食品加工条件对黑枸杞花青素稳定性的影响

孙茂成 杨丰硕 范秀娟 陈宇鑫 杨柳 苏梦琪 周铁莉

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.03.030

引文格式：孫茂成，杨丰硕，范秀娟，等.食品加工条件对黑枸杞花青素稳定性的影响[J].中国调味品，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，花青素具有多种生理活性，然而其稳定性较差。文章研究了不同食品加工条件对黑枸杞花青素稳定性的影响，包括温度、pH值、光照、食品添加剂和基质等。结果表明，在20 ℃、pH 3、避光条件下的黑枸杞花青素相对稳定，保存率分别为（89.74±5.54）%、（69.56±1.44）%、（57.85±0.50）%。H2O2、Na2SO3、苯甲酸钠和3种糖（葡萄糖、蔗糖、乳糖）均会大幅降低花青素的热稳定性（65 ℃，30 min）。除抗坏血酸外，草酸、酒石酸和柠檬酸增强花青素热稳定性的效果依次增大。在40 ℃加速贮存7 d后，草酸对花青素的稳定性仍然具有较好的效果。总之，黑枸杞花青素在食品加工过程中最好在低温、酸性和避光条件下贮存，而在选用食品基质和添加剂时也应该注意其对花青素稳定性的影响。该研究结果为黑枸杞花青素类食品的加工提供了理论依据。

关键词：黑枸杞；花青素；食品加工；稳定性；加速贮存实验

中图分类号：TS264.4      文献标志码：A      文章编号：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

基金项目：长春大学攀登计划项目（zkp202108）；吉林省教育厅科学研究项目（JJKH20210626KJ）

作者简介：孙茂成（1984—），男，讲师，博士，研究方向：农产品加工与贮藏。

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.）是茄科枸杞属中特有的植物，广泛分布于我国西北地区[1]。它富含花青素，每100 g干果中含有约700～900 mg当量的矢车菊素，是黑加仑的10倍，是蓝莓的18倍，故被誉为“花青素之王”[2-3]。花青素是水溶性黄酮类化合物，是多酚类化合物的亚类。在黑枸杞中已经发现近37种花青素，其中牵牛花色素是特有的花青素，是浆果中的稀有花青素。而其他浆果主要含有矢车菊色素[4]。

黑枸杞花青素具有多种生理功能，例如预防心脑血管疾病、保护肝脏、改善睡眠、增进视力和抗衰老等[5-6]，在功能食品领域具有巨大的开发潜力。然而，黑枸杞花青素的化学性质活泼，不利于直接进行食品加工和贮存。食品加工条件通常涉及温度、pH和添加物等。陈虎等[7]研究发现维生素C、迷迭香、茶多酚、木糖醇对黑枸杞花青素具有一定的保护作用。古明辉等[8]发现苹果酸酰基化改性可提高黑枸杞花青素的稳定性。在食品加工过程中经常会涉及到加热和添加原辅料等情况，因此，掌握黑枸杞花青素在不同食品加工条件下的稳定性具有重要意义。

综上所述，本文首先研究了温度、pH和光照对黑枸杞花青素稳定性的影响，其次研究了H2O2、Na2SO3、苯甲酸钠、3种糖类和4种酸性物质对黑枸杞花青素热稳定性（65 ℃，30 min）的影响，最后对热稳定性较好的样品进行了加速贮存实验。本研究结果为后续黑枸杞花青素的食品加工和贮存提供了理论基础。

1  材料和方法

1.1  材料与试剂

黑枸杞：兰溪市太和天物健康科技有限公司；无水乙醇、盐酸、氯化钾、无水乙酸钠、氢氧化钠、过氧化氢、无水亚硫酸钠、柠檬酸、抗坏血酸、草酸、酒石酸、葡萄糖、蔗糖、α-乳糖和苯甲酸钠（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2  主要仪器和设备

UV2700分光光度计  岛津仪器（苏州）有限公司；HH-ZK1恒温水浴锅  巩义市予华仪器有限责任公司；PTY-A220电子天平  华志（福建）电子科技有限公司；GAX-9070MBZ电热鼓风干燥箱  上海博迅医疗生物仪器股份有限公司；RE-52AA旋转蒸发器  上海亚荣生化仪器厂；PHS-3C pH计  上海仪电分析仪器有限公司。

1.3  方法

1.3.1  黑枸杞花青素的制备和含量测定

将适量干果在粉碎机中磨粉，取40.0 g粉末用800 mL 90%的乙醇超声波（200 W，40 ℃）提取30 min。抽滤得上清液，用60 ℃旋转蒸发器得浓缩液，于60 ℃干燥。采用pH示差法[9]测定花青素含量后，密封低温保存待用。

