超高壓處理對藍莓花色苷穩定性的影響

姜彥光,王殿夫,朱金艷,張 琦,孟憲軍,*

(1.沈陽農業大學食品學院,遼寧沈陽 110866;2.遼東學院,遼寧丹東 118001)

藍莓又稱越橘、藍漿果,是一種耐寒性非常強的野生植物;原產于北美、蘇格蘭和俄羅斯。藍莓果實呈深藍色,含有非常豐富的花色苷[1],具有獨特風味以及營養保健功能,如抗氧化、抗炎癥、提高免疫力、防衰老等生理功能[2-5]。藍莓花色苷的穩定性較差,容易受溫度、光照、添加劑、金屬離子等諸多因素的影響。隨著經濟的發展和生活水平的提高,人們的保健意識逐漸在增強,使得藍莓鮮果及其加工制品越來越受歡迎,可見藍莓產業將會有很好的發展前景[6-7]。

食品超高壓技術是一種新型的食品冷殺菌技術,能有效地延長食品的保存期;與最常用的熱殺菌技術相比,超高壓殺菌能更好地保持食品原有的色澤、風味以及其營養物質[8]。超高壓處理食品一般使用100～1000 MPa之間,超高壓處理是一個物理過程,物料在水或者其他液體介質中被高壓壓縮使得細胞的正常形態發生改變,食品中的酶會失活或者被激活,細菌等微生物在此處理過程中也會被殺死。王寅等[9]研究了超高壓處理對藍莓品質的影響,但有關于超高壓處理對藍莓花色苷穩定性影響的研究少有報道[10-11]。

本文主要研究了超高壓處理過程中藍莓清汁花色苷以及純化后的藍莓花色苷穩定性的變化,以及幾種常見的組分如:抗壞血酸、糖類以及黃酮類物質在超高壓處理過程中對藍莓花色苷穩定性的影響,以期為以后藍莓深加工提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮藍莓果(美登) 采自遼寧省鞍山市,采摘后12 h內送達實驗室并保存于-80 ℃的冰箱中；蒸餾水、無水乙醇、鹽酸 西隴化工股份有限公司；氫氧化鈉、氯化鉀、乙酸鈉、L-抗壞血酸、蔗糖、葡萄糖、黃酮、AB-8大孔樹脂 國藥集團化學試劑有限公司。

超高壓儀器 溫州濱-機械科技有限公司;JYZ-D55型榨汁機 九陽股份有限公司;BSA224S型電子分析天平 賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;PHD-25數顯PH計 上海精密科學儀器有限公司;旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠;V5800型紫外-可見分光光度計 上海元析儀器公司;BCD-186KB型冰箱 青島海爾電器有限公司;22331Hamburg離心機 EppendorfAQ日本日立公司;DZQ-400型真空塑封機 富龍包裝。

1.2 實驗方法

1.2.1 藍莓清汁樣品的制備 取藍莓凍果于室溫下自然解凍12 h,準確稱量100 g藍莓果于榨汁機中榨汁5 min,用四層紗布過濾,得到濾液置于4 ℃離心機中離心,轉速11000 r/min,時間10 min,取上清液得到藍莓清汁,置于4 ℃冰箱中備用[12]。

1.2.2 純化的藍莓花色苷樣品的制備 取藍莓凍果于室溫下自然解凍12 h,準確稱量100 g藍莓果于榨汁機中榨汁5 min,轉移到燒杯中,加入鹽酸酸化后的乙醇溶液(0.1% HCl酸化),按照料液比1∶10的比例加入乙醇溶液(即藍莓樣品與乙醇溶液的比值為1∶10,w/v),超聲提取50 min,提取溫度為50 ℃。用四層紗布過濾后經旋轉蒸發得到藍莓花色苷粗提物,抽濾兩次,用AB-8大孔樹脂進行純化,初步除去蛋白質、糖類等物質[13-14],收集顏色最深部位的花色苷溶液即為純化后的藍莓花色苷樣品,置于4 ℃冰箱中備用。

1.2.3 超高壓處理 將備用的藍莓清汁花色苷樣品分別移入真空塑封袋中用真空塑封機封口,進行超高壓實驗,每個塑封袋中裝有2 mL樣品溶液。超高壓壓力選用100、300、500、600 MPa四個壓力梯度,每個壓力梯度保壓時間為0、5、10、15、20、25、30 min。處理完成后迅速將樣品置于4 ℃冰箱中冷藏,12 h內完成檢測,每個樣品測三組平行,未經超高壓處理的樣品作為對照組。

1.2.4 常見組分對花色苷穩定性的影響 取純化后的藍莓花色苷,每2 mL為一個樣品,分別取與花色苷樣品等體積(即2 mL)的L-抗壞血酸、蔗糖、葡萄糖、黃酮加入到花色苷樣品中,L-抗壞血酸、蔗糖、葡萄糖、黃酮的質量濃度采用0、50、100 mg/L三個濃度梯度,空白對照組中加2 mL的蒸餾水。將封口后的樣品進行超高壓處理,采用同一時間不同壓力梯度進行處理,時間5 min,壓力分別為100、200、300、400、500、600 MPa六個梯度。處理完成后迅速將樣品置于4 ℃冰箱中冷藏,12 h內完成檢測。

