芥子酸對(duì)含殼聚糖的模型飲料中花色苷的保護(hù)作用

艾 欣, 潘 飛, 朱澤輝, 張銘昕, 劉雅琪,趙 磊,*, 趙 亮,*

(1.北京工商大學(xué) 北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心/北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心,北京 100048; 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蜂蜜研究所,北京 100093)

顏色作為評(píng)價(jià)食物的重要感官指標(biāo)之一,影響著消費(fèi)者對(duì)于食品的選擇和接受度。長(zhǎng)期以來,為保證食物的色澤,著色劑被廣泛應(yīng)用于食品加工行業(yè)中。然而,合成食品著色劑(三芳基甲烷類、氧雜蒽類和偶氮類等)不僅不能提供人體所必需的營(yíng)養(yǎng),安全性也備受質(zhì)疑[1]。研究表明,部分合成著色劑經(jīng)人體代謝后可引起過敏反應(yīng),產(chǎn)生致癌物質(zhì),與靶細(xì)胞相互作用[1-2]。天然著色劑花色苷來源廣泛、無毒,與生物系統(tǒng)相容性高,且具有較好的生物活性,如抗炎、抗氧化、調(diào)節(jié)血脂等[3],被認(rèn)為是食品工業(yè)中最佳的天然著色劑之一。

天然花色苷具有強(qiáng)大的著色能力,在酸性pH值下,只需要很小的濃度就可以使食品獲得所需的紅色、粉紅色和紫色[4],并且能快速溶于食品水相中[5],常用于軟飲料和葡萄酒等產(chǎn)品的生產(chǎn)。然而花色苷非常容易降解,其穩(wěn)定性受到各種因素的影響,如pH值、溫度、光、氧和抗壞血酸等[6]?？箟难嵩谑称饭I(yè)中常被作為抗氧化劑和營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑使用,飲料等一些食品中的抗壞血酸往往與花色苷同時(shí)存在。由于抗壞血酸的自氧化會(huì)破壞花色苷的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致花色苷被降解[7],因此,尋找能應(yīng)用于食品中且能提高花色苷穩(wěn)定性的輔色劑尤為關(guān)鍵。

殼聚糖(chitosan,CS)是一種聚陽離子多糖,是由幾丁質(zhì)經(jīng)過脫乙酰作用得到的產(chǎn)物,無毒且生物相容性和生物降解性好[8],同時(shí)具有抑菌、降脂和增強(qiáng)免疫等多種生理功能[9]。近年來,研究人員普遍將CS用于花色苷智能活性食品保鮮膜和遞送載體的研究。Pinheiro等[10]將葡萄皮花色苷吸附在CS上,成功提高了花色苷的熱穩(wěn)定性。Ge等[11]用CS衍生物制備花色苷納米復(fù)合物,顯著提高了在抗壞血酸影響下花色苷的穩(wěn)定性。目前已有研究將CS作為飲料的穩(wěn)定劑或增稠劑[12-13],在改善飲料體系質(zhì)地和穩(wěn)定性的同時(shí)也賦予飲料一定的生理活性。然而,飲料中CS的性質(zhì)如溶解性、穩(wěn)定性等[14]易受體系pH值影響[15],且抗壞血酸也是飲料中常見的成分和添加劑。因此,研究CS和抗壞血酸同時(shí)存在時(shí)對(duì)花色苷穩(wěn)定性的影響至關(guān)重要,Ai等[16]前期研究發(fā)現(xiàn),溶液中的CS反而會(huì)對(duì)抗壞血酸存在時(shí)的花色苷穩(wěn)定性造成不利影響。酚酸是花色苷的一種重要輔色劑,花色苷與酚酸如咖啡酸、芥子酸(sinapic acid,SA)、迷迭香酸[17]等相互作用能夠形成一種“三明治”結(jié)構(gòu)的復(fù)合物,進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)色澤、提高顏色穩(wěn)定性的效果[18]。量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果表明,SA在12種有機(jī)酸中與花色苷(矢車菊素-3-O-葡萄糖苷)之間的二元配合物結(jié)合能最高[16],因此選擇芥子酸作為典型酚酸輔色劑用于后續(xù)研究。此前,Watrelot等[19]和Guo等[20]證實(shí)了多酚能夠非共價(jià)結(jié)合凝膠或分散形式的多糖,并且形成的凝膠極易吸附和結(jié)合花色苷等酚類化合物[21],因此我們推測(cè)多酚具有改善多糖對(duì)花色苷保護(hù)作用的潛力。Fernandes等[22]在果膠-花色苷混合物中加入兒茶素出現(xiàn)了增色效應(yīng),起到了輔色作用。Zhao等[23]證實(shí)了迷迭香酸與黃原膠聯(lián)用能提高L-抗壞血酸存在下花色苷的穩(wěn)定性。然而,此前鮮有關(guān)于利用酚酸來改善高濃度多糖對(duì)花色苷不利影響的報(bào)道,且其作用機(jī)制還有待研究。

