[58]將不同梯度質(zhì)量濃度（0、250、500 mg/L和1 000 mg/L）的VC添加至矢車菊素-3-半乳糖苷單體和吡喃矢車菊素-3-半乳糖苷中，測定其在25 ℃避光保存時(shí)ACN在最大吸收波長處的吸光度并建立一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，當(dāng)VC質(zhì)量濃度為250 mg/L時(shí)，兩種ACN的半衰期分別為22 h和258 h，說明ACN C環(huán)的吡喃環(huán)結(jié)構(gòu)修飾有利于減緩ACN和VC的相互作用，提高ACN的穩(wěn)定性。Garc??a-Viguera等[52]研究C環(huán)4位甲基取代和苯基取代的錦葵素-3-葡萄糖苷時(shí)也得出類似結(jié)論。

4.2 VC結(jié)構(gòu)和濃度

在果蔬汁飲料體系中，VC處于氧化型和還原型兩種形態(tài)的動(dòng)態(tài)平衡中，兩者可以相互轉(zhuǎn)換[39]。Brenes等[60]在模擬果汁體系中研究了在添加質(zhì)量濃度450 mg/L VC條件下紅葡萄ACN和VC在25 ℃和35 ℃下的穩(wěn)定性，15 d貯藏過程中氧化型VC的質(zhì)量濃度先增大后減小，并在第5天達(dá)到峰值（約180 mg/L）；期間還原型VC與氧化型VC的物質(zhì)的量比由第0天的8∶1分別變化至第5天的1∶1和第10天的2∶1，到第15天時(shí)VC總量和還原型VC含量均為0。值得注意的是，ACN降解速率最大的0～2 d和10～15 d時(shí)段恰恰是氧化型VC生成速率最大的時(shí)段[60]，說明VC結(jié)構(gòu)對其與ACN相互作用有一定的影響，ACN更傾向于與還原型VC發(fā)生相互作用，生成氧化型VC。參考現(xiàn)行GB 5009.86—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中抗壞血酸的測定》[61]，氧化型VC含量需通過將其還原成還原型VC后由VC總量和原樣中還原型VC含量的差值求得，推測直接測定或單獨(dú)分離出穩(wěn)定的氧化型VC可能存在一定技術(shù)難度或局限。在已報(bào)道的VC和ACN的相互作用研究中，大多數(shù)學(xué)者也更傾向于關(guān)注VC總量或還原型VC含量變化，對氧化型VC的含量變化關(guān)注相對有限，故本節(jié)重點(diǎn)歸納了VC的量效關(guān)系。

表1 ACN結(jié)構(gòu)對果蔬飲料體系A(chǔ)CN和VC相互作用的影響Table 1 Effect of anthocyanin structure on the anthocyanin-vitamin C interaction in fruit and vegetable beverages

VC濃度的升高會(huì)加速果蔬汁體系里ACN的降解，即存在劑量相關(guān)性[56,62-63]（表2）。

表2 VC質(zhì)量濃度對果蔬飲料體系A(chǔ)CN和VC相互作用的影響Table 2 Effect of vitamin C concentration on the anthocyanin-vitamin C interaction in fruit and vegetable beverages

Choi等[62]將額外添加質(zhì)量濃度30 mg/100 mL VC的血橙汁與未添加VC的血橙汁經(jīng)巴氏殺菌后在4.5 ℃下保存，測定兩組血橙汁中ACN和VC在貯藏過程中的變化，結(jié)果表明額外添加VC的血橙汁中ACN降解速率較未添加的快0.3%，VC降解速率則較未添加的慢7.9%，相關(guān)性分析結(jié)果顯示VC降解與ACN降解高度正相關(guān)（r＞0.93）。

