紫玉米花色苷輔色配方優(yōu)化及其對紫玉米品質(zhì)的影響

龐文倩

于 蕊1,3

李大婧1

劉春菊1

白 冰2

(1. 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,江蘇 南京 210014;2. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧 沈陽 110161;3. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京 210014)

紫玉米(ZeamayzL.)為禾本科玉米屬植物,其籽粒和穗絲均呈紫紅色[1]。紫玉米不僅色澤獨(dú)特,且因富含花色苷而備受關(guān)注。Aoki等[2]研究發(fā)現(xiàn),紫玉米色素提取物中73.3%為矢車菊-3-O-葡萄糖苷,9.3%為天竺葵-3-O-葡萄糖苷,17.5%為芍藥-3-O-葡萄糖苷,其中矢車菊素及芍藥素呈紫紅色,天竺葵素呈紅橙色,這是紫玉米色澤呈現(xiàn)紫紅色的主要原因?；ㄉ帐且环N有效的抗氧化劑,有助于保護(hù)身體免受自由基的損害,花色苷與抗炎癥、抗氧化、抗糖尿病、抗癌等有關(guān),同時(shí)促進(jìn)血液循環(huán),調(diào)節(jié)血壓,控制膽固醇水平等[3-4]。

紫玉米花色苷的性質(zhì)很不穩(wěn)定,除了受本身結(jié)構(gòu)的影響外,溫度、pH值、光照、氧氣、過氧化物和輔色劑等因素也都易使花色苷的穩(wěn)定性發(fā)生改變。當(dāng)花色苷溶液受熱時(shí),花色苷黃鹽陽離子(紅色)平衡向著查耳酮C(無色)和假堿B(無色)方向移動(dòng),使花色苷黃鹽陽離子(紅色)減少,花色苷含量降低[5]。添加輔色劑可以有效提高紫玉米花色苷的穩(wěn)定性,其原理主要是通過花色苷與輔色劑間的共色作用來減緩花色苷的降解速率[6]。糖作為輔色劑降低了紫玉米的水分活度,導(dǎo)致紫玉米花色苷的降解反應(yīng)速率下降,生成假堿式結(jié)構(gòu)的速度減慢,從而使花色苷得到了保護(hù)[7]。有機(jī)酸中的羥基與花色苷中的黃陽鹽離子發(fā)生分子間非共價(jià)鍵輔色作用,提高了花色苷的穩(wěn)定性,或者有機(jī)酸與花色苷之間相互作用保護(hù)發(fā)色團(tuán)免受親核攻擊,從而提高了花色苷的穩(wěn)定性[8]?；ㄉ拯S陽鹽離子和果膠游離羧基之間的離子相互作用,以及花色苷的芳環(huán)堆積作用提高了花色苷的穩(wěn)定性[9]。管敬喜等[10]研究發(fā)現(xiàn),10%果糖對毛葡萄皮渣的花色苷有輔色作用,10%果糖處理后毛葡萄皮渣花色苷的吸光值比對照組高;樓樂燕等[11]研究發(fā)現(xiàn),隨著單寧酸濃度的增加,楊梅花色苷最大吸收波長發(fā)生紅移,花色苷穩(wěn)定性明顯提高;麥日艷古·亞生等[12]研究發(fā)現(xiàn),果膠通過與花色苷分子間的相互作用提高了果汁花色苷體系的穩(wěn)定性。

研究在前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,擬以紫玉米為研究對象,優(yōu)化以果糖、單寧酸和果膠為輔色劑的輔色配方,以期為提高紫玉米花色苷穩(wěn)定性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

紫玉米:蘇科糯1505,江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院;

無水乙醇、鹽酸、氯化鉀、無水乙酸鈉、磷酸、氯化鐵、過硫酸鉀、乙酸、氫氧化鈉、甲醇、抗壞血酸:食品級,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;

果糖、單寧酸、果膠:食品級,河南萬邦化工科技有限公司。

1.2 主要儀器

液相色譜儀:Agilent 1200型,美國安捷倫科技有限公司;

手提式高壓蒸汽殺菌器:XFS-280MB型,上海申安醫(yī)療器械廠;

電熱恒溫水槽:DK-8D型,上海一恒科技有限公司;

分光測色儀:CM-700d1型,上海精密科學(xué)儀器有限公司;

酶標(biāo)儀:ELX-808IU型,美國伯騰儀器有限公司;

研磨機(jī):A-11-B-S025型,德國IKA集團(tuán)/艾卡(廣州)儀器設(shè)備有限公司;

臺式高速離心機(jī):TG16-WS型,長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;

pH計(jì):FE20型,梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司;

超聲波粉碎機(jī):JY 92-Ⅱ型,寧波新芝生科技股份有限公司;

電子舌系統(tǒng):ASTREE型,法國Alpha MOS公司;

