维生素C 及衍生物的稳定性分析

陈楷文，赵立鑫，殷 欣，冯 帅，陈 鹏，程 昊，梁 丽*

（1.江南大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室，江苏无锡 214122；2.江南大学食品学院，江苏无锡 214122；3.鲁维制药集团有限公司，山东淄博 255195）

果蔬含有丰富的维生素C（Vitamin C，VC），是人体摄入维生素C 的主要来源。提高维生素C 含量能在果蔬采后贮藏中提高保鲜效果，抑制加工或运输过程中褐变[1]。添加外源抗坏血酸通过维持细胞壁结构完整和较高的内源抗坏血酸含量，对采后猕猴桃[2]和鲜食柿果[3]有良好的保鲜作用。抗坏血酸盐类和衍生物也能提高果蔬保鲜效果。异抗坏血酸与氯化钙联合能够降低鲜切芒果的呼吸峰值，减少褐变并保持较高的类黄酮和抗坏血酸含量，提高贮藏期间鲜切芒果的品质[4]。抗坏血酸钙能与壳寡糖共同制备鲜切果蔬涂膜保鲜剂[5]；D-异抗坏血酸钠能够减缓从蓝莓鲜果到果酱的加工环节中抗氧化物质降解及褪色速率[6]。

由于具有2,3-烯二醇与内酯环羰基共轭结构，维生素C 容易发生氧化或水解反应而丧失活性[7-8]。目前，工业生产上通过将维生素C 衍生化以及载体化包埋等方法，提高维生素C 的稳定性。维生素C 钠、钙盐是维生素C 的重要衍生物，可用作营养强化剂和护色剂[9]；包被维生素C（乙基纤维包被、脂肪包被、微胶囊包被等）是采用合适的材料或技术包裹维生素C，屏蔽其外部环境可及性；化学修饰的维生素C 衍生物，如维生素C 磷酸酯、维生素C 脂肪酸酯和维生素C 脂肪醚等，通常将维生素C易被氧化的第2、3 位基团转化为稳定基团，能在一定程度上改善维生素C 的脂溶性和稳定性[10-11]。

在果蔬采后贮藏、加工过程中，pH 变化、高温、氧气、光照、水分、辐射和过渡金属离子等会使维生素C 氧化降解，影响产品的营养价值和品质[12]。本研究比较了市场上八种常见的维生素C 原料的理化性质，包括维生素C（VC）、更细腻的100 目维生素C（100 目VC）、包被维生素C（复配维生素C（Compounded VC，CVC）和96%颗粒维生素C（96%颗粒VC））、维生素C 盐（维生素C 钠（VC-Na）、维生素C 钙（VC-Ca）和复配维生素C 钠（CVC-Na））、乙基醚维生素C（乙基醚VC）。通过测定不同维生素C 原料溶液的pH，并比较它们的氧气、光照、热和储藏稳定性，为果蔬保鲜和提高产品中维生素C 稳定性合理选择外源性维生素C 提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

维生素C、100 目维生素C、复配维生素C、96%颗粒维生素C、维生素C 钠、维生素C 钙、复配维生素C 钠，山东鲁维制药集团有限公司产品，纯度均为98.0%。

乙基醚维生素C，山东济南永扬药业有限公司产品，纯度为99.9%。实验用水为超纯水。

1.2 仪器与设备

EX125DZH 电子精密天平，奥豪斯仪器常州有限公司；AL204 分析天平、pH 计EF20，梅特勒-托利多仪器上海有限公司；IKA RO10 S025 磁力搅拌器，德国IKA 公司；MX-S 混匀仪，美国赛洛捷克公司；HS-800D 恒温水浴槽，中国太仓华利达公司；UV-1800 紫外－可见分光光度计，岛津仪器苏州有限公司；JK-CI-250CA 恒温培养箱，上海精学科学仪器有限公司；Eppendorf 5804R 离心机，艾本德中国有限公司；ZF-7A 便携式紫外灯（波长365 nm，功率8 W），上海光豪分析仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 pH 测定