Remini等[63]研究額外添加VC（質(zhì)量濃度100、200 mg/L）的血橙汁在37 ℃條件下的貯藏穩(wěn)定性，根據(jù)貯藏過程中ACN和VC濃度的變化建立一級動(dòng)力學(xué)模型，在VC額外添加量為0、100、200 mg/L時(shí)，ACN的降解速率常數(shù)分別為68.8×10-3、69.3×10-3、72.5×10-3d-1，VC的降解速率常數(shù)分別為587.5×10-3、463.5×10-3、440.0×10-3d-1，推測VC濃度的升高可以增大ACN的降解速率。

Farr等[58]將不同梯度濃度（質(zhì)量濃度0、250、500、1 000 mg/L）的VC添加至矢車菊素-3-半乳糖苷單體、黑果淚腺花楸提取物、吡喃矢車菊素-3-半乳糖苷中，測定其在25 ℃避光保存時(shí)ACN在最大吸收波長處的吸光度并建立一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，以矢車菊素-3-半乳糖苷為例，不同VC質(zhì)量濃度由低到高對應(yīng)下的半衰期分別為546、22、12、8 h，即VC濃度越高，ACN半衰期越短，ACN-VC間存在劑量相關(guān)性。Nikkhah等[64]在幾種漿果汁中加入了不同濃度的VC，研究其在避光冷藏條件下526 nm波長處吸光度的變化，結(jié)果表明VC的加入使吸光度明顯減小。

4.3 氧氣

ACN和VC單獨(dú)存在時(shí)，氧氣促進(jìn)ACN和VC的降解；兩者共存時(shí)，氧氣可能通過促進(jìn)VC降解而減緩ACN降解[21,63,65-66]（表3）。

表3 頂隙氣體對果蔬飲料體系A(chǔ)CN和VC相互作用的影響Table 3 Effect of headspace gas on the anthocyanin-vitamin C interaction in fruit and vegetable beverages

Poei-Langston等[65]研究草莓中提取的天竺葵素-3-葡萄糖苷和VC在20 ℃避光條件下共存時(shí)的穩(wěn)定性，貯藏第30天時(shí)，ACN在有氧條件下的保留率較無氧條件下高5%；有氧環(huán)境下，VC在貯藏第10天幾乎完全降解，而無氧環(huán)境下VC在第130天仍有少量殘留，結(jié)果表明ACN和VC共存時(shí)，ACN在有氧環(huán)境下更穩(wěn)定，VC在無氧環(huán)境下更穩(wěn)定，Poei-Langston等推測這可能是因?yàn)橛醒醐h(huán)境下VC保留率更低從而減緩了ACN降解。

Remini等[63]研究經(jīng)氬氣吹掃和未經(jīng)氬氣吹掃的巴氏殺菌血橙汁中ACN和VC的穩(wěn)定性，20 ℃保存時(shí)，未經(jīng)氬氣處理的血橙汁中ACN和VC降解速率是經(jīng)氬氣處理的3.28 倍和6.67 倍，30 ℃保存時(shí)分別是1.67 倍和2.18 倍，表明氬氣處理后血橙汁中氧氣含量低，有利于ACN和VC的保留，且在較低溫度下保護(hù)作用更顯著。對針葉櫻桃VC提取物和巴西莓ACN提取物穩(wěn)定性的研究也發(fā)現(xiàn)經(jīng)氮?dú)馓幚順悠返陌胨テ谳^大氣組更長[21]。以上研究似乎與Poei-Langston等[65]的研究得出了完全相悖的結(jié)論，推測可能是因?yàn)镻oei-Langston等[65]的研究中VC較ACN的相對含量低，貯藏前期被氧氣消耗殆盡，所以氧氣的存在反而提高了ACN的保留率；而Remini等[63]的研究中VC的相對含量較高，直到貯藏末期仍足以促進(jìn)ACN降解，此時(shí)氧氣和VC共同作用加速了ACN的降解。

4.4 溫度

ACN和VC都是熱敏性物質(zhì)，溫度的提高不僅會(huì)加速單一ACN或VC的降解，而且也會(huì)加速二者的相互作用（表4）。

表4 溫度對果蔬飲料體系A(chǔ)CN和VC相互作用的影響Table 4 Effect of temperature on the anthocyanin-vitamin C interaction in fruit and vegetable beverages

