柑橘類胡蘿卜素累積機(jī)制、分析方法及其加工穩(wěn)定性研究進(jìn)展

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(1.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所,湖北武漢 430064;2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖北武漢 430070)

柑橘栽培在我國已有4000年歷史,我國因生態(tài)條件優(yōu)越,種質(zhì)資源豐富,市場需求量大,已成為柑橘的重要產(chǎn)地,大多柑橘品種在湖南、湖北、福建、浙江、重慶、江西等省市廣泛栽培[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高,消費(fèi)者對柑橘鮮果的品質(zhì)提出更高要求,香甜可口、營養(yǎng)均衡、色澤誘人的柑橘將更具市場競爭力。

類胡蘿卜素是天然存在的一類脂溶性色素,可分為僅含碳?xì)浠衔锏臒N類(胡蘿卜素,carotene)和碳?xì)浠衔锏暮跹苌?葉黃素,xanthophylls)。自然界存在的類胡蘿卜素有700多種,它們由8個(gè)異戊二烯單元組成。類胡蘿卜素廣泛存在于植物體中,具有抗氧化、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、緩解慢性疾病的功能[2-4]。柑橘體內(nèi)至少含有115種類胡蘿卜素,是天然類胡蘿卜素的重要來源[5-6]。類胡蘿卜素的組成與含量不僅直接決定著柑橘果實(shí)的外觀與色澤,同時(shí)關(guān)系到柑橘果實(shí)的營養(yǎng)功能,是評價(jià)柑橘品質(zhì)的重要評價(jià)指標(biāo)[7-8]。柑橘品種決定其類胡蘿卜素的組成,外界環(huán)境刺激干預(yù)類胡蘿卜素的累積[9-10]。闡明柑橘類胡蘿卜素的累積機(jī)制,可為柑橘栽培和品質(zhì)提升提供參考。橙汁是柑橘的主要加工產(chǎn)品,柑橘果實(shí)原料的選擇及其類胡蘿卜素的加工穩(wěn)定性對橙汁品質(zhì)至關(guān)重要。本文總結(jié)了柑橘類胡蘿卜素的合成途徑及其累積影響因素,綜述了類胡蘿卜素組成解析方法及類胡蘿卜素的加工穩(wěn)定性研究進(jìn)展,為后續(xù)的相關(guān)研究提供參考。

1 柑橘類胡蘿卜素的合成途徑

圖1 柑橘常見類胡蘿卜素合成途徑Fig.1 The biosynthesis pathway of common carotenoids in citrus

類胡蘿卜素在柑橘的質(zhì)體中通過一系列縮合、去飽和、環(huán)化、羥基化和環(huán)氧化反應(yīng)形成[11]。柑橘中主要類胡蘿卜素合成途徑如圖1所示[12]。起始由2分子牛兒基焦磷酸經(jīng)合成酶催化生成八氫番茄紅素,進(jìn)一步去飽和生成六氫番茄紅素,再經(jīng)兩次脫氫及異構(gòu)化形成全反式番茄紅素。番茄紅素的形成是類胡蘿卜素合成的重要步驟,但大多數(shù)柑橘中未見番茄紅素的累積,只在少數(shù)柑橘品種中累積[13]。番茄紅素在β-環(huán)化酶和ε-環(huán)化酶的共同作用下分別形成β-胡蘿卜素和α-胡蘿卜素,這些類胡蘿卜素結(jié)構(gòu)均不含氧原子,統(tǒng)稱為胡蘿卜素(carotenes)。β-胡蘿卜素和α-胡蘿卜素經(jīng)一系列的羥基化和環(huán)化作用形成含氧類胡蘿卜素,這類物質(zhì)統(tǒng)稱為葉黃素(xanthophylls)。α-胡蘿卜素在羥化酶的作用下生成在黃體素,β-胡蘿卜素經(jīng)羥基化生成β-隱黃質(zhì),再次羥基化的產(chǎn)物為玉米黃質(zhì)。玉米黃質(zhì)在環(huán)氧化、異構(gòu)化、去飽和的作用下,逐步形成其下游產(chǎn)物:紫黃質(zhì)、9-順式-紫黃質(zhì)、黃體黃質(zhì)、花藥黃質(zhì)等。9-順式-紫黃質(zhì)最終在雙氧酶的作用下裂解形成脫落酸,為類胡蘿卜素合成途徑的最終產(chǎn)物[14]。

