不同品種藍莓花色苷穩定性的比較研究

田密霞,胡文忠,李亞東,劉程惠,姜愛麗

(1.吉林農業大學園藝學院,吉林長春 130118;2.大連民族學院生命科學學院,生物化學工程國家民委-教育部重點實驗室,遼寧大連 116600)

不同品種藍莓花色苷穩定性的比較研究

田密霞1,2,胡文忠2,李亞東1,*,劉程惠2,姜愛麗2

(1.吉林農業大學園藝學院,吉林長春 130118;2.大連民族學院生命科學學院,生物化學工程國家民委-教育部重點實驗室,遼寧大連 116600)

本實驗探討了pH、熱、光、金屬離子(Na+、Ca2+、Fe3+、Mg2+、Cu2+、Zn2+)、H2O2、Na2SO3、蔗糖、苯甲酸鈉、D-異抗壞血酸鈉以及不同包裝材質對兩種藍莓花色苷理化穩定性的影響。結果表明:藍莓花色苷只有在酸性條件下才可穩定存在;對熱、光敏感,穩定性差;氧化劑及還原劑對藍莓花色苷有較大的破壞作用,蔗糖卻有明顯的增色作用;PET材質更適合做為藍莓產品的包裝材料。由兩種藍莓比較得出低叢藍莓花色苷的理化性質更為穩定,在今后的加工或是色素提取中應該選用花色苷性質相對穩定的藍莓品種。

藍莓,花色苷,穩定性

藍莓作為一種花色苷含量很高的漿果,備受人們的青睞。近年來藍莓花色苷的研究主要集中在花色苷種類的分析鑒定及其功能性方面,即對其體外及體內抗氧化及疾病防治方面的研究[1-10]。然而隨著人們對天然著色劑取代有毒合成著色劑興趣的增加,天然著色劑日益成為科學家們廣泛而熱門的研究對象[11]。在食品行業,類胡蘿卜素和花色苷是最常用的植物類色素[12]。類胡蘿卜素屬于脂溶性色素,性質穩定[13-14],大量存在于胡蘿卜、西紅柿和辣椒中[15]。相反,花青素屬水溶性色素且極不穩定,可從葡萄、草莓、樹莓、藍莓、紅球甘藍、蘋果、蘿卜、郁金香、玫瑰、蘭花等中提取得到[16]。而且,花色苷作為一類天然的染料,色彩自然艷麗,低毒性,保健功效強,越來越引起科研領域的關注,但相對不穩定性和低提取率使其應用受到限制。在漿果中,藍莓以其花色苷的種類復雜及含量高而著稱[17-18],而且近年來我國藍莓種植面積及產量逐年增加[19]。本論文就加工和貯藏過程中可能影響花色苷穩定性的各種因素做詳細研究。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

藍莓 采摘自吉林農業大學果園內新鮮、成熟度一致、無病蟲害的低叢與高叢兩種藍莓果實(記為品種①和②),冷凍保藏溫度在-40℃冰柜中備用;95%乙醇、無水乙醇 沈陽錦弘化工;氫氧化鈉、鹽酸、過氧化氫 天津通泰醫藥化工有限公司;亞硫酸鈉、氯化鈉、氯化鈣、三氯化鐵、硫酸銅、硫酸鎂、氯化鋅、山梨酸鉀、苯甲酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、檸檬酸 國藥集團化學試劑有限公司;蔗糖 吳江市億華化工有限公司。

