热处理及贮藏温度对紫甘蓝花色苷稳定性和抗氧化能力的影响

曹帅颖，李洋，何晨阳，王忠博，劳凤云，金光灿

（华北理工大学药学院，河北唐山063210）

色素赋予食品各种颜色，影响食品的观感及品质，对食品至关重要。花色苷为水溶性天然色素，显现出红色、蓝色、紫色等颜色，通常可从蔬菜、水果等植物中获得[1]。此外，花色苷还具有优良的抗氧化功能，能够清除自由基，预防衰老、心血管疾病、癌症和糖尿病等[2-5]。目前，在国内外食品行业中，花色苷是一类重要的天然食用色素[6]，用量极大。

在食品加工过程中，热处理是最常见步骤之一，可保证食品安全，延长保质期。常用热处理方法有巴氏灭菌（63℃～100℃），常规灭菌（100℃～130℃）和超高温灭菌（130℃～160℃）。但热处理会对食品带来不良影响，如颜色变化、营养成分损失等。有报道称花色苷色素在热处理过程中容易降解，导致含花色苷的食品颜色改变[7]。此外，食品加工完毕后往往还需要贮藏一段时间才能到达消费者手中，贮藏温度也会对食品中的花色苷色素产生影响。有研究发现富含花色苷的果汁、果酱等食品在不同温度下贮藏均伴随颜色的变化及花色苷含量的降低[8-10]。由此可见，对于含有花色苷的食品，热处理及贮藏温度均会对其品质造成影响。

紫甘蓝（Brassica oleracea L.）又名赤甘蓝、红甘蓝，叶片富含花色苷类的紫红色色素[11]，作为食用蔬菜在我国大面积种植。紫甘蓝花色苷色素色泽鲜艳，具有一定生物活性[12-13]，适合作为天然食用色素。已有的研究证实紫甘蓝花色苷色素对温度耐受性较差，高温易降解[14-15]，但是在食品的生产、加工、贮藏整个过程中温度对紫甘蓝花色苷色素的影响规律并不清楚，而了解并掌握紫甘蓝花色苷色素在这一过程中稳定性及活性的变化情况，对于开发应用紫甘蓝花色苷色素至关重要。

因此，本研究探讨在 90、100、120、140℃热处理30 s和 2 min后，分别在 4、25、45、65℃贮藏 21 d紫甘蓝花色苷稳定性及抗氧化活性的变化规律，为含有紫甘蓝花色苷的食品加工和贮藏温度的选择提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫甘蓝：河北产。D-101大孔树脂：西安蓝晓科技新材料股份有限公司。抗坏血酸、盐酸、无水乙醇、硫酸亚铁、水杨酸、双氧水、邻苯三酚、六氰合铁酸钾（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 主要仪器

Lambda 35紫外可见分光光度计：美国PerkinElmer公司；RV-8旋转蒸发仪：德国IKA公司；ALPHA 1-2 LD plus冻干机：德国Christ公司；DZF6020真空干燥箱：上海东麓仪器设备有限公司；HHS水浴锅：上海博迅实业有限公司医疗设备厂。

1.3 试验方法

1.3.1 紫甘蓝花色苷的制备

将紫甘蓝叶片剪碎，置于pH 3的80%乙醇溶液中浸提5 h，过滤，滤液经30℃水浴减压蒸馏，得浓缩液。预处理过的D-101大孔树脂吸附浓缩液3 h，再用去离子水反复冲洗大孔树脂除去杂质，最后向大孔树脂中加入80%乙醇溶液（pH3）解吸1 h，收集解吸液并浓缩除去乙醇，冷冻干燥，得紫甘蓝花色苷样品。

1.3.2 紫甘蓝花色苷的热处理及贮藏

取8份适量紫甘蓝花色苷粉末分别在90、100、120、140℃下加热30 s和2 min，随后将已加热的及对照组未加热的花色苷样品溶于去离子水制成质量浓度1 mg/mL溶液，分别避光贮藏在4、25、45℃及65℃中21 d，每3天取适量溶液测定花色苷质量浓度及抗氧化能力。

1.3.3 花色苷质量浓度的测定

吸取0.025 mol/L pH1.0的KCl-HCl缓冲液和0.4 mol/L pH 4.5的醋酸钠-醋酸缓冲液各4.5 mL于试管中，分别加入待测样品0.5 mL，室温放置20 min，分别测定530 nm和700 nm下的吸光度，按式（1）、（2）计算样品花色苷质量浓度[16]。