曹雪丹等[67]將含有質(zhì)量濃度50 mg/L VC的藍(lán)莓清汁分別置于50、70 ℃和90 ℃水浴中保溫5 h，測定ACN和VC含量，構(gòu)建一級降解動(dòng)力學(xué)模型，50、70、90 ℃下VC相對含量分別減少了10.57%、12.26%和59.19%，ACN相對含量分別減少了12.92%、34.05%和82.99%。ACN的降解速率常數(shù)k分別為0.026 3、0.086 4、0.360 4 h-1，表明溫度越高，L-抗壞血酸和ACN的降解量越大，ACN的降解速率常數(shù)增大，即溫度可以同時(shí)促進(jìn)ACN和VC降解。Remini等[63]研究了額外添加質(zhì)量濃度100 mg/L VC的血橙汁中ACN和VC在4、20、30、37 ℃貯藏過程中的一級降解動(dòng)力學(xué)，ACN的降解速率常數(shù)分別為5、27.8、53.3、69.3 d-1，VC的降解速率常數(shù)分別為24.5、106.3、206.4、463.5 d-1，可以明顯看出，ACN和VC的降解速率常數(shù)均隨溫度的升高而增大。黑米、紫薯、葡萄渣的ACN提取物和VC共存時(shí)，ACN和VC熱穩(wěn)定性也隨著溫度的升高而降低[23]。

隨著食品加工技術(shù)的全面發(fā)展，新型非熱加工技術(shù)逐步應(yīng)用到果蔬汁的生產(chǎn)中[69-71]。典型非熱加工技術(shù)對果蔬汁中ACN和VC的影響及其在貯藏過程中的變化也被陸續(xù)報(bào)道[72]。Torres等[22]研究了經(jīng)超高壓處理的血橙汁在4 ℃和20 ℃的ACN和VC貯藏穩(wěn)定性，研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)400 MPa/15 min的超高壓處理后20 ℃貯藏條件下ACN和VC的降解速率分別是4 ℃的1.38 倍和26.26 倍，未經(jīng)超高壓處理的對照組20 ℃貯藏條件下ACN和VC的降解速率分別是4 ℃的2.72 倍和5.49 倍。由此可以得出，無論是否經(jīng)過超高壓處理，升高溫度可以增大ACN和VC的降解速率。Tiwari等[68]研究了不同超聲處理對草莓汁ACN和VC的貯藏穩(wěn)定性，研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)0.81 W/mL、10 min超聲處理后，20 ℃貯藏條件下ACN和VC保留率分別比4 ℃條件下小13.49%、27.04%，未經(jīng)超聲處理的對照組，20 ℃貯藏條件下ACN和VC保留率分別比4 ℃條件下小7.57%、23.91%，結(jié)果顯示，無論是否經(jīng)過超聲處理，超聲處理的聲能密度多大，ACN和VC在4 ℃下的穩(wěn)定性均優(yōu)于20 ℃下的穩(wěn)定性；ACN和VC的保留率相關(guān)系數(shù)分別為0.905（4 ℃）和0.816（25 ℃），ACN和VC的保留率之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，即ACN和VC間存在協(xié)同降解作用。

4.5 其他物質(zhì)

酚類和生物大分子對果蔬飲料體系A(chǔ)CN和VC相互作用的影響如表5所示。

4.5.1 酚類化合物

酚類化合物的添加可以作為輔色因子提高ACN穩(wěn)定性，從而限制ACN和VC的相互作用。常用的輔色因子為多酚類化合物，例如綠原酸、芥子酸和單寧酸[78-79]等。這種保護(hù)作用是基于以π-π相互作用為主要驅(qū)動(dòng)力的酚類與ACN芳香發(fā)色團(tuán)的緊密分子締合，形成ACN和酚類物質(zhì)垂直或夾心型堆積；其本質(zhì)包括但不限于氫鍵、范德華力、離子相互作用和疏水作用等[80-82]。