八氫番茄紅素、六氫番茄紅素、番茄紅素、β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素是僅含碳?xì)湓氐漠愇於╅L鏈,而黃體素、β-隱黃質(zhì)、玉米黃質(zhì)、紫黃質(zhì)、9-順式-紫黃質(zhì)、黃體黃質(zhì)、花藥黃質(zhì)等含有游離羥基及環(huán)氧結(jié)構(gòu)、含羥基的類胡蘿卜素通常與脂肪酸結(jié)合形成酯化物[13-15]。通過氣相色譜(GC)分析,飽和脂肪酸癸酸(C10∶0)、月桂酸(C12∶0)、肉豆蔻酸(C14∶0)、棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)是柑橘里面常見的與含氧類胡蘿卜素形成酯化態(tài)的脂肪酸[16],不飽和脂肪酸棕櫚油酸(C16∶0)、油酸(C18∶1)也曾在柑橘中有所報(bào)道[17]。在植物組織中,酯化態(tài)的形式更有利于類胡蘿卜素的貯藏穩(wěn)定性,但酯化形式降低了類胡蘿卜素的溶解性,進(jìn)而降低其生物利用率[17]。

2 遺傳因素對柑橘類胡蘿卜素累積的影響

遺傳因素決定柑橘果實(shí)類胡蘿卜素的積累,其在不同品種和組織間差異十分顯著[18]。依據(jù)類胡蘿卜素的累積差異,柑橘品種可大致分為四類:富含β-隱黃質(zhì)類、富含紫黃質(zhì)類、富含八氫番茄紅素類和類胡蘿卜素低累積品種[19]。大多數(shù)寬皮柑橘,包括南豐蜜桔和椪柑(C.reticulataBlanco)的果實(shí)中富含β-隱黃質(zhì)。甜橙(C.sinensis(L.)Osbeck ‘Trovita’)和臍橙(C.sinensis(L.)Osbeck ‘Washington’)的果皮和果肉中富含紫黃質(zhì)。紅葡萄柚(C.paradisiMacf.)和紅肉臍橙(C.sinensis(L.)Osbeck Cara Cara)是紅肉突變體,果肉中大量積累八氫番茄紅素(番茄紅素的前體)。其他品種,包括酸橙(C.aurantifolia(Cristm.)Swingle)、檸檬(C.limon(L.)Burm. f.)和柚子(C.grandis(L.)Osbeck)果皮和果肉中類胡蘿卜素的含量較低[20]。

