大豆不溶性膳食纖維促花青素穩態化初探

陳冬霞，賀 陽，薛 海，蘇 鑫，張 弛，文連奎

（1.吉林農業大學食品科學與工程學院，吉林長春 130118；2.吉林工商學院旅游學院，吉林長春 130507）

0 引言

花青素是一類屬類黃酮類水溶性天然色素，廣泛存在于自然界中，在山葡萄（Vitis amurensisRupr）中含量尤為豐富。山葡萄花青素具有強抗氧化性，可以保護眼睛和肝臟、預防癌癥等[1-2]，但其易受光、溫度、pH值、氧等因素影響，在提取、加工及產品貯藏過程中易出現褪色或變色，色澤穩定性降低導致其在食品等領域的應用受限[3-4]。因此，花青素穩態化是其作為天然色素廣泛應用亟待解決的關鍵問題。

花青素與多糖、類黃酮、生物堿、氨基酸、有機酸等發生輔色反應可以提高花青素的穩定性[5-6]。有研究表明，膳食纖維能夠與多酚類物質相互作用，增加其穩定性[7]。豆渣中膳食纖維含量可達50%～60% （干基），其中大豆不溶性膳食纖維（Soybean Insoluble Dietary Fiber，SIDF） 含量占總膳食纖維的90%[8]，目前尚未得到充分利用。

采用SIDF促山葡萄花青素穩態化，為花青素穩態化及山葡萄、SIDF開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 主要材料、試劑及設備

SIDF制備，將SIDF粗粉置于粉碎機中粉碎25 min，過篩，分別制得100，200，300，400，500目的SIDF粉，純度>90.5%，產品含水量為3.5%；山葡萄花青素參照He Yang等人[9]方法制備，純化后的花青素提取物質量濃度為 2.5 mg/mL。

濃鹽酸（37%）、無水乙醇，北京化工廠提供；磷酸氫二鈉，天津市光復科技發展有限公司提供；檸檬酸，Aladdin實業公司提供；pH值3.0磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液（PBS）制備，將濃度為0.2 mol/mL的磷酸氫二鈉溶液與濃度為0.1 mol/mL的檸檬酸溶液混合，用蒸餾水定容至1 000 mL備用。

HH-4A型數顯恒溫水浴鍋，常州普天儀器制造有限公司產品；HR2841型多功能粉碎機，德國Sartourius公司產品；SPX-250B-D型振蕩培養箱，上海博迅實業有限公司醫療設備廠產品；T6型紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司產品。

1.2 方法

將SIDF與花青素按一定比例混合，以pH值3.0的PBS緩沖液定容至30 mL體系，使花青素的質量濃度為0.1 mg/mL，于30℃條件下避光反應一段時間，制備穩態化體系，按試驗設計進行SIDF與花青素輔色反應[10]；未穩態化處理花青素溶液為對照；對SIDF與花青素穩態化效果進行評價。

1.2.1 單因素試驗設計

以 SIDF 質量濃度 （1，2，3，4，5 mg/mL）、SIDF粒徑大小 （100，200，300，400，500目）、SIDF與花青素反應時間（10，20，30，40，50 min）為考查因素，每個因素水平試驗時，其他因素以中間水平值為定值，以穩態化花青素溶液在λ521nm處的吸光值和輔色率為指標，對其穩態化效果進行評價。

穩態化花青素稀釋適當倍數后，在最大吸收波長λ521nm處測定吸光值，并根據文獻[11-12]，按公式（1） 計算樣品的輔色率（Copigmentation rate，C）。

式中：A——穩態化花青素溶液的吸光度；

A0——未穩態化處理花青素溶液的吸光度。

1.2.2 正交試驗設計

在單因素試驗基礎上，選取SIDF質量濃度、SIDF粒徑大小、SIDF與花青素反應時間3個因素的最佳水平進行L9（34）正交化試驗，以穩態化花青素溶液在λ521nm處的吸光值作為指標評價穩態化效果。