Labda-250型紫外可見分光光度計 美國PE;電子天平 上海梅特勒-托利多;DK-S26電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司;TDL80-2B離心機 上海安享科學儀器廠;pHS-25型酸度計 上海偉業儀器廠;202-2A型電熱恒溫干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;SHB-Ⅲ型循環水多用真空泵 鞏義市英峪予華儀器廠;CL-2型恒溫加熱磁力攪拌器 鄭州長城科工貿有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 藍莓花色苷提取液的制備 分別取一定質量的兩種藍莓果實,研碎后,按照料液比1∶10加入含1% HCl乙醇溶液,在室溫下超聲提取(58kW)20min,在4℃、1200r/min條件下離心15min,收集上清液。藍莓殘渣二次提取,合并兩次的上清液,經AB-8樹脂純化、洗脫后用真空旋轉式蒸發儀減壓濃縮至原體積的一半,得花色苷提取液。兩種提取液分別置于棕色瓶中放置4℃冰箱中冷藏備用[20]。

1.2.2 藍莓花色苷最大吸收波長的確定 將兩種花色苷溶液適當稀釋后,用紫外可見分光光度計在400～600nm下掃描,分別測定吸收曲線。

1.2.3 藍莓花色苷穩定性的研究

1.2.3.1 pH對藍莓花色苷的影響 量取一定的色素提取液,分別用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液配制成一定濃度的pH分別為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、8.0的溶液,混勻后室溫避光放置0.5h后,在400～600nm波長范圍內進行掃描,記錄其最大吸收峰,并觀察其顏色變化[21]。

1.2.3.2 溫度對藍莓花色苷的影響 取一定量的色素提取液管,用pH=3.0的緩沖液稀釋10倍。具塞試管各加入稀釋后的色素液20mL,分別在40、60、80、100℃恒溫水浴中避光放置各40、80、120、160、200、240min后,立即冰浴冷卻,分別測最大吸收峰處的吸光值,觀察加熱前后吸光值的變化情況[21]。

吸光值變化率(%)=(加熱后的吸光值-加熱前的吸光值)/加熱前的吸光值×100

1.2.3.3 光照對藍莓花色苷的影響 取一定量的色素提取液管,用pH=3.0的緩沖液稀釋10倍后,分別置于室內避光處﹑窗口自然光處,分別測最大吸收峰處的吸光值,每1d測一次,測定6d。

1.2.3.4 金屬離子對藍莓花色苷的影響 分別配制0.2mol/L的Na+、Ca2+、Fe3+、Mg2+、Cu2+、Zn2+金屬離子溶液。取一定量的藍莓花色苷溶液,分別加入一定體積的金屬離子溶液取,空白樣(CK)加入蒸餾水,用pH為3.0的緩沖液將金屬離子濃度稀釋50倍,立即測吸光度A0室溫,避光靜置，每1h測吸光度得A1h、A2h、A3h。

1.2.3.5 氧化劑對藍莓花色苷的影響 取一定量花色苷原液,分別加入1.0mL的不同濃度的H2O2溶液,用pH=3.0的緩沖溶液稀釋,使之最終濃度為0.1%、0.3%、0.5%,空白樣(CK)加入蒸餾水。分別測最大吸收峰處的吸光值,室溫避光靜置,每隔 20min測其吸光值。

花色苷殘存率(%)=氧化處理后的吸光值/氧化處理前的吸光值×100

1.2.3.6 還原劑對藍莓花色苷的影響 取一定量的花色苷原液,分別加入不同體積的Na2SO3溶液,空白樣(CK)加入蒸餾水。用pH=3.0的緩沖溶液稀釋,使之最終濃度為0.01%、0.03%、0.05%,分別測最大吸收峰處的吸光值,室溫避光靜置,每隔 20min測其吸光值。

1.2.3.7 蔗糖對藍莓花色苷的影響 取一定量的花色苷原液適當稀釋后,配制濃度分別為0、5%、10%、20%蔗糖溶液(pH=3),分別測取吸光值,再避光放置6d,每24h測1次吸光值。

1.2.3.8 防腐劑對藍莓花色苷的影響 取一定量的花色苷原液,用pH=3的緩沖液分別配制成濃度為0、0.05%、0.10%、0.15%的苯甲酸鈉溶液,分別測取吸光值,再避光放置6d,每隔24h測1次吸光值。

