不同条件对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

周笑犁，夏雪冰，王瑞，谢国芳，何劲，马立志，朱坤珑

1(贵阳学院食品与制药工程学院，贵州 贵阳， 550005)2(贵州省果品加工工程技术研究中心，贵州 贵阳， 550005)

不同条件对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

周笑犁1, 2，夏雪冰1，王瑞1, 2，谢国芳1, 2，何劲1, 2，马立志1, 2，朱坤珑1

1(贵阳学院食品与制药工程学院，贵州 贵阳， 550005)2(贵州省果品加工工程技术研究中心，贵州 贵阳， 550005)

研究了蓝莓皮渣花色苷在不同加工与贮藏条件下其含量的变化。结果表明，温度、光照及氧气均显著影响着蓝莓皮渣花色苷的稳定性。40～80 ℃蓝莓皮渣花色苷热降解反应符合一级反应动力学，降解自由能为1.50×104kJ/mol，100 ℃时降解反应则符合二级反应动力学；与自然光照射相比，避光更有益蓝莓皮渣花色苷的稳定性；花色苷在有氧条件下易分解，其降解反应符合一级反应动力学。

蓝莓皮渣；花色苷；稳定性

由于近年来对于蓝莓营养价值的深入认识，世界各国都加强了对蓝莓的加工和综合应用。随着种植面积的不断扩大，蓝莓的产量越来越大，鲜果贮藏保鲜和加工转化的问题日益凸显。在加工过程中随之产生了大量皮渣等副产物，分析发现蓝莓皮渣中富含花色苷、多酚、黄酮等生物活性物质[1]。其中花色苷作为一种天然色素，易受酸碱度、温度、光照、氧化等因素的影响，在生产和贮藏中因发生化学变化而降解或聚合[2-3]。虽然国内外学者对植物中花色苷稳定性做了不少研究[2-5]，但迄今为止，有关贵州产蓝莓皮渣花色苷稳定性的研究报道仍较少。本试验以贵州产蓝莓皮渣为研究对象，分析蓝莓皮渣花色苷在不同温度、氧气和光照等加工或贮藏条件下，其稳定性的变化规律。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为贵州麻江蓝莓经榨汁等加工后的副产物蓝莓皮渣，微波真空干燥至恒重，粉碎，过筛后制成蓝莓皮渣果粉，密封后置于-20 ℃中保存，待分析。

紫外分光光度计(UV-2550)，日本岛津公司；数显水浴恒温振荡器(SHA-B)，常州澳华仪器有限公司；电子分析天平(AUW120D)，日本岛津公司；超声波清洗器(AS3120A)，天津奥特赛恩斯仪器有限公司；离心沉淀机(TGL-16)，长沙平凡仪器仪表有限公司；pH计(雷磁PHS-3C)，上海仪电科学仪器股份有限公司；生化培养箱(SPX-250B)，上海博迅实业有限公司。

NaOH、乙醇、浓H2SO4、HCl、醋酸钠、KCl等均为分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 花色苷的分析测定

参照BUCKOW等(2010)方法进行测定[5]，称取蓝莓皮渣果粉1.00 g，加入适量酸性乙醇，在恒温振荡器中35 ℃条件下振荡2 h，取出后超声处理15 min；将振荡后的溶液过滤并定容；4 000 r/min离心10 min后取上清液分别用醋酸钠缓冲液和KCl缓冲液稀释，于黑暗处静置20 min后在分光光度计上分别测定各样品在510 nm和710 nm处的吸光度进行计算:

A=(A510-A700)pH1.0-(A510-A700)pH4.5

(1)

则原样品液中花色苷浓度为：

C/(mg·L-1)=(A×Mw×Df×1 000)/(ε×1)

(2)

其中：Mw为样品中主要花色苷的分子质量，Mw= 449.2；Df为稀释因子，此处为5；ε为样品中主要花色苷的摩尔吸收率，ε=26 900。

1.2.2 不同条件对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

1.2.2.1 温度对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

分别将5 g蓝莓皮渣果粉装入避光具塞比色管中，在不同温度下(40、60、80和100 ℃)加热处理，每隔2 h取样后立即冷却，按1.2.1花色苷分析方法，研究不同温度对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响。

1.2.2.2 贮藏时间对蓝莓皮渣花色苷的影响

分别将5 g蓝莓皮渣果粉装入避光具塞比色管中，置于25 ℃下，避光保存，每隔一定时间取样后立即冷却，按1.2.1花色苷分析方法，分析常温下贮藏时间对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响。