類胡蘿卜素合成途徑基因的調(diào)控直接影響柑橘類胡蘿卜素的累積。Ikoma等認(rèn)為β-隱黃質(zhì)是六碳環(huán)羥基化的中間產(chǎn)物,上游基因的高表達(dá)(提供足夠的β-胡蘿卜素)和下游羥基化酶基因的低表達(dá)(只能使類胡蘿卜素六碳環(huán)一側(cè)羥基化)使得寬皮柑橘中β-隱黃質(zhì)大量累積[21]。Kato等通過對比不同紫黃質(zhì)含量累積的柑橘材料,發(fā)現(xiàn)剪切雙加氧基因的表達(dá)量與紫黃質(zhì)的累積顯著相關(guān)[14]。Liu等以番茄紅素累積品種“紅安六”為實(shí)驗(yàn)材料,發(fā)現(xiàn)上游的八氫番茄紅素、六氫番茄紅素、番茄紅素相關(guān)合成酶表達(dá)量高,同時(shí)下游的番茄紅素環(huán)化酶的表達(dá)量降低,導(dǎo)致番茄紅素及其前體物的大量累積[22]。八氫番茄紅素合成酶是調(diào)節(jié)類胡蘿卜素合成途徑的上游限速酶[23]。檸檬在成熟階段,果皮由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色,果皮和果肉類胡蘿卜素含量下降,無色類胡蘿卜素是檸檬果實(shí)中的主要成分,比如尤里卡檸檬中六氫番茄紅素占總類胡蘿卜素的18%～22%,八氫番茄紅素在里斯本檸檬中多達(dá)86%。無色類胡蘿卜素(八氫番茄紅素和六氫番茄紅素)是白柚果實(shí)中的主要類胡蘿卜素成分,此外還有少量的環(huán)狀胡蘿卜素(β-胡蘿卜素、黃體素)[20]。檸檬和白柚著色能力弱的原因可能與介導(dǎo)無色類胡蘿卜素向有色類胡蘿卜素轉(zhuǎn)化的基因表達(dá)量有關(guān)。通常柑橘類胡蘿卜素含量的排序?yàn)?寬皮柑橘>雜柑>甜橙>柚類[20]。

果皮是柑橘類胡蘿卜素的主要積累部位,往往柑橘果皮類胡蘿卜素含量遠(yuǎn)高于果肉[24]。Rodrigo等[25]對Navelate柑橘成熟過程中橘皮的類胡蘿卜素合成基因進(jìn)行解析,發(fā)現(xiàn)一旦達(dá)到轉(zhuǎn)色階段,脫氫酶基因上調(diào)增強(qiáng),生產(chǎn)更多的線性胡蘿卜素進(jìn)入下游合成通路。果皮脫氫酶基因表達(dá)量的上調(diào)可能是導(dǎo)致其類胡蘿卜素的累積高于果肉的原因。

3 環(huán)境因素對柑橘類胡蘿卜素累積的影響

3.1 溫度對柑橘類胡蘿卜素累積的影響

柑橘果實(shí)發(fā)育期間,類胡蘿卜素累積的同時(shí)伴隨著葉綠素的退化。與果皮相比,果肉中葉綠素的退化和類胡蘿卜素的合成更早,導(dǎo)致果肉更早地變色[26]。如圖2所示,紅肉臍橙生長成熟過程中果肉的轉(zhuǎn)色明顯地早于果皮[13]。研究發(fā)現(xiàn)在葉綠素消退和類胡蘿卜素累積的過程中,溫度適宜的白天(20 ℃)和低溫的夜晚(5 ℃)能使柑橘果實(shí)產(chǎn)生更好的色澤,當(dāng)空氣溫度低于13 ℃時(shí)能引起葉綠素色素的消失,顯示出類胡蘿卜素明亮的橙色[27]。熱帶或亞熱帶地區(qū)由于日間平均氣溫較高,晝夜溫差小,所以這些地區(qū)種植的柑橘類果皮仍然是綠色或淺橙色[27]。Dhuique-Mayer等對比地中海氣候、亞熱帶氣候和熱帶氣候下種植甜橙的類胡蘿卜素累積,研究表明鮮明的地理?xiàng)l件下,類胡蘿卜素累積含量差異較大,地中海氣候尤其增加了甜橙中β-隱黃質(zhì)和順式紫黃質(zhì)的含量[28]。

圖2 紅肉臍橙生長及成熟過程中果皮和果肉色澤的變化Fig.2 Change of color of peel and pulp in Cara Cara fruit during growth and maturation process注:1～10數(shù)字對應(yīng)實(shí)驗(yàn)的采樣階段,數(shù)字2、4、6和10對應(yīng)未成熟-綠色期、成熟-綠色期、轉(zhuǎn)色期和全色期。