1.2.3.9 抗氧化劑對藍莓花色苷的影響 取一定量花色苷原液,用pH=3的緩沖液分別配制成質量分數為0、0.01%、0.03%、0.05%的D-異抗壞血酸鈉溶液,分別測取吸光值,再避光放置6d,每隔24h測1次吸光值。

1.2.3.10 包裝材料及其顏色對藍莓花色苷的影響 取一定量花色苷原液,用pH=3的緩沖液稀釋10倍后,分裝到透明玻璃瓶、棕色玻璃瓶和透明塑料瓶中,分別測取吸光值,在室溫自然光放置6d,每隔24h測1次吸光值。

1.3 統計方法

數據用SPSS軟件進行統計分析,采用新復極差法進行方差分析,檢驗差異顯著性。實驗重復3次。

2 結果與分析

2.1 吸收波長的選擇

使用Labda-250型紫外可見分光光度計在400～600nm波長范圍內,對藍莓對照品溶液進行光譜掃描,由圖1可見:藍莓花色苷最大吸收波長為520nm。由于藍莓花色素苷對pH很敏感,不同pH會導致其最大吸收峰移動,所以以下各實驗,要根據不同pH的花色素苷溶液,選擇對應的最大吸收峰進行測定。

圖1 藍莓色素溶液的吸收曲線Fig.1 Absorption spectrum of UV of blueberry anthocynin

2.2 兩種溶液色素穩定性的比較

2.2.1 不同pH下花色苷的穩定性分析 兩種藍莓色素在不同pH條件下的顏色變化情況見表1,將兩種色素溶液調成不同pH,在各自最高吸收波長下測定其吸光度,結果見圖2。

圖2 在不同pH下兩種藍莓色素的光譜特性分析Fig.2 Spectral characteristics analysis of blueberry’ anthocynin in different pH

由表1可知,pH越低,溶液顏色越深。在酸性條件下,黃鹽陽離子占優勢,隨著pH增加,反應向生成醌型堿的方向進行,從而醌型堿數目也增加[22]。對于①號來說,在pH2～5的范圍內,色素液顏色逐漸由紅色變成微紅,而②號在pH為5是近乎無色;在6～8的范圍內,隨pH升高,顏色變化為淡紫色-淺灰色-淺灰藍色。這說明藍莓花色苷適用于酸性食品。

表1 不同pH下花色苷的顏色變化Table 1 Color changes of anthocynin in different pH

如圖2所示,②號色素液在 pH4以下比較穩定,當pH>4時,其穩定性下降而且稍有起伏;而①號相對于②號而言,其花色苷的穩定性要好。

2.2.2 溫度對花色苷穩定性的影響分析 由圖3可知,兩種藍莓花色苷對熱都不穩定,因為溫度升高會加速水分子的對流速度,促進水分子對花色苷的破壞作用。加熱320min后,其他溫度下花色苷的吸光度值顯著低于40℃下的吸光度值(p<0.01)。加熱時間越長,吸光值(ABS)變化程度越大,因此藍莓在加工過程中,應盡量采用高溫瞬時或低溫長時間殺菌的方式,以減少花色苷的熱降解。兩種藍莓色素液加熱前和在40、60、80、100℃加熱240min后對應吸光值變化率分別為①號:-0.4%、-10.9%、-21.4%、-45.1%,②號:-0.7%、-31.0%、-43.8%、-50.7%。通過比較,可知兩種色素之間對熱穩定性存在明顯差異,②號藍莓花色苷吸光值變化較大,而①號的吸光值變化較小,這說明①號藍莓花色苷的熱穩定性相對較好。