千分之一天平:JA-3003型,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;

海爾電冰柜:DC/BD-379H型,海爾集團(tuán)海爾電冰箱有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備 紫玉米于乳熟期采收,要求紫玉米顆粒飽滿,色澤、形狀相似,無病蟲害,無機(jī)械損傷。將紫玉米先后置于果糖溶液和單寧酸溶液中各浸漬30 min,再于其表面涂抹果膠溶液,待控干水分后,將處理后的紫玉米在120 ℃下熱加工30 min,對紫玉米隨機(jī)取粒進(jìn)行指標(biāo)測定,每組處理為3根形狀大小相似的紫玉米。

1.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在前期單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面分析法設(shè)計(jì)試驗(yàn),以果糖、單寧酸和果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為自變量,如表1所示,以綜合評分為響應(yīng)值,設(shè)計(jì)17組處理方式,通過響應(yīng)面分析進(jìn)行紫玉米花色苷最佳組合配方的優(yōu)化。

表1 響應(yīng)面分析因素及水平

1.3.3 總花色苷提取和測定 采用pH示差法[13]測定紫玉米花色苷含量。將處理后的紫玉米用液氮速凍,再用研磨機(jī)碾磨成均勻粉末狀,準(zhǔn)確稱取1.000 g,添加20 mL無水乙醇—0.2 mol/L鹽酸溶液(V無水乙醇∶V鹽酸=3∶2),于400 W超聲條件下提取30 min,50 ℃水浴浸提60 min,4 ℃、8 000 r/min離心10 min,分別用pH 1.0的氯化鉀緩沖液和pH 4.5的無水乙酸鈉緩沖液將上清液稀釋10倍,常溫下避光平衡15 min,再于525 nm和700 nm處測定花色苷吸光值,按式(1)、式(2)計(jì)算花色苷含量。

A=(A525 nm-A700 nm)pH=1-(A525 nm-A700 nm)pH=4.5,

(1)

(2)

式中:

A——輔色后總花色苷吸光值;

A525 nm——525 nm處總花色苷吸光值;

A700 nm——700 nm處總花色苷吸光值;

C——輔色后提取液中總花色苷質(zhì)量濃度,mg/L;

MW——矢車菊素-3-O-葡萄糖苷的相對分子質(zhì)量,449.2;

DF——稀釋倍數(shù);

ε——消光系數(shù),26 900 L/(mol·cm);

L——光程,1.0 cm。

1.3.4 花色苷組分測定

(1) 花色苷標(biāo)準(zhǔn)溶液制備:紫玉米中主要含有3種花色苷,分別精密稱取3種標(biāo)準(zhǔn)品各1.000 mg,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%鹽酸甲醇溶液溶解并定容至10 mL容量瓶中,充分搖勻,即為100 mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液,并逐級稀釋為1.0,12.5,20.0,50.0 mg/L,再用HPLC-DAD法測定標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線,于-20 ℃下密閉的棕色玻璃瓶中,保存有效期為6個(gè)月。

(2) 紫玉米花色苷的標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制及含量測定:采用HPLC-DAD法對紫玉米花色苷提取液進(jìn)行含量測定,分析柱為Agilent-ZORBAXSB-C18色譜柱(4.6 mm×250.0 mm,5 μm),動(dòng)相A為1%甲酸水溶液,流動(dòng)相B為1%甲酸乙腈溶液。梯度洗脫:0 min 8% B;0～2 min 12% B;2～5 min 18% B;5～10 min 20% B;10～12 min 25% B;12～15 min 30% B;15～18 min 45% B;18～20 min 80% B;20～22 min 8% B;22～30 min 8% B;流速0.8 mL/min,柱溫35 ℃,檢測波長530 nm,進(jìn)樣體積20 μL[14]。

1.3.5 色澤測定 采用CM-700d1型分光測色儀測定紫玉米樣品的L*、a*、b*值?；贚*、a*、b*值計(jì)算總色差。

(3)

式中:

L0、a0、b0——未處理紫玉米亮度值、紅綠值、黃藍(lán)值;

L*、a*、b*、ΔE——輔色后紫玉米的亮度值、紅綠值、黃藍(lán)值、總色差。

1.3.6 質(zhì)地測定 采用CT3 25K型質(zhì)構(gòu)儀測定,測試條件:探頭型號為TA25/1000圓柱型探頭,測試類型為壓縮,測試速度0.50 mm/s,測后返回速度0.50 mm/s,測試距離7 mm,每個(gè)相同樣品測定3次,取平均值作為結(jié)果,根據(jù)質(zhì)地剖面的力度—時(shí)間曲線,獲取硬度、彈性、膠著性、咀嚼性、內(nèi)聚性等信息[15]。