1.3.2  食品加工条件对黑枸杞花青素稳定性的影响

1.3.2.1  温度对黑枸杞花青素稳定性的影响

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

1.3.2.2  光照对黑枸杞花青素稳定性的影响

将花青素粉末配制成吸光度为1的花青素溶液，置于光照培养箱中，每隔1 h测定花青素溶液的吸光度，共测定6 h。

1.3.2.3  酸碱性对黑枸杞花青素稳定性的影响

a.不同pH值对黑枸杞花青素稳定性的影响

用0.1 mol/L的HCl溶液或0.1 mol/L的NaOH溶液調节花青素溶液的pH值分别为3，4，5，6，7，8，9后，测定其吸光度。

b.往复酸碱调节对黑枸杞花青素稳定性的影响

将花青素粉末配制成吸光度分别为0.25，0.50，1.00的溶液，随后在每个试管中各加入6 mL花青素溶液。每隔1 min分别添加100 μL的0.5 mol/L NaOH和0.5 mol/L HCl、1 mol/L NaOH和1 mol/L HCl，最后在贮藏前加入1 mol/L NaOH，静置1 d。每次调节pH前后对花青素溶液进行可视化分析。

1.3.2.4  添加物对黑枸杞花青素热稳定性的影响

a.食品基质和添加剂对黑枸杞花青素热稳定性的影响

研究H2O2（10%、20%、30%，体积比）、Na2SO3（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，质量与体积比）、葡萄糖、蔗糖、乳糖（1%、3%、5%，质量与体积比）、柠檬酸、抗坏血酸、草酸、酒石酸（2%、4%、6%、8%、10%，质量与体积比）和苯甲酸钠（1%、3%、5%，质量与体积比）对黑枸杞花青素热稳定性的影响。取每份1.5 mL吸光度为1的花青素溶液，于65 ℃水浴30 min后测定花青素溶液的吸光度。

b.加速贮存实验

将上述对黑枸杞花青素热稳定性具有较好效果的热处理溶液置于样品瓶中，盖瓶盖前不抽除氧气，置于40 ℃的恒温培养箱中，在正常光照下放置7 d，每天检测花青素溶液的吸光度。

1.3.3  花青素保存率的计算

将得到的样品吸光度代入下式计算黑枸杞花青素保存率：

保存率（%）=AtA0×100%。

式中：At为处理后在539 nm处的吸光度，A0为处理前在539 nm处的吸光度，t为处理时间。

1.3.4  统计与分析

本研究中所得到的数据均采用平均值±标准差表示，每个实验进行3次平行，采用GraphPad Prism 8进行数据的统计分析，P＜0.05表示差异显著。

2  结果与分析

2.1  黑枸杞花青素的提取

本实验采用超声波法提取黑枸杞中花青素的提取率为（36.93±2.36）%，采用pH示差法测定其含量为（640.24±10.80） mg/L。

2.2  食品加工条件对黑枸杞花青素稳定性的影响

2.2.1  温度对黑枸杞花青素稳定性的影响

由图1可知，黑枸杞花青素受温度的影响较大。在65，75，85 ℃时，前30 min内花青素保存率急剧下降至（69.68±0.48）%；继续加热至120 min，保存率在60%～70%之间。在20 ℃时花青素保存率呈缓慢下降的趋势，120 min时保存率下降为（89.47±5.54）%。结果表明，高温会导致花青素降解。低温环境下可以最大程度地保存花青素，这和汤晶等[10]的研究结果基本一致。

2.2.2  光照对黑枸杞花青素稳定性的影响

由图2可知，在光照1 h后，花青素的保存率减小到（57.85±0.50）%，随后趋于平稳，这表明光照会导致花青素降解。根据对样品的可视化分析，花青素的颜色由粉红色变为砖红，颜色变浅。由此可知，光照对花青素的稳定性有不利影响，在加工和贮存时应避免强光的直接照射，这和杨萍等[11]的研究结果基本一致。

2.2.3  酸碱性对黑枸杞花青素稳定性的影响

2.2.3.1  不同pH对黑枸杞花青素稳定性的影响

由图3可知，当pH值为3时，花青素呈红色，保存率最高，为（69.56±1.44）%。当pH值为5时，花青素呈粉色，保存率最低，为（40.72±0.64）%。当pH值为7时，花青素的颜色逐渐变深，保存率增至（59.34±0.42）%。当pH值继续升高时，花青素会变成墨绿色，保存率升至（61.46±0.08）%。因此，花青素在pH值为3的环境下最稳定，而pH值大于3时，花青素的稳定性会不同程度地降低。此外，花青素在水溶液中可以在共振结构之间互换，如2-苯基苯并吡喃阳离子形式、甲醇假碱形式、查尔酮形式和醌型碱形式等，转换程度取决于溶液的pH值。在低pH值条件下，花青素主要以红色的2-苯基苯并吡喃阳离子形式存在[12]。随着pH值的升高，花青素的结构会相应地发生改变，这主要是由黑枸杞花青素中的矮牵牛素-3-O-芸香糖苷（反-对香豆酰）-5-O-葡萄糖苷的性质决定的[13]。