式中：C为待测样品中花色苷质量浓度，mg/mL；Mw为矢车菊素3-葡萄糖苷的摩尔质量（449.2 g/mol）；DF为稀释因子，此处为10；ε为矢车菊素3-葡萄糖苷的摩尔吸收系数，ε=26 900 L/（mol·cm）；L为比色杯光程，L=1 cm。

1.3.4 清除羟基自由基能力的测定

由Fenton法产生羟基自由基[17]。取0.5 mL花色苷溶液、0.5 mL 10 mmol/L FeSO4溶液、0.5 mL 10 mmol/L水杨酸-乙醇溶液和0.5 mL 8.8 mmol/L H2O2混合均匀，37℃反应0.5 h，在510 nm处测定吸光度（A实验）。空白组用0.5 mL去离子水代替花色苷溶液（A空白），对照组以1.5 mL去离子水代替0.5 mL溶液、0.5 mL水杨酸-乙醇溶液和0.5 mL H2O2（A对照）。按式（3）计算羟基自由基清除率。

1.3.5 清除超氧阴离子自由基能力的测定

邻苯三酚自氧化法产生超氧阴离子自由基[18]。向试管中移取2.25 mL pH8.2磷酸盐缓冲液，0.5 mL花色苷溶液和0.15 mL 3 mmol/L邻苯三酚溶液，充分混匀，室温避光反应5min，于320nm波长处测定吸光度（A实验）。空白组用0.5 mL去离子水代替花色苷溶液（A空白），对照组用2.25 mL去离子水代替pH8.2磷酸盐缓冲液（A对照）。按式（4）计算超氧阴离子自由基清除率。

1.3.6 还原力的测定

采用普鲁士蓝法测定还原力[19]。准确移取花色苷溶液1 mL，依次加入0.2 mol/L pH6.6的磷酸盐缓冲液和1%六氰合铁酸钾溶液各2.5 mL，于50℃水浴保温20 min，快速冷却，再加入10%三氯乙酸溶液2.5 mL，然后依次加入去离子水2.5mL，0.1%FeCl3溶液0.5mL，充分混匀，静置10 min，于700 nm波长测定吸光度。

2 结果与分析

2.1 热处理及贮藏温度对紫甘蓝花色苷稳定性的影响

热处理对紫甘蓝花色苷稳定性的影响如图1所示。

图1 热处理对紫甘蓝花色苷质量浓度的影响Fig.1 Effect of heat treatments on concentration of anthocyanins from red cabbage

经不同温度加热处理后，紫甘蓝花色苷质量浓度依次降低，花色苷均发生了降解，且降解量随着温度的升高显著增多（P＜0.05）。另一方面，热处理时间同样影响稳定性。在相同温度下比较加热时间可见，加热2 min比加热30 s的紫甘蓝花色苷质量浓度要低，但在90℃和100℃时两加热时间组之间分别相差0.01 mg/mL 和 0.011 mg/mL，均无显著性差异（P＞0.05），而120℃和140℃时两加热时间组之间分别相差0.027 mg/mL 和 0.028 mg/mL，差异显著（P＜0.05）。Sui等[20]发现在pH 3条件下，从100℃升至165℃，矢车菊素3-葡萄糖苷和矢车菊素3-芸香糖苷的降解速率常数分别增大87倍和58倍，温度升高使花色苷降解加快。由此可见，随着温度的升高，热处理时间越长，紫甘蓝花色苷降解越快，质量浓度越低，这一结果与花色苷在温度相对较高时降解速率较大有关。

贮藏温度对紫甘蓝花色苷稳定性的影响用溶液中花色苷质量浓度的剩余百分比表示，见图2。

图2 贮藏温度对紫甘蓝花色苷质量浓度的影响Fig.2 Effect of storage temperature on concentration of anthocyanins from red cabbage

贮藏试验期间，4℃下的紫甘蓝花色苷剩余量要大于25、45、65℃下的花色苷剩余量，稳定性最好。在第21天时，4℃贮藏并预先热处理30 s的4个试验组花色苷剩余量分别为49.51%、49.45%、44.95%、43.64%，4℃贮藏并预先热处理2 min的4个试验组花色苷剩余量依次为48.31%、47.77%、45.98%、45.77%。而随着贮藏温度的升高，花色苷的降解速度加快，45℃下贮藏到第12天，花色苷剩余18%左右，65℃下贮藏到第12天时溶液中的花色苷几乎完全降解。

2.2 热处理及贮藏温度对紫甘蓝花色苷抗氧化能力的影响

贮藏温度对紫甘蓝花色苷清除羟基自由基能力的影响如图3所示。

图3 贮藏温度对紫甘蓝花色苷清除羟基自由基能力的影响Fig.3 Effect of storage temperature on hydroxyl radical scavenging capacity of anthocyanins from red cabbage

