添加外源阿魏酸和茶多酚对蓝莓渣干粉功能成分的影响

夏秀东,王 英,刘小莉,李 莹,单成俊,周剑忠

(江苏省农业科学院 农产品加工研究所,江苏 南京 210014)

添加外源阿魏酸和茶多酚对蓝莓渣干粉功能成分的影响

夏秀东,王 英,刘小莉,李 莹,单成俊,周剑忠*

(江苏省农业科学院 农产品加工研究所,江苏 南京 210014)

研究了添加外源阿魏酸和茶多酚对蓝莓渣在热风干燥和真空冷冻干燥条件下总酚、总黄酮、花色苷、膳食纤维含量和色泽的影响。结果表明：向蓝莓渣中添加阿魏酸和茶多酚可有效保护或转化在热风干燥和真空冷冻干燥条件下干燥的蓝莓渣中的总酚、总黄酮、花色苷和膳食纤维,还可以很好地保持蓝莓渣的色泽；添加阿魏酸和茶多酚与真空冷冻干燥技术相结合更加适合蓝莓渣的加工。

蓝莓渣;阿魏酸;茶多酚;热风干燥;真空冷冻干燥;功能成分

蓝莓果为浆果,含有丰富的糖类、氨基酸、蛋白质、花色苷、酚类、黄酮和膳食纤维等营养物质,风味独特,果肉细腻、甜酸适度,其营养与保健价值远高于其它水果,常被誉为“世界浆果之王”[1];蓝莓果具有抗癌、抗炎症、抗衰老、促进视红素再合成、改善人体血液循环、增强肝脏功能、提高免疫力等多种生理活性功能[2-3]。近年来,世界各国的蓝莓产业迅猛发展,涌现出果汁饮料、乳饮料、复合饮料、果脯、果酒、果醋等蓝莓产品,同时也产生了大量的蓝莓渣,最多可占鲜果重量的20%[4]。有研究表明超过15%的多酚和71.8%的花青素残留于蓝莓渣中[5]。蓝莓渣随意堆放不仅污染环境,而且会造成大量有极大利用价值的营养及功能性成分的浪费。

干燥是食品加工过程中最常用的处理方法之一,食品通过干燥不仅可以延长保质期、减轻食品的重量、便于运输和储藏,而且可以改变一些食品的加工性能。热风干燥和真空冷冻干燥技术是食品脱水常用的加工手段。其中热风干燥因操作简便、设备要求低而成为最常用的干燥方式；然而由于营养物质在热风干燥过程中容易变性，因此热风干燥在一些具有特殊功能的食品加工中的应用受到限制。真空冷冻干燥是指将物料冻结到共晶点温度以下,在真空状态下,通过升华除去物料中水分的一种干燥方法[6]。冻干食品不仅具有脱水彻底、复水快、质量轻、适合常温长期贮藏和运输等优点,而且能够保留新鲜食品原有的活性成分和色香味,是一项极具产业化前景的果蔬深加工技术[7]。

蓝莓在加工过程中的多种生理活性物质如多酚、黄酮和花色苷不仅会受其本身的结构、浓度的影响,还会受辅色剂、酶、抗坏血酸、糖及其降解产物、二氧化硫,以及光、热、氧、pH值、金属离子等因素的影响,从而影响到蓝莓产品的品相和营养保健价值[8]。蓝莓中的花色苷与某些物质存在辅色作用,这些辅色物质有很多种类,如酚类、黄酮、氨基酸、有机酸和生物碱等[9]。这些物质通常含有的丰富电子具有较强的抗氧化作用,可与2-苯基苯并吡喃阳离子反应,起到保护花色苷母核免遭水分子亲核攻击的作用[10]。辅色作用能够增强花色苷的稳定性,使花色苷发生增色效应,且最大吸收波长发生红移。本文以蓝莓渣中总酚、黄酮、花色苷、膳食纤维含量和蓝莓色泽为指标,研究了向蓝莓渣中添加茶多酚和阿魏酸在热风干燥和真空冷冻干燥条件下对蓝莓渣的影响,以期为蓝莓渣的综合利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

兔眼蓝莓渣，由溧阳市白露山生态农业发展有限公司提供;矢车菊素-3-葡萄糖苷、阿魏酸、芦丁、一水合没食子酸、α-淀粉酶、蛋白酶、葡萄糖苷酶，由上海阿拉丁生物科技股份有限公司生产。

