β-胡蘿卜素的降解及其對食品體系的影響

趙小皖，劉洵妤，李慧勤，趙國華，2，*

(1.西南大學食品科學學院，重慶400715; (2.重慶市農產品加工技術重點實驗室，重慶400715)

β-胡蘿卜素的降解及其對食品體系的影響

趙小皖1，劉洵妤1，李慧勤1，趙國華1，2，*

(1.西南大學食品科學學院，重慶400715; (2.重慶市農產品加工技術重點實驗室，重慶400715)

β-胡蘿卜素是食品中的天然色素和重要的營養物質，它在食品加工或貯藏過程中易發生降解，進而影響食品的風味、營養價值、顏色和安全性。β-胡蘿卜素的降解方式主要包括熱裂解、熱氧化降解、化學氧化降解、光氧化降解和酶促降解等，其降解產物和降解方式與降解條件關系密切。影響β-胡蘿卜素降解的主要因素包括氧氣、食品添加物和水分活度。今后應重點研究微生物發酵、食品成分以及加工技術對β-胡蘿卜素降解的影響，以及防止食品中β-胡蘿卜素降解的措施和β-胡蘿卜素降解產物風險性評估。

β-胡蘿卜素，降解方式，影響因素，影響，食品加工

1 β-胡蘿卜素的降解方式

以β-胡蘿卜素為代表的類胡蘿卜素對光、熱、氧等十分敏感，容易發生降解反應。β-胡蘿卜素在食品中的降解方式主要有熱裂解、熱氧化降解、化學氧化降解、光氧化降解和酶促降解等。β-胡蘿卜素的降解產物隨降解方式不同而各異。在同一降解方式下，反應條件(反應時間、溫度等)的不同也會導致降解產物的變化［3］。圖1總結了β-胡蘿卜素在食品加工中的降解作用。

1.1 熱裂解

β-胡蘿卜素熱裂解主要指在絕氧高熱作用(如深層油炸)下生成環氧化合物、短鏈物質、揮發性物質等成分，使食品的風味和顏色都發生不同程度的變化。油脂在擠壓蒸煮和高溫加熱的精煉過程中，β-胡蘿卜素不僅會發生異構化，而且發生熱降解［4］。因此，精煉油中β-胡蘿卜素的含量很低。對食品中β-胡蘿卜素在高溫下裂解時形成的產物進行了研究，結果表明β-胡蘿卜素的高溫裂解是一個十分復雜的過程，其產物種類繁多，而且裂解的溫度不同，裂解時所得到的產物也不相同。在相對較低的溫度(300～500℃)下進行裂解時，形成芳香物質β-紫羅蘭酮和二氫獼猴桃內酯等;到600℃時萘、蒽和菲等稠環化合物的含量迅速增加;到800℃時，產物基本上是苯、甲苯、二甲苯、乙基苯等芳環化合物以及萘、蒽和菲等稠環化合物。

圖1 β-胡蘿卜素的降解反應

1.2 熱氧化降解

β-胡蘿卜素熱氧化降解的基本歷程是先發生氧化作用后再發生降解，主要生成具有還原性的順式異構體。β-胡蘿卜素在分子氧存在下主要發生異構化作用、裂解作用和環氧化作用。異構化作用生成的β-胡蘿卜素異構體主要是13-順，9-順，2-順異構體;發生裂解反應時生成的主要裂解產物是β-脂蛋白-13-胡蘿卜素酮和β-脂蛋白-14-胡蘿卜醛;環氧化作用下主要產生β-胡蘿卜素5，8-環氧化物和β-胡蘿卜素5，8-內過氧化物。Marx等［5］研究發現巴氏殺菌和121℃處理胡蘿卜汁時只會產生極少量的順式異構體，但順式異構體的含量在130℃處理的樣品中急劇增加;研究發現紅花籽油中的全反-β-胡蘿卜素和9-順-β-胡蘿卜素在75℃或85℃加熱24h或12h后生成的主要是13-順，9-順-異構體和一種不能辨別的順式異構體;Claudie等［6］研究得出柑橘汁中β-胡蘿卜素熱氧化降解的活化能為110kJ·mol-1;Chandler和Schwartz［7］的實驗也發現β-胡蘿卜素在加熱過程能轉變成13-順-異構體和9-順-異構體;Aman等［8］研究了新鮮菠菜在加熱時β-胡蘿卜素主要降解為9-順-異構體而不是通常的13-順-異構體;Dietz等［9］用反相HPLC研究了熱處理對生菜、菠菜、四棱豆葉子和胡蘿卜中β-胡蘿卜素的影響，結果發現水煮30min可以使生菜和胡蘿卜中β-胡蘿卜素分別降解53%和40%，然而，水煮的四棱豆葉子和菠菜中β-胡蘿卜素的含量不但沒有降低甚至有所增加。同時發現，蒸汽加熱(30min)時所有蔬菜中β-胡蘿卜素都得到了很好的保存(83%～139%)。