Lu等對我國湖北、福建、重慶、江西和湖南等五大典型產(chǎn)區(qū)紅肉臍橙類胡蘿卜素累積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究,各產(chǎn)區(qū)紅肉臍橙由于基因型相同,類胡蘿卜素的組成在液相圖譜上趨于一致,但類胡蘿卜素含量存在差異[8]。具體而言,福建紅肉臍橙總的類胡蘿卜素含量最高,而湖南樣品含量最低。研究發(fā)現(xiàn)紅肉臍橙總類胡蘿卜素含量與平均溫度相關(guān),高溫明顯有利于總類胡蘿卜素含量的累積。然而,當(dāng)平均溫度超過21 ℃時(shí),總類胡蘿卜素含量將減少[27]。在這五大柑橘產(chǎn)區(qū)中,福建地區(qū)由于平均溫度相對較高,適宜類胡蘿卜素累積。

3.2 光照對柑橘類胡蘿卜素累積的影響

研究表明,柑橘中含氧的葉黃質(zhì)累積受光照強(qiáng)度的影響較大,在弱光條件下玉米黃質(zhì)環(huán)氧酶(ZEP)基因表達(dá)量提高,有利于玉米黃質(zhì)進(jìn)一步環(huán)氧化形成紫黃質(zhì)。隨著光照強(qiáng)度的增加,紫黃質(zhì)脫環(huán)氧酶(VDE)的基因表達(dá)量增強(qiáng),使得紫黃質(zhì)向玉米黃質(zhì)轉(zhuǎn)化[23]。Gao等對比了光照強(qiáng)度對紅葡萄柚和血橙愈傷組織中類胡蘿卜素累積的影響,結(jié)果表明光能調(diào)節(jié)柑橘愈傷組織中幾種類胡蘿卜素基因的表達(dá),但可能不會導(dǎo)致類胡蘿卜素產(chǎn)生明顯變化[29]。Lu等對我國湖北、福建、重慶、江西和湖南等五大典型產(chǎn)區(qū)紅肉臍橙類胡蘿卜素累積,尚未發(fā)現(xiàn)光照時(shí)長與總類胡蘿卜素累積的相關(guān)性[8]。

Zhang等認(rèn)為植物對不同波長的光具有不同響應(yīng),用藍(lán)光(波長470 nm)處理薩摩柑橘(Satsuma mandarin)、瓦倫西亞橙(Valencia orange)和里斯本檸檬(Lisbon lemon),增加了其中總類胡蘿卜素含量,而用紅光(波長660 nm)照射不影響其中類胡蘿卜素的含量或組成,僅在里斯本檸檬中,紅光略微增加了β-隱黃質(zhì)的含量[30]。柑橘藍(lán)光處理誘導(dǎo)類胡蘿卜素積累比紅光更有效。Bohne等發(fā)現(xiàn),在萊茵衣藻中,藍(lán)光有效上調(diào)PSY基因的表達(dá),而紅光照射對該基因的表達(dá)沒有顯著影響,同樣的結(jié)果也在柑橘中得以證實(shí)[31]。

