利用模拟体系研究大枣浓缩汁的非酶褐变机制

韩希凤,李书启

(天津天狮学院,天津 301700)

利用模拟体系研究大枣浓缩汁的非酶褐变机制

韩希凤,李书启

(天津天狮学院,天津 301700)

以大枣浓缩汁中葡萄糖、酚类化合物和抗坏血酸为变量建立模拟体系,通过研究模拟体系的褐变指数(A420)和5-HMF含量(A284)的变化,并对模拟体系和5-HMF标准品全波长扫描的谱图进行比较分析,确定酚类物质、抗坏血酸、葡萄糖对大枣浓缩汁非酶褐变的影响。结果表明:随着加热时间延长,模拟体系的褐变指数(A420)和A284逐渐增大,且与模拟体系中抗坏血酸和酚类化合物的含量呈显著正相关(p<0.05),但葡萄糖发生美拉德反应的活性较小;大枣浓缩汁非酶褐变机制主要与美拉德反应和抗坏血酸氧化分解有关。

模拟体系,大枣浓缩汁,非酶褐变机制,抗坏血酸

果汁中的非酶褐变的反应机制主要包括美拉德反应、焦糖化反应、VC氧化分解和多酚氧化聚合四种反应机制。由于非酶褐变反应的复杂性,一般常采用模拟体系的方法来进行研究。Buera等人研究湿水分食品的非酶褐变反应时发现,模拟体系反应的活化能与实际食品中的活化能比较接近,这说明模拟体系的研究结果对实际食品而言有一定的科学参考价值[1]。Garza等人在研究桃汁加热过程中的非酶褐变时发现,羟甲基糠醛(HMF)的浓度与样品的加热时间成正比[2];Gogus等通过模拟体系发现了葡萄汁中主要糖类和氨基酸形成HMF的反应,研究表明,果糖比葡萄糖更易产生HMF[3]。Burdurlu和Karadeniz研究苹果浓缩汁在贮藏期间的非酶褐变时发现,羟甲基糠醛在贮藏过程中变化不显著,同时研究还表明美拉德反应的快慢与糖的种类以及反应物的浓度有关[4]。曹少谦和陈伟利用模拟体系对水蜜桃汁的非酶褐变机制进行了研究,结果表明,模拟体系的褐变度(A420)随着果糖浓度和酚类物质的浓度的增加而增加,而Fe2+对A420变化的促进作用较弱;模拟体系中的5-HMF含量由体系中果糖的含量决定,且不受酚类物质和Fe2+的影响[5]。

大枣是我国药食兼用特有的果品之一。大枣浓缩汁因含有丰富的蛋白质、糖类、矿物质及多种维生素,不仅可作为饮料,也是酿酒和保健品生产的原料,已成为大枣深加工的主要产品之一。但这些营养成分也是导致大枣浓缩汁在贮藏过程中发生非酶褐变的主要因素,近年来,国内学者对于大枣汁贮藏过程中的非酶褐变研究较多[6-8],但通过模拟体系研究大枣浓缩汁贮藏过程中非酶褐变机制的鲜有报道。因此本研究在前期实验结果的基础上,建立模拟体系,研究模拟体系随贮藏时间褐变度(A420)和5-HMF(A284)的变化,分析碳水化合物、酚类化合物、VC等物质对于大枣浓缩汁贮藏过程种颜色和5-HMF形成的贡献;并利用分光光度计进行全波长扫描,通过图谱比较从分子结构上进一步探讨大枣浓缩汁贮藏期间的非酶褐变机制,以期指导大枣浓缩汁的生产、贮运,提高其产品品质。

表1 大枣浓缩汁非酶褐变的模拟体系

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

市售金丝小枣(ZizyphusjujubeMill),购买后当天运至实验室于-18℃冰箱中贮藏,使用前用流动自来水解冻,制成70°Brix大枣浓缩汁,分别贮于4℃条件下,备用。检测前,用蒸馏水还原至10°Brix后测定。标准抗坏血酸 上海永叶生物科技有限公司;5-HMF标准品、没食子酸 购自北京百灵威化学技术有限公司;葡萄糖、蔗糖、果糖等均为分析纯 购自天津化学试剂厂。

UV2550紫外分光光度计 日本岛津;WAY-2S型数字阿贝折光仪 上海精密科学仪器有限公司;分析天平 赛多利斯;TDL-5-A型高速离心机 上海一恒科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 模拟体系的建立 配制pH与大枣浓缩汁相同的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲体系,根据大枣浓缩汁中各成分的含量,分别建立葡萄糖+赖氨酸、葡萄糖+赖氨酸+VC、葡萄糖+赖氨酸+酚类三种模拟体系,于85℃水浴条件下处理10h后,分别进行全波长扫描,并将谱图进行比对。同时每隔2h测定模拟体系的A420、A284及HMF含量。