1.3 化學氧化降解

β-胡蘿卜素的化學氧化降解是先發生氧化作用后再發生降解，生成β-胡蘿卜素5，6-環氧化合物，再進一步氧化生成相對分子量較低的降解產物。β-胡蘿卜素化學氧化降解獲得的產物具有良好的氣味。利用從植物中提取純化得到的類胡蘿卜素混合物通過化學氧化降解制成的風味物質可以廣泛應用于化妝品等行業。Enzell等［10］研究發現類胡蘿卜素在堿性高錳酸鹽氧化作用下，β-胡蘿卜素主要在7，8雙鍵處斷裂，生成C30環氧羥醛(5，6-環氧-5，6-二氫-8-脂蛋白-β-胡蘿卜素-8-醛)。Isoe等［11］報道了在β-胡蘿卜素的苯和甲醇溶液中加入催化量的堿和玫瑰紅，然后用30W的熒光燈照射48h，開始時溶液的暗棕色變成了淡紅色，說明β-胡蘿卜素發生了降解。

1.4 光氧化降解

β-胡蘿卜素的光氧化降解遵循一級反應動力學模型LnC=LnC0-(k)(t)，主要是先在光線的輔助下發生氧化作用后再發生降解，生成β-胡蘿卜素5，8-呋喃型化合物，進一步氧化生成低相對分子量的降解產物(圖2)。

圖2 β-胡蘿卜素的光氧化降解反應

當食品受到光、紫外光或散射光照射時，食品中的油脂會發生光氧化而產生自由基，β-胡蘿卜素作為抗氧化劑在清除自由基的同時被降解，導致食品褪色。因此，暴光對富含β-胡蘿卜素食品的影響極為重要。但熱處理溫度和環境氧濃度對β-胡蘿卜素的光氧化降解影響非常大。Pesek等［12］研究發現將用透明容器包裝的胡蘿卜汁暴露于4℃、230ft-c光照條件下8d，β-胡蘿卜素的光氧化降解速率常數為0.309±0.044/d，且胡蘿卜汁顏色的減退速率和β-胡蘿卜素的降解速率呈高度正相關(r2=0.97);紫外光照射含有玫瑰紅、亞甲基藍或正十二烷酸等光敏劑的食品會導致其中的β-胡蘿卜素發生快速氧化降解;紅茶、西紅柿、香油等中的二氫獼猴桃內酯也已被證實是通過β-胡蘿卜素、β-紫羅酮和反-β-紫羅蘭醇的光氧化降解形成的;另外，研究表明食品中β-胡蘿卜素的光氧化降解可轉化成為玉米黃素、隱黃素、脫氫胡蘿卜素等產物;透明包裝的果蔬干制品在貯藏過程中的褪色也是其中β-胡蘿卜素光氧化降解的結果。

1.5 酶促降解

圖3 β胡蘿卜素生物氧化降解途徑

2 影響β-胡蘿卜素降解的因素

2.1 氧氣

2.2 添加物

2.3 水分活度

3 β-胡蘿卜素降解對食品體系的影響

3.1 改善食品的風味

3.2 導致食品褪色

3.3 降低食品的營養價值

4 展望

雖然有關β-胡蘿卜素降解的研究報道已有很多，諸多實驗也證實了β-胡蘿卜素的降解對食品的影響，但是由于其降解機制的復雜性，進一步的深入研究尤為重要?？v觀已有的研究，下一步的研究工作應集中在:β-胡蘿卜素降解產物風險性評估;微生物發酵和食品成分對食品中β-胡蘿卜素降解的影響;β-胡蘿卜素各種降解產物的鑒定和降解機理明晰;防止食品中β-胡蘿卜素降解的措施研究。

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Degradation of β-carotene and its influence in foods

ZHAO Xiao-wan1，LIU Xun-yu1，LI Hui-qin1，ZHAO Guo-hua1，2，*
(1.College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400715，China; 2.Chongqing Key Laboratory of Agricultural Products Processing，Chongqing 400715，China)

β-carotene is a natural pigment and an important nutrient in food，which easily tends to degradation during food processing and storage，and thus affects the flavor，nutritional value，color and safety of the foods.The degradation methods of β-carotene include thermo-oxidative degradation，thermal cracking，chemical oxidation degradation，photo-oxidation degradation and enzymatic degradation，etc.The degradation products and methods contact with the degradation conditions closely.The main factors of the degradation are oxygen，food additives and water activity.Further researches should focus on the impacts of the microbial fermentation，food ingredients and processing technology on the degradation of β-carotene，the effect methods to prevent the degradation of β-carotene in foods and risk assessments of the degradation products of β-carotene.

β-carotene;the methods of degradation;impact factors;impact;food processing

TS202.3

A

1002-0306(2011)03-0417-05

β-胡蘿卜素是來源于植物、鹽藻和微生物的一種天然色素，是一種脂溶性化合物。β-胡蘿卜素在人體內可以轉變成維生素A，它在人類的營養中具有重要地位。另外，大量實驗表明，β-胡蘿卜素是一種優良的抗氧化劑，它對防止食品體系氧化、清除人體內自由基以及防止由此引起的氧化衰老有明顯的作用［1］。同時，也有研究表明β-胡蘿卜素還具有增強機體免疫力、抗癌等功能［2］。鑒于此，研究β-胡蘿卜素在食品加工過程中的變化及由此帶來的對食品品質的影響就顯得格外重要。文章在廣泛查閱文獻的基礎上，綜述了β-胡蘿卜素在食品加工過程中的降解，以期推動和加深我國在此領域的研究。

2010-02-04 *通訊聯系人

趙小皖(1984-)，女，碩士研究生，研究方向:食品化學與營養學。