Poei-Langston等[65]在研究兒茶素（質(zhì)量濃度8.94 mg/mL）對天竺葵素-3-葡萄糖苷（草莓中提取）和VC共存體系的穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)，有氧條件下，添加兒茶素組（處理組）ACN保留率比未添加兒茶素組（對照組）大，貯藏30 d后，處理組的ACN保留率比對照組高5%，與VC保留率則無顯著差異，說明有氧環(huán)境下，兒茶素可一定程度上提高ACN穩(wěn)定性，而對VC無影響；無氧條件下，處理組VC保留率比對照組小，在第18天左右有最大差異，處理組VC保留率比對照組小約30%；處理組ACN保留率比對照組大，但是差異不顯著，說明在無氧環(huán)境下，兒茶素會(huì)促進(jìn)VC降解，通過降低VC的濃度從而略微提高ACN穩(wěn)定性。Tan Chen等[73]發(fā)現(xiàn)鄰苯二酚、沒食子酸、沒食子酸乙酯和(-)-表沒食子兒茶素沒食子酸酯可以抑制VC對ACN的親核攻擊。Zhao Lei等[74]發(fā)現(xiàn)迷迭香酸可以抑制VC對黑米ACN提取物的降解。

表5 酚類和生物大分子對果蔬飲料體系A(chǔ)CN和VC相互作用的影響Table 5 Effects of phenolics and biomacromolecules on the anthocyanin-vitamin C interaction in fruit and vegetable beverages

酚類在貨架期中可以通過酶促和非酶反應(yīng)被氧化降解成醌類物質(zhì)或者深色聚合物，這些降解產(chǎn)物對ACN和VC的相互作用也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。Jiang Yueming[83]研究荔枝多酚氧化酶對ACN的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)體系中不含酚類提取物時(shí)，荔枝多酚氧化酶和ACN的親和力很低，ACN幾乎不氧化降解；但當(dāng)體系中加入酚類提取物時(shí)，ACN快速氧化降解并形成棕色色素，其中以鄰苯三酚促進(jìn)降解的能力最強(qiáng)，其次是兒茶酚和4-甲基兒茶酚。荔枝果皮中VC含量的降低與果皮褐變指數(shù)的增加有關(guān)，向反應(yīng)混合物中添加VC可抑制多酚氧化酶導(dǎo)致的ACN降解。事實(shí)上，在更多的面向食品應(yīng)用場景的研究中，把多酚酶促和非酶反應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化簡化成單一“多酚”因素來考慮其對互作的影響是最常見的研究思路。Brenes等[60]研究了迷迭香提取物對紅葡萄ACN提取物與L-抗壞血酸共存體系貯藏穩(wěn)定性的影響，以25 ℃為例，對于L-抗壞血酸而言，在第11天，添加0.2%和0.4%迷迭香提取物的樣品中L-抗壞血酸質(zhì)量濃度分別比未添加組多50 mg/L和130 mg/L。對于ACN而言，未添加VC的體系中，添加迷迭香提取物組與未添加組間無顯著差異，在第30天ACN的質(zhì)量濃度均降解為初始值的67%；添加了VC的體系中，在第11天觀察到處理組與對照組的差異性，添加迷迭香酸組ACN降解速度小于未添加組，但是兩個(gè)處理濃度間無顯著差異。由此可推斷，迷迭香提取物通過抑制L-抗壞血酸降解成脫氫抗壞血酸來抑制ACN和VC的降解。