4 柑橘類胡蘿卜素組分分析

柑橘中的類胡蘿卜素分為僅含碳?xì)涞暮}卜素和含氧結(jié)構(gòu)的葉黃素,其中葉黃素又以游離或者酯化的形式存在,葉黃素和脂肪酸經(jīng)酯化酶或酰基轉(zhuǎn)移酶的催化形成酯化物[32]。在水果成熟期間,葉綠體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩w,同時(shí)游離類胡蘿卜素色素逐漸減少,伴隨葉黃素酯的增加。葉黃素的酯化形式豐富了天然類胡蘿卜素的多樣性。皂化處理常被用于類胡蘿卜素酯化物的水解,釋放出對應(yīng)的游離葉黃素,使類胡蘿卜素成分簡化,便于分析。柑橘中類胡蘿卜素組成的研究主要集中在檢測皂化后游離態(tài)類胡蘿卜素[12,33],皂化過程可能導(dǎo)致類胡蘿卜素結(jié)構(gòu)破壞或異構(gòu)[34]。Sagratini等發(fā)現(xiàn)皂化后橄欖中β-胡蘿卜素的回收率降低[35]。同樣,Divya等對比分析了香菜皂化前后的類胡蘿卜素濃度,發(fā)現(xiàn)β-胡蘿卜素在皂化過程中損失20%～30%,其他胡蘿卜素?fù)p失50%[34]。研究表明,含0.02 mol/L KOH的甲醇或乙醇溶液能夠達(dá)到最優(yōu)的皂化效果,當(dāng)KOH濃度增加時(shí),游離類胡蘿卜素的產(chǎn)量降低[36]。Chan等研究也證實(shí),低濃度的KOH足以將酯化形式的葉黃素轉(zhuǎn)化為自由形式[37]。乙醇/己烷(4∶3)是提取食品中類胡蘿卜素最常見的萃取劑組合之一[38-40],也適用于柑橘類胡蘿卜素的提取。類胡蘿卜素碳鏈中的不飽和碳鍵容易受光、熱、酸和氧的影響易發(fā)生氧化、異構(gòu)化、環(huán)化、加氫、脫氫等,形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各類化合物[41]。BHT(2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚)是目前使用最多的保護(hù)類胡蘿卜素抗氧化劑[38]。

表1 柑橘中常見類胡蘿卜素(游離和酯化態(tài))的出峰順序、紫外光譜特征和MS碎片信息Table 1 Elution order of carotenoids(free and esters)in citrus,along with their UV/Vis spectroscopy and mass spectrometry characteristics

續(xù)表

續(xù)表

類胡蘿卜素游離態(tài)和酯化態(tài)的存在形式說明其化學(xué)結(jié)構(gòu)的高度可變性,大大增加了類胡蘿卜素分析的難度。標(biāo)準(zhǔn)品的缺乏以及某些類胡蘿卜素的低濃度均增加了類胡蘿卜素的分析難度。因此,柑橘類胡蘿卜素組成缺乏充分的研究。目前,類胡蘿卜素的鑒定通常借助于高效液相色譜串聯(lián)大氣壓化學(xué)電離源質(zhì)譜(HPLC-APCI-MS),將質(zhì)譜信息與已發(fā)表的碎片離子豐度或質(zhì)譜庫進(jìn)行比較。結(jié)合類胡蘿卜素在YMCC30色譜柱上的出峰順序、UV-Vis光譜特征(最大吸收峰、光譜結(jié)構(gòu)、異構(gòu)峰強(qiáng)度)、以及文獻(xiàn)報(bào)道的質(zhì)譜數(shù)據(jù)均能為類胡蘿卜素的推斷提供依據(jù)。UV-Vis光譜特征有利于類胡蘿卜素異構(gòu)體的推測,類胡蘿卜素單順式異構(gòu)體的最大吸收與其對應(yīng)的全反式結(jié)構(gòu)相比藍(lán)移2～6 nm,而雙順式異構(gòu)會藍(lán)移10～12 nm。除此之外,順式峰能夠在近紫外區(qū)檢測到。類胡蘿卜素酯化導(dǎo)致其分子量的增加,出峰順序推后,而酯化不改變?nèi)~黃素的發(fā)色團(tuán)特征,所以應(yīng)用它們的UV-Vis紫光譜特征不發(fā)生改變[15]。酯化態(tài)的葉黃素在MS中能獲得固定的裂解途徑。在單酯化物中,碎片離子[M+H-18]+、[M+H-FA]+和[M+H-FA-18]+能夠清晰地獲得,它們分別對應(yīng)水、脂肪酸以及水和脂肪酸共同的丟失。在二酯化物中,單個(gè)脂肪酸從質(zhì)子化分子離子的丟失([M+H-FA1]+、[M+H-FA2]+)及兩個(gè)脂肪酸和水的共同丟失([M+H-FA1-FA2]+、[M+H-FA1-FA2-H2O]+)均能清晰地檢測到[17]。類胡蘿卜素的定量通常是基于峰面積與含量之間的線性關(guān)系。由于類胡蘿卜素成分的復(fù)雜性,沒有足夠多的類胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品用于定量分析,通常情況下用一種或者多種現(xiàn)有的類胡蘿卜素標(biāo)品來定量結(jié)構(gòu)相近的類胡蘿卜素。柑橘中常見類胡蘿卜素(游離和酯化態(tài))的出峰順序、紫外光譜特征和MS碎片信息如表1所示[8,17,42]。區(qū)分柑橘類胡蘿卜素的游離或酯化態(tài),能夠系統(tǒng)解析柑橘類胡蘿卜素組成，并為柑橘的營養(yǎng)評價(jià)和貯藏加工提供參考。