圖3 溫度對兩種藍莓花色苷穩定性的影響Fig.3 Effect of temperature on stability of anthocynin

2.2.3 光對花色苷穩定性的影響分析 兩種藍莓色素溶液在暗處、窗口自然光放置一段時間后,測定其在各自最高吸收波長下測定其吸光度,并觀察其變化情況。結果見圖4。

圖4 光對兩種藍莓花色苷穩定性的影響Fig.4 Effect of light on stability of anthocynin

由圖可知:兩種藍莓中花色苷在自然光直射下褪色快,在避光條件下褪色慢,這可能是由于藍莓花色苷在光照條件下?；撀?導致花色苷的穩定性下降有關,因此,藍莓應盡量在避光條件下儲藏和運輸。在自然光下放至6d后,降解率分別為①號25.3%,②號37.4%;在暗處兩種藍莓中花色苷的降解速率緩慢,放置6d的降解率分別為①號8.3%,②號11.0%。由此可得,①號色素耐光性較好,②號色素在光照下穩定性較差,顏色褪去得相對快。

2.2.4 金屬離子對花色苷穩定性的影響分析 從圖5中可知,六種金屬離子對花色苷具有一定影響。對于①號藍莓的花色苷而言,Fe3+、Mg2+、Cu2+、Zn2+的影響顯著(p<0.01),其次是Na+、Ca2+,3h內其對應的吸光值變化率依次為Fe3+:-2.0%,Mg2+:-1.3%,Cu2+:-0.6%,Zn2+:-0.3%,Na+:-0.7%,Ca2+:-1.2%;對于②號藍莓花色苷,Fe3+影響最顯著,Fe3+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Na+、Ca2+對應吸光值變化率為-3.5%、-1.9%、-1.0%、0.8%、-0.9%、-1.6%。

顯然,對于每一種金屬離子而言,①號藍莓花色苷吸光值變化率小于②號藍莓花色苷吸光值變化率,說明①號藍莓花色苷比較穩定。

圖5 金屬離子對兩種藍莓花色苷穩定性的影響Fig.5 Effect of metal ion on stability of anthocynin

2.2.5 氧化劑對花色苷穩定性的影響分析 如圖6所示,兩種藍莓色素液經過氧化劑(H2O2)處理后,隨著時間的延長,兩種色素液的吸光值均降低,且隨著氧化劑(H2O2)濃度升高,不僅色素液顏色迅速變淺,且花色苷殘存率逐漸降低,氧化劑(H2O2)的濃度越大,這種降低的幅度也相對增大,原因可能是H2O2氧化花色苷使其結構破壞,形成無色化合物,穩定性降低,且H2O2濃度越大,破壞效應越大。

放置2h后,對于①號藍莓色素液,H2O2濃度為0.1%、0.3%、0.5%的樣品溶液其花色苷殘存率依次為94.9%、91.7%、89.4%(p<0.05);而對于②號藍莓色素液,H2O2濃度為0.1%、0.3%、0.5%的樣品溶液其花色苷殘存率為60.4%、50.0%、45.4%(p<0.01)。由此可見,兩種藍莓的花色苷對氧化劑的耐受性不同,顯然,比較可得①號藍莓花色苷的耐氧化性比較好。

圖6 氧化劑對兩種藍莓花色苷穩定性的影響Fig.6 Effect of hydrogen peroxide on stability of anthocynin

2.2.6 還原劑對花色苷穩定性的影響分析 由圖7可知,還原劑(Na2SO3)對藍莓花色苷存在一定的破壞作用。隨著時間的延長,兩種藍莓花色苷的殘存率均逐漸降低,且Na2SO3濃度越大,最終的殘存率也越低。

對于①號藍莓色素液,隨著還原劑(Na2SO3)濃度的增加,其花色苷的殘存率急劇減小,Na2SO3濃度為0.01%、0.03%、0.05%的樣品溶液其花色苷殘存率依次為71.5%、52.9%、44.3%,色素液顏色由紅色轉淺粉色;而對于②號藍莓色素液,Na2SO3濃度為0.01%、0.03%、0.05%的樣品溶液其花色苷殘存率為52.8%、42.0%、37.1%,色素液顏色粉紅變為無色。對于同種Na2SO3濃度,2h后,花色苷殘存率比較:①號>②號。由此可見,②號藍莓花色苷對Na2SO3更加敏感,①號藍莓其花色苷的耐還原性比②號稍強。

