脱臭紫甘蓝色素“返臭”的跟踪研究

刘凤娇，周　兵，张璐瑶，廖小军，胡小松，张　燕

(中国农业大学食品科学与营养工程学院/国家果蔬加工工程技术研究中心/农业部果蔬加工重点开放实验室，北京　100083)



脱臭紫甘蓝色素“返臭”的跟踪研究

刘凤娇，周兵，张璐瑶，廖小军，胡小松，张燕

(中国农业大学食品科学与营养工程学院/国家果蔬加工工程技术研究中心/农业部果蔬加工重点开放实验室，北京100083)

摘要：研究紫甘蓝色素经高压二氧化碳(HPCD)技术脱臭后，在贮藏过程中能否保持稳定无异味状态。采用8 MPa、50 ℃下处理60min、迅速卸压(2 min)的HPCD处理对紫甘蓝色素中异味物质进行脱除。通过气质联用(GC-MS)色谱技术，对脱臭后不同贮藏时间(3、5、10、15d)内紫甘蓝色素中的异味物质进行跟踪分析。结果表明：HPCD脱臭后的紫甘蓝色素在贮藏过程中存在返臭现象。经过15d的贮藏，对异味贡献最大的含硫化合物的相对百分含量随贮藏时间的延长呈递增趋势，由1.48%增至46.61%，该色素中的核心异味物质烯丙基异硫氰酸酯(AITC)的相对百分含量由1.06%递增至31.98%，其他异味物质的含量也不断增加。

关键词：紫甘蓝色素；高压二氧化碳；脱臭；贮藏；返臭

紫甘蓝色素是紫甘蓝中的花色苷类物质，作为一种天然食用色素，具有抗氧化、清除自由基等多种生理功能[1，2]。紫甘蓝色素的应用主要包括食品添加剂、酸碱指示剂、抗氧化剂、染色剂等[3-6]。在植物体中硫代葡萄糖苷与硫代葡萄糖苷酶是共存且分隔的；在紫甘蓝色素提取的过程中，由于水分的存在，细胞受到破坏，硫代葡萄糖苷酶作用于硫代葡萄糖苷，产生烯丙基异硫氰酸酯(AITC)、烯丙基腈等异味物质[7，8]，严重影响了紫甘蓝色素的应用范围。如何有效脱除紫甘蓝色素中的异味物质并保持稳定无异味状态成为该色素工业应用的关键。

高压二氧化碳(HPCD)技术是一种新型的非热杀菌技术，借助压力与二氧化碳形成的酸性高压环境及可控的温度系统，对微生物和酶产生显著的影响，能保持食品新鲜的质地、营养和感官品质[9]。HPCD技术的应用研究主要集中在钝酶、抑菌及其动力学分析[10-13]，也有研究表明，该技术可以促进紫甘蓝中花色苷的提取[14]。刘凤娇等研究[15]表明，HPCD可以有效地脱除紫甘蓝色素中的核心异味物质AITC及其他异味成分，但仍有部分残留。为了考察脱臭后的紫甘蓝色素在贮藏期间能否保持稳定的无异味状态，本文采用HPCD技术对紫甘蓝色素进行脱臭，通过气质联用(GC-MS)色谱技术对脱臭后的紫甘蓝色素在不同贮藏期内异味物质的变化进行了跟踪分析，旨在评价紫甘蓝色素经HPCD脱臭后的贮藏效果。

1材料和方法

1.1材料与试剂

紫甘蓝红色素，晨光生物科技集团，于4℃储藏备用。

乙腈，色谱纯，购于美国Honeywell公司；二氧化碳气体，纯度99.5%，购于北京千禧气体有限公司。

1.2仪器与设备

试验采用CAU-HPCD-1(ZL200520132590.X)型HPCD处理装置[16]，中国农业大学自行设计。该装置中高压二氧化碳产生输送单元与反应釜连接，产生的高压二氧化碳经预热后直接输送到反应釜中。此外，还应用了GC7890A/MS5975C型气质联用仪，美国安捷伦公司；EY-300A型分析天平，日本松下电器公司；2000D型超纯水器，北京长风仪器仪表公司；S-HH-W21-Cr600型恒温水浴箱，北京长安科学仪器厂。

1.3试验方法

1.3.1HPCD脱臭

将HPCD设备的反应釜预热到预定温度50℃，将装有2mL紫甘蓝色素提取液的50mL离心管置于反应釜中。经过1～5min的升压过程达到预定压强，在8MPa，50℃下处理60min后，迅速卸压，卸压时间为2min，取出离心管。将处理后的紫甘蓝色素提取液室温下贮藏，待测定。