准确称取一定质量的样品粉末，溶于超纯水中，配制1 mg/mL 的8 种维生素C 原料溶液。于室温下（25 ℃），使用pH 计测定维生素C 及其衍生物水溶液的pH 值。

1.3.2 维生素C 及衍生物的光稳定性

配制1 mg/mL 的8 种维生素C 原料溶液，取4 mL 样品密封于5 mL 离心管中，分别置于正常光照、避光、紫外UV（Ultraviolet,UV）辐照环境中。对于紫外辐照，样品试管与紫外灯的距离为10 cm，采用波长为365 nm、功率为8 W紫外灯辐照6 h，在0、0.5、1、2、4、6 h 开盖并晃动1 min，取样并稀释至10 μg/mL。使用UV-1800 紫外－可见分光光度计扫描200～400 nm 的吸收光谱，根据公式（1）计算保留率。

式中，As 为正常光照、避光、UV 辐照后最大吸收峰值；Ac 为初始最大吸收峰值；Aw 为超纯水的吸光值。

1.3.3 空气对维生素C 稳定性的影响

配制1 mg/mL 的维生素C 溶液，取3 mL 样品密封于10 mL 离心管中，在4、25、50、70、90 ℃温度中孵育6 h 取样；或在0.5、1、2、4、6 h 分别开盖晃动1 min，取样并稀释至10 μg/mL，使用UV-1800 紫外－可见分光光度计扫描200～400 nm 的吸收光谱。

1.3.4 维生素C 及衍生物的热稳定性

将1 mg/mL 的8 种维生素C 原料溶液密于封离心管中，分别置于4、25、50、70、90 ℃温度中孵育，于0、0.5、1、2、4、6、12、24 h 开盖，晃动1 min，取样，扫描200～500 nm的吸收光谱，根据最大吸收峰值，计算保留率。

1.3.5 维生素C 及衍生物的贮藏稳定性

配制1 mg/mL 的维生素C 原料溶液，取3 mL 样品密封于10 mL 离心管中，分别置于25 ℃和45 ℃恒温培养箱，于0、1、3、5、7、10、15 d 时取样，每次取样后均开盖晃动1 min，扫描200～500 nm 的吸收光谱，根据最大吸收峰值，计算保留率。

1.4 统计分析

所有实验重复至少3 次，实验数据采用SPSS 20.0 软件进行统计分析，采用Duncan 法对实验数据进行单因素方差分析（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 维生素C 及衍生物溶液的pH

如表1 所示，维生素C、100 目维生素C、复配维生素C 和96%颗粒维生素C 溶液的pH 均在3.32～3.41 范围内。这是由于维生素C 具有2,3-烯二醇与内酯环羰基共轭结构，C3 位稀醇式羟基极易电离出H+，故具有酸性；与维生素C 溶液相比，维生素C 盐类（维生素C 钙、维生素C 钠和复配维生素C 钠）的羟基氢被Na+、Ca2+取代，解离出的H+减少，水溶液pH 显著增加（P＜0.05），在6.16～6.31 范围。乙基醚维生素C，是由乙基取代维生素C 第3 位羟基制得，相比维生素C 可解离的H+减少，水溶液pH 增加至4.44，变化显著（P＜0.05），但低于维生素C 盐溶液。

2.2 维生素C 及衍生物溶液的光稳定性

如图1 所示，VC、100 目VC、CVC 和96%颗粒VC 的吸收光谱发生重叠，最大吸收峰为260 nm；乙基醚VC 的最大吸收峰蓝移至244 nm，且吸光值更低；VC-Ca、VC-Na 和CVC-Na 的最大吸收峰则为265 nm，且具有更高的吸光值。由于VC 的最大吸收峰与烯醇氧的孤对电子有关，当pH 升高时，H+与烯醇氧的孤对电子结合形成的氢键被破坏，最大吸收峰波长会发生明显的红移[13]。

图1 维生素C 及其衍生物(10 μg/mL)的紫外-可见吸收光谱Fig.1 UV-Vis absorption spectrum of vitamin C and its derivatives (10 μg/mL)