5 柑橘類胡蘿卜素加工穩(wěn)定性

5.1 熱處理對類胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響

多烯鏈結(jié)構(gòu)是引起類胡蘿卜素不穩(wěn)定的主要原因,易導(dǎo)致類胡蘿卜素易被氧化或產(chǎn)生幾何異構(gòu)[40,43]。熱、光和酸可促進(jìn)反式類胡蘿卜素異構(gòu)化為順式結(jié)構(gòu)。類胡蘿卜素的氧化取決于可用氧的濃度以及類胡蘿卜素存在的理化條件,通常認(rèn)為類胡蘿卜素氧化的初始階段是形成環(huán)氧化物[44],隨后的裂解和脂肪酸氧化裂解的過程類似,生成一系列低分子量化合物,是類胡蘿卜素裂解產(chǎn)生的異味的主要成分。

Lu等對紅肉臍橙果汁和模擬體系連續(xù)熱處理600 min,其中,總類胡蘿卜素、β-隱黃質(zhì)和β-胡蘿卜素在橙汁和模擬體系中的熱降解均符合雙指數(shù)降解模型[45],如式1所示。雙指數(shù)降解表明其中包含快速降解和慢速降解,可能是由于類胡蘿卜素降解的可逆反應(yīng)(異構(gòu)化)和不可逆降解(揮發(fā)性產(chǎn)物或環(huán)氧化物)并存的結(jié)果。八氫番茄紅素可能是紅肉臍橙橙汁中最穩(wěn)定的類胡蘿卜素,相關(guān)結(jié)果在番茄中得到證明,并歸結(jié)于基質(zhì)的保護(hù)作用[46]。橙汁加熱過程中番茄紅素也相對穩(wěn)定,僅有微量異構(gòu)體形成。

yt=y∞+A1exp(-αt)+A2(exp)(-βt)

式(1)

式中,yt表示t時(shí)間類胡蘿卜素實(shí)際濃度;y∞表示無盡時(shí)間時(shí)類胡蘿卜素的理論濃度;A1和A2是實(shí)驗(yàn)系數(shù);α和β分別表示一級反應(yīng)快速降解和慢速降解常數(shù)。

類胡蘿卜素的熱穩(wěn)定性受其分子形狀、溶解度、疏水性、結(jié)晶狀態(tài)等因素的影響[47]。番茄紅素和β-胡蘿卜素具有相同的分子量,但番茄紅素在熱處理過程中更具穩(wěn)定性。據(jù)報(bào)道,具有線性分子結(jié)構(gòu)的番茄紅素可形成多分子層和聚集體以防止其結(jié)構(gòu)的變化[47]。在番茄的加工制品中,研究者發(fā)現(xiàn)其中的番茄紅素呈晶體形態(tài),具有穩(wěn)定性和不溶解性,能夠抵抗進(jìn)一步的降解或異構(gòu)化[48]。與番茄紅素相比,β-胡蘿卜素分子的兩端有兩個(gè)苯環(huán)形結(jié)構(gòu),不易聚集成有序結(jié)構(gòu),相對不穩(wěn)定[47]。β-隱黃質(zhì)中羥基的存在增強(qiáng)了其在橙汁中的溶解度,可能導(dǎo)致其具有熱不穩(wěn)定性[45]。