1.3.7 滋味測定 準(zhǔn)確稱取50.000 g紫玉米粉末置于料理機(jī)中,加入200 mL蒸餾水,攪拌均勻后持續(xù)30 s,隨后,以3 000 r/min離心5 min,收集上清液進(jìn)行測定。根據(jù)文獻(xiàn)[16],修改如下:選用AAE、GL1、CTO、CAO、AE1、COO味覺傳感器及對應(yīng)2個(gè)參比傳感器,每個(gè)相同樣品測定3次,取平均值作為結(jié)果。

1.3.8 抗氧化活性測定

(1) DPPH自由基清除率測定:參照文獻(xiàn)[17],按式(4)計(jì)算DPPH自由基清除率。

(4)

式中:

I——DPPH自由基清除率,%;

Ai——添加樣品的吸光值;

Aj——添加無水乙醇和樣品的吸光值;

Ac——添加無水乙醇的吸光值。

(2) ABTS自由基清除率測定:參照文獻(xiàn)[17],按式(5)計(jì)算ABTS自由基清除率。

(5)

式中:

I——ABTS自由基清除率,%;

A0——不加清除劑的吸光值;

A1——加入清除劑后的吸光值。

(3) 鐵離子還原能力:參照文獻(xiàn)[17]。

1.3.9 綜合評分 感官評價(jià)小組為20名具有感官評價(jià)經(jīng)驗(yàn)的老師和學(xué)生構(gòu)成,評價(jià)指標(biāo)為色澤、滋味、外觀、質(zhì)地。參照文獻(xiàn)[18],設(shè)計(jì)紫玉米花色苷綜合評分表,如表2所示,由1.3.3可知紫玉米總花色苷含量,綜合評分由花色苷評分和感官評分共同組成。

表2 紫玉米花色苷綜合評分

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用 Microsoft Excel 2016、SPSS 26.0和OriginPro 8.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與顯著性分析 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表3。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表4 回歸方程方差分析表?

另外,A、B、AC、A2、B2、C2對紫玉米綜合評分影響均極顯著(P<0.01),BC對紫玉米綜合評分影響顯著(P>0.05),通過對比F值可見對紫玉米綜合評分的影響程度強(qiáng)弱順序?yàn)楣?單寧酸>果膠,即不同浸漬涂膜處理時(shí),果糖對紫玉米綜合評分的影響程度要大于單寧酸和果膠。

2.1.2 響應(yīng)面分析與優(yōu)化 如圖1所示,果糖和單寧酸的3D響應(yīng)曲面圖坡度平緩,等高線圖接近圓形,表明二者的交互作用不顯著;果糖和果膠、單寧酸和果膠的等高線圖接近橢圓,3D響應(yīng)曲面圖陡峭,表明二者的交互作用顯著。

圖1 各因素交互作用對紫玉米綜合評分的影響

2.1.3 最佳輔色配方的確定 通過響應(yīng)面軟件優(yōu)化預(yù)測出最佳工藝條件為:果糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)19.230%,單寧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.066%,果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.868%,紫玉米總花色苷的綜合評分為37.499分?？紤]實(shí)際操作修訂為果糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)19%,單寧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.07%和果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.9%,在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)所得結(jié)果的實(shí)際值與預(yù)測值的綜合評分分別為37.499和37.333,相對誤差為0.443%,表明該模型有較好的預(yù)測作用,合理可行。

2.2 最佳輔色配方與未處理紫玉米的品質(zhì)差異

2.2.1 花色苷組分和色澤 如表5所示,經(jīng)最佳輔色配方處理后,紫玉米花色苷組分及總花色苷含量均大于未處理的;矢車菊-3-O-葡萄糖苷、天竺葵-3-O-葡萄糖苷和芍藥-3-O-葡萄糖苷含量分別增加了77.64%,64.82%,54.75%,總花色苷含量增加了67.98%。說明輔色處理顯著提高了紫玉米花色苷的穩(wěn)定性。Daravingas等[19]在對黑莓的研究中發(fā)現(xiàn),10%果糖對花色苷具有明顯的輔色作用。潘穎等[20]在對紫甘藍(lán)的研究中發(fā)現(xiàn),單寧酸質(zhì)量濃度增加到0.1 mg/mL時(shí)花色苷吸光值增加了59.70%。Buchweitz等[9]研究發(fā)現(xiàn),添加果膠對不同來源的花色苷穩(wěn)定性有不同的效果,其中對草莓花色苷的輔色效果最好。果糖作為輔色劑降低了水分活度,使花色苷的降解反應(yīng)速率下降,生成假堿式結(jié)構(gòu)的速度減慢,花色苷得到了保護(hù),單寧酸中的羥基與花色苷中的黃陽鹽離子(AH+)發(fā)生分子間非共價(jià)鍵輔色作用,提高了花色苷的穩(wěn)定性,花色苷黃陽鹽離子(AH+)和果膠游離羧基之間的離子相互作用以及花色苷的芳環(huán)堆積作用提高了花色苷的穩(wěn)定性[21]。