光照和UV 光照射能够引发自由基的产生，在复合维生素（抗坏血酸含量564 mg/g）中VC 发生光氧化反应，降低其保留率[14]。为模拟食品加工中的紫外灭菌环节，应考察紫外光和日光对VC 及其衍生物的光稳定性[15]。如图2 所示，在UV 辐照6 h 后VC-Na 的保留率为92%，在避光、日光照射条件下其保留率为97%；VC 及其它衍生物在避光、日光照射和UV 辐照条件下放置6 h后未发生明显的降解，保留率均在95%以上。这些结果表明光照对VC 及其衍生物稳定性的影响较小。这与王海佳[16]对鲜榨橘汁中VC 的研究结果相似，在常温避光和光照保存3 h 后吸光度分别减少38%和40%。

图2 在避光、日光照射和UV 辐照处理6 h 后VC 及其衍生物的保留率Fig.2 Retention of VC and its derivatives after storage for 6 h under light-free,solar exposure and UV radiation

2.3 维生素C 及衍生物溶液的热稳定性和储藏稳定性

2.3.1 空气对维生素C 及衍生物稳定性的影响

VC 的降解反应可能受到如溶解氧、pH、温度等因素的影响，导致降解过程和产物的差异[15-16]。根据是否以脱氢抗坏血酸为中间体，VC 降解分为好氧氧化和无氧降解两个途径[17]。如图3a 所示，在不同温度下密封孵育6 h，VC 的紫外-可见吸收光谱图未发生显著变化，说明VC是稳定的。Aifata 等[18]研究杀菌对VC 的影响，在无氧条件下（缓冲液pH 为3.5）95 ℃和105 ℃处理后分别仅有8%和18%维生素C 降解。

图3 不同温度时密封6 h（a）和间隔开盖晃动1 min 至6 h（b）后VC 的吸收光谱Fig.3 Absorption spectra of VC solution sealed for 6 h(a)and open and shaking for 1 min up to 6 h(b)

图3b 显示，当在孵育过程中，间隔开盖并晃动，使样品与空气接触时即有氧条件下，在4 ℃和25 ℃下孵育6 h，VC 的紫外-可见吸收光谱未发生显著变化，表明该条件下维生素C 仍是稳定的。但是，随着温度的升高，VC 最大吸光值显著降低。在90℃条件下，VC 的吸光值从初始的0.795 降低至0.617，且吸收峰从260 nm 红移至262 nm，表明氧气和温度是引起维生素C 降解的关键因素。Herbig等[19]通过比较试管的填充体积，发现在60～80 ℃范围有氧条件下，好氧和无氧氧化降解同时进行，但好氧降解速率远高于厌氧降解速率，氧可及性越高，维生素C 降解率越快。橙汁和蓝莓汁中VC 快速损失与容器顶部空间和果汁中最初存在的氧气量密切相关[20-21]。因此，氧气的快速去除是长时间维持高浓度VC 的一个重要因素。基于图3 的结果，为进一步比较VC 及衍生物的热和储藏稳定性差异，后续实验均在有氧条件下进行。

2.3.2 维生素C 及衍生物的热稳定性

如图4（见下页）所示，所有VC 原料在4 ℃均有良好的稳定性，VC 和VC-Ca 在25 ℃和4 ℃具有相似的稳定性，乙基醚VC 在50 ℃、25 ℃和4 ℃具有相似的稳定性。随着温度升高，VC 及衍生物均出现明显的降解趋势，它们的降解速率也随着温度的升高而加快。对比8 种维生素C 原料的热稳定性，根据降解速度由快到慢可大致分为三组：（Ⅰ）VC-Na、VC-Ca、CVC-Na；（Ⅱ）VC、100 目VC、CVC、96%颗粒VC；（Ⅲ）乙基醚VC。（Ⅰ）组VC-Na和CVC-Na 在25 ℃下发生了显著降解，24 h 后它们的保留率分别为61.3%和65.9%。在90 ℃下储存12 h，VC-Na和VC-Ca 几乎全部降解，CVC-N 在24 h 降解完全。（Ⅱ）组VC 在50 ℃时具有最低的热稳定性，加热处理24 h 后保留率为40.3%，低于100 目VC 的62.6%、CVC 的58.0%和96%颗粒VC 的68.3%。这也说明维生素C 对温度敏感，降解速率随着温度升高而加快。类似地，在60 ℃、80 ℃和100 ℃加热20 min 后，鲜蔬菜水果样品中维生素C 的损失分别为20.2%、31.3%和38.5%[22]。也有学者发现，树蕃茄汁中的VC 含量会随加热温度（70 ℃、80 ℃和90 ℃）的升高和加热时间的延长而显著降低，且降解符合一级动力学[23]。（Ⅲ）组乙基醚VC 在70 ℃和90 ℃处理下发生降解，24 h 后其保留率分别为66.9%和44.5%，远高于维生素C 的23.2%和19.5%。