1.3.2HPCD脱臭后不同贮藏期内紫甘蓝色素中异味物质的GC-MS分析

取HPCD脱臭后分别贮藏3、5、10、15d的紫甘蓝色素水溶液8mL置于15mL样品瓶，40℃恒温搅拌，固相微萃取40min，然后进行GC-MS测定。

色谱条件为：Agilent GC7890A/MS5975C型气质联用仪，DB-5 MS柱(30 m×250 mm×0.25 mm)。测定时柱温为60 ℃，保持2 min；后以4 ℃/min的速率升至125 ℃；最后以8 ℃/min的速率升至230 ℃，保持8.625 min。进样口温度为250 ℃，载气为He气，流速为1 mL/min。质谱条件为：离子源为EI，电子能量为70 eV，接口温度为250 ℃，质量范围为30-550 D。

2结果与分析

2.1HPCD脱臭后不同贮藏期紫甘蓝色素中异味物质的GC-MS分析

分别对HPCD脱臭后室温下贮藏3、5、10、15d的紫甘蓝色素样品进行GC-MS检测，以相对百分含量对紫甘蓝色素中的挥发性组分进行定量。

刘凤娇等[15]分析比较了HPCD脱臭紫甘蓝色素前后挥发性成分的含量变化，结果表明，HPCD技术可以有效地脱除紫甘蓝色素中的异味物质，试样紫甘蓝色素经HPCD脱臭后挥发性成分由处理前的17种变为7种，许多异味物质得到不同程度的脱除，核心异味物质烯丙基异硫氰酸酯(AITC)由3.15%减少到1.06%。

由表1可以看出，紫甘蓝色素中的挥发性成分有烃类、醛类和含硫化合物，其中烃类包括饱和烃、烯烃和芳香烃。饱和烃和醛类物质对紫甘蓝色素的异味贡献不大，烯烃、芳香烃和含硫化合物为紫甘蓝色素中重要的异味物质，尤其是AITC[15]。

HPCD处理前紫甘蓝色素中挥发性成分有醛类7种、烃类6种、含硫类化合物4种。对紫甘蓝色素异味有贡献的物质有二甲基三硫醚(15.18%)、AITC(3.15%)、烯丙基硫氰酸酯(2.69%)、萘(1.46%)、二甲基四硫化合物(1.21%)、1-甲基-环己烯(0.16%)、2-甲基萘(1.12%)、2，6-二甲基-萘(0.2%)、1，7-二甲基-萘(0.24%)。

HPCD处理后紫甘蓝色素中挥发性成分有醛类3种、烃类2种、含硫化合物2种，种类数减少了近一半。对紫甘蓝色素异味有贡献的物质有AITC(1.06%)、2-甲基-萘(0.68%)、烯丙基硫氰酸酯(0.42%)、萘(0.29%)，与处理前相比，这些物质含量均明显下降。此外，异味物质二甲基三硫醚、二甲基四硫化合物、1-甲基-环己烯、2-甲基萘、2，6-二甲基-萘、1，7-二甲基-萘，经HPCD处理后均得到完全脱除。

表1　HPCD处理后贮藏过程中紫甘蓝色素

贮藏3d后，紫甘蓝色素挥发性成分由7种变为15种，其中醛类7种、烃类6种、含硫化合物2种。对异味有贡献的物质主要有AITC(6.44%)、烯丙基硫氰酸酯(5.16%)、萘(0.87%)、2-甲基-萘(0.57%)。与第0d的相比，除了2-甲基-萘略有下降外，其他对异味有贡献的物质含量均增加了，AITC增加了近5倍、烯丙基硫氰酸酯增加了10倍多、萘增加了2倍。

贮藏5d后，紫甘蓝色素挥发性成分变为14种，其中醛类4种、烃类9种、含硫化合物1种，对异味有贡献的成分主要有AITC(17.52%)、萘(0.64%)、2-甲基-萘(0.76%)，以及新产生的1，3-二甲基-萘(0.46%)。与第3d相比，除了烯丙基硫氰酸酯未检出、萘略有下降外，主要异味成分含量又有增加。在第0d的基础上，AITC增加了近17倍。

贮藏10d后，紫甘蓝色素挥发性成分有13种，其中醛类4种、烃类8种、含硫化合物1种，对异味有贡献的成分主要有AITC(26.2%)、萘(0.82%)、2-甲基-萘(0.62%)。与第5d的相比，主要异味成分含量继续增加。在第0d的基础上，AITC增加了近25倍.