圖7 還原劑對兩種藍莓花色苷穩定性的影響Fig.7 Effect of sodium sulfite on stability of anthocynin

2.2.7 蔗糖對花色苷穩定性的影響分析 兩種藍莓色素液經不同濃度的蔗糖處理后,避光放置一段時間,分別測定其吸光值,結果見圖8;蔗糖對于兩者穩定性影響情況的比較分析可知,在蔗糖質量濃度為0%～20%范圍內,樣品溶液的吸光度均發生變化,且隨著時間的推移,樣品溶液的吸光度變化率也緩慢增加,顏色有加深趨勢。這原因可能是蔗糖通過降低水分活度而對色素的發色團起到保護作用的結果。但對于這兩種藍莓花色苷,蔗糖對其穩定性的影響程度略有差異:蔗糖對②號藍莓色素有較明顯的增色作用,而對①號藍莓色素的穩定性影響相對較小,說明①號藍莓花色苷對蔗糖較穩定。

圖8 蔗糖對兩種藍莓花色苷穩定性的影響Fig.8 Effect of sucrose on stability of anthocynin

2.2.8 防腐劑對花色苷穩定性的影響分析 從圖9可知:隨著苯甲酸鈉濃度的升高,兩種藍莓色素的吸光值逐漸降低,濃度越大降低的程度也越大,隨時間的延長,色素的變化趨勢與對照基本一致。在一定濃度范圍內,對于①號藍莓,不同苯甲酸鈉濃度的色素液的吸光值變化不大,且隨時間的延長,同種濃度色素液的吸光值變化曲線比較平緩(p>0.05),這說明苯甲酸鈉其色素穩定性的影響不顯著;②號色素液的吸光值隨時間變化的幅度比較大(p<0.05),這說明它對苯甲酸鈉較敏感。

圖9 苯甲酸鈉對藍莓花色苷穩定性的影響Fig.9 Effect of sodium benzoate on stability of anthocynin

2.2.9 抗氧化劑對花色苷穩定性的影響 由圖10可知,在pH3.0的兩種色素溶液在加入D-異抗壞血酸鈉后,短時間藍莓色素液吸光值先降低,馬上出現增色效應,可能由于D-異抗壞血酸鈉氧化過程中產生的H2O2對花色苷的2位碳原子進行親核攻擊,從而破壞吡喃環產生無色物質,這些物質有進一步降解或聚合,最終產生褐色沉淀。隨著貯存時間的延長和D-異抗壞血酸鈉濃度的增加,花色苷吸光度逐漸下降,溶液顏色變淺。6d后,含0.01%、0.03%、0.05%D-異抗壞血酸鈉的色素吸光值變化率分別變為:①號-10.3%、-12.1%、-27.9%,②號-36.7%、-38.6%、-40.9%,顯然,②號藍莓吸光值的變化更顯著(p<0.01),說明其花色苷對D-異抗壞血酸鈉更敏感。

圖10 D-異抗壞血酸鈉對藍莓花色苷穩定性的影響Fig.10 Effect of sodium D-isoascorbate on stability of anthocynin

2.2.10 包裝材料對花色苷穩定性的影響 將兩種藍莓色素液分裝透明玻璃瓶、棕色玻璃瓶和透明PET瓶中,室溫不避光放置一段時間,分別測定其各自的吸光值,計算吸光值變化率,結果見圖11。