花色苷模型飲料是可以模擬食品飲料體系中花色苷的存在狀態(tài),并排除多余物質(zhì)干擾,借以研究花色苷穩(wěn)定性的一種研究模型。殼聚糖目前未被國(guó)標(biāo)列入飲料類食品添加劑中,本研究?jī)H是將酚酸與多糖聯(lián)用來提高花色苷模型飲料穩(wěn)定性的一種探討。本研究擬采用降解動(dòng)力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)模擬等手段,研究SA對(duì)含CS和抗壞血酸的模型飲料體系中黑米花色苷穩(wěn)定性的保護(hù)效果和作用機(jī)制,希望為酚酸提高多糖對(duì)花色苷的保護(hù)作用提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑米花色苷提取物[矢車菊素-3-O-葡萄糖苷(純度>15%)],湖北紫鑫生物科技有限公司;芥子酸(純度≥97%),上海源葉生物科技有限公司;殼聚糖(分子質(zhì)量為50～190 kDa,脫乙酰度≥75%),美國(guó)Sigma-Aldrich公司;抗壞血酸,天津福晨化學(xué)試劑有限公司;所有試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SpectraMax i3型連續(xù)波長(zhǎng)多功能酶標(biāo)儀,美國(guó)Molecular Devices公司;VC1010D型照亮計(jì),西安勝利儀器有限責(zé)任公司;CM-3601A型色差儀,日本柯尼卡美能達(dá)控股株式會(huì)社;HHSY21-Ni4型恒溫水浴鍋,北京精華科瑞儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1CS和SA混合溶液的制備

稱取不同質(zhì)量的CS溶于pH值為3.0的檸檬酸緩沖溶液,攪拌過夜至充分水合,制備得到不同質(zhì)量濃度的CS溶液(2.5、5.0、10.0、20.0、40.0 mg/mL)。將SA加入CS溶液中,得到SA(質(zhì)量濃度為5 mg/mL)和CS混合溶液。CS的添加濃度根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的飲料中使用范圍確定[24]。

1.3.2花色苷溶液的制備

花色苷溶液的制備按照Zhao等[25]的方法,略加修改。將一定量的黑米花色苷提取物粉末溶于20 mmol/L檸檬酸緩沖液(pH值3.0)中,使花色苷的質(zhì)量濃度為0.25 mg/mL,攪拌10 min后,加入CaCl2,使Ca2+的終質(zhì)量濃度為0.2 mg/mL,然后加入L-抗壞血酸(1 mg/mL)充分混合。加入等體積的不同濃度的CS或CS+SA溶液,充分混合后將各溶液的pH值調(diào)整為3.0。本實(shí)驗(yàn)中花色苷的終質(zhì)量濃度為0.125 mg/mL,該濃度可減少花色苷的自締合效應(yīng)對(duì)顏色的干擾。該濃度下,僅添加花色苷溶液記作空白組;添加花色苷和抗壞血酸溶液記作對(duì)照組;在對(duì)照組基礎(chǔ)上添加20、10、5、2.5、1.25 mg/mL的CS分別記作CS20組、CS10組、CS5組、CS2.5組、CS1.25組;在對(duì)照組基礎(chǔ)上添加SA和20、10、5、2.5、1.25 mg/mL的CS分別記作CS20+SA組、CS10+SA組、CS5+SA組、CS2.5+SA組、CS1.25+SA組。

1.3.3加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)

加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn),主要是利用升高溫度、加催化劑等方法以加速食品的氧化和腐敗,通過加速物質(zhì)的物理或化學(xué)變化,以探討產(chǎn)品的穩(wěn)定性,具有減少產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間的優(yōu)勢(shì)[26]。根據(jù)Zhao等[25]報(bào)道的方法,將所有花色苷模型飲料溶液置于試管中,隨后,將試管放置于40 ℃水浴,正常光照7 d。采用pH示差法測(cè)定溶液中花色苷的含量[17],用色差儀測(cè)量溶液顏色的變化,采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定溶液的吸光值[23]。為了可視化顏色變化,使用Adobe Photoshop CC軟件從每個(gè)樣本的L*、a*、b*值中創(chuàng)建色塊。