图4 VC 及其衍生物在不同温度下的保留率Fig.4 Retention of VC and its derivatives at different temperatures

2.3.3 维生素C 及衍生物溶液的储藏稳定性

如图5 所示，将8 种VC 原料分别于25 ℃和45 ℃存放15 d，45 ℃贮藏结果与上述热稳定性（图4）表现相似。VC-Na、VC-Ca、CVC-Na 的保留率在第10 天就接近完全降解；VC、100 目VC、CVC、96%颗粒VC 的保留率在前10 d 快速降低至18.2%～24.6%，随后缓慢降低，在15 d达到14.2%～18.3%；乙基醚VC 的保留率在储藏过程中始终保持在90%以上。对于VC 盐，在储藏10 d 内VC-Ca 的稳定性高于VC-Na 和CVC-Na。25 ℃贮藏条件下，乙基醚VC 同样最稳定，保留率为97.4%；但VC 及其盐类具有相似的降解情况，其中，VC 钠降解速率最高，15 d 后保留率为38.7%。

图5 在25 ℃（a）和45 ℃（b）储藏过程中VC 及其衍生物保留率Fig.5 Storage stability of VC and its derivatives at 25 ℃(a)and 45 ℃(b)

VC-Na 和VC-Ca 在较高温度和有氧下迅速降解（图4 和图5），这可能是由于在弱酸性水溶液中，取代烯醇羟基氢原子的金属盐离子易解离，环上第三位的羟基活泼氧原子被暴露出来，更易生成脱氢抗坏血酸而开环降解[24]。如表1 所示，与VC-Na 和VC-Ca 溶液的pH 相比，VC 体系pH 低于pKa1=4.2，环境中的H+能够抑制脱氢抗坏血酸的生成，VC 以较为稳定的质子化的形式为主[24-25]，因而在高温时VC 是更稳定的（图5b）。然而，CVC和96%颗粒VC 的储藏稳定性与维生素C 区别不大。乙基醚VC 具有最好的热稳定性和储藏稳定性（图4 和图5），与金抒等[26]研究类似，即在60 ℃存放6 周后，乙基醚VC 水溶液中的保存率为95.5%。在乙基醚VC 的化学结构中，VC 第3 位的羟基被取代为醚键，使烯醇羟基不易被氧化[27]。然而，维生素C 内酯环上的双键及氢原子转移对其清除自由基活性至关重要[28]，乙基醚VC 在提高稳定性的同时可能会影响抗氧化活性。

3 结论

当浓度为1 mg/mL 时，VC、100 目VC、CVC 和96%颗 粒VC 溶 液 的pH 均 在3.32～3.41 范 围，VC-Na、VC-Ca、CVC-Na 溶液pH 在6.16～6.31 范围，乙基醚VC溶液pH 为4.44。8 种维生素C 原料在避光、日光照射和UV 辐照6 h 均是稳定的，在4～90 ℃密封6 h 也是稳定的，但高温下与空气接触会增加它们的降解。在45 ℃加速储藏条件下，维生素C 盐在10 d 后降解完全，VC、100目VC、CVC、96%颗粒VC 在15 d 保留率降至14.2%～18.3%，乙基醚VC 在15 d 的保留率仍为92.6%。本试验结果为合理选用VC 及其衍生物，减少果蔬原料及其产品在贮藏和加工过程中的VC 损耗提供了理论依据。