熱處理及貯藏溫度對紫甘藍花色苷穩定性和抗氧化能力的影響

曹帥穎，李洋，何晨陽，王忠博，勞鳳云，金光燦

（華北理工大學藥學院，河北唐山063210）

色素賦予食品各種顏色，影響食品的觀感及品質，對食品至關重要?；ㄉ諡樗苄蕴烊簧?，顯現出紅色、藍色、紫色等顏色，通?？蓮氖卟?、水果等植物中獲得[1]。此外，花色苷還具有優良的抗氧化功能，能夠清除自由基，預防衰老、心血管疾病、癌癥和糖尿病等[2-5]。目前，在國內外食品行業中，花色苷是一類重要的天然食用色素[6]，用量極大。

在食品加工過程中，熱處理是最常見步驟之一，可保證食品安全，延長保質期。常用熱處理方法有巴氏滅菌（63℃～100℃），常規滅菌（100℃～130℃）和超高溫滅菌（130℃～160℃）。但熱處理會對食品帶來不良影響，如顏色變化、營養成分損失等。有報道稱花色苷色素在熱處理過程中容易降解，導致含花色苷的食品顏色改變[7]。此外，食品加工完畢后往往還需要貯藏一段時間才能到達消費者手中，貯藏溫度也會對食品中的花色苷色素產生影響。有研究發現富含花色苷的果汁、果醬等食品在不同溫度下貯藏均伴隨顏色的變化及花色苷含量的降低[8-10]。由此可見，對于含有花色苷的食品，熱處理及貯藏溫度均會對其品質造成影響。

紫甘藍（Brassica oleracea L.）又名赤甘藍、紅甘藍，葉片富含花色苷類的紫紅色色素[11]，作為食用蔬菜在我國大面積種植。紫甘藍花色苷色素色澤鮮艷，具有一定生物活性[12-13]，適合作為天然食用色素。已有的研究證實紫甘藍花色苷色素對溫度耐受性較差，高溫易降解[14-15]，但是在食品的生產、加工、貯藏整個過程中溫度對紫甘藍花色苷色素的影響規律并不清楚，而了解并掌握紫甘藍花色苷色素在這一過程中穩定性及活性的變化情況，對于開發應用紫甘藍花色苷色素至關重要。

因此，本研究探討在 90、100、120、140℃熱處理30 s和 2 min后，分別在 4、25、45、65℃貯藏 21 d紫甘藍花色苷穩定性及抗氧化活性的變化規律，為含有紫甘藍花色苷的食品加工和貯藏溫度的選擇提供數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫甘藍：河北產。D-101大孔樹脂：西安藍曉科技新材料股份有限公司?？箟难?、鹽酸、無水乙醇、硫酸亞鐵、水楊酸、雙氧水、鄰苯三酚、六氰合鐵酸鉀（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器

Lambda 35紫外可見分光光度計：美國PerkinElmer公司；RV-8旋轉蒸發儀：德國IKA公司；ALPHA 1-2 LD plus凍干機：德國Christ公司；DZF6020真空干燥箱：上海東麓儀器設備有限公司；HHS水浴鍋：上海博迅實業有限公司醫療設備廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 紫甘藍花色苷的制備

將紫甘藍葉片剪碎，置于pH 3的80%乙醇溶液中浸提5 h，過濾，濾液經30℃水浴減壓蒸餾，得濃縮液。預處理過的D-101大孔樹脂吸附濃縮液3 h，再用去離子水反復沖洗大孔樹脂除去雜質，最后向大孔樹脂中加入80%乙醇溶液（pH3）解吸1 h，收集解吸液并濃縮除去乙醇，冷凍干燥，得紫甘藍花色苷樣品。

1.3.2 紫甘藍花色苷的熱處理及貯藏

取8份適量紫甘藍花色苷粉末分別在90、100、120、140℃下加熱30 s和2 min，隨后將已加熱的及對照組未加熱的花色苷樣品溶于去離子水制成質量濃度1 mg/mL溶液，分別避光貯藏在4、25、45℃及65℃中21 d，每3天取適量溶液測定花色苷質量濃度及抗氧化能力。