贮藏15d后，紫甘蓝色素挥发性成分有15种，其中醛类6种、烃类6种、含硫化合物3种，对异味有贡献的成分主要有AITC(31.98%)、二硫化碳(11.71%)、硫脲(2.92%)、萘(1.09%)、2-甲基-萘(1.2%)。在第0d的基础上，异味物质AITC含量增加了近31倍、萘增加了近3倍、2-甲基-萘增加了近1倍，而且产生了新成分二硫化碳和硫脲，对紫甘蓝色素异味的产生均有显著的促进作用。

2.2HPCD脱臭后紫甘蓝色素贮藏过程中各种化合物的相对百分含量

如表2所示，对异味贡献最大的含硫化合物的含量随贮藏时间的延长呈递增趋势，且增加量最大，由1.48%增至46.61%，增加了近30倍。醛类物质的增加量也很大，由4.41%增至47.45%，但该类物质对紫甘蓝色素的异味贡献不大。烃类物质的含量在贮藏的过程中总体而言变化不大，均比刚处理后的含量高，对异味的形成有一定贡献。

表2　紫甘蓝色素贮藏过程中各种化合物的相对百分含量

在贮藏过程中检出的含硫化合物有4种，包括：烯丙基硫氰酸酯、AITC、二硫化碳、硫脲。烯丙基硫氰酸酯在贮藏0d和3d时含量分别0.42%、5.16%，但之后均未检出，可能被逐渐分解转化为其他化合物。二硫化碳和硫脲都在贮藏15d时检出，可能是AITC或烯丙基硫氰酸降解所致。贮藏15d后，AITC的相对含量由经HPCD刚处理后的1.06%增加到31.98%(表1)，紫甘蓝色素出现了返臭现象。

在贮藏过程中检出的烃类物质有15种，包括：萘、2-甲基-萘、3-甲基-十三烷、8-甲基-十七烷、十六烷、十三烷、1，3-二甲基-萘、十九烷、二十六烷、2，3-二甲基-十七烷、十八烷，其中饱和烷烃对紫甘蓝色素异味的贡献较小。芳香烃类物质萘、2-甲基-萘和1，3-二甲基-萘对紫甘蓝色素异味变化有一定贡献。经过15d的贮藏，萘的相对百分含量由0.29%增加至最大值1.09%，2-甲基-萘则由0.57%增加至最大值1.2%。

3结论

(1)贮藏期间对紫甘蓝色素异味变化贡献较大的化合物包括：烯丙基异硫氰酸酯(AITC)、二硫化碳、硫脲、萘、2-甲基-萘等，其中AITC是紫甘蓝色素异味产生的核心物质。

(2)经过15d的贮藏，对异味贡献最大的含硫化合物的含量随贮藏时间的延长呈递增趋势，由1.48%增至46.61%，其中核心异味物质AITC由1.06%递增至31.98%，其他异味物质的含量也不断增加，且贮藏15d时有新异味物质二硫化碳和硫脲产生，说明贮藏过程中也存在降解。

(3)以上结果表明，紫甘蓝色素经过HPCD脱臭后，在贮藏的过程中仍会出现返臭现象。◇

参考文献

[1]Downham A，Collins P.Colouring our foods in the last and next millennium[J].International Journal of Food Science and Technology，2000，35(1)：5-22.

[2]McDougall G J，Fyffe S，Dobson P，et al.Anthocyanins from red cabbage-stability to simulated gastrointestinal Digestion[J].Phytochemistry，2007，68(9)：1285-1294.

[3]徐春明，李婷，王英英，等.食用蓝色素及其使用现状研究进展[J].中国食品添加剂，2014，1：208-214.

[4]Ahmadiani N，et al.Anthocyanins contents，profiles，and color characteristics of red cabbage extracts from different cultivars and maturity stages[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2014，62(30)：7524-7531.

[5]Chandrasekhar J，et al.Extraction of anthocyanins from red cabbage and purification using Adsorption[J].Food and Bioproducts Processing，2012，90(4)：615-623.

[6]Li H，Deng Z，et al.Highly pigmented vegetables：anthocyanin compositions and their role in antioxidant Activities[J].Food Research International，2012，46(1)：250-259.