1.3.4降解動(dòng)力學(xué)分析

參考Zhao等[25]報(bào)道的方法,根據(jù)不同處理時(shí)間的吸光值變化可以計(jì)算出熱降解速率常數(shù)K和半衰期t1/2,此外,采用D值可以進(jìn)一步衡量顏色穩(wěn)定性的指標(biāo)。熱降解速率常數(shù)K、半衰期t1/2和D值的計(jì)算方法見式(1)至式(3)。

(1)

(2)

(3)

式(1)至式(3)中,At為加熱t(yī)min時(shí)的花色苷最大吸光值,A0為花色苷的初始最大吸光值;K為降解速率常數(shù),d-1;t1/2為半衰期,表示花色苷降解至50%所需要的時(shí)間,d;D值表示90%的花色苷顏色降解所需的時(shí)間,d。

1.3.5分子動(dòng)力學(xué)模擬優(yōu)化

為了闡明SA對(duì)CS存在時(shí)花色苷保護(hù)作用的機(jī)制,對(duì)不同花色苷體系進(jìn)行50 ns分子動(dòng)力學(xué)模擬。使用PACKMOL(Version 20.2)程序包[27]分別對(duì)所有組的CS周圍隨機(jī)分配5個(gè)花色苷分子,其中CS位于中央,其他分子隨機(jī)分配在CS周圍,且確保CS與其他分子之間存在足夠大的距離,兩者之間不存在相互作用。花色苷和SA的拓?fù)涫褂肞RODRG2服務(wù)器建立[28],并根據(jù)Lemkul等[29]報(bào)道的方法,對(duì)其幾何結(jié)構(gòu)和電荷性質(zhì)進(jìn)行修改。模擬體系在矩形的盒子中進(jìn)行,加入外顯溶劑(SPC水模型),所有原子之間保持10 ?的距離,并加入水分子,添加相反電荷的離子用于中和體系電荷。所有體系均采用最陡下降法優(yōu)化分子體系的幾何結(jié)構(gòu)并進(jìn)行能量最小化(最大設(shè)置為1 000.0 kJ·mol-1·nm-1)。能量最小化后,體系經(jīng)過正則系綜NVT(0.2 ns)和等溫等壓系綜NPT(1 ns)兩步驟達(dá)到平衡。本研究中分子動(dòng)力學(xué)模擬均使用GROMACS(Version.2019.5)軟件包進(jìn)行(http:∥www.gromacs.org)[30],力場(chǎng)采用GROMOS96 43a1[31]使體系恒溫(40 ℃),所有含氫原子的鍵使用默認(rèn)線性(LINCS)算法進(jìn)行約束[32]。使用V-rescale方法使體系恒溫(40 ℃),使用Parrinello-Rahman方法使體系恒壓(1 bar)。采用粒子網(wǎng)格(PME)方法處理遠(yuǎn)距離靜電力[33],以14 ?截?cái)嗔坑?jì)算范德華力,時(shí)間步長(zhǎng)1 fs,每100 fs收集一次快照。模擬結(jié)束后,使用GROMACS(Version.2019.5)軟件包分析軌跡。所有圖片經(jīng)過PyMOL軟件處理。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0軟件包進(jìn)行顯著性分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(Mean±SD)表示。所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,設(shè)定3～5個(gè)平行。組間數(shù)據(jù)比較用單因素方差分析(one-way ANOVA),P<0.05表示有顯著性差異,P<0.01表示差異極顯著。使用Origin 2018和PyMoL軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 SA對(duì)含CS的模型飲料中花色苷穩(wěn)定性的影響