1.2.2 模拟体系褐变指数(A420)的测定 非酶褐变体系褐变产物的生成量用模拟体系在420nm处的吸光值乘以相应的稀释倍数(n)来表示[9-10]。模拟体系溶液颜色较深时,先将溶液稀释后测定A420的值,测定结果应在0.2～0.8的有效范围内,然后再乘以相应的稀释倍数即为反应体系的褐变指数(BI)。褐变指数越大表明褐色产物的生成量越多[11-12]。

1.2.3 A284的测定 UV2550(日本岛津)型紫外可见分光光度计测定(A284﹥0.8的样品,按照一定比例稀释后再进行测定)。代表5-HMF含量[13]。每个处理重复3次。

1.3 数据统计分析

采用统计软件Microcal Origin 8.0进行方差分析,显著水平为0.05;数值均以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 大枣浓缩汁非酶褐变体系的构建

本研究所用的70°Brix的大枣浓缩汁用蒸馏水调整到10°Brix时pH为5.2,经过测定其与非酶褐变相关物质的含量分别为:葡萄糖1.99g/100mL、酚类物质1.5mg/100mL、VC15.46mg/100mL、赖氨酸0.71g/100mL。在此基础上,建立了三种模拟体系(见表1)。

2.2 VC对模拟体系褐变指数(A420)和5-HMF含量(A284)的影响

所构建的葡萄糖+赖氨酸+VC模拟体系中,按照VC浓度由高到低的顺序进行编号,分别为样品0、样品1、样品2、样品3、样品4、样品5;于85℃水浴条件下处理,每隔2h取样进行测定,结果如图1、图2所示。

图1 VC对模拟体系褐变指数(A420)的影响Fig.1 Effect of vitamin C concentrations on the absorbance of model systems at A420

图2 VC对模拟体系A284的影响Fig.2 Effect of vitamin C concentrations on the absorbance of model systems at A284

如图1所示,除未加VC的样品0外,其他五种样品的褐变指数(A420)均随加热时间的延长而增加,且加入VC的浓度越高,褐变指数(A420)的值增加幅度越大,与样品0相比,呈现明显的正相关(p<0.05)。这表明VC对大枣浓缩汁的非酶褐变有明显的促进作用,抗坏血酸在有氧加热的条件下,最终被氧化成还原酮,还原酮极易参加美拉德反应的中间及最终阶段[14],加速模拟体系的褐变程度。本研究表明抗坏血酸含量对模拟体系中的5-HMF的生成有明显的促进作用(p<0.05,图2),且随着抗坏血酸浓度的增加,5-HMF的含量明显增加,样品4,5中,在前6h的变化较后4h的明显,说明在褐变前期抗坏血酸氧化分解是导致褐色物质增加的主要原因。

2.3 葡萄糖对模拟体系褐变指数(A420)和5-HMF含量(A284)的影响

所构建的葡萄糖+赖氨酸模拟体系中,按照葡萄糖浓度由高到低的顺序进行编号,分别为样品0、样品1、样品2、样品3、样品4、样品5;于85℃水浴条件下处理,每隔2h取样进行测定,结果如图3、图4所示。

图4 葡萄糖对模拟体系A284的影响Fig.4 Effect of glucose concentrations on the absorbance of model systems at A284

如图3所示,模拟体系中褐变指数(A420)随加热时间的延长,各体系褐变指数(A420)的变化均呈上升趋势,且A420的变化幅度几乎无差异;说明随着葡萄糖浓度增加,非酶褐变速率增大,即葡萄糖对大枣浓缩汁的非酶褐变有一定的促进作用。由图4可以看出,各模拟体系热处理的最初2h内,A284增加较明显,之后葡萄糖浓度较高的样品4和样品5上升趋势增加较大,其他样品的上升趋势较平缓。这表明葡萄糖含量对模拟体系中5-HMF生成的影响主要集中在反应开始的2h内,此外,在pH﹥5.0的条件下,葡萄糖浓度越高越有利于5-HMF的形成。

2.4 酚类物质对模拟体系褐变指数(A420)和5-HMF含量(A284)的影响

所构建的葡萄糖+赖氨酸+没食子酸模拟体系中,按照没食子酸浓度由高到低的顺序进行编号,分别为样品0、样品1、样品2、样品3、样品4、样品5;于85℃水浴条件下处理,每隔2h取样进行测定,结果如图5、图6所示。

图5 酚类物质对模拟体系褐变指数(A420)的影响Fig.5 Effect of phenolic compound concentrations on the absorbance of model systems at A420

图6 酚类物质对模拟体系A284的影响Fig.6 Effect of phenolic compound concentrations on the absorbance of model systems at A284

