食品加工條件對黑枸杞花青素穩定性的影響

孫茂成 楊豐碩 范秀娟 陳宇鑫 楊柳 蘇夢琪 周鐵莉

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.03.030

引文格式：孫茂成，楊豐碩，范秀娟，等.食品加工條件對黑枸杞花青素穩定性的影響[J].中國調味品，2024，49（3）：182-186.

SUN M C， YANG F S， FAN X J， et al. Effects of food processing conditions on stability of anthocyanins from Lycium ruthenicum Murr.[J].China Condiment，2024，49（3）：182-186.

摘要：黑枸杞富含花青素，花青素具有多種生理活性，然而其穩定性較差。文章研究了不同食品加工條件對黑枸杞花青素穩定性的影響，包括溫度、pH值、光照、食品添加劑和基質等。結果表明，在20 ℃、pH 3、避光條件下的黑枸杞花青素相對穩定，保存率分別為（89.74±5.54）%、（69.56±1.44）%、（57.85±0.50）%。H2O2、Na2SO3、苯甲酸鈉和3種糖（葡萄糖、蔗糖、乳糖）均會大幅降低花青素的熱穩定性（65 ℃，30 min）。除抗壞血酸外，草酸、酒石酸和檸檬酸增強花青素熱穩定性的效果依次增大。在40 ℃加速貯存7 d后，草酸對花青素的穩定性仍然具有較好的效果。總之，黑枸杞花青素在食品加工過程中最好在低溫、酸性和避光條件下貯存，而在選用食品基質和添加劑時也應該注意其對花青素穩定性的影響。該研究結果為黑枸杞花青素類食品的加工提供了理論依據。

關鍵詞：黑枸杞；花青素；食品加工；穩定性；加速貯存實驗

中圖分類號：TS264.4????? 文獻標志碼：A????? 文章編號：1000-9973（2024）03-0182-05

Effects of Food Processing Conditions on Stability of Anthocyanins from

Lycium ruthenicum Murr.

SUN Mao-cheng1，2， YANG Feng-shuo1， FAN Xiu-juan1， CHEN Yu-xin1，

YANG Liu1， SU Meng-qi1， ZHOU Tie-li1

（1.College of Food Science and Engineering， Changchun University， Changchun 130022， China;

2.Key Laboratory of Intelligent Rehabilitation and Barrier-free for the Disabled， Ministry

of Education， Changchun University， Changchun 130022， China）

Abstract： Lycium ruthenicum Murr. is rich in anthocyanins， which have a variety of biological activities. However， its stability is poor. In this study， the effects of different food processing conditions such as temperature， pH value， light， food additives and substrates on the stability of anthocyanins from Lycium ruthenicum Murr. are investigated. The results show that the anthocyanins from Lycium ruthenicum Murr. are relatively stable under the conditions of 20 ℃， pH 3 and light avoidance， with the preservation rates of （89.74±5.54）%， （69.56±1.44）%， （57.85±0.50）% respectively. Furthermore， H2O2， Na2SO3， sodium benzoate and three types of sugar （glucose， sucrose and lactose） all significantly reduce the thermal stability of anthocyanins （65 ℃， 30 min）. Except for ascorbic acid， oxalic acid， tartaric acid and citric acid have an increasing effect on enhancing the thermal stability of anthocyanins. After accelerated storage at 40 ℃ for 7 d， oxalic acid still has a good effect on the stability of anthocyanins. In conclusion， anthocyanins from Lycium ruthenicum Murr. are preferably stored under low-temperature， acidic and light-proof conditions during food processing. When selecting food substrates and additives，

收稿日期：2023-11-14

基金項目：長春大學攀登計劃項目（zkp202108）；吉林省教育廳科學研究項目（JJKH20210626KJ）

作者簡介：孫茂成（1984—），男，講師，博士，研究方向：農產品加工與貯藏。

attention should also be paid to the effect on the stability of anthocyanins.The research results have provided a theoretical basis for the processing of Lycium ruthenicum Murr. anthocyanin foods.