2.1.1對(duì)花色苷顏色穩(wěn)定性的影響

為增強(qiáng)含CS的模型飲料體系中花色苷的穩(wěn)定性,本研究探究了在不同CS質(zhì)量濃度下SA對(duì)花色苷顏色穩(wěn)定性的影響。添加CS或CS+SA,對(duì)花色苷吸光值和顏色變化量(ΔE*)影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1?？瞻捉M經(jīng)過加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)之后,在7 d時(shí),吸光值由0.76下降至0.57[圖1(a)、圖1(c)],ΔE*值從0增加至9.97[圖1(b)、圖1(d)]。不同實(shí)驗(yàn)組處理下花色苷顏色變化的色塊圖見圖2。由圖2可見,花色苷在7 d加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)條件下顏色仍保持紅色,表明在貯藏7 d的過程中,花色苷降解程度較低,并且相對(duì)穩(wěn)定。然而,圖1結(jié)果表明,在對(duì)照組中花色苷的吸光值從0.81下降至0.17,ΔE*值從2.94增加到40.23,且顏色由紅色變?yōu)榈凵?圖2)。與對(duì)照組相比,CS對(duì)花色苷的顏色無保護(hù)作用,吸光值和ΔE*值變化無顯著性差異[圖1(a)和圖1(b)],添加不同質(zhì)量濃度的CS(1.25～20.00 mg/mL)+SA(5.00 mg/mL)組中黑米花色苷的吸光值增加,ΔE*值明顯降低[圖1(c)和圖1(d)]。CS5+SA組對(duì)花色苷的顏色保護(hù)效果最好,在7 d加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)中,與對(duì)照組相比吸光值增加了191.73%,而ΔE*降低了57.27%。這表明,SA顯著提高了含CS的模型飲料體系中花色苷顏色的穩(wěn)定性,具有較好的花色苷顏色保護(hù)作用。

圖1 CS和CS+SA對(duì)花色苷吸光值和ΔE*的影響Fig.1 Effect of CS and CS+SA on absorbance value and ΔE* of anthocyanin

圖2 CS和CS+SA存在時(shí)花色苷顏色變化分析Fig.2 Analysis of color changes of anthocyanin in presence of CS and CS+SA

2.1.2對(duì)花色苷含量穩(wěn)定性的影響

加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)中SA對(duì)含CS模型飲料中花色苷保留量的影響見表1。由表1可見,經(jīng)過7 d加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn),僅添加花色苷的模型飲料中花色苷的質(zhì)量濃度從16.62 mg/mL緩慢下降至8.42 mg/mL。CS和SA對(duì)花色苷含量的保留率計(jì)算結(jié)果見圖3。在對(duì)照組基礎(chǔ)上添加CS對(duì)花色苷無法達(dá)到保護(hù)作用。當(dāng)CS添加的質(zhì)量濃度為1.25～20.00 mg/mL時(shí)[圖3(a)],花色苷的保留率僅為8.59%～13.38%,其中CS質(zhì)量濃度為2.5 mg/mL的CS2.5組保留率最高,顏色穩(wěn)定性的保護(hù)效果也最好。而SA能顯著提高含CS模型飲料體系中花色苷的含量,延長(zhǎng)花色苷的保留時(shí)間。圖3(b)顯示,CS5+SA組對(duì)花色苷的保護(hù)效果最好,花色苷的保留率為36.52%,綜合CS組和CS+SA組的結(jié)果,選擇了CS添加的質(zhì)量濃度為2.5、5.0 mg/mL進(jìn)行后續(xù)降解動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。在CS添加量相同的條件下,CS+SA組對(duì)黑米花色苷的保護(hù)作用顯著高于CS組,這與2.1.1中添加SA后對(duì)花色苷作用效果影響的分析結(jié)果是一致的。Fernandes等[22]在含有果膠的花色苷溶液中加入了兒茶酸,發(fā)現(xiàn)兒茶酸增強(qiáng)了果膠對(duì)花色苷的保護(hù)作用,因此,推測(cè)酚類化合物具有改善多糖對(duì)花色苷保護(hù)效果的潛力。添加SA能提高CS和抗壞血酸共同存在下花色苷的保留率,并且SA作為酚類化合物具有通過氫原子轉(zhuǎn)移機(jī)制清除自由基的能力[38],從而保護(hù)花色苷免于抗壞血酸自氧化作用導(dǎo)致的降解。

表1 花色苷在含CS的模型飲料及添加SA體系中的保留量

圖3 CS和CS+SA在加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)花色苷含量的影響Fig.3 Effect of CS and CS+SA on anthocyanin content under accelerated experimental conditions

2.2 SA對(duì)含CS的模型飲料中花色苷的降解動(dòng)力學(xué)分析

圖4為花色苷在7 d加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)中的降解動(dòng)力學(xué)曲線。由圖4可以看出,在有或無抗壞血酸存在時(shí),黑米花色苷的降解均符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)(R2>0.99),符合此前研究花色苷降解動(dòng)力學(xué)的報(bào)道[39]。降解動(dòng)力學(xué)曲線反映了花色苷在7 d加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)條件下的降解規(guī)律,可以看出,相比僅添加抗壞血酸的對(duì)照組引起花色苷的ln(At/A0)大幅下降,