1.3.3 花色苷質量濃度的測定

吸取0.025 mol/L pH1.0的KCl-HCl緩沖液和0.4 mol/L pH 4.5的醋酸鈉-醋酸緩沖液各4.5 mL于試管中，分別加入待測樣品0.5 mL，室溫放置20 min，分別測定530 nm和700 nm下的吸光度，按式（1）、（2）計算樣品花色苷質量濃度[16]。

式中：C為待測樣品中花色苷質量濃度，mg/mL；Mw為矢車菊素3-葡萄糖苷的摩爾質量（449.2 g/mol）；DF為稀釋因子，此處為10；ε為矢車菊素3-葡萄糖苷的摩爾吸收系數，ε=26 900 L/（mol·cm）；L為比色杯光程，L=1 cm。

1.3.4 清除羥基自由基能力的測定

由Fenton法產生羥基自由基[17]。取0.5 mL花色苷溶液、0.5 mL 10 mmol/L FeSO4溶液、0.5 mL 10 mmol/L水楊酸-乙醇溶液和0.5 mL 8.8 mmol/L H2O2混合均勻，37℃反應0.5 h，在510 nm處測定吸光度（A實驗）?？瞻捉M用0.5 mL去離子水代替花色苷溶液（A空白），對照組以1.5 mL去離子水代替0.5 mL溶液、0.5 mL水楊酸-乙醇溶液和0.5 mL H2O2（A對照）。按式（3）計算羥基自由基清除率。

1.3.5 清除超氧陰離子自由基能力的測定

鄰苯三酚自氧化法產生超氧陰離子自由基[18]。向試管中移取2.25 mL pH8.2磷酸鹽緩沖液，0.5 mL花色苷溶液和0.15 mL 3 mmol/L鄰苯三酚溶液，充分混勻，室溫避光反應5min，于320nm波長處測定吸光度（A實驗）?？瞻捉M用0.5 mL去離子水代替花色苷溶液（A空白），對照組用2.25 mL去離子水代替pH8.2磷酸鹽緩沖液（A對照）。按式（4）計算超氧陰離子自由基清除率。

1.3.6 還原力的測定

采用普魯士藍法測定還原力[19]。準確移取花色苷溶液1 mL，依次加入0.2 mol/L pH6.6的磷酸鹽緩沖液和1%六氰合鐵酸鉀溶液各2.5 mL，于50℃水浴保溫20 min，快速冷卻，再加入10%三氯乙酸溶液2.5 mL，然后依次加入去離子水2.5mL，0.1%FeCl3溶液0.5mL，充分混勻，靜置10 min，于700 nm波長測定吸光度。

2 結果與分析

2.1 熱處理及貯藏溫度對紫甘藍花色苷穩定性的影響

熱處理對紫甘藍花色苷穩定性的影響如圖1所示。

圖1 熱處理對紫甘藍花色苷質量濃度的影響Fig.1 Effect of heat treatments on concentration of anthocyanins from red cabbage

經不同溫度加熱處理后，紫甘藍花色苷質量濃度依次降低，花色苷均發生了降解，且降解量隨著溫度的升高顯著增多（P＜0.05）。另一方面，熱處理時間同樣影響穩定性。在相同溫度下比較加熱時間可見，加熱2 min比加熱30 s的紫甘藍花色苷質量濃度要低，但在90℃和100℃時兩加熱時間組之間分別相差0.01 mg/mL 和 0.011 mg/mL，均無顯著性差異（P＞0.05），而120℃和140℃時兩加熱時間組之間分別相差0.027 mg/mL 和 0.028 mg/mL，差異顯著（P＜0.05）。Sui等[20]發現在pH 3條件下，從100℃升至165℃，矢車菊素3-葡萄糖苷和矢車菊素3-蕓香糖苷的降解速率常數分別增大87倍和58倍，溫度升高使花色苷降解加快。由此可見，隨著溫度的升高，熱處理時間越長，紫甘藍花色苷降解越快，質量濃度越低，這一結果與花色苷在溫度相對較高時降解速率較大有關。