1.2 实验设备及仪器

KH-75AS型电热恒温干燥箱鼓风机，广州市康恒仪器有限公司; FC-12A型真空冷冻干燥机，河北国辉实验仪器有限公司;400Y型中药粉碎机，九江老本行实业有限公司; CR-400型色彩色差计，柯尼卡美能达。

1.3 实验方法

1.3.1 蓝莓渣的干燥 将得到的蓝莓渣分为两份,向每份中加入0.05%(m/m)的阿魏酸和茶多酚。一份于FC-12A型真空冷冻干燥机中干燥,温度为-40 ℃。另一份于40 ℃ KH-75AS型电热恒温干燥箱鼓风机中烘干至恒重。

1.3.2 蓝莓渣粉色差的测定 蓝莓渣粉色差的测定参照文献[11]的方法,并略有改进。将蓝莓渣粉均匀地平铺在干净的培养皿上,堆盘厚度3 mm左右,利用色彩色差计进行色差分析,每个样品平行测定5次,取平均值。

1.3.3 花色苷的测定 参照赵慧芳等[12]的方法,称取1 g左右的样品,精确至0.0001 g,以1∶4的料液比,用1%盐酸-乙醇溶液于25 ℃提取花色苷,提取两次,每次60 min；合并提取上清液,定容至100 mL,用来测定花色苷含量。吸取2 mL样品液,分别用pH 1.0[0.2 mol/L KCl∶0.2 mol/L HC1=25∶67,V/V]和pH 4.5[0.2 mol/L NaAc·3H2O∶0.2 mol/L HAc=1∶1,V/V]的缓冲液稀释至20 mL,混匀；以2 mL溶剂加18 mL相应缓冲液作空白,分别在510 nm和700 nm处测定吸光值。总花色苷的含量(以矢车菊素-3-葡萄糖苷计)按下列公式计算:A=(A510-A700)pH1.0-(A510-A700)pH4.5；花色苷含量(mg/g)=(A×449.2×10×V)/(29600×m)。式中:V为提取液的总体积(mL);m为取样量(g);29600为矢车菊素-3-葡萄糖苷的摩尔消光系数;449.2为矢车菊素-3-葡萄糖苷的摩尔分子质量。

1.3.4 总酚的测定 参照李静等[13]的方法,称取0.110 g一水合没食子酸,用去离子水定容至100 mL。分别吸取此溶液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL至100 mL容量瓶中,用去离子水定容至刻度,得到质量浓度分别为0、10、20、30、40、50 mg/L的一水合没食子酸标准溶液。取0.2 g试样,用80 mL蒸馏水洗入100 mL容量瓶中,沸水浴30 min,取出,冷却,定容,过滤。吸取1.0 mL滤液或一水合没食子酸标准溶液,分别用刻度吸管加入FC显色剂及7.5%碳酸钠溶液,用蒸馏水定容至10 mL,混匀,室温显色,测定765 nm处的吸光度。

1.3.5 总黄酮的测定 参照宋元清等[14]的方法,准确称取芦丁7.00 mg,用30%乙醇溶解并定容至25 mL;分别精密量取溶液0.0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL于10 mL容量瓶中,各加入30%乙醇至1.0 mL,加入0.5 mL 0.05 g/mL NaNO2溶液；放置6 min后加入0.3 mL 0.1 g/mL Al(NO3)3溶液,摇匀；放置6 min后加入3 mL 0.04 g/mL NaOH溶液,用去离子水定容,摇匀,放置15 min,在510 nm处测定吸光度,绘制标准工作曲线。精密称取0.5 g样品,用80%乙醇回流提取2次(每次用30 mL),过滤,滤液合并后蒸干,用30%乙醇溶解并定容至10 mL。按照标准工作曲线绘制的方法测定吸光度,求得总黄酮的含量。

1.3.6 膳食纤维含量的测定 参照汪红等[15]的方法,采用酶重量法测定总膳食纤维、可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维的含量。

1.3.7 数据处理与统计分析 用Origin 8.0(OriginLab公司研发)作图；用 SPSS 10中的 One-way ANOVA对实验数据进行分析,不同的小写字母代表处理间存在显著性差异(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 添加外源阿魏酸和茶多酚对蓝莓渣总酚、总黄酮和花色苷的影响