Key words： Lycium ruthenicum Murr.; anthocyanin; food processing; stability; accelerated storage experiment

黑枸杞（Lycium ruthenicum Murr.）是茄科枸杞屬中特有的植物，廣泛分布于我國西北地區[1]。它富含花青素，每100 g干果中含有約700～900 mg當量的矢車菊素，是黑加侖的10倍，是藍莓的18倍，故被譽為“花青素之王”[2-3]。花青素是水溶性黃酮類化合物，是多酚類化合物的亞類。在黑枸杞中已經發現近37種花青素，其中牽牛花色素是特有的花青素，是漿果中的稀有花青素。而其他漿果主要含有矢車菊色素[4]。

黑枸杞花青素具有多種生理功能，例如預防心腦血管疾病、保護肝臟、改善睡眠、增進視力和抗衰老等[5-6]，在功能食品領域具有巨大的開發潛力。然而，黑枸杞花青素的化學性質活潑，不利于直接進行食品加工和貯存。食品加工條件通常涉及溫度、pH和添加物等。陳虎等[7]研究發現維生素C、迷迭香、茶多酚、木糖醇對黑枸杞花青素具有一定的保護作用。古明輝等[8]發現蘋果酸酰基化改性可提高黑枸杞花青素的穩定性。在食品加工過程中經常會涉及到加熱和添加原輔料等情況，因此，掌握黑枸杞花青素在不同食品加工條件下的穩定性具有重要意義。

綜上所述，本文首先研究了溫度、pH和光照對黑枸杞花青素穩定性的影響，其次研究了H2O2、Na2SO3、苯甲酸鈉、3種糖類和4種酸性物質對黑枸杞花青素熱穩定性（65 ℃，30 min）的影響，最后對熱穩定性較好的樣品進行了加速貯存實驗。本研究結果為后續黑枸杞花青素的食品加工和貯存提供了理論基礎。

1? 材料和方法

1.1? 材料與試劑

黑枸杞：蘭溪市太和天物健康科技有限公司；無水乙醇、鹽酸、氯化鉀、無水乙酸鈉、氫氧化鈉、過氧化氫、無水亞硫酸鈉、檸檬酸、抗壞血酸、草酸、酒石酸、葡萄糖、蔗糖、α-乳糖和苯甲酸鈉（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2? 主要儀器和設備

UV2700分光光度計? 島津儀器（蘇州）有限公司；HH-ZK1恒溫水浴鍋? 鞏義市予華儀器有限責任公司；PTY-A220電子天平? 華志（福建）電子科技有限公司；GAX-9070MBZ電熱鼓風干燥箱? 上海博迅醫療生物儀器股份有限公司；RE-52AA旋轉蒸發器? 上海亞榮生化儀器廠；PHS-3C pH計? 上海儀電分析儀器有限公司。

1.3? 方法

1.3.1? 黑枸杞花青素的制備和含量測定

將適量干果在粉碎機中磨粉，取40.0 g粉末用800 mL 90%的乙醇超聲波（200 W，40 ℃）提取30 min。抽濾得上清液，用60 ℃旋轉蒸發器得濃縮液，于60 ℃干燥。采用pH示差法[9]測定花青素含量后，密封低溫保存待用。

1.3.2? 食品加工條件對黑枸杞花青素穩定性的影響

1.3.2.1? 溫度對黑枸杞花青素穩定性的影響

將花青素粉末配制成吸光度為1的花青素溶液，放置于20 ℃（室溫）和65，75，85 ℃下水浴120 min。每隔30 min測定花青素溶液的吸光度。

1.3.2.2? 光照對黑枸杞花青素穩定性的影響

將花青素粉末配制成吸光度為1的花青素溶液，置于光照培養箱中，每隔1 h測定花青素溶液的吸光度，共測定6 h。

1.3.2.3? 酸堿性對黑枸杞花青素穩定性的影響

a.不同pH值對黑枸杞花青素穩定性的影響

用0.1 mol/L的HCl溶液或0.1 mol/L的NaOH溶液調節花青素溶液的pH值分別為3，4，5，6，7，8，9后，測定其吸光度。

b.往復酸堿調節對黑枸杞花青素穩定性的影響

將花青素粉末配制成吸光度分別為0.25，0.50，1.00的溶液，隨后在每個試管中各加入6 mL花青素溶液。每隔1 min分別添加100 μL的0.5 mol/L NaOH和0.5 mol/L HCl、1 mol/L NaOH和1 mol/L HCl，最后在貯藏前加入1 mol/L NaOH，靜置1 d。每次調節pH前后對花青素溶液進行可視化分析。

1.3.2.4? 添加物對黑枸杞花青素熱穩定性的影響

a.食品基質和添加劑對黑枸杞花青素熱穩定性的影響

研究H2O2（10%、20%、30%，體積比）、Na2SO3（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，質量與體積比）、葡萄糖、蔗糖、乳糖（1%、3%、5%，質量與體積比）、檸檬酸、抗壞血酸、草酸、酒石酸（2%、4%、6%、8%、10%，質量與體積比）和苯甲酸鈉（1%、3%、5%，質量與體積比）對黑枸杞花青素熱穩定性的影響。取每份1.5 mL吸光度為1的花青素溶液，于65 ℃水浴30 min后測定花青素溶液的吸光度。

b.加速貯存實驗

將上述對黑枸杞花青素熱穩定性具有較好效果的熱處理溶液置于樣品瓶中，蓋瓶蓋前不抽除氧氣，置于40 ℃的恒溫培養箱中，在正常光照下放置7 d，每天檢測花青素溶液的吸光度。