1.3 SIDF與花青素穩態化效果評價

按正交試驗組確定的最佳條件制備穩態化體系，未穩態化處理花青素溶液為對照，按下述方法對花青素與SIDF穩態化效果進行評價。

1.3.1 穩態化花青素輔色率評價

按公式（1）計算最佳條件制備的穩態化花青素體系輔色率。

1.3.2 穩態化花青素光、熱穩定性評價

參照文獻[13-16]并作適當改動，將樣品置于日光照射，分別在0，5，10，15，20 d或100℃下加熱0，30，60，90，120 min，于λ521nm處測定吸光度，按公式（2） 計算樣品溶液色澤的保存率（Retention rate，R）。

式中：At——花青素穩態化與未穩態化在光或熱下不同處理時間后的吸光度；

A1——未穩態化處理且未經光或熱處理時花青素溶液吸光度。

2 結果與分析

2.1 SIDF與花青素穩態化單因素試驗結果分析

2.1.1 SIDF質量濃度對花青素穩定性的影響

SIDF質量濃度對花青素穩定性的影響見圖1。

圖1 SIDF質量濃度對花青素穩定性的影響

由圖1可知，當SIDF質量濃度達到3 mg/mL時，與質量濃度為0.1 mg/mL的花青素反應效果最好，在λ521nm處的吸光值為0.636±0.006，輔色率為24%。當質量濃度逐漸增加，吸光值基本趨于穩定，與He Y等人[6]研究有機酸濃度對花青素輔色的影響具有相同趨勢，這可能是SIDF質量濃度過高，使得過量的SIDF顆粒無法與花青素溶液穩定絡合。因此，當花青素質量濃度為0.1 mg/mL時，選擇SIDF質量濃度為0.2，0.3，0.4 mg/mL，進行正交試驗設計。

2.1.2 SIDF粒徑大小對花青素穩定性的影響

SIDF粒徑大小對花青素穩定性的影響見圖2。

圖2 SIDF粒徑大小對花青素穩定性的影響

由圖2可知，當粒徑為300目時，吸光值達到一個較高水平，有較好的反應效果，在λ521nm處的吸光值為0.646±0.006，輔色率為26%。由于粒徑逐漸變小，顆粒細微化，粉體比表面積增大，進而增大了與溶液的接觸面積，對溶液起增效作用；而當目數大于300目時，吸光值趨于平緩，可能是因為SIDF粒徑過于細微，出現疏水作用等排斥力，使得一些顆粒無法與花青素穩定絡合[17]。因此，選擇SIDF粒徑大小為200，300，400目，進行正交試驗設計。

2.1.3 反應時間對花青素穩定性的影響

花青素與SIDF反應時間對花青素穩定性的影響見圖3。

圖3 花青素與SIDF反應時間對花青素穩定性的影響

由圖3可知，當花青素與SIDF避光反應時間為30 min后，混合溶液的吸光度趨于平緩，此時的吸光值為0.560±0.006，輔色率為22%。同時考慮經濟與效果，選擇花青素與SIDF反應時間為20，30，40 min，進行正交試驗設計。

2.2 SIDF與花青素穩態化正交試驗結果分析

花青素與SIDF穩定性正交試驗見表1。

由表1可知，SIDF添加量、SIDF粒徑大小、反應時間對花青素穩態化后的吸光值均有不同的影響，正交試驗中綜合吸光值最高的組合是A2B2C2，即吸光度為0.675±0.006。由表2中方差分析SIDF添加量及SIDF粒徑大小對花青素穩態化有顯著影響（p<0.05），而加熱時間對花青素穩態化影響最小；同時極差R可以看出，因素B（SIDF粒徑大小） 的R值最大，是主要影響因素，其次是因素A（SIDF添加量），而因素C（反應時間）影響較小。各因素對花青素穩定性影響程度為B>A>C，即SIDF粒徑大小>SIDF質量濃度>反應時間。