添加阿魏酸和茶多酚对40 ℃烘干和真空冷冻干燥蓝莓渣中总酚、总黄酮和花色苷的影响如图1所示。没有添加阿魏酸和茶多酚的蓝莓渣经40 ℃烘干和真空冷冻干燥后其总酚、总黄酮和花色苷含量没有显著性差异,说明40 ℃烘干和真空冷冻干燥对蓝莓渣中这3种物质的影响没有差异(见图1A、图1B和图1C中的CK);添加阿魏酸和茶多酚可使蓝莓渣中的总酚含量显著高于对照组,且真空冷冻干燥后的蓝莓渣中的总酚含量显著高于40 ℃烘干蓝莓渣的(见图1A)。添加茶多酚的干燥蓝莓渣中的总黄酮含量显著高于对照组;添加阿魏酸的蓝莓渣经真空冷冻干燥后其总黄酮含量显著高于对照组,而经40 ℃烘干的蓝莓渣中总黄酮含量则与对照组无显著差异(见图1B)。添加阿魏酸和茶多酚后真空冷冻干燥的蓝莓渣中的花色苷含量显著高于对照组,而40 ℃烘干条件下添加阿魏酸和茶多酚的蓝莓渣中的花色苷含量则显著低于对照组(见图1C)。这些结果表明,使用真空冷冻干燥方法干燥蓝莓渣时添加阿魏酸和茶多酚可有效保持蓝莓渣中的总酚、总黄酮和花色苷含量;而在利用40 ℃烘干蓝莓渣时,添加阿魏酸和茶多酚可有效保持蓝莓渣中的总酚含量,但对总黄酮的保持作用不明显,且会明显降低花色苷(矢车菊素-3-葡萄糖苷)的含量。

图1 添加外源阿魏酸和茶多酚对蓝莓渣总酚、总黄酮和花色苷含量的影响

2.2 添加外源阿魏酸和茶多酚对蓝莓渣膳食纤维含量的影响

如图2所示,阿魏酸和茶多酚的添加对蓝莓渣中的膳食纤维含量产生了一定影响。蓝莓渣中添加阿魏酸和茶多酚后无论在40 ℃条件下烘干还是真空冷冻干燥,其总膳食纤维含量和可溶性膳食纤维含量均显著高于对照组(见图2A和2C),且添加阿魏酸和茶多酚的蓝莓渣中总膳食纤维含量在真空冷冻干燥条件下显著高于40 ℃烘干条件下(见图2A)。阿魏酸和茶多酚的添加可使真空冷冻干燥蓝莓渣中的不溶性膳食纤维含量显著高于对照组,而在40 ℃条件下烘干蓝莓渣中的不溶性膳食纤维含量与对照相比无显著差异(见图2B)。这些结果表明,在利用真空冷冻干燥方法干燥蓝莓渣时,添加阿魏酸和茶多酚可有效保护可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维不受破坏;在利用40 ℃烘干蓝莓渣时,添加阿魏酸和茶多酚可有效保护可溶性膳食纤维不受破坏,而对不溶性膳食纤维则没有明显的保护效果。

图2 添加外源阿魏酸和茶多酚对蓝莓渣膳食纤维含量的影响

2.3 添加外源阿魏酸和茶多酚对蓝莓渣色泽的影响

在色差计测得的数据中，L*值表示样品的亮暗程度,a*值代表样品颜色由红色向绿色的偏移,b*值代表样品的颜色由黄色向蓝色偏移。从表1可以看出,无论使用40 ℃烘干还是真空冷冻干燥方法干燥蓝莓渣,蓝莓渣中添加阿魏酸和茶多酚均会使干燥后的蓝莓渣的L*和a*值显著高于对照组。在 40 ℃条件下烘干蓝莓渣时,添加阿魏酸的蓝莓渣的b*值显著高于对照组,而添加茶多酚的蓝莓渣的b*值则显著低于对照组;在利用真空冷冻干燥方法干燥蓝莓渣时,添加阿魏酸的蓝莓渣的b*值显著低于对照组,而添加茶多酚的蓝莓渣的b*值则显著高于对照组。以上结果表明,添加阿魏酸和茶多酚可使蓝莓渣在干燥过程中保持鲜亮色泽。

表1 添加外源阿魏酸和茶多酚对蓝莓渣色泽的影响

3 讨论

辅色素是一类可与花色苷之间通过分子堆积、氢键、络合、共价结合等作用而使花色苷稳定的物质,使用较多的有酚类、黄酮类、类黄酮、有机酸、金属离子等,这些物质广泛存在于植物中[9]。Schwarz等[16]研究发现咖啡酸、香豆酸、阿魏酸和芥子酸能直接和花色苷反应而增强花色苷的稳定性。