[7]Thangstad O P，et al.Immunocytochemical localization of myrosinase in Brassica napus L[J].Planta，1990，180(2)：245-248.

[8]Gerenda?s J，et al.Isothiocyanate concentration inkohlrabi(Brassica oleracea L.Var..Gongylodes) plants as influenced by sulfur and nitrogen supply[J].Agriculture and Food Chemistry，2008，56(18)：8334-8342.

[9]Liao H，Zhang F，Liao X，et al.Analysis of Escherichia coli cell damage induced by HPCD using microscopies and fluorescent staining[J].International Journal of Food Microbiology，2010，144(1)：169-176.

[10]Garcia-Gonzalez L，et al.High pressure carbon dioxide inactivation of microorganisms in Foods：the past，the present and the future[J].International Journal of Food Microbiology，2007，117(1)：1-28.

[11]Garcia-Gonzalez L，et al.Inactivation of nationally occurring microorganisms in liquid whole egg using high pressure carbon dioxide processing as an alternative to heat pasteurization[J].Supercritical Fluids，2009，51(1)：74-82.

[12]Garcia-Gonzalez L，Geeraerd A H，Elst K，et al.Influence of type of microorganism，food ingredients and food properties on high-pressure carbon dioxide inactivation of microorganisms[J].International Journal of Food Microbiology，2009，129(3)：253-263.

[13]Garcia-Gonzalez L，Geeraerd A H，Mast J，et al.Membrane permeabilization and cellular death of escherichia coli，listeria monocytogenes and saccharomyces cerevisiae as induced by high pressure carbon dioxide treatment[J].Food Microbiology，2010，27(4)：541-549.

[14]Zhenzhen X，Jihong W，Xiaosong H，et al.Extraction of anthocyanins from red cabbage using high pressure CO2[J].Bioresource Technology，2010，101(18)：7151-7157.

[15]刘凤娇，等.HPCD脱除紫甘蓝色素中烯丙基异硫氰酸酯的工艺优化[J].高压物理学报，2015(已录).

[16]廖小军，桂芬琦，胡小松，等.高密度CO2杀菌装置：中国，200520132590.X[P].2006-12-06.

(责任编辑李燕妮)

Tracking Study on Purple Cabbage Pigment’s Return Smelly After HPCD Deodorization

LIU Feng-jiao，ZHOU Bing，ZHANG Lu-yao，LIAO Xiao-jun，HU Xiao-song，ZHANG Yan

(CollegeofFoodScienceandNutritionalEngineering，ChinaAgriculturalUniversity/NationalEngineeringResearchCenterofFruitandVegetableProcessing/KeyLaboratoryofFruitsandVegetablesProcessing，MinistryofAgriculture，Beijing100083，China)

Abstract：Purple cabbage pigment is a kind of natural edible pigment，which can be used as a good colorant in food industry.However，the odor smells always produce in its extraction process，especially the core odorous material Allyl Isothiocyanate(AITC)，which give the purple cabbage pigment bad smell，limiting its application in food industry.High pressure carbon dioxide(HPCD)is a new type technology，which can effectively remove odorous material Allyl Isothiocyanate(AITC)through a non-thermal process，but whether the purple cabbage pigment is stable without odor during storage is not sure.Purple cabbage pigment after HPCD treatment was stored at room temperature.GC-MS chromatography was used for tracing the changes of odorous materials in the purple cabbage pigment during different storage time(3 d，5 d，10 d，15 d).The result showed that there still existed return smelly phenomena in purple cabbage pigment during the period of storage，with some odorous materials reproduced or increased.After 15d of storage，the relative percentage of sulfur compounds，which contributed largest to the odor of purple cabbage pigment，were increased from 1.48% to 46.61% with the storage time extended.While the core odorous material Allyl Isothiocyanate(AITC)was increased continuously from 1.06% to 31.98%.We concluded that the quality of purple cabbage pigment during storage after HPCD deodorization couldn’t be guaranteed，and this was a serious problem to be solved in the future.

Keywords：purple cabbage pigment；high pressure carbon dioxide(HPCD)；deodorization；storage；return smelly

通讯作者：张燕(1977—)，女，博士，副教授，研究方向：非热加工技术理论与应用研究。

作者简介：刘凤娇(1991—)，女，硕士，研究方向：果蔬加工与贮藏工程。

基金项目：国家“十二五”科技支撑计划课题(项目编号：2012BAD31B09)；北京市科技新星计划(项目编号：Z121105002512068)。