貯藏溫度對紫甘藍花色苷穩定性的影響用溶液中花色苷質量濃度的剩余百分比表示，見圖2。

圖2 貯藏溫度對紫甘藍花色苷質量濃度的影響Fig.2 Effect of storage temperature on concentration of anthocyanins from red cabbage

貯藏試驗期間，4℃下的紫甘藍花色苷剩余量要大于25、45、65℃下的花色苷剩余量，穩定性最好。在第21天時，4℃貯藏并預先熱處理30 s的4個試驗組花色苷剩余量分別為49.51%、49.45%、44.95%、43.64%，4℃貯藏并預先熱處理2 min的4個試驗組花色苷剩余量依次為48.31%、47.77%、45.98%、45.77%。而隨著貯藏溫度的升高，花色苷的降解速度加快，45℃下貯藏到第12天，花色苷剩余18%左右，65℃下貯藏到第12天時溶液中的花色苷幾乎完全降解。

2.2 熱處理及貯藏溫度對紫甘藍花色苷抗氧化能力的影響

貯藏溫度對紫甘藍花色苷清除羥基自由基能力的影響如圖3所示。

圖3 貯藏溫度對紫甘藍花色苷清除羥基自由基能力的影響Fig.3 Effect of storage temperature on hydroxyl radical scavenging capacity of anthocyanins from red cabbage

由圖3可知，不同溫度及熱處理時間對花色苷清除羥基自由基的影響不大，在貯藏過程中，4℃和25℃條件下羥基自由基清除率幾乎沒有變化，貯藏21 d后清除率為30%左右，隨著貯藏溫度升高，清除率降低，但在65℃下貯藏21 d后清除率為10%左右，仍具有一定的羥基自由基清除能力。

貯藏溫度對紫甘藍花色苷清除超氧陰離子自由基能力的影響見圖4。

由圖4可見，熱處理溫度及時間對紫甘藍花色苷清除超氧陰離子自由基無明顯影響，而在貯藏過程中，4個溫度下各組花色苷溶液的超氧陰離子自由基清除率均由80%降到40%左右，貯藏溫度的改變對清除能力的變化無影響，各溫度下貯藏21 d后仍保持了較強的清除能力。

貯藏溫度對紫甘藍花色苷還原力的影響見圖5。

圖4 貯藏溫度對紫甘藍花色苷清除超氧陰離子自由基能力的影響Fig.4 Effect of storage temperature on superoxide anion radical scavenging capacity of anthocyanins from red cabbage

圖5 貯藏溫度對紫甘藍花色苷還原力的影響Fig.5 Effect of storage temperature on reducing power of anthocyanins from red cabbage

由圖5可看出，貯藏試驗結束時，對照組及試驗組花色苷溶液的還原力基本無變化，表明熱處理及貯藏溫度對紫甘藍花色苷的還原力均無影響，各溫度條件下保持了原有的還原能力。

3 結論與討論

熱處理使紫甘藍花色苷溶液的質量濃度下降，且隨溫度升高和時間延長損失越多。在貯藏過程中，紫甘藍花色苷在4℃下穩定性最好，隨溫度升高降解速度加快，在65℃時貯藏12 d后花色苷全部降解。有研究報道室溫下貯藏103 d后，越橘果汁中的花色苷剩余13%，而樹莓果汁和草莓果汁中的花色苷僅剩余1%[21]，同樣在室溫下貯藏60 d，草莓罐頭中的花色苷剩余31%[22]。除此以外，宋亞等發現在（8±1）℃條件下貯藏7 d后，鮮切處理的紫甘藍葉片中總花色苷損失18.12%[23]。對比可知，這些報道中花色苷的降解速度要遠小于本試驗中花色苷的降解速度，這可能與本試驗條件下的輔色作用較弱有關[24]。輔色作用可增強花色苷的穩定性，本試驗紫甘藍色素提取后經大孔樹脂純化，去除了糖、鹽、有機酸、蛋白質等，缺乏這些物質對花色苷的輔色作用，從而使花色苷的穩定性降低。體系中的固形物含量也會影響花色苷降解速度，固形物含量越高，降解越慢[25]。由此可知，由于輔色作用，紫甘藍花色苷在成分復雜的食品體系中的穩定性會更好，本試驗中花色苷降解速度可作為食品體系中紫甘藍花色苷色素降解速度的上限參考。