1.3.3? 花青素保存率的計算

將得到的樣品吸光度代入下式計算黑枸杞花青素保存率：

保存率（%）=AtA0×100%。

式中：At為處理后在539 nm處的吸光度，A0為處理前在539 nm處的吸光度，t為處理時間。

1.3.4? 統計與分析

本研究中所得到的數據均采用平均值±標準差表示，每個實驗進行3次平行，采用GraphPad Prism 8進行數據的統計分析，P＜0.05表示差異顯著。

2? 結果與分析

2.1? 黑枸杞花青素的提取

本實驗采用超聲波法提取黑枸杞中花青素的提取率為（36.93±2.36）%，采用pH示差法測定其含量為（640.24±10.80） mg/L。

2.2? 食品加工條件對黑枸杞花青素穩定性的影響

2.2.1? 溫度對黑枸杞花青素穩定性的影響

由圖1可知，黑枸杞花青素受溫度的影響較大。在65，75，85 ℃時，前30 min內花青素保存率急劇下降至（69.68±0.48）%；繼續加熱至120 min，保存率在60%～70%之間。在20 ℃時花青素保存率呈緩慢下降的趨勢，120 min時保存率下降為（89.47±5.54）%。結果表明，高溫會導致花青素降解。低溫環境下可以最大程度地保存花青素，這和湯晶等[10]的研究結果基本一致。

2.2.2? 光照對黑枸杞花青素穩定性的影響

由圖2可知，在光照1 h后，花青素的保存率減小到（57.85±0.50）%，隨后趨于平穩，這表明光照會導致花青素降解。根據對樣品的可視化分析，花青素的顏色由粉紅色變為磚紅，顏色變淺。由此可知，光照對花青素的穩定性有不利影響，在加工和貯存時應避免強光的直接照射，這和楊萍等[11]的研究結果基本一致。

2.2.3? 酸堿性對黑枸杞花青素穩定性的影響

2.2.3.1? 不同pH對黑枸杞花青素穩定性的影響

由圖3可知，當pH值為3時，花青素呈紅色，保存率最高，為（69.56±1.44）%。當pH值為5時，花青素呈粉色，保存率最低，為（40.72±0.64）%。當pH值為7時，花青素的顏色逐漸變深，保存率增至（59.34±0.42）%。當pH值繼續升高時，花青素會變成墨綠色，保存率升至（61.46±0.08）%。因此，花青素在pH值為3的環境下最穩定，而pH值大于3時，花青素的穩定性會不同程度地降低。此外，花青素在水溶液中可以在共振結構之間互換，如2-苯基苯并吡喃陽離子形式、甲醇假堿形式、查爾酮形式和醌型堿形式等，轉換程度取決于溶液的pH值。在低pH值條件下，花青素主要以紅色的2-苯基苯并吡喃陽離子形式存在[12]。隨著pH值的升高，花青素的結構會相應地發生改變，這主要是由黑枸杞花青素中的矮牽牛素-3-O-蕓香糖苷（反-對香豆酰）-5-O-葡萄糖苷的性質決定的[13]。

2.2.3.2? 往復酸堿調節對黑枸杞花青素穩定性的影響

由圖4可知，不同起始濃度的黑枸杞花青素溶液的顏色在加堿后，由不同程度的紅色（左一列深色）迅速變為不同程度的藍綠色（左二列深色），加酸后又迅速變為不同程度的紅色（左三列深色）。而且黑枸杞花青素的濃度越高，這種顏色的可逆性越明顯。但是，當貯存1 d后，降解導致樣品溶液即使再經過酸堿調節，顏色也會相應變淺。這是由于花青素可逆結構的變化，當溶液從酸性轉變成堿性時，從2-苯基苯并吡喃陽離子形式（紅色）轉變為醌類化合物形式（藍色）[12]。以上結果可為黑枸杞花青素作為食品智能包裝指示劑提供參考依據。