圖4 CS和CS+SA對(duì)花色苷降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響Fig.4 Effect of CS and CS+SA on degradation kinetics parameters of anthocyanin

CS+SA組比CS組能更有效地減緩花色苷的降解。表2為在7 d加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)條件下不同體系中花色苷的降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算結(jié)果。由表2的花色苷降解速率常數(shù)(K)和半衰期(t1/2)可知,添加CS組的K值均小于對(duì)照組,而在添加相同質(zhì)量濃度的CS的情況下,CS+SA組比CS組的花色苷降解速率常數(shù)更小,半衰期更大。在CS質(zhì)量濃度為5.00 mg/mL時(shí),K減小了0.152 3d-1,t1/2提高了2.3倍,說明SA能夠明顯增強(qiáng)CS存在時(shí)對(duì)花色苷的保護(hù)效果。Zhao等[23]發(fā)現(xiàn),迷迭香酸能夠提高黃原膠對(duì)黑米花色苷的保護(hù)作用,且半衰期t1/2為8.20 d。與之相比,本研究中CS5+SA組有效提高了花色苷降解的半衰期(t1/2=10.468 d)。此外,通過計(jì)算花色苷顏色損失達(dá)90%時(shí)所需要的時(shí)間(D值)也能夠評(píng)估CS或CS+SA組對(duì)黑米花色苷顏色穩(wěn)定性的影響。表2中,空白組的D值為49.421 d,在添加抗壞血酸的情況下,CS5+SA組的D值最高(34.788 d),說明該質(zhì)量濃度的CS+SA對(duì)花色苷顏色降解的延緩作用效果最好,與其他實(shí)驗(yàn)組相比能最大限度地減少花色苷的氧化降解。

表2 花色苷在不同模型飲料體系中的降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)

2.3 SA對(duì)含CS的模型飲料中花色苷作用的分子動(dòng)力學(xué)模擬分析

采用分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)分析SA對(duì)CS存在時(shí)花色苷顏色的保護(hù)作用機(jī)制。以黑米花色苷的主要成分矢車菊素-3-O-葡萄糖苷(cyanidin-3-O-glucoside,C3G)為模型,計(jì)算機(jī)模擬CS、SA及花色苷的分子運(yùn)動(dòng)軌跡和產(chǎn)生的相互作用見圖5。從圖5(a)中花色苷的運(yùn)動(dòng)軌跡可知,當(dāng)花色苷單獨(dú)存在時(shí),其自身會(huì)發(fā)生結(jié)合并聚集,氫鍵和芳香環(huán)上的π-π堆積是其分子間主要驅(qū)動(dòng)力[圖5(b)]。圖5(c)顯示,當(dāng)CS存在時(shí),會(huì)吸引花色苷分子靠近,并通過氫鍵與花色苷結(jié)合。與CS組相比,SA的存在促進(jìn)更多數(shù)量的花色苷分子向CS靠近。圖5(d)顯示,游離的SA可與花色苷分子形成氫鍵和π-π堆積,而SA和花色苷均可與CS通過氫鍵結(jié)合。從花色苷的結(jié)合位點(diǎn)來看,游離SA促使了花色苷分子從兩側(cè)與CS結(jié)合,這也就解釋了CS組與CS+SA組對(duì)花色苷顏色保護(hù)作用的差異。

圖5 不同體系中分子運(yùn)動(dòng)軌跡及相互作用的分子動(dòng)力學(xué)模擬Fig.5 Molecular dynamic simulation of molecular trajectories and interaction of different systems

不同體系的分子動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)分析結(jié)果見圖6。圖6(a)和圖6(b)分別提取了CS和CS+SA存在時(shí)的兩個(gè)花色苷體系的均方根差(root mean square deviation,RMSD)值和CS分子的RMSD值。RMSD值揭示了分子在模擬過程中構(gòu)象與初始構(gòu)象的位置變化。由圖6(a)可見,隨著模擬時(shí)間的延長(zhǎng),添加CS和CS+SA的兩個(gè)花色苷體系RMSD值分別在5.8 nm和5.1 nm附近波動(dòng),說明所有體系中分子的位置不再發(fā)生劇烈變化,最終都達(dá)到了穩(wěn)定的平衡狀態(tài)[40]。對(duì)CS分子的RMSD值分析表明,CS和CS+SA體系中的CS分子均在0.35 nm附近小范圍波動(dòng),表明兩個(gè)體系的CS均具有比較穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)[41]。溶劑可及性表面積(solvent accessible surface area,SASA)表示模擬過程中聚合物與溶劑相互作用的比值,以此預(yù)測(cè)結(jié)合過程中構(gòu)象變化的程度,也常用于分析體系疏水作用的變化。由圖6(c)可觀察到,在整個(gè)模擬過程中,兩個(gè)體系中CS的SASA值都能保持在 14 nm 附近的范圍內(nèi),表明CS和CS+SA兩個(gè)體系的結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定。在模擬時(shí)間為35 ns處,當(dāng)SA存在時(shí)CS的SASA值下降,說明該體系中疏水相互作用參與了CS與花色苷分子的結(jié)合[25]。