表5 不同處理之間花色苷組分含量的差異

如表6所示,與未處理紫玉米相比,經(jīng)最佳輔色配方處理后,紫玉米色澤L*值、b*值和ΔE值分別下降了26.47%,54.23%,66.30%,a*值增加了78.38%,紫玉米花色苷含量與a*值呈正相關(guān),花色苷含量越高,a*值越大,紫玉米色澤越好,說明經(jīng)輔色處理后紫玉米色澤明顯改善。紫玉米經(jīng)過浸漬涂膜處理,紫玉米表面的保護(hù)作用逐漸增加,阻止酶與底物的接觸,氧化反應(yīng)程度下降,紫玉米色澤得以保護(hù)[22]。

表6 不同處理之間色澤的差異

2.2.2 質(zhì)地和滋味 如表7所示,與未處理的紫玉米相比,經(jīng)最佳輔色配方處理后紫玉米的硬度、膠著性、咀嚼性分別增加了35.19%,7.21%,4.10%,彈性、內(nèi)聚性降低了3.97%,33.33%,紫玉米質(zhì)地得到顯著改善(P<0.05)。這可能是因?yàn)楣?、單寧酸浸漬處理改變了紫玉米細(xì)胞壁孔室結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度變化,使其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,果膠在紫玉米表皮形成保護(hù)膜,使紫玉米表皮硬度增加,咀嚼性增加,彈性、內(nèi)聚性降低,膠著性增加。

表7 不同處理之間質(zhì)地的差異

以未處理的紫玉米為對照,并將其各滋味指標(biāo)相對強(qiáng)度值定義為0。由圖2可知,最佳組合和未處理紫玉米的苦味、澀味、澀的回味的各個(gè)點(diǎn)基本匯于一處,說明兩者在這幾個(gè)滋味品質(zhì)上差異不大,而酸味、甜味、咸味、鮮味、苦的回味及鮮的回味的各點(diǎn)分布較近,說明兩者在這幾個(gè)滋味品質(zhì)上存在差異。這可能是浸漬液中的果糖增加了紫玉米的甜味,單寧酸增加了酸味,果膠在紫玉米的表面形成了保護(hù)層,3種輔色劑的添加對紫玉米的滋味產(chǎn)生一定的影響。

圖2 電子舌滋味強(qiáng)度雷達(dá)圖譜

2.2.3 抗氧化活性 由圖3(a)可知,在質(zhì)量濃度0.02～0.06 mg/mL范圍內(nèi),未處理的紫玉米花色苷對DPPH自由基的清除率為31%～70%,經(jīng)最佳輔色配方處理的對DPPH自由基的清除率為39%～79%,二者均顯示出較強(qiáng)的DPPH自由基清除能力。未處理和經(jīng)輔色處理的紫玉米花色苷對DPPH自由基清除能力均隨其質(zhì)量濃度的增加而增加,最佳組合的DPPH自由基清除能力顯著大于未處理的紫玉米花色苷(P<0.05)。

圖3 輔色處理對紫玉米花色苷抗氧化活性的影響

由圖3(b)可知,在質(zhì)量濃度0.02～0.06 mg/mL范圍內(nèi),未處理的紫玉米花色苷對ABTS自由基的清除率為17%～61%,經(jīng)最佳輔色配方處理的對ABTS自由基的清除率為27%～67%。質(zhì)量濃度<0.06 mg/mL時(shí),ABTS自由基清除率增長迅速,質(zhì)量濃度>0.06 mg/mL時(shí),增長速率減慢,但兩者均表現(xiàn)出較強(qiáng)的清除能力。

由圖3(c)可知,在質(zhì)量濃度0.02～0.06 mg/mL范圍內(nèi),未處理的紫玉米花色苷對鐵離子還原能力為52%～72%,經(jīng)最佳輔色配方處理的對鐵離子還原能力為54%～74%,二者對鐵離子還原能力隨其質(zhì)量濃度的增加而增加。當(dāng)質(zhì)量濃度為0.06 mg/mL時(shí),最佳組合的鐵離子還原能力與未處理紫玉米花色苷的差異最大。

綜上所述,紫玉米經(jīng)過果糖、單寧酸和果膠輔色處理后,提高了紫玉米花色苷的抗氧化活性。

3 結(jié)論

研究以果糖、單寧酸和果膠作為輔色劑,分析了不同組合方式對紫玉米花色苷輔色效果的影響。通過響應(yīng)面分析法,優(yōu)化得出果糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)19%、單寧酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.07%、果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.9%的組合對紫玉米花色苷的輔色效果最佳。與未處理的紫玉米相比,最佳組合配方優(yōu)化后紫玉米花色苷組分、色澤、質(zhì)地、滋味和抗氧化活性均能有效提升。