在清除羥基自由基、超氧陰離子自由基試驗中，清除率的降低可能與其相對應的花色苷質量濃度降低有關，但由圖3、圖4可見，即使在65℃貯藏試驗后期花色苷質量濃度剩余0%時，樣品溶液仍具有抗氧化能力。有文獻報道了與此類似的結果，Sui等發現熱處理及較低溫度貯藏對黑米花色苷的抗氧化能力無影響，而只在較高溫度貯藏時抗氧化能力才有顯著降低[26]。食品體系同樣有相似的表現，Vegara等報道巴氏滅菌對石榴果汁的抗氧化能力無影響，但隨貯藏溫度升高，其抗氧化能力依次下降[27]。在加熱及貯藏過程中，花色苷會發生降解、氧化等反應生成新化合物，新化合物的結構決定了其抗氧化能力。有研究顯示食品加工過程中新生成的部分氧化多酚產物的抗氧化能力比氧化前更強[28]，從而使食品加工后仍具有抗氧化功能。由本試驗結果可知，在較高貯藏溫度下花色苷發生了大量降解，但樣品溶液依然保持抗氧化能力，表明紫甘藍花色苷的降解、氧化產物具有抗氧化活性，可使含有紫甘藍花色苷的食品在熱處理和貯藏后仍具備抗氧化功能。

因此，添加有紫甘藍花色苷的食品，適宜采用溫度較低的熱處理方法并在4℃或更低溫度貯藏，可有效保持花色苷含量，在45℃或更高溫度貯藏時，應短于12 d，避免花色苷損失量過大并伴隨顏色改變，但在各溫度下熱處理和貯藏，其仍具有抗氧化功能。

[1]CASTA?EDA-OVANDO A,PACHECO-HERNáNDEZ M D L,PáEZ-HERNáNDEZ M E,et al.Chemical studies of anthocyanins:A review[J].Food Chemistry,2009,113(4):859-871

[2]KONG J M,CHIA L S,GOH N K,et al.Analysis and biological activities of anthocyanins[J].Phytochemistry,2003,64(5):923-933

[3]趙海田,王振宇,王路,等.花色苷類物質降血脂機制研究進展[J].東北農業大學學報,2012,43(3):139-144

[4]呂昱,嚴敏.紫薯花色苷的生理功能及分離純化研究進展[J].食品與機械,2013,29(4):250-257

[5]SONG Y,HUANG L L,YU J F.Effects of blueberry anthocyanins on retinal oxidative stress and inflammation in diabetes through Nrf2/HO-1 signaling[J].Journal of Neuroimmunology,2016,301:1-6

[6]李韜,張宏宇,呂玉璋.花色苷類色素的研究進展 [J].農業科技與裝備,2010(5):23-26

[7]VAN BOEKEL M,FOGLIANO V,PELLEGRINI N,et al.A review on the beneficial aspects of food processing[J].Molecular Nutrition&Food Research,2010,54(9):1215-1247

[8]WEST M E,MAUER L J.Color and chemical stability of a variety of anthocyanins and ascorbic acid in solution and powder forms[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2013,61(17):4169-4179

[9]REQUE P M,STEFFENS R S,JABLONSKI A,et al.Cold storage of blueberry(Vaccinium spp.)fruits and juice:Anthocyanin stability and antioxidant activity[J].Journal of Food Composition and Analysis,2014,33(1):111-116

