超高压处理对蓝莓花色苷稳定性的影响

姜彦光,王殿夫,朱金艳,张 琦,孟宪军,*

(1.沈阳农业大学食品学院,辽宁沈阳 110866;2.辽东学院,辽宁丹东 118001)

蓝莓又称越橘、蓝浆果,是一种耐寒性非常强的野生植物;原产于北美、苏格兰和俄罗斯。蓝莓果实呈深蓝色,含有非常丰富的花色苷[1],具有独特风味以及营养保健功能,如抗氧化、抗炎症、提高免疫力、防衰老等生理功能[2-5]。蓝莓花色苷的稳定性较差,容易受温度、光照、添加剂、金属离子等诸多因素的影响。随着经济的发展和生活水平的提高,人们的保健意识逐渐在增强,使得蓝莓鲜果及其加工制品越来越受欢迎,可见蓝莓产业将会有很好的发展前景[6-7]。

食品超高压技术是一种新型的食品冷杀菌技术,能有效地延长食品的保存期;与最常用的热杀菌技术相比,超高压杀菌能更好地保持食品原有的色泽、风味以及其营养物质[8]。超高压处理食品一般使用100～1000 MPa之间,超高压处理是一个物理过程,物料在水或者其他液体介质中被高压压缩使得细胞的正常形态发生改变,食品中的酶会失活或者被激活,细菌等微生物在此处理过程中也会被杀死。王寅等[9]研究了超高压处理对蓝莓品质的影响,但有关于超高压处理对蓝莓花色苷稳定性影响的研究少有报道[10-11]。

本文主要研究了超高压处理过程中蓝莓清汁花色苷以及纯化后的蓝莓花色苷稳定性的变化,以及几种常见的组分如:抗坏血酸、糖类以及黄酮类物质在超高压处理过程中对蓝莓花色苷稳定性的影响,以期为以后蓝莓深加工提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜蓝莓果(美登) 采自辽宁省鞍山市,采摘后12 h内送达实验室并保存于-80 ℃的冰箱中；蒸馏水、无水乙醇、盐酸 西陇化工股份有限公司；氢氧化钠、氯化钾、乙酸钠、L-抗坏血酸、蔗糖、葡萄糖、黄酮、AB-8大孔树脂 国药集团化学试剂有限公司。

超高压仪器 温州滨-机械科技有限公司;JYZ-D55型榨汁机 九阳股份有限公司;BSA224S型电子分析天平 赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;PHD-25数显PH计 上海精密科学仪器有限公司;旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂;V5800型紫外-可见分光光度计 上海元析仪器公司;BCD-186KB型冰箱 青岛海尔电器有限公司;22331Hamburg离心机 EppendorfAQ日本日立公司;DZQ-400型真空塑封机 富龙包装。

1.2 实验方法

1.2.1 蓝莓清汁样品的制备 取蓝莓冻果于室温下自然解冻12 h,准确称量100 g蓝莓果于榨汁机中榨汁5 min,用四层纱布过滤,得到滤液置于4 ℃离心机中离心,转速11000 r/min,时间10 min,取上清液得到蓝莓清汁,置于4 ℃冰箱中备用[12]。

1.2.2 纯化的蓝莓花色苷样品的制备 取蓝莓冻果于室温下自然解冻12 h,准确称量100 g蓝莓果于榨汁机中榨汁5 min,转移到烧杯中,加入盐酸酸化后的乙醇溶液(0.1% HCl酸化),按照料液比1∶10的比例加入乙醇溶液(即蓝莓样品与乙醇溶液的比值为1∶10,w/v),超声提取50 min,提取温度为50 ℃。用四层纱布过滤后经旋转蒸发得到蓝莓花色苷粗提物,抽滤两次,用AB-8大孔树脂进行纯化,初步除去蛋白质、糖类等物质[13-14],收集颜色最深部位的花色苷溶液即为纯化后的蓝莓花色苷样品,置于4 ℃冰箱中备用。

1.2.3 超高压处理 将备用的蓝莓清汁花色苷样品分别移入真空塑封袋中用真空塑封机封口,进行超高压实验,每个塑封袋中装有2 mL样品溶液。超高压压力选用100、300、500、600 MPa四个压力梯度,每个压力梯度保压时间为0、5、10、15、20、25、30 min。处理完成后迅速将样品置于4 ℃冰箱中冷藏,12 h内完成检测,每个样品测三组平行,未经超高压处理的样品作为对照组。

1.2.4 常见组分对花色苷稳定性的影响 取纯化后的蓝莓花色苷,每2 mL为一个样品,分别取与花色苷样品等体积(即2 mL)的L-抗坏血酸、蔗糖、葡萄糖、黄酮加入到花色苷样品中,L-抗坏血酸、蔗糖、葡萄糖、黄酮的质量浓度采用0、50、100 mg/L三个浓度梯度,空白对照组中加2 mL的蒸馏水。将封口后的样品进行超高压处理,采用同一时间不同压力梯度进行处理,时间5 min,压力分别为100、200、300、400、500、600 MPa六个梯度。处理完成后迅速将样品置于4 ℃冰箱中冷藏,12 h内完成检测。