Kobori等在番茄脫水模型系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)環(huán)境溫度下類胡蘿卜素的降解證明了揮發(fā)性成分和類胡蘿卜素前體之間的關(guān)系,GC-MS分析得到的揮發(fā)性成分6-甲基-5-庚烯-2-酮、2-辛烯-1-醛、2,3-環(huán)氧-香葉醛、橙花醛和香葉醛來自番茄類胡蘿卜素的非酶氧化降解[49]。在氧氣存在的條件下,熱處理能使類胡蘿卜素氧化降解,產(chǎn)生的揮發(fā)性成分多于非揮發(fā)性成分[50]。Kanasawud等探究了β-胡蘿卜素的熱降解過程,將β-胡蘿卜素置于空氣中,于97 ℃加熱3 h,通過GC-MS對降解產(chǎn)物進(jìn)行分析,推測β-胡蘿卜素首先與氧反應(yīng)形成5,6-環(huán)氧-β-胡蘿卜素,再轉(zhuǎn)化成5,6,5′,6′-二環(huán)氧-β-胡蘿卜素、檸黃質(zhì)或黃體黃質(zhì);黃體色素又可進(jìn)一步通過環(huán)氧重排轉(zhuǎn)化成金色素,然后可能斷鏈形成二氫獼猴桃內(nèi)酯[51]。

5.2 光照對類胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響

光照可導(dǎo)致類胡蘿卜素降解,其降解產(chǎn)物被認(rèn)為是類胡蘿卜素自由基陽離子[50]。激光顯著影響類胡蘿卜素穩(wěn)定性,β-胡蘿卜素在氯仿中經(jīng)激光照射后能快速漂白,其可能的機(jī)制是:光能激發(fā)β-胡蘿卜素分子,與溶劑反應(yīng)形成類胡蘿卜素-溶劑自由基加合物或β-胡蘿卜素自由基。β-胡蘿卜素分子在激發(fā)態(tài)可能回到基態(tài),基態(tài)的類胡蘿卜素也可能受到在上述反應(yīng)中產(chǎn)生的自由基副產(chǎn)物的攻擊,并經(jīng)歷較慢的降解過程形成β-胡蘿卜素自由基陽離子[50]。橙汁在貯藏銷售等供應(yīng)鏈環(huán)節(jié),不可避免受到光照的影響,其降解產(chǎn)物可能是類胡蘿卜素自由基陽離子、揮發(fā)性成分等[52]。Pesek等將果蔬汁進(jìn)行光照(2476 Lux),番茄紅素的降解速率大約是α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的光降解速率的1/5,三者的降解速率常數(shù)分別為0.061、0.273和0.309/d。在這個(gè)光照體系中明顯檢測到黃色減弱,可能與α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的降解有關(guān)[53]。Lee等對番茄紅素的模擬體系進(jìn)行照射,結(jié)果表明番茄紅素的光降解滿足一級動力學(xué)方程,番茄紅素異構(gòu)體是光照的主要產(chǎn)物[54]。

5.3 pH對類胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響

類胡蘿卜素暴露于酸性條件下可以產(chǎn)生離子對,然后解離形成類胡蘿卜素陽離子[50]。這個(gè)過程詳見式2:

Car+AH?(CarH+A-)?CarH++A-

式(2)

β-類胡蘿卜素、8′-阿樸-胡蘿卜素-8′-醛的陽離子光譜變化在苯、二氯甲烷溶液中有所報(bào)道。其中8′-阿樸-胡蘿卜素-8′-醛能夠被硫酸(pH3～3.5)降解。研究表明酸性條件下熱處理能使5,6環(huán)氧類胡蘿卜素發(fā)生分子重排,生成5,8環(huán)氧類胡蘿卜素[55]。紅肉臍橙橙汁呈天然的酸性,這種酸性環(huán)境易引起環(huán)氧結(jié)構(gòu)類胡蘿卜素及對應(yīng)酯化物的熱不穩(wěn)定性[45]。