2.2.3.2  往复酸碱调节对黑枸杞花青素稳定性的影响

由图4可知，不同起始浓度的黑枸杞花青素溶液的颜色在加碱后，由不同程度的红色（左一列深色）迅速变为不同程度的蓝绿色（左二列深色），加酸后又迅速变为不同程度的红色（左三列深色）。而且黑枸杞花青素的浓度越高，这种颜色的可逆性越明显。但是，当贮存1 d后，降解导致样品溶液即使再经过酸碱调节，颜色也会相应变浅。这是由于花青素可逆结构的变化，当溶液从酸性转变成碱性时，从2-苯基苯并吡喃阳离子形式（红色）转变为醌类化合物形式（蓝色）[12]。以上结果可为黑枸杞花青素作为食品智能包装指示剂提供参考依据。

2.2.4  食品基质和添加物对黑枸杞花青素热稳定性的影响

2.2.4.1  H2O2和Na2SO3对黑枸杞花青素热稳定性的影响

H2O2通常作为食品加工助剂，而Na2SO3可以作为护色剂和抗氧化剂，二者均极易发生氧化反应。H2O2和Na2SO3对黑枸杞花青素稳定性的影响见图5。

由图5中A可知，在常温条件下，随着H2O2浓度的增加，花青素的保存率均在30%～40%之间。在65 ℃加热30 min后，H2O2浓度为10%时，保存率下降到（20.76±0.16）%，隨后浓度继续上升，其保存率无显著性差异（P＞0.05）。加热后花青素的保存率均比常温时的保存率低。由此可见，H2O2加速了黑枸杞花青素的降解。由图5中 B可知，无论室温还是加热，Na2SO3均加速了黑枸杞花青素的降解。

2.2.4.2  糖类对黑枸杞花青素热稳定性的影响

由图6可知，当糖类浓度由0%增至1%时，无论室温还是加热，花青素的保存率均大幅度降低。当浓度上升到5%时，花青素的保存率趋于稳定。高温处理后花青素的保存率比常温低。无论加热与否，葡萄糖、蔗糖和乳糖均会加速黑枸杞花青素的降解。然而，赵文鹏等[14]研究发现0%～20%蔗糖对蓝莓花青素具有保护作用。造成这种结果很可能是由于黑枸杞花青素的组成与蓝莓不同。

2.2.4.3  苯甲酸钠对黑枸杞花青素热稳定性的影响

由图7可知，当苯甲酸钠的浓度由0%增至1%时，无论室温还是加热，花青素的保存率均下降到40%左右，当苯甲酸钠浓度为3%和5%时，花青素的保存率无显著性变化（P＞0.05）。由此可见，无论加热与否，苯甲酸钠均不利于花青素的稳定性，这可能是由于苯甲酸钠的水溶液显碱性，使花青素发生降解[15]。因此，应避免强碱弱酸盐类物质的加入。

2.2.4.4  酸性物质对黑枸杞花青素热稳定性的影响

由图8可知，无论加热与否，整体上花青素的保存率随着酸浓度的增加呈上升趋势。值得注意的是，加热处理后花青素的保存率比常温的高，说明酸性物质有利于花青素的热稳定性，效果是草酸＞酒石酸＞柠檬酸＞抗坏血酸，这些数据也进一步验证了低pH值有助于花青素稳定性的结果。

本研究的大部分酸性成分对黑枸杞花青素的保存率超过了100%，这可能是因为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，例如果胶等，这些成分可以与一些花青素结合，导致一些光谱吸收基团无法暴露出来。但当加入酸性成分且加热时，部分结合的花青素便会被分离和暴露出来，导致溶液的吸光度大幅提高，从而使保存率超过100%。

2.2.4.5  酸性物质对黑枸杞花青素加速贮存稳定性的影响

在上述研究中，大多数酸性物质对黑枸杞花青素的热稳定性有利，因此继续对其进行加速贮存实验，即在40 ℃下贮存7 d。由图9 中C可知，随着贮存时间的增加，抗坏血酸的效果仍然是最差的，在加速贮存实验中的保存率均下降至10%以下，这可能是由于抗坏血酸易发生氧化，其氧化产物过氧化氢等会导致黑枸杞花青降解[16]。

尽管其他酸性物质也均使贮藏期花青素的保存率逐渐降低，但是保存率仍然处于较高水平。值得注意的是，草酸可以使花青素具有更好的贮存效果，这可能是由于在一定温度下不易氧化的酸性物质与花青素发生酰基化反应，从而提高了花青素的稳定性[5]。

3  结论

由于黑枸杞花青素具有优秀的生物活性，其在作为食品色素和功能因子方面具有重要的应用潜力，然而黑枸杞花青素的不稳定性限制了其开发与利用。本文研究了一些不同的食品加工条件对黑枸杞花青素的影响。黑枸杞花青素在20 ℃、pH 3、避光时具有较好的稳定性。在65 ℃加热30 min时，发现H2O2、Na2SO3、葡萄糖、蔗糖、乳糖、苯甲酸钠对其热稳定性产生较大负面影响。除了抗坏血酸外，草酸、酒石酸和柠檬酸对花青素热稳定性的增强效果依次增大。最后，对4种酸性物质进行了40 ℃下加速贮存7 d实验，发现草酸对花青素热稳定性仍然有较好的效果。在选用添加物时，应注意糖类和强碱弱酸盐类成分的加入。本研究结果对于黑枸杞花青素类食品的生产加工具有重要的意义。

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