由图3可知，不同温度及热处理时间对花色苷清除羟基自由基的影响不大，在贮藏过程中，4℃和25℃条件下羟基自由基清除率几乎没有变化，贮藏21 d后清除率为30%左右，随着贮藏温度升高，清除率降低，但在65℃下贮藏21 d后清除率为10%左右，仍具有一定的羟基自由基清除能力。

贮藏温度对紫甘蓝花色苷清除超氧阴离子自由基能力的影响见图4。

由图4可见，热处理温度及时间对紫甘蓝花色苷清除超氧阴离子自由基无明显影响，而在贮藏过程中，4个温度下各组花色苷溶液的超氧阴离子自由基清除率均由80%降到40%左右，贮藏温度的改变对清除能力的变化无影响，各温度下贮藏21 d后仍保持了较强的清除能力。

贮藏温度对紫甘蓝花色苷还原力的影响见图5。

图4 贮藏温度对紫甘蓝花色苷清除超氧阴离子自由基能力的影响Fig.4 Effect of storage temperature on superoxide anion radical scavenging capacity of anthocyanins from red cabbage

图5 贮藏温度对紫甘蓝花色苷还原力的影响Fig.5 Effect of storage temperature on reducing power of anthocyanins from red cabbage

由图5可看出，贮藏试验结束时，对照组及试验组花色苷溶液的还原力基本无变化，表明热处理及贮藏温度对紫甘蓝花色苷的还原力均无影响，各温度条件下保持了原有的还原能力。

3 结论与讨论

热处理使紫甘蓝花色苷溶液的质量浓度下降，且随温度升高和时间延长损失越多。在贮藏过程中，紫甘蓝花色苷在4℃下稳定性最好，随温度升高降解速度加快，在65℃时贮藏12 d后花色苷全部降解。有研究报道室温下贮藏103 d后，越橘果汁中的花色苷剩余13%，而树莓果汁和草莓果汁中的花色苷仅剩余1%[21]，同样在室温下贮藏60 d，草莓罐头中的花色苷剩余31%[22]。除此以外，宋亚等发现在（8±1）℃条件下贮藏7 d后，鲜切处理的紫甘蓝叶片中总花色苷损失18.12%[23]。对比可知，这些报道中花色苷的降解速度要远小于本试验中花色苷的降解速度，这可能与本试验条件下的辅色作用较弱有关[24]。辅色作用可增强花色苷的稳定性，本试验紫甘蓝色素提取后经大孔树脂纯化，去除了糖、盐、有机酸、蛋白质等，缺乏这些物质对花色苷的辅色作用，从而使花色苷的稳定性降低。体系中的固形物含量也会影响花色苷降解速度，固形物含量越高，降解越慢[25]。由此可知，由于辅色作用，紫甘蓝花色苷在成分复杂的食品体系中的稳定性会更好，本试验中花色苷降解速度可作为食品体系中紫甘蓝花色苷色素降解速度的上限参考。

在清除羟基自由基、超氧阴离子自由基试验中，清除率的降低可能与其相对应的花色苷质量浓度降低有关，但由图3、图4可见，即使在65℃贮藏试验后期花色苷质量浓度剩余0%时，样品溶液仍具有抗氧化能力。有文献报道了与此类似的结果，Sui等发现热处理及较低温度贮藏对黑米花色苷的抗氧化能力无影响，而只在较高温度贮藏时抗氧化能力才有显著降低[26]。食品体系同样有相似的表现，Vegara等报道巴氏灭菌对石榴果汁的抗氧化能力无影响，但随贮藏温度升高，其抗氧化能力依次下降[27]。在加热及贮藏过程中，花色苷会发生降解、氧化等反应生成新化合物，新化合物的结构决定了其抗氧化能力。有研究显示食品加工过程中新生成的部分氧化多酚产物的抗氧化能力比氧化前更强[28]，从而使食品加工后仍具有抗氧化功能。由本试验结果可知，在较高贮藏温度下花色苷发生了大量降解，但样品溶液依然保持抗氧化能力，表明紫甘蓝花色苷的降解、氧化产物具有抗氧化活性，可使含有紫甘蓝花色苷的食品在热处理和贮藏后仍具备抗氧化功能。

因此，添加有紫甘蓝花色苷的食品，适宜采用温度较低的热处理方法并在4℃或更低温度贮藏，可有效保持花色苷含量，在45℃或更高温度贮藏时，应短于12 d，避免花色苷损失量过大并伴随颜色改变，但在各温度下热处理和贮藏，其仍具有抗氧化功能。

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