1.2.5 花色苷含量的測定 藍莓花色苷含量采用pH示差法進行測定[15-17]。將待測的樣品分別加入pH1.0的緩沖液(準確稱取1.86 g氯化鉀定容到1000 mL,用HCl調pH到1.0)和pH4.5的緩沖液(準確稱取32.81 g乙酸鈉定容到1000 mL,用HCl調pH到4.5),在510和720 nm波長下測定花色苷的吸光值,按下式計算花色苷的質量濃度。

A=(A510-A720)pH1.0-(A510-A720)pH4.5

式(1)

按照公式(2)計算藍莓花色苷濃度C

式(2)

其中,C:待測樣品中花色苷濃度,(mg/L);Mw:樣品中花色苷的相對分子質量(以矢車菊-3-葡萄糖苷計),Mw=449.2 g/mol;DF:稀釋倍數,其中藍莓清汁花色苷樣品的稀釋倍數為20,純化后的藍莓花色苷樣品的稀釋倍數為100;1指 1 cm 的比色杯;ε:花色苷的摩爾吸收率,ε=26900 L/(mol·cm)。

1.2.6 花色苷降解一級動力學的計算 有大量的研究表明花色苷的熱降解符合一級動力學反應,反應速率常數(k)可用公式(3)計算。花色苷降解半衰期(t1/2)可用公式(4)計算。本實驗采用一級動力學反應模型[18-21]分析超高壓處理過程中藍莓花色苷的降解。

ln(Ct/C0)=-k×t

式(3)

t1/2=ln0.5×k-1

式(4)

其中，k表示降解速率常數,t表示處理時間；Ct、C0分別表示t時刻和0時刻時花色苷濃度；其中，花色苷殘留率=(Ct/C0)=(At/A0)，At、A0分別表示不同處理時間時公式(1)中吸光值。

1.3 統計分析方法

采用Excel 2010和SPSS軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 超高壓處理對藍莓清汁花色苷穩定性的影響

超高壓處理過程中藍莓清汁花色苷含量的變化如圖1所示。由圖1可以看出,隨著超高壓處理時間的增加,四個壓力梯度下藍莓清汁花色苷的濃度均越來越少,其中100 MPa壓力下藍莓花色苷含量減少的趨勢最為明顯,0～30 min花色苷的濃度減少了13.6%。結果表明,超高壓處理會降低藍莓花色苷的穩定性,促進藍莓花色苷降解;且相同的壓力下,超高壓處理的時間越長藍莓花色苷降解得越多。

圖1 超高壓處理過程中藍莓清汁花色苷濃度的變化Fig.1 Changes of anthocyanin content in blueberry juice during ultra-high pressure concentration

2.2 超高壓處理過程中藍莓清汁花色苷降解動力學

目前對于花色苷降解的研究中多采用一級動力學,為了進一步探究在超高壓處理過程中藍莓花色苷穩定性的變化及其降解過程是否符合降解一級動力學,進而計算出了花色苷殘留率的變化。由圖2可以看出,隨著超高壓處理時間的增加,藍莓花色苷殘留率呈下降趨勢,隨著超高壓處理保壓時間的增加，藍莓清汁中花色苷的降解速率不斷加快,這與張海寧等[22-23]研究相似,他們發現果蔬中花色苷在超高壓加工過程中會發生降解,這種降解可能是由于多酚氧化酶和過氧化酶將花色苷氧化成為酚醌類物質引起的。

圖2 超高壓處理過程中藍莓清汁花色苷殘留率的變化Fig.2 Changes of anthocyanin residual rate in blueberry clear juice during ultra high pressure treatment

如圖3所示對藍莓清汁花色苷含量和處理時間做-ln(Ct/C0)-t圖,可以看到不同壓力處理下4組趨勢線都呈上升的趨勢,從表1中可以看到100、300、500、600 MPa條件下,方程的相關系數分別是93.68%、94.58%、86.16%、95.60%,均在85%以上。對照一級動力學模型可以看出超高壓處理過程中藍莓清汁花色苷的降解符合一級動力學模型[22]。在超高壓處理過程中,隨著壓力的增加會有升溫的效果,但升溫沒有超過40 ℃。有研究表明,藍莓花色苷的熱降解有明顯效果的溫度在60 ℃以上[24],所以本實驗在超高壓處理過程中溫度對藍莓清汁花色苷降解的影響遠遠小于超高壓處理過程中壓力對藍莓清汁花色苷降解的影響。

圖3 超高壓處理過程中藍莓清汁花色苷降解動力學曲線Fig.3 Kinetics of degradation of anthocyanin in blueberry juice during ultra-high pressure treatment

表1 超高壓處理過程中藍莓清汁花色苷降解曲線回歸方程Table 1 Regression equation of anthocyanin degradation curve of blueberry juice during ultra-high pressure treatment