1.2.5 花色苷含量的测定 蓝莓花色苷含量采用pH示差法进行测定[15-17]。将待测的样品分别加入pH1.0的缓冲液(准确称取1.86 g氯化钾定容到1000 mL,用HCl调pH到1.0)和pH4.5的缓冲液(准确称取32.81 g乙酸钠定容到1000 mL,用HCl调pH到4.5),在510和720 nm波长下测定花色苷的吸光值,按下式计算花色苷的质量浓度。

A=(A510-A720)pH1.0-(A510-A720)pH4.5

式(1)

按照公式(2)计算蓝莓花色苷浓度C

式(2)

其中,C:待测样品中花色苷浓度,(mg/L);Mw:样品中花色苷的相对分子质量(以矢车菊-3-葡萄糖苷计),Mw=449.2 g/mol;DF:稀释倍数,其中蓝莓清汁花色苷样品的稀释倍数为20,纯化后的蓝莓花色苷样品的稀释倍数为100;1指 1 cm 的比色杯;ε:花色苷的摩尔吸收率,ε=26900 L/(mol·cm)。

1.2.6 花色苷降解一级动力学的计算 有大量的研究表明花色苷的热降解符合一级动力学反应,反应速率常数(k)可用公式(3)计算。花色苷降解半衰期(t1/2)可用公式(4)计算。本实验采用一级动力学反应模型[18-21]分析超高压处理过程中蓝莓花色苷的降解。

ln(Ct/C0)=-k×t

式(3)

t1/2=ln0.5×k-1

式(4)

其中，k表示降解速率常数,t表示处理时间；Ct、C0分别表示t时刻和0时刻时花色苷浓度；其中，花色苷残留率=(Ct/C0)=(At/A0)，At、A0分别表示不同处理时间时公式(1)中吸光值。

1.3 统计分析方法

采用Excel 2010和SPSS软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 超高压处理对蓝莓清汁花色苷稳定性的影响

超高压处理过程中蓝莓清汁花色苷含量的变化如图1所示。由图1可以看出,随着超高压处理时间的增加,四个压力梯度下蓝莓清汁花色苷的浓度均越来越少,其中100 MPa压力下蓝莓花色苷含量减少的趋势最为明显,0～30 min花色苷的浓度减少了13.6%。结果表明,超高压处理会降低蓝莓花色苷的稳定性,促进蓝莓花色苷降解;且相同的压力下,超高压处理的时间越长蓝莓花色苷降解得越多。

图1 超高压处理过程中蓝莓清汁花色苷浓度的变化Fig.1 Changes of anthocyanin content in blueberry juice during ultra-high pressure concentration

2.2 超高压处理过程中蓝莓清汁花色苷降解动力学

目前对于花色苷降解的研究中多采用一级动力学,为了进一步探究在超高压处理过程中蓝莓花色苷稳定性的变化及其降解过程是否符合降解一级动力学,进而计算出了花色苷残留率的变化。由图2可以看出,随着超高压处理时间的增加,蓝莓花色苷残留率呈下降趋势,随着超高压处理保压时间的增加，蓝莓清汁中花色苷的降解速率不断加快,这与张海宁等[22-23]研究相似,他们发现果蔬中花色苷在超高压加工过程中会发生降解,这种降解可能是由于多酚氧化酶和过氧化酶将花色苷氧化成为酚醌类物质引起的。

图2 超高压处理过程中蓝莓清汁花色苷残留率的变化Fig.2 Changes of anthocyanin residual rate in blueberry clear juice during ultra high pressure treatment

如图3所示对蓝莓清汁花色苷含量和处理时间做-ln(Ct/C0)-t图,可以看到不同压力处理下4组趋势线都呈上升的趋势,从表1中可以看到100、300、500、600 MPa条件下,方程的相关系数分别是93.68%、94.58%、86.16%、95.60%,均在85%以上。对照一级动力学模型可以看出超高压处理过程中蓝莓清汁花色苷的降解符合一级动力学模型[22]。在超高压处理过程中,随着压力的增加会有升温的效果,但升温没有超过40 ℃。有研究表明,蓝莓花色苷的热降解有明显效果的温度在60 ℃以上[24],所以本实验在超高压处理过程中温度对蓝莓清汁花色苷降解的影响远远小于超高压处理过程中压力对蓝莓清汁花色苷降解的影响。

图3 超高压处理过程中蓝莓清汁花色苷降解动力学曲线Fig.3 Kinetics of degradation of anthocyanin in blueberry juice during ultra-high pressure treatment

表1 超高压处理过程中蓝莓清汁花色苷降解曲线回归方程Table 1 Regression equation of anthocyanin degradation curve of blueberry juice during ultra-high pressure treatment