2.2.4? 食品基質和添加物對黑枸杞花青素熱穩定性的影響

2.2.4.1? H2O2和Na2SO3對黑枸杞花青素熱穩定性的影響

H2O2通常作為食品加工助劑，而Na2SO3可以作為護色劑和抗氧化劑，二者均極易發生氧化反應。H2O2和Na2SO3對黑枸杞花青素穩定性的影響見圖5。

由圖5中A可知，在常溫條件下，隨著H2O2濃度的增加，花青素的保存率均在30%～40%之間。在65 ℃加熱30 min后，H2O2濃度為10%時，保存率下降到（20.76±0.16）%，隨后濃度繼續上升，其保存率無顯著性差異（P＞0.05）。加熱后花青素的保存率均比常溫時的保存率低。由此可見，H2O2加速了黑枸杞花青素的降解。由圖5中 B可知，無論室溫還是加熱，Na2SO3均加速了黑枸杞花青素的降解。

2.2.4.2? 糖類對黑枸杞花青素熱穩定性的影響

由圖6可知，當糖類濃度由0%增至1%時，無論室溫還是加熱，花青素的保存率均大幅度降低。當濃度上升到5%時，花青素的保存率趨于穩定。高溫處理后花青素的保存率比常溫低。無論加熱與否，葡萄糖、蔗糖和乳糖均會加速黑枸杞花青素的降解。然而，趙文鵬等[14]研究發現0%～20%蔗糖對藍莓花青素具有保護作用。造成這種結果很可能是由于黑枸杞花青素的組成與藍莓不同。

2.2.4.3? 苯甲酸鈉對黑枸杞花青素熱穩定性的影響

由圖7可知，當苯甲酸鈉的濃度由0%增至1%時，無論室溫還是加熱，花青素的保存率均下降到40%左右，當苯甲酸鈉濃度為3%和5%時，花青素的保存率無顯著性變化（P＞0.05）。由此可見，無論加熱與否，苯甲酸鈉均不利于花青素的穩定性，這可能是由于苯甲酸鈉的水溶液顯堿性，使花青素發生降解[15]。因此，應避免強堿弱酸鹽類物質的加入。

2.2.4.4? 酸性物質對黑枸杞花青素熱穩定性的影響

由圖8可知，無論加熱與否，整體上花青素的保存率隨著酸濃度的增加呈上升趨勢。值得注意的是，加熱處理后花青素的保存率比常溫的高，說明酸性物質有利于花青素的熱穩定性，效果是草酸＞酒石酸＞檸檬酸＞抗壞血酸，這些數據也進一步驗證了低pH值有助于花青素穩定性的結果。

本研究的大部分酸性成分對黑枸杞花青素的保存率超過了100%，這可能是因為使用的黑枸杞花青素提取物是粗提物，其中含有一些其他成分，例如果膠等，這些成分可以與一些花青素結合，導致一些光譜吸收基團無法暴露出來。但當加入酸性成分且加熱時，部分結合的花青素便會被分離和暴露出來，導致溶液的吸光度大幅提高，從而使保存率超過100%。

2.2.4.5? 酸性物質對黑枸杞花青素加速貯存穩定性的影響

在上述研究中，大多數酸性物質對黑枸杞花青素的熱穩定性有利，因此繼續對其進行加速貯存實驗，即在40 ℃下貯存7 d。由圖9 中C可知，隨著貯存時間的增加，抗壞血酸的效果仍然是最差的，在加速貯存實驗中的保存率均下降至10%以下，這可能是由于抗壞血酸易發生氧化，其氧化產物過氧化氫等會導致黑枸杞花青降解[16]。

盡管其他酸性物質也均使貯藏期花青素的保存率逐漸降低，但是保存率仍然處于較高水平。值得注意的是，草酸可以使花青素具有更好的貯存效果，這可能是由于在一定溫度下不易氧化的酸性物質與花青素發生酰基化反應，從而提高了花青素的穩定性[5]。

3? 結論

由于黑枸杞花青素具有優秀的生物活性，其在作為食品色素和功能因子方面具有重要的應用潛力，然而黑枸杞花青素的不穩定性限制了其開發與利用。本文研究了一些不同的食品加工條件對黑枸杞花青素的影響。黑枸杞花青素在20 ℃、pH 3、避光時具有較好的穩定性。在65 ℃加熱30 min時，發現H2O2、Na2SO3、葡萄糖、蔗糖、乳糖、苯甲酸鈉對其熱穩定性產生較大負面影響。除了抗壞血酸外，草酸、酒石酸和檸檬酸對花青素熱穩定性的增強效果依次增大。最后，對4種酸性物質進行了40 ℃下加速貯存7 d實驗，發現草酸對花青素熱穩定性仍然有較好的效果。在選用添加物時，應注意糖類和強堿弱酸鹽類成分的加入。本研究結果對于黑枸杞花青素類食品的生產加工具有重要的意義。

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