圖6 分子動(dòng)力學(xué)模擬下不同體系的RMSD、SASA及氫鍵相關(guān)參數(shù)分析Fig.6 Parameters of RMSD、SASA and hydrogen bonds analysis of different systems under molecular dynamic simulation

體系中氫鍵的數(shù)量也能夠表明不同體系對(duì)花色苷的保護(hù)程度及差異。圖6(d)和(e)分別表示CS與花色苷分子之間的平均氫鍵數(shù)量以及非溶劑的氫鍵數(shù)量。有研究認(rèn)為,配體的結(jié)合親和力會(huì)隨著氫鍵數(shù)量的變化而變化[42],可以看出,CS+SA體系比CS體系與花色苷之間形成了更多氫鍵,尤其是非溶劑的平均氫鍵數(shù)量,即加入SA促進(jìn)了CS與花色苷的結(jié)合,說明CS+SA體系的結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定[43]。

分析不同體系中能量的差異能夠更好地解釋花色苷的穩(wěn)定性。范德華力和靜電力是兩種相互作用力,其數(shù)值可用來比較不同體系的相互作用強(qiáng)度,絕對(duì)值越大表示相互作用越強(qiáng)。各體系之間的相互作用的能量計(jì)算結(jié)果見表3。由表3可知,在對(duì)本研究中不同體系的能量表征中發(fā)現(xiàn),花色苷與花色苷分子之間的能量并沒有明顯的差異,而CS+SA體系與花色苷分子之間的總能量(-2 442.67 kJ/mol)要低于單獨(dú)的CS體系與花色苷分子之間的總能量(-2 157.74 kJ/mol),說明 CS+SA體系與花色苷的結(jié)合更加穩(wěn)定。進(jìn)一步對(duì)表3中CS+SA體系中不同分子間的相互作用力進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,CS與花色苷之間主要產(chǎn)生的是范德華力,而SA與花色苷之間則是由庫(kù)侖相互作用主導(dǎo)的。

表3 不同體系在分子動(dòng)力學(xué)中的相互作用能量分析

分子動(dòng)力學(xué)模擬驗(yàn)證了加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果,即與單一的CS體系相比,CS+SA體系可以與花色苷有更強(qiáng)、更穩(wěn)定的相互作用,SA能有效延緩CS存在時(shí)花色苷的降解速度。

3 結(jié) 論

本研究通過加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)研究了CS和CS+SA體系對(duì)花色苷顏色和含量的穩(wěn)定性影響,并利用分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)其作用機(jī)制進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,與以往研究采用單一的CS體系相比,SA的加入對(duì)含CS的模型飲料中抗壞血酸造成的花色苷降解起到了改善作用,減少了儲(chǔ)藏過程中花色苷顏色的變化和含量的下降,可使花色苷的保留率最高達(dá)36.52%,并使花色苷的降解速率常數(shù)顯著降低,半衰期明顯提高。分子動(dòng)力學(xué)模擬顯示,游離的SA可與花色苷分子形成氫鍵和π-π堆積,促使花色苷分子靠近CS+SA復(fù)合物,產(chǎn)生較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),復(fù)合物和花色苷分子之間相互作用產(chǎn)生的總能量可達(dá)-2 442.67 kJ/mol。SA與CS聯(lián)用能有效地提高花色苷的穩(wěn)定性,顯著減輕花色苷因受到抗壞血酸自氧化作用而降解的程度。殼聚糖目前未被列入國(guó)標(biāo)規(guī)定的飲料類食品添加劑中,本研究?jī)H是對(duì)提高花色苷模型飲料穩(wěn)定性的一種探討。在本研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)際,選擇國(guó)標(biāo)推薦的食品添加劑,將酚酸、多糖聯(lián)用的輔色機(jī)理運(yùn)用于花色苷模型飲料中還有待深入研究。