2.3 在超高壓處理條件下幾種常見組分對藍莓花色苷穩定性的影響

2.3.1 超高壓處理過程中抗壞血酸對藍莓花色苷穩定性的影響 如圖4所示,同一抗壞血酸濃度條件下,花色苷的濃度隨著超高壓壓力的增加而增加,說明超高壓處理會使純化后的藍莓花色苷的濃度增加;在超高壓壓力從100～600 MPa過程中,0、50、100 mg/L VC濃度條件下花色苷的濃度分別增加了9.8%,5.9%,6.7%。縱向的比較可以看到,同一壓力下,藍莓花色苷的含量隨著加入抗壞血酸濃度的增加而減少,濃度越大花色苷濃度減少的越多,100 MPa壓力下50 mg/L和100 mg/L VC環境中花色苷分別減少了0.6%和3.4%;200 MPa壓力下分別減少了2.1%和4.9%,300 MPa壓力下分別減少了0.5%和1.2%;400 MPa壓力下分別減少了1.1%和1.9%;500 MPa壓力下分別減少了4.6%和6.1%;600 MPa壓力下分別減少了4.1%和6.1%。可以看出200 MPa、500 MPa、600 MPa壓力條件下花色苷降解的趨勢最為明顯。這表明在超高壓處理過程中,抗壞血酸會降低藍莓花色苷的穩定性,這和熱處理過程中抗壞血酸會降低藍莓花色苷穩定性相似[13]。

圖4 超高壓處理過程中抗壞血酸對藍莓花色苷穩定性的影響Fig.4 Effects of ascorbic acid on the stability of blueberry anthocyanin during ultra-high pressure treatment注：不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),圖5～圖7同。

2.3.2 超高壓處理過程中糖類物質對藍莓花色苷穩定性的影響 實驗選用了葡萄糖和蔗糖兩種糖類物質研究在超高壓處理條件下,糖類物質對藍莓花色苷穩定性的影響。如圖5和圖6所示,葡萄糖和蔗糖都會促進藍莓花色苷的降解[25],而且葡萄糖和蔗糖的濃度越高藍莓花色苷的降解越多。將葡萄糖和蔗糖對藍莓花色苷穩定性影響的作用效果進行對比,可以看出相同壓力以及相同濃度條件下,葡萄糖使花色苷降解的量比蔗糖使花色苷的降解量多。100 MPa壓力下加入50 mg/L葡萄糖和蔗糖,花色苷分別減少了2.2%、2.0%;加入100 mg/L的葡萄糖和蔗糖,花色苷分別減少了10.7%、4.7%。這和Daravingas 等[26]在研究中發現蔗糖、果糖、葡萄糖和木糖都能促進花色苷的降解結果相似。這可能是因為葡萄糖、蔗糖等糖類物質通過美拉德反應生成糠醛類化合物或者衍生物,它們通過親電作用快速地與花色苷結合從而導致花色苷的降解[27-28]。

圖5 超高壓處理過程中蔗糖對藍莓花色苷穩定性的影響Fig.5 Effects of sucrose on the stability of blueberry anthocyanin during ultra-high pressure treatment

圖6 超高壓處理過程中葡萄糖對藍莓花色苷穩定性的影響Fig.6 Effects of glucose on the stability of anthocyanin in blueberry during ultra-high pressure treatment

2.3.3 超高壓處理過程中黃酮類物質對藍莓花色苷穩定性的影響 黃酮類物質也是藍莓中的重要組成成分,本實驗將不同濃度的黃酮加入到純化后的藍莓花色苷中研究在超高壓處理條件下黃酮類物質對藍莓花色苷穩定性的影響。由圖7可以看出,相同的壓力條件下,隨著黃酮濃度的增加花色苷的含量同樣增加,而且加入的黃酮濃度越高,花色苷的含量增加的越多。最為明顯的是600 MPa壓力下,加入50 mg/L和100 mg/L的黃酮溶液,花色苷的含量分別增加了5.6%和9.3%。花色苷是一種水溶性黃酮類物質,藍莓中的黃酮類物質可以提高藍莓花色苷的穩定性。這和李永強等[29]研究發現黃酮含量與色調角、最大吸收波長和花色苷含量成極顯著正相關相似。王維茜等[30]研究發現加入槲皮素、黃芩素、蘆丁等黃酮類物質能提高花色苷的穩定性。

圖7 超高壓處理過程中黃酮對藍莓花色苷穩定性的影響Fig.7 Effects of flavonoids on the stability of anthocyanin in blueberry during ultra-high pressure treatment

3 結論

在超高壓處理過程中藍莓花色苷的穩定性較差,超高壓處理可以促進藍莓花色苷的降解,相同的壓力下保壓時間越長藍莓花色苷降解得越多,花色苷殘留率越來越少且實驗證明在超高壓處理條件下藍莓花色苷的降解符合一級動力學。

在超高壓處理條件下,L-抗壞血酸、葡萄糖、蔗糖等物質會促進藍莓花色苷的降解,且這幾種成分的濃度越高藍莓花色苷的降解越多;黃酮類物質會提高藍莓花色苷的穩定性,且黃酮的濃度越高藍莓花色苷的穩定性越好。