2.3 在超高压处理条件下几种常见组分对蓝莓花色苷稳定性的影响

2.3.1 超高压处理过程中抗坏血酸对蓝莓花色苷稳定性的影响 如图4所示,同一抗坏血酸浓度条件下,花色苷的浓度随着超高压压力的增加而增加,说明超高压处理会使纯化后的蓝莓花色苷的浓度增加;在超高压压力从100～600 MPa过程中,0、50、100 mg/L VC浓度条件下花色苷的浓度分别增加了9.8%,5.9%,6.7%。纵向的比较可以看到,同一压力下,蓝莓花色苷的含量随着加入抗坏血酸浓度的增加而减少,浓度越大花色苷浓度减少的越多,100 MPa压力下50 mg/L和100 mg/L VC环境中花色苷分别减少了0.6%和3.4%;200 MPa压力下分别减少了2.1%和4.9%,300 MPa压力下分别减少了0.5%和1.2%;400 MPa压力下分别减少了1.1%和1.9%;500 MPa压力下分别减少了4.6%和6.1%;600 MPa压力下分别减少了4.1%和6.1%。可以看出200 MPa、500 MPa、600 MPa压力条件下花色苷降解的趋势最为明显。这表明在超高压处理过程中,抗坏血酸会降低蓝莓花色苷的稳定性,这和热处理过程中抗坏血酸会降低蓝莓花色苷稳定性相似[13]。

图4 超高压处理过程中抗坏血酸对蓝莓花色苷稳定性的影响Fig.4 Effects of ascorbic acid on the stability of blueberry anthocyanin during ultra-high pressure treatment注：不同小写字母表示差异显著(p<0.05),图5～图7同。

2.3.2 超高压处理过程中糖类物质对蓝莓花色苷稳定性的影响 实验选用了葡萄糖和蔗糖两种糖类物质研究在超高压处理条件下,糖类物质对蓝莓花色苷稳定性的影响。如图5和图6所示,葡萄糖和蔗糖都会促进蓝莓花色苷的降解[25],而且葡萄糖和蔗糖的浓度越高蓝莓花色苷的降解越多。将葡萄糖和蔗糖对蓝莓花色苷稳定性影响的作用效果进行对比,可以看出相同压力以及相同浓度条件下,葡萄糖使花色苷降解的量比蔗糖使花色苷的降解量多。100 MPa压力下加入50 mg/L葡萄糖和蔗糖,花色苷分别减少了2.2%、2.0%;加入100 mg/L的葡萄糖和蔗糖,花色苷分别减少了10.7%、4.7%。这和Daravingas 等[26]在研究中发现蔗糖、果糖、葡萄糖和木糖都能促进花色苷的降解结果相似。这可能是因为葡萄糖、蔗糖等糖类物质通过美拉德反应生成糠醛类化合物或者衍生物,它们通过亲电作用快速地与花色苷结合从而导致花色苷的降解[27-28]。

图5 超高压处理过程中蔗糖对蓝莓花色苷稳定性的影响Fig.5 Effects of sucrose on the stability of blueberry anthocyanin during ultra-high pressure treatment

图6 超高压处理过程中葡萄糖对蓝莓花色苷稳定性的影响Fig.6 Effects of glucose on the stability of anthocyanin in blueberry during ultra-high pressure treatment

2.3.3 超高压处理过程中黄酮类物质对蓝莓花色苷稳定性的影响 黄酮类物质也是蓝莓中的重要组成成分,本实验将不同浓度的黄酮加入到纯化后的蓝莓花色苷中研究在超高压处理条件下黄酮类物质对蓝莓花色苷稳定性的影响。由图7可以看出,相同的压力条件下,随着黄酮浓度的增加花色苷的含量同样增加,而且加入的黄酮浓度越高,花色苷的含量增加的越多。最为明显的是600 MPa压力下,加入50 mg/L和100 mg/L的黄酮溶液,花色苷的含量分别增加了5.6%和9.3%。花色苷是一种水溶性黄酮类物质,蓝莓中的黄酮类物质可以提高蓝莓花色苷的稳定性。这和李永强等[29]研究发现黄酮含量与色调角、最大吸收波长和花色苷含量成极显著正相关相似。王维茜等[30]研究发现加入槲皮素、黄芩素、芦丁等黄酮类物质能提高花色苷的稳定性。

图7 超高压处理过程中黄酮对蓝莓花色苷稳定性的影响Fig.7 Effects of flavonoids on the stability of anthocyanin in blueberry during ultra-high pressure treatment

3 结论

在超高压处理过程中蓝莓花色苷的稳定性较差,超高压处理可以促进蓝莓花色苷的降解,相同的压力下保压时间越长蓝莓花色苷降解得越多,花色苷残留率越来越少且实验证明在超高压处理条件下蓝莓花色苷的降解符合一级动力学。

在超高压处理条件下,L-抗坏血酸、葡萄糖、蔗糖等物质会促进蓝莓花色苷的降解,且这几种成分的浓度越高蓝莓花色苷的降解越多;黄酮类物质会提高蓝莓花色苷的稳定性,且黄酮的浓度越高蓝莓花色苷的稳定性越好。