4.5.2 生物大分子

在體系中添加某些生物大分子也可以提高ACN在VC體系中的穩(wěn)定性，如黃原膠[74]、阿拉伯膠[84]、結(jié)冷膠[85]、果膠和乳清蛋白[76]等。Xu Xuejiao等[75]研究了LA和HA結(jié)冷膠對含有ACN的模擬飲料體系在VC存在下熱穩(wěn)定性（90 ℃）的不同影響，結(jié)冷膠的加入可以顯著減輕熱處理引起的褪色（P＜0.05），在添加量為0.2%時(shí)效果最好，與未添加組相比添加LA和HA結(jié)冷膠體系的顏色保留率分別提高了33%和22%，表明結(jié)冷膠可提高ACN熱穩(wěn)定性，且添加量相同時(shí)，HA結(jié)冷膠的效果優(yōu)于LA結(jié)冷膠。分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明結(jié)冷膠與ACN存在相互作用，從而提高了ACN熱穩(wěn)定性，而HA結(jié)冷膠與ACN的相互作用強(qiáng)于LA結(jié)冷膠，這歸因于?；黾恿丝臻g位阻和柔韌性。Chung等[76]研究了柑橘果膠、甜菜果膠和乳清蛋白對含有ACN（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.025%）和VC（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0或0.05%）模擬飲料穩(wěn)定性的影響，40 ℃貯藏7 d后，與未添加物質(zhì)組相比，加入柑橘果膠、甜菜果膠和分別加熱0、30、60、90、120 min的乳清蛋白的樣品，其在523 nm波長處的相對吸光度分別高20%、22%、25%、46%、45%、49%和44.5%，由此可見，加入柑橘果膠、甜菜果膠、乳清蛋白可以抑制VC導(dǎo)致ACN降解，乳清蛋白效果均優(yōu)于柑橘果膠和甜菜果膠，以加熱90 min的乳清蛋白效果最佳。

5 ACN與VC互作研究方法

基于ACN和VC本身的物理化學(xué)特點(diǎn)，多數(shù)研究者選擇色差儀測色、紫外-可見吸收光譜或HPLC定性定量、計(jì)算活化能等方法對二者的呈色特性、結(jié)構(gòu)、含量和反應(yīng)活性進(jìn)行研究，進(jìn)而推演相互作用機(jī)制；也可以利用其他途徑賦予ACN和VC新的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合熒光特性、電位、自由基強(qiáng)度等手段利用新增特性進(jìn)行研究。

5.1 色差儀分析法

ACN作為一種天然色素，因微環(huán)境改變引起ACN微結(jié)構(gòu)的改變會(huì)使果蔬汁體系顏色特性發(fā)生一定程度的變化，故可使用色差儀測定體系中顏色參數(shù)的變化情況，評價(jià)ACN的品質(zhì)。目前常用的顏色參數(shù)評價(jià)系統(tǒng)主要包括CIELab顏色系統(tǒng)和孟塞爾顏色系統(tǒng)。CIELab顏色系統(tǒng)相關(guān)顏色參數(shù)包括亮度L*值（0（黑色）～100（白色））、紅綠度a*值（紅色為正，綠色為負(fù)）和黃藍(lán)度b*值（黃色為正，藍(lán)色為負(fù)），而孟塞爾顏色系統(tǒng)相關(guān)的顏色參數(shù)包括亮度L*值、色度C（顏色飽和度）、色調(diào)角h（由波長決定的色覺顏色），h可以通過a*值和b*值來進(jìn)行計(jì)算，即h＝arctanb*/a*。另外還采用ΔE＝[（ΔL*）2+（Δa*）2+（Δb*）2]1/2來計(jì)算顏色的整體差異[48,86]。

Choi等[62]采用CIELab顏色系統(tǒng)測定了含有不同含量VC的巴氏殺菌血橙汁在4.5 ℃下貯藏7 d后的顏色變化，貯藏過程中血橙汁的a*值逐漸減小，L*值和b*值逐漸增加，說明隨著ACN的降解，樣品體系會(huì)朝著橙色方向改變。Stebbins等[87]采用孟塞爾顏色系統(tǒng)分別測定了矢車菊素-3-葡萄糖單體和黑莓ACN提取物含有或不含有VC的情況下，于室溫避光貯藏72 h的變化，結(jié)果顯示，VC對矢車菊素-3-葡萄糖苷體系的色調(diào)角度（h）從20.3增加到29.7，表明體系在監(jiān)測過程中由黃色調(diào)逐漸突出，整體顏色由紅色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌壬炼龋↙*）和色度（C）值的影響較??；額外添VC對黑莓ACN提取物體系的亮度（L*）、色度（C）和色調(diào)角（h）沒有顯著影響。