阿魏酸是植物界普遍存在的一种酚酸,在植物体内主要与低聚糖、多胺、脂类和多糖形成结合态，其具有清除自由基、抑制肿瘤、抗血栓、抗菌消炎、防治高血压、增强精子活力等保健功能。有研究表明阿魏酸具有很好的抗氧化活性,对超氧自由基、过氧化氢、羟自由基、过氧化亚硝基都有强烈的清除作用。阿魏酸不仅能清除自由基,而且能抑制人体中产生自由基的酶的活性,促进清除自由基的酶的产生[17]。由于阿魏酸具有很强的抗氧化和抗菌活性,日本早在1975年即用阿魏酸作为柑桔、猪油、亚麻籽油和大豆油的抗氧化剂。有研究表明,与其他酚类物质相比,阿魏酸具有更强和更稳定的抗氧化活性。Heinonen等比较了没食子酸、咖啡酸、儿茶素、表儿茶素、没食子酸丙酯、翠雀素、锦葵色素、芦丁、槲皮素在卵磷脂-脂质体系统中的抗氧化活性，发现阿魏酸对氢过氧化物产生的抑制能力最强[18];同时有研究表明阿魏酸的pH稳定性显著强于咖啡酸、没食子酸和绿原酸的[19],这一特性对它作为碱性条件下的食品添加剂非常重要。彭常安等[20]发现在黑莓汁中添加阿魏酸显著增加了花色苷的最大吸收值, HPLC-DAD-MS分析发现阿魏酸的添加使黑莓汁辅色产生了矢车菊素-3-O-葡萄糖苷- 4-乙烯基愈创木酚、矢车菊-3-O-草酸酐酰葡萄糖苷-4-乙烯基愈创木酚和矢车菊-3-O-阿拉伯糖苷-4-乙烯基愈创木酚,说明阿魏酸对黑莓汁中花色苷产生了辅色作用。

茶多酚也具有很好的抗氧化和清除自由基的能力,作为天然食品添加剂已被广泛地应用于食品保鲜[21-22]。邵增琅等[23]将蓝莓汁与茶多酚复配生产复合饮料，茶多酚由于对花色苷的辅色作用,改善了产品的色泽和稳定性。毕丽君[24]发现茶多酚可增加玫瑰色素对室内自然光的稳定性。

本研究发现：添加阿魏酸和茶多酚使在真空冷冻干燥条件下干燥的蓝莓渣中的总酚、总黄酮和花色苷含量均显著高于对照组,这一结果与干燥蓝莓渣的色差分析结果一致。而在40 ℃条件下干燥的蓝莓渣中的总酚含量显著高于对照组,而总黄酮含量则与对照组没有明显的差异,然而花色苷(矢车菊素-3-O-葡萄糖苷)含量则显著低于对照组,这一结果与色差分析结果不一致,我们认为导致这一结果的原因可能是由于本研究所用的黄酮和花色苷的标准品分别为芦丁和矢车菊素-3-葡萄糖苷,而在40 ℃条件下添加的阿魏酸和茶多酚与蓝莓渣中的黄酮和花色苷反应生成了其他物质。同时本研究还发现蓝莓渣中添加阿魏酸和茶多酚可使真空冷冻干燥蓝莓渣中的不溶性和可溶性膳食纤维含量显著高于对照组,使40 ℃条件下烘干的蓝莓渣中的可溶性膳食纤维含量显著高于对照组。这一结果属首次发现,造成这一现象的机理需做进一步研究。

4 结论

向蓝莓渣中添加阿魏酸和茶多酚可有效保护或转化在40 ℃条件下烘干和真空冷冻干燥条件下干燥的蓝莓渣中的总酚、总黄酮和花色苷。同时,可以显著增加干燥蓝莓渣中的膳食纤维含量。通过比较40 ℃条件下烘干和真空冷冻干燥蓝莓渣中总酚、总黄酮、花色苷和膳食纤维含量,我们认为添加阿魏酸和茶多酚同时利用真空冷冻干燥技术更加适合蓝莓渣的加工。

[1] 杨红澎，蒋与刚.蓝莓的活性成分、吸收代谢及其神经保护作用研究进展[J].卫生研究,2010,39(4):525-528.

[2] Cahyana Y, Gordon M H. Interaction of anthocyanins with human serum albumin: influence of pH and chemical structure on binding[J]. Food Chemistry, 2013, 141(3): 2278-2285.

[3] Wu T. Dietary supplementation with purified mulberry (MorusaustralisPoir) anthocyanins suppresses body weight gain in high-fat diet fed C57BL/6 mice[J]. Food Chemistry, 2013, 141(1): 482-487.

[4] Khanal R C. Influence of extrusion processing on procyanidin composition and total anthocyanin contents of blueberry pomace[J]. Journal of Food Science, 2009, 74(2): 52-58.