[10]AMARO L F,SOARES M T,PINHO C,et al.Processing and storage effects on anthocyanin composition and antioxidant activity of jams produced with Camarosa strawberry[J].International Journal of Food Science&Technology,2013,48(10):2071-2077

[11]MIZGIER P,KUCHARSKA A Z,SOKó?-?E TOWSKA A,et al.Characterization of phenolic compounds and antioxidant and antiinflammatory properties of red cabbage and purple carrot extracts[J].Journal of Functional Foods,2016,21:133-146

[12]王忠博,張志斐,姚妍妍,等.紫甘藍食用色素抑制細胞脂質過氧化活性研究[J].食品研究與開發,2016,37(24):38-42

[13]DEMIRD?VEN A,KARABIYIKLI,TOKATLI K,et al.Inhibitory effects of red cabbage and sour cherry pomace anthocyanin extracts on food borne pathogens and their antioxidant properties[J].LWTFood Science and Technology,2015,63(1):8-13

[14]陳海華,李海萍,王艷敏.微波輔助萃取紫甘藍色素及其穩定性研究[J].食品與機械,2008,24(5):52-56

[15]朱振寶,吳園芳,易建華.紫甘藍花色苷色素穩定性研究 [J].糧食與油脂,2011(10):46-49

[16]CHANDRASEKHAR J,MADHUSUDHAN M C,RAGHAVARAO K S M S.Extraction of anthocyanins from red cabbage and purification using adsorption[J].Food and Bioproducts Processing,2012,90:615-623

[17]李洋,欽傳光,牛衛寧,等.幾種天然植物花色苷體外清除自由基活性比較研究[J].食品科學,2009,30(7):91-94

[18]陸永旺,勞玲玲,陳華妮,等.酸荔枝核黃酮體外抗氧化作用的研究[J].中國釀造,2013,32(7):104-106

[19]LI Y,LI H L,ZHANG Y,et al.In vitro antioxidant and anticancer activities of the extract from paper mulberry(Broussonetia papyrifera L.)fruit[J].Asian Journal of Chemistry,2013,25(10):5453-5456

[20]SUI X N,DONG X,ZHOU W B.Combined effect of pH and high temperature on the stability and antioxidant capacity of two anthocyanins in aqueous solution[J].Food Chemistry,2014,163(20):163-170

[21]REIN M J,HEINONEN M.Stability and enhancement of berry juice color[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2004,52(10):3106-3114

[22]NGO T,WROLSTAD R E,ZHAO Y.Color quality of Oregon strawberries-Impact of genotype,composition,and processing[J].Journal of Food Science,2007,72(1):C25-C32

[23]宋亞,李凱利,方佳寧,等.鮮切紫甘藍中花青苷和硫代葡萄糖苷在貯藏過程中的變化[J].食品科學,2016,37(18):96-101

[24]SUI X N,ZHOU W B.Monte Carlo modelling of non-isothermal degradation of two cyanidin-based anthocyanins in aqueous system at high temperatures and its impact on antioxidant capacities[J].Food Chemistry,2014,148:342-350

[25]PATRAS A,BRUNTON N P,O’DONNELL C,et al.Effect of thermal processing on anthocyanin stability in foods；mechanisms and kinetics of degradation[J].Trends in Food Science&Technology,2010,21(1):3-11

[26]SUI X N,BARY S,ZHOU W B.Changes in the color,chemical stability and antioxidant capacity of thermally treated anthocyanin aqueous solution over storage[J].Food Chemistry,2016,192:516-524

[27]VEGARA S,MENA P,MARTI N,et al.Approaches to understanding the contribution of anthocyanins to the antioxidant capacity of pasteurized pomegranate juices[J].Food Chemistry,2013,141(3):1630-1636

[28]LAURA A,ALVAREZ-PARRILLA E,GONZALEZ-AGUILAR G A.Fruit and vegetable phytochemicals:chemistry,nutritional value and stability[M].New York:John Wiley&Sons,2009:126