5.4 金屬離子對類胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響

研究表明,具有氧化作用的金屬離子(銅、鐵、鋅、鋁等)可直接與類胡蘿卜素發(fā)生相互作用,導(dǎo)致其降解[56]。在迄今為止完成的大部分工作中,三氯化鐵是常用的鐵氧化劑,用于研究鐵離子對類胡蘿卜素的降解作用[57]。鐵離子可導(dǎo)致類胡蘿卜素降解形成多種產(chǎn)物,如角黃素、8′-阿樸-胡蘿卜素-8′-醛、乙基-8′-阿樸-胡蘿卜素-8′-乙酸乙酯、7′-阿樸-7′,7′-二氰基-β-胡蘿卜素和乙基-6′-阿樸-胡蘿卜素-6′-乙酸乙酯等。類胡蘿卜素與鐵離子的相互作用如式3所示:

Car++Fe3+?Car·++Fe2+

式(3)

通過光譜特征和伏安法確定了該反應(yīng)形成的類胡蘿卜素陽離子自由基和亞鐵離子含量。這個(gè)反應(yīng)可以發(fā)生在沒有光照的條件下,但用近紫外線照射可以增加反應(yīng)速率[56-57]。當(dāng)光線存在時(shí),類胡蘿卜素和三氯化鐵反應(yīng)可以再生上述等式的三價(jià)鐵離子,再生的三價(jià)鐵離子繼續(xù)與剩余的中性類胡蘿卜素反應(yīng)或與式3中產(chǎn)生的類胡蘿卜素陽離子自由基發(fā)生反應(yīng),反應(yīng)過程如式4所示:

Car·++Fe3+→Car2++Fe2+

式(4)

類胡蘿卜素二價(jià)陽離子的產(chǎn)生可能與鐵離子的濃度有關(guān)。隨著三價(jià)鐵離子含量的增加,自由基陽離子逐漸產(chǎn)生。當(dāng)加入更多的氯化鐵,二價(jià)陽離子類胡蘿卜素進(jìn)一步產(chǎn)生。中性類胡蘿卜素向類胡蘿卜素二價(jià)陽離子或類胡蘿卜素陽離子自由基轉(zhuǎn)化過程中,其吸收光譜發(fā)生變化。三種物質(zhì)的λmax的排序?yàn)?中性類胡蘿卜素<類胡蘿卜素二價(jià)陽離子<類胡蘿卜素陽離子自由基[50]。

6 結(jié)語

柑橘品種決定其中類胡蘿卜素的組成,外界生長環(huán)境干預(yù)柑橘類胡蘿卜素含量累積。因此,不同產(chǎn)區(qū)種植同品種柑橘的類胡蘿卜素組成一致,但含量累積存在差異。橙汁是柑橘加工產(chǎn)品,橙汁加工和供應(yīng)過程的環(huán)境因素,不可避免地影響類胡蘿卜素的穩(wěn)定性。綜合分析,目前的研究進(jìn)展歸納了柑橘類胡蘿卜素的累積機(jī)制、分析方法及其加工穩(wěn)定性研究進(jìn)展。尚存在一些問題有待深入探討:柑橘類胡蘿卜素組成復(fù)雜,尤其是酯化成分標(biāo)品缺乏,常采用皂化處理或者相對定量,可能造成含量計(jì)算不準(zhǔn)確。環(huán)境對類胡蘿卜素累積的影響因素很多,尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)去量化環(huán)境因素對類胡蘿卜素累積的影響程度。熱處理是橙汁加工常用手段,大量研究集中探討橙汁類胡蘿卜素的熱穩(wěn)定性。其它環(huán)境因素如光照、金屬離子對類胡蘿卜素穩(wěn)定性研究較少,并且大多探討光照、金屬離子對類胡蘿卜素純品的影響,涉及果汁體系的相關(guān)研究相對匱乏,有待進(jìn)一步研究。