[5] Lee J, Durst R W, Wrolstad R E. Impact of juice processing on blueberry anthocyanins and polyphenolics: comparison of two pretreatments[J]. Journal of Food Science, 2002, 67(5): 1660-1667.

[6] Boss E A, Filho R M, Toledo E C V D. Freeze drying process: real time model and optimization[J]. Chemical Engineering & Processing, 2004, 43(12): 1475-1485.

[7] 张容鹄.菠萝蜜真空冷冻干燥工艺的研究[J].食品科技,2012(4):69-73.

[8] Dincer T, Cakli S. Critical reviews in food science and nutrition[J]. Critical Reviews in Food Science & Nutrition, 2009, 49(9): 741-781.

[9] 王锋.花色苷及其共色作用研究进展[J].食品科学,2008,29(2):472-476.

[10] 孙建霞.花色苷的结构稳定性与降解机制研究进展[J].中国农业科学,2009,42(3):996-1008.

[11] Shih M C, Kuo C C, Chiang W. Effects of drying and extrusion on colour, chemical composition, antioxidant activities and mitogenic response of spleen lymphocytes of sweet potatoes[J]. Food Chemistry, 2009, 117(1): 114-121.

[12] 赵慧芳.黑莓果实中花色苷的提取和测定方法研究[J].食品工业科技,2008(5):176-179.

[13] 李静. Folin-酚法测定水果及其制品中总多酚含量的条件[J].果树学报,2008,25(1):126-131.

[14] 宋元清,王艳平,毛远菁.分光光度法测定芦笋中总黄酮的含量[J].化学分析计量,2005,14(4):52-53.

[15] 汪红,祁玉峰,魏红.酶重量法测定食品中膳食纤维含量方法的改进[J].食品工业科技,2007,28(9):203-205.

[16] Michael S T C W, Peter W. Pathway leading to the formation of anthocyanin-vinylphenol adducts and related pigments in red wines[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 2003, 51(12).

[17] 欧仕益.阿魏酸的功能和应用[J].现代食品科技,2002,18(4):50-53.

[18] Heinonen M. Effect of protein on the antioxidant activity of phenolic compounds in a lecithin-liposome oxidation system[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 1998, 46(3): 917-922.

[19] Friedman M, Jürgens H S. Effect of pH on the stability of plant phenolic compounds[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry, 2000, 48(6): 2101-2110.

[20] 彭常安.外源咖啡酸和阿魏酸对黑莓汁中花色苷的辅色研究[J].天然产物研究与开发,2012,24(1):94-97.

[21] Guo Q. Studies on protective mechanisms of four components of green tea polyphenols against lipid peroxidation in synaptosomes[J]. Biochimica Et Biophysica Acta, 1996, 1304(3): 210-222.

[22] Lin J K, Liang Y C. Cancer chemoprevention by tea polyphenols[J]. Proceedings of the National Science Council Republic of China Part B: Life Sciences, 2000, 24(1): 1-13.

[23] 邵增琅.茶多酚对蓝莓花色苷的辅色作用研究[J].饮料工业,2014,17(8):42-45.

[24] 毕丽君.天然墨红色素稳定化的研究[J].食品研究与开发,1999(6):14-16.

(责任编辑:黄荣华)

Effects of Adding Exogenous Ferulic Acid and Tea Polyphenol on Physiologically Active Components in Dry Powder of Blueberry Pomace

XIA Xiu-dong, WANG Ying, LIU Xiao-li, LI Ying, SHAN Cheng-jun, ZHOU Jian-zhong*

(Institute of Agricultural Product Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China)

The author studied the effects of adding exogenous ferulic acid and tea polyphenol on the content of total phenols, total flavonoids, anthocyanin and dietary fiber, as well as the color of blueberry pomace powder under the condition of hot-air drying or vacuum freeze-drying. The results showed that adding ferulic acid and tea polyphenol into blueberry pomace powder could not only effectively protect or transfer the total phenols, total flavonoids, anthocyanin and dietary fiber in the dry powder of blueberry pomace, but also well keep its color. The combination of ferulic acid and tea polyphenol addition with vacuum freeze-drying technology was more suitable for the processing of blueberry pomace.

Blueberry pomace; Ferulic acid; Tea polyphenol; Hot-air drying; Vacuum freeze-drying; Physiologically active component

2016-09-26

江苏六大人才高峰项目(NY007)。

夏秀东(1985─),男,博士,研究方向为食品生物技术。*通讯作者:周剑忠。

S668.9

A

1001-8581(2017)02-0074-05