由圖可知,兩種藍莓色素液經不同的包裝材料保存,不避光放置,隨著貯存時間的延長花色苷吸光度逐漸下降,溶液顏色變淺。經計算,6d后,透明玻璃瓶、棕色玻璃瓶、透明PET瓶包裝的色素液其吸光值變化率分別為:①號-10.2%、-7.8%、-7.1%,②號-17.9%、-14.1%、-10.4%,顯然,②號藍莓吸光值的變化比①號更顯著,其中PET瓶包裝的藍莓色素液吸光值變化率是最小的?？赡苁且驗镻ET瓶化學性質穩定,具有優良的阻濕、阻氣性和耐高低溫性能,而透明玻璃瓶透光性良好,光通過玻璃瓶時部分會被吸收,部分透過的光便促使色素發生變化,棕色玻璃瓶能吸收了大部分光,而其耐高低溫性能稍差,瓶身溫度升高對色素可能有一定影響,所以透明玻璃放置的色素液中花色素被破壞程度最嚴重,褪色最明顯。因此,得出①號藍莓花色苷比②號更穩定,且PET瓶對藍莓色素的保存效果更好。

圖11 包裝材料對藍莓花色苷穩定性的影響Fig.11 Effect of packaging material on stability of anthocynin

3 結論

藍莓花色苷只有在酸性條件下才可穩定存在;320min后,同溫度下①號吸光值變化率高于②號約8.7%;自然光處放6d后,②號藍莓降解率比①號藍莓高約12.1%;經6種金屬離子處理后,②號吸光值變化率?、偬柤s0.67%;經H2O2處理2h后,①號色素殘存率要高出②號平均約40%;經Na2SO3處理2h后,①號藍莓色素殘存率②號平均高出約12.3%;加入蔗糖處理6d,②號吸光值變化率要高出10.7%;加入苯甲酸鈉后①號吸光值隨時間的變化比②號要平緩;經D-異抗壞血酸鈉處理6d后,②號吸光值變化率平均高出①號約20%;不同包裝材質對色素保存效果是PET瓶>棕色玻璃>透明玻璃,此時①號吸光值變化率低于②號約5.8%。

從總體上看,①號藍莓花色苷具有比②號理化性質更為穩定。這可能是品種不同,藍莓中所含的花色苷種類以及花色苷的濃度不同造成的[23-24],因此在加工或是色素提取中應該選用花色苷相對穩定的藍莓品種。

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Comparing stability of anthocyanins from different varieties of blueberries

TIAN Mi-xia1,2,HU Wen-zhong2,LI Ya-dong1,*,LIU Cheng-hui2,JIANG Ai-li2

(1.Horticultural College,Jilin Agricultural University,Changchun 130118,China;2.College of Life Science,Dalian Nationalities University,Key Laboratory of Biochemical Engineering,The State Ethnic Affairs Commission -Ministry of Education,Dalian 116600,China)

The effect of temperature,light,pH,metal ions,oxidants,reducing agents,sugar,preservative(sodium benzoate,potassium sorbate),antioxidant(d-sodium erythorbate)as well as the bottle material on stability of anthocyanins in two different kinds of blueberry were discussed in the experiment. Results showed that only in acidic environments,the pigment had high stability. Anthocyanins had low fever and light stability. Oxidant and reductant had strong destructive effect to blueberry anthocyanins,but sucrose had counterproductive. PET was suitable for packaging materials. In conclusion,the low bush blueberry anthocyanins had higher stability than the high bush blueberry anthocyanins in the same conditions. So it should choose the right variety of blueberry when producing or extracting the anthocyanins.

blueberries;anthocyanins;stability

2014-09-18

田密霞(1979-),女,博士研究生,工程師,研究方向:果蔬保鮮加工及其功能性成分研究。

*通訊作者:李亞東(1964-),男,碩士,教授,研究方向:小漿果種質資源及栽培生理。

農業部2011公益性行業(農業)科研專項小漿果產業技術研究與實驗示范(201103037);吉林省財政廳項目(2012004);吉林省科技廳發展計劃項目(20110828);中央高校自主科研項目(DC13010307);大連民族學院大學生創新創業訓練計劃項目(X2013046)。

TS201.2

A

1002-0306(2015)13-0060-07

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.004