5.2 紫外-可見吸收光譜法

ACN和VC在紫外-可見光譜范圍內(nèi)有特征吸收峰，采用紫外-可見吸收光譜法監(jiān)測ACN和VC相互作用體系中的變化。

在典型果蔬汁體系的酸性條件下，ACN由于帶正電荷且存在8 個(gè)共軛雙鍵的長生色團(tuán)，故會(huì)強(qiáng)烈著色，可見光范圍內(nèi)的最大吸收波長通常在465～550 nm之間；另一個(gè)最大吸收波段在紫外光范圍內(nèi)270～280 nm之間[3]。另外，pH值的變化會(huì)導(dǎo)致ACN發(fā)生可逆的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，從而呈現(xiàn)出明顯不同的吸收光譜，基于該現(xiàn)象，分別測定不同pH值緩沖體系下的ACN溶液在最大吸收波長處和700 nm波長處的吸光度，進(jìn)而計(jì)算出總ACN單體含量，即pH示差法[59]。該方法即使在存在聚合降解色素和其他干擾化合物的情況下，也可以準(zhǔn)確快速測定總ACN單體含量[88]。

ACN降解可以通過聚合度指數(shù)來判斷。聚合的有色ACN-單寧配合物可抵抗亞硫酸鹽的漂白，而單體ACN的漂白反應(yīng)會(huì)迅速完成。于樣品液最大吸收波長處、420 nm波長處和700 nm波長處分別測定樣品液與經(jīng)亞硫酸鹽處理樣品液吸光度，可以計(jì)算樣品的顏色密度和亞硫酸鹽處理樣品液的聚合色。聚合色和顏色密度之間的比率用于確定聚合顏色百分比，可用于確定降解指數(shù)[88]。

VC含量也可以通過紫外吸收光譜法進(jìn)行測定。VC具有共軛結(jié)構(gòu)，在紫外區(qū)（200～300 nm）有吸收，堿處理后VC極易降解，紫外吸收消失，故通過測定樣品液與堿處理樣品液在最大吸收波長處吸光度之差，再對照標(biāo)準(zhǔn)曲線，可計(jì)算樣品中VC含量[89]。

5.3 HPLC法

HPLC法已成為ACN和VC定性定量分析最常用的研究手段[90-92]，通過標(biāo)準(zhǔn)品與HPLC信號（峰高、峰面積等）的關(guān)系來繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后將樣品該信號與標(biāo)準(zhǔn)曲線信號進(jìn)行比較，獲得樣品相應(yīng)物質(zhì)的量。利用HPLC法可以解析ACN和VC間的相互作用對兩者數(shù)量變化的影響。Martí等[93]利用HPLC法分別測定VC強(qiáng)化（質(zhì)量濃度330 mg/L）和未強(qiáng)化石榴汁5 ℃避光貯藏過程中ACN和VC含量變化，發(fā)現(xiàn)150 d后VC強(qiáng)化石榴汁中的ACN相對含量較未強(qiáng)化石榴汁多降解了17%，驗(yàn)證了添加VC促進(jìn)果蔬汁體系中ACN降解的結(jié)論。

HPLC也可以結(jié)合質(zhì)譜儀來推斷ACN的具體結(jié)構(gòu)變化，分析ACN和VC之間可能存在的反應(yīng)[35]。

5.4 電子自旋共振法

根據(jù)ACN和VC的氧化降解假說，ACN和VC共存時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生自由基，可以使用電子自旋共振法監(jiān)測自由基的生成。