表1 花青素與SIDF穩定性正交試驗

SIDF與花青素穩定性方差分析見表2。

表2 SIDF與花青素穩定性方差分析

由表1中k值可知，極差分析所得最優組合為A2B2C2，即SIDF質量濃度為3 mg/mL，SIDF粒徑大小為300目，反應時間為30 min。由于此組合并未出現在正交試驗號中，故以A2B2C2進行3次驗證試驗，測定吸光值為0.681±0.006，比未穩態化處理花青素的吸光值（0.511±0.011） 提高32%。

2.3 SIDF與花青素穩態化評價結果分析

2.3.1 穩態化花青素輔色率評價結果分析

圖4 花青素溶液與加入SIDF花青素溶液輔色率比較

花青素溶液與加入SIDF花青素溶液輔色率比較見圖4。由圖4可知，SIDF（3 mg/mL，300目） 和花青素于30℃下避光反應30 min，在λ521nm處的吸光值為0.640±0.006，輔色率為25%；未穩態化處理花青素吸光值為0.51±0.011，說明SIDF與花青素輔色效果良好，穩態化作用明顯。

2.3.2 穩態化花青素光穩定性評價結果分析

不同放置時間對混合溶液色澤保存率的影響見圖5。

圖5 不同放置時間對混合溶液色澤保存率的影響

穩態化花青素溶液吸光值高于未穩態化處理花青素溶液，日光20 d后穩態化花青素溶液吸光度為0.355±0.006，未穩態化處理花青素吸光度為0.285±0.011；穩態化花青素溶液色澤保存率均高于未處理花青素溶液，日光20 d后穩態化花青素溶液色澤保存率為69.60%，比未穩態化處理花青素高13.72%。

結果表明，加入SIDF能夠提高花青素在日光條件下的顏色穩定，使花青素具有較高的吸光值與保存率。這可能由于SIDF的吸附作用[18-19]，使花青素更好地附著在SIDF微粒上，從而提高了花青素的光穩定性。

2.3.3 穩態化花青素熱穩定性評價結果分析

不同加熱時間對混合溶液色澤保存率的影響見圖6。

圖6 不同加熱時間對混合溶液色澤保存率的影響

穩態化花青素溶液吸光值均高于未穩態化處理花青素溶液，穩態化花青素溶液在100℃下加熱120 min后，吸光度為0.341±0.006，未穩態化處理花青素吸光度為0.256±0.011。穩態化花青素溶液在100℃加熱120 min后的色澤保存率為66.86%，比未穩態化處理的花青素溶液高16.67%。

結果表明，加入SIDF能夠提高花青素在熱暴露條件下的顏色穩定性，同時使花青素具有較高的吸光值和保存率。這與曝光穩定性有相似的結果，同樣可能由于SIDF的吸附作用[18-19]，使花青素更好地附著在SIDF微粒上，從而提高了花青素的穩定性。

3 結論

當SIDF質量濃度為3 mg/mL，粒徑大小為300目，反應時間為30 min時，SIDF對花青素的穩態化效果最佳，此時吸光度為0.681±0.006，輔色率為33.26%。經日光20 d處理，其吸光度0.355±0.006，色澤保存率69.6%，比未處理花青素溶液高24.56%和13.72%；經100℃加熱120 min，其吸光度0.341±0.006，色澤保存率66.86%，比未處理花青素溶液高33.20%和16.67%。

關于SIDF與花青素互作體系結構和分子交互作用形式仍有待深入研究，且有研究表明花青素可能起到益生元的作用，從而促進結腸健康[20]，其代謝物能夠促進有益雙歧桿菌和乳酸桿菌的生長；膳食纖維能夠通過腸道菌群的變化，起到降血糖、降血脂和改善腸胃功能的生理作用[21]。