如图5所示,除未加没食子酸的样品0外,其他五种样品的褐变指数(A420)均随加热时间的延长而增加,且酚类物质的浓度越高,褐变指数(A420)的值增加幅度越大,与样品0相比,呈现明显的正相关(p<0.05)。这表明酚类物质对大枣浓缩汁的非酶褐变有促进作用,酚类化合物通过自身的氧化缩合形成褐色物质,加深了大枣浓缩汁的颜色。本研究表明,酚类化合物含量对模拟体系中5-HMF的生成有明显促进作用(p<0.05,图6),酚类物质对大枣浓缩汁模拟体系非酶褐变的影响相对来说较为复杂,因为5-HMF的生成除这与酚类物质种类、自身结构等因素有关外,还与食品的组成、食品体系的pH、温度、压力等因素有关。当这些因素变化时,非还原性的糖转变为还原性糖或多酚类化合物,会影响羟甲基糠醛的生成[15]。但是,也有研究发现酚类物质对水蜜桃汁的羟甲基糠醛的生成没有影响[16]。因此,有关酚类物质对大枣浓缩汁非酶褐变的影响还需进一步的深入研究。

2.5 大枣浓缩汁、模拟体系与5-HMF标准品全波长扫描谱图比较

如图7所示,70°Brix大枣浓缩汁的非酶褐变产物在260～340nm范围内有吸收峰,最大吸收波长在280～290nm之间,与HMF标准品比较发现,大枣浓缩汁的非酶褐变产物出峰范围与HMF标准品的基本相似,峰形和最大吸收波长均在同一波长范围内,因此,分析大枣浓缩汁的非酶褐变过程HMF变化时,可以通过分光光度计进行简单的初步分析,但其相关性还需进一步的实验研究。

图7 大枣浓缩汁与HMF标准品的全波长谱图比较Fig.7 The wavelengths scanning map of Chinese jujube concentrate and HMF standard

由图8中不同模拟体系的全波长谱图可以看出,三种模拟体在230～400nm之间均有明显吸收峰,在可见波长(﹥400nm)范围内基本没有吸收峰,说明模拟体系的非酶褐变产物在紫外区有吸收。与HMF标准品的谱图相比,葡萄糖+赖氨酸,葡萄糖+赖氨酸+VC的最大吸收波长均在280nm左右,与HMF标准品基本相似;含有酚类物质的模拟体系的最大吸收波长相较于HMF标准品来说具有蓝移现象,在270nm左右,这可能与酚类物质的复杂结构有关。VC和酚类物质对葡萄糖+赖氨酸模拟体系的非酶褐变有一定的促进作用,抗坏血酸氧化产物有的属于杂环芳香烃化合物,紫外吸收接近苯[17],有的具有较大的共轭双烯结构,均会在300nm以内具有较高的吸收;酚类化合物可以通过自身的氧化缩合形成褐色物质,从而影响模拟体系及大枣浓缩汁的颜色,同时也进一步证明,在一定pH条件下,酚类可以促进褐变色素的形成,一方面是由于自身的氧化缩合,一方面是由于与反应体系中其他物质进行共呈色作用。

图8 不同模拟体系与HMF标准品的全波长谱图Fig.8 The wavelengths scanning map of the different model systems and HMF standard

3 结论

随着加热时间的延长,葡萄糖浓度对大枣浓缩汁模拟体系的非酶褐变度的促进作用较小;与之相反,抗坏血酸和酚类物质对模拟体系的褐变指数(A420)和5-HMF(A284)的增加有显著的促进作用(p<0.05),且随抗坏血酸和酚类物质的浓度增加,其褐变速率明显加快。通过对全波长扫描的谱图进行分析发现,在贮藏过程中引起大枣浓缩汁非酶褐变的主要反应类型是抗坏血酸氧化分解和美拉德反应,即大枣浓缩汁中的抗坏血酸在有氧加热的条件下,最终被氧化成还原酮,参加美拉德反应的中间及最终阶段,生成5-HMF,促进美拉德反应的进行,造成大枣浓缩汁颜色加深。酚类化合物氧化缩合的褐变产物结构比较复杂,能够导致褐变产物的吸收光谱蓝移,其原因有待进一步研究。

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Study on non-enzymatic browning mechanism of Chinese jujube concentrate using model systems

HAN Xi-feng,LI Shu-qi

(Tianjin Tianshi College,Tianjin 301700,China)

Non-enzymatic browning mechanism of Chinese jujube concentrate was studied by model syetems containing glucose,phenols,ascorbic acid at different concentrations. Changes of browning index(A420)and 5-HMF(A284)were studied and full-wavelength scanning map of model systems and 5-HMF standard were comparatively analyzed to determine the influence of glucose,phenols and ascorbic acid to Chinese jujube concentrate non-enzymatic browning. The results indicated that browning index(A420)and A284 increased as the time of heating prolonged,which were positively correlated with the contents of ascorbic acid and phenols(p<0.05),while the Maillard reaction activity of glucose was low. Non-enzymatic browning mechanism of Chinese jujube concentrate may possibly relate to Maillard reaction and oxidation of ascorbic acid.

model systems;Chinese jujube concentrate;non-enzymatic browning mechanism;ascorbic acid

2014-05-29

韩希凤(1978-)，女,硕士,讲师,研究方向:农产品加工与贮藏。

校级项目大枣浓缩液非酶褐变机制及影响因素的研究的阶段性研究成果(课题编号K13003)。

TS255.3

A

1002-0306(2015)07-0105-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.07.013