Stebbins等[87]以α-(4-吡啶基-1-氧)-N-叔丁基硝基酮（α-(4-pyridyl-1-oxide)-N-tert-butylnitrone，POBN）為自旋捕捉劑，用電子自旋共振法分別測定黑莓ACN提取物和矢車菊素-3-葡萄糖苷單體在含有（或不含有）VC貯存過程中響應(yīng)信號的強(qiáng)弱，電子自旋共振能檢測到二甲基亞砜與羥自由基反應(yīng)生成自旋加合物和甲基自由基，結(jié)果顯示，添加了VC的樣品相較于未添加VC的樣品的信號強(qiáng)，說明VC的加入可以促進(jìn)體系自由基的形成；而黑莓提取物的響應(yīng)值相比于ACN單體的響應(yīng)值小，推測是黑莓ACN提取物中的多酚可以清除自由基。

Gérard等[59]以2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物（2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy，TEMPO）（一種自由基清除劑）為自旋捕捉劑，在空氣或氮?dú)猸h(huán)境中，用電子自旋共振法分別測定黑胡蘿卜、葡萄和紫薯的ACN提取物與VC混合后的樣品體系隨著光照時(shí)間延長的響應(yīng)信號強(qiáng)弱的變化情況，結(jié)果顯示，隨著光照時(shí)間的延長，信號逐漸減弱，說明ACN和VC產(chǎn)生了自由基，且大部分的自由基是由于光照產(chǎn)生的；此外，通過對比信號減弱的速率，紫薯ACN提取物的信號減弱最慢，黑胡蘿卜ACN提取物次之，葡萄ACN提取物最快，說明紫薯ACN提取物在光照條件下的穩(wěn)定性最高。

5.5 其他方法

采用循環(huán)伏安法[66]測定ACN和VC共存體系中的ACN的還原能力和VC的氧化能力，預(yù)測兩者間發(fā)生氧化還原反應(yīng)的可能性。ACN在短波長區(qū)域具有熒光特性[94-95]，采用熒光光譜法確定VC是否可以抑制ACN熒光強(qiáng)度，從而判斷VC是否會(huì)促進(jìn)ACN的熒光猝滅導(dǎo)致ACN降解。分子建模法[72]模擬ACN和VC分子結(jié)構(gòu)特性，從而達(dá)到檢測兩者之間反應(yīng)的目的。核磁共振技術(shù)[92]通過鑒定ACN及其與VC共存時(shí)產(chǎn)生的新物質(zhì)，從而推斷可能的降解機(jī)制。

6 結(jié) 語

由于果蔬飲料中ACN和VC間存在協(xié)同降解作用，導(dǎo)致果蔬飲料營養(yǎng)品質(zhì)在加工和貨架期過程的大幅損失。因此，明確ACN和VC間的相互作用機(jī)制，從根本上找到抑制ACN和VC協(xié)同降解的方法，對提升果蔬飲料的整體品質(zhì)至關(guān)重要。

就目前研究成果來看，雖然VC的氧化產(chǎn)物促進(jìn)ACN降解的“氧化假說”和VC直接與ACN發(fā)生縮合反應(yīng)的“縮合假說”都從不同程度地得到了實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，但是準(zhǔn)確的ACN和VC相互作用機(jī)制尚沒有統(tǒng)一定論，這主要是因?yàn)槎呦嗷プ饔猛瑫r(shí)受到自身化學(xué)結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境等多方面因素的綜合影響，而食品體系的復(fù)雜性又進(jìn)一步增加了解析該反應(yīng)的難度。大部分研究主要聚焦各因素對ACN或者VC分別產(chǎn)生的影響，直接關(guān)注各因素對ACN和VC之間的相互作用影響的研究相對有限；研究手段主要基于ACN或者VC本身的理化特性，直接解析ACN和VC的相互作用的分析方法尚待開發(fā)探索，故多數(shù)研究通過融會(huì)貫通多種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的方法對兩者的相互作用機(jī)制進(jìn)行推理。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對ACN和VC的相互作用的研究手段將更加直接，且對二者相互作用的認(rèn)知將更加深入，這些新的突破將為食品體系中ACN與VC的更高效利用提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。