1.2.2.3 光照对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

将一定量的蓝莓皮渣果粉，分别置于室内自然光照射和室温避光条件下，每隔一定时间按1.2.1花色苷分析方法，分析不同光照条件对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响。

1.2.2.4 氧和氧化剂对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

(1)氧气对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响：将一定量的蓝莓皮渣果粉，分别置于培养皿中和真空包装袋中，于25 ℃避光恒温培养箱中，每隔一定时间按1.2.1花色苷分析方法分析空气(尤其是其中的氧气)对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响。

(2)氧化剂对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响：在0.1、0.5、1.0和2.0 mL/100mL的H2O2溶液中，分别加入一定量的蓝莓皮渣果粉，避光保存10 min后按1.2.1花色苷分析方法进行测定，研究氧化剂对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响。

1.2.2.5 蓝莓皮渣花色苷降解动力学分析

大多数研究表明，花色苷降解符合一级反应动力学模型[2,7-8]，即含量与时间呈线性关系，一级反应速率常数(k)和半衰期(t1/2)的关系式为：

ln(C/C0)=-k×t

(3)

t1/2=-ln(1/2)×k-1

(4)

二级反应动力学[4,7-8]则以其含量的倒数(1/C-1/C0)为纵坐标，以时间(t)为横坐标作图成一直线，其反应速率常数(k)和半衰期(t1/2)的关系式为：

1/C-1/C0=kt

(5)

t1/2=1/k·C0

(6)

式中：C0为花色苷起始浓度；C为在一定条件下处理t段时间后的花色苷浓度；k为反应速率常数；t为处理时间。

1.3 数据统计与分析

数据用(平均值±标准差)表示。用SPSS 17.0进行统计分析和方差分析，以P<0.05作为差异显著性判断标准。

2 结果与分析

2.1 温度对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

如图1所示，蓝莓皮渣花色苷随加工温度的不同会发生不同程度的降解。在40 ℃加热6 h时，花色苷降解较为缓慢，保存率为80.4%。这与郭耀东报道[5]的葡萄皮花色苷40 ℃下6 h保存率仅为58.81%相比，蓝莓皮渣花色苷的热稳定性较强。随温度升高，花色苷降解的速率增大，在60、80 ℃处理10 h，花色苷含量分别从750 mg/100 g降为426、370 mg/100 g，为原含量的56.9%和49.5%。当温度升至100 ℃，经10 h的受热处理，蓝莓皮渣花色苷含量骤然下降，仅有32.7%花色苷残留。这可能是由于温度升高时，花色苷溶液的平衡会朝着生成无色的查尔酮的方向进行，从而导致花色苷的降解和褪色。方忠祥报道的紫薯花色苷即使在100 ℃加热1 h，保存率也在78.7%以上，说明其耐热性较好[9]。

图1 加工温度对蓝莓皮渣花色苷含量的影响Fig.1 Effect on anthocyanin in blueberry peel by heating

由图2和表1可知，蓝莓皮渣花色苷在40 、60 和80 ℃处理后，其含量与时间呈线性关系，符合一级动力学方程，这和AYSEGUL KIRCA[8]、郭松年[2]等关于花色苷的研究一致，因此t1/2分别为19.09、13.08和9.93 h。而黑莓汁花色苷在60 ℃、80 ℃下的t1/2分别为16.7 h、4.4 h；黑玉米花色苷40、60和80 ℃下半衰期分别为31.9、23.0和15.9 h[10]。图3是对100 ℃下蓝莓皮渣花色苷降解过程进行分析，从图3中发现，花色苷含量与时间呈非线性关系，而其含量的倒数与时间呈线性关系，证实该降解反应符合二级反应动力学方程，这与黑玉米花色苷的降解动力学一致[10]，从而得出在100 ℃下蓝莓皮渣花色苷的半衰期为4.45 h。而黑玉米花色苷在100 ℃加热处理10 h后仅有16.38%的花色苷残留，其半衰期为1.78 h[10]。再根据Arrhenius模式来表明花色苷对温度依赖性，活化能Ea和频率常数K0可以从一级反应速率常数的对数(lnk)对绝对温度的倒数(1/T)的作图中求出：k=K0exp(-Ea/RT)，其中k为一级反应速率常数；K0为频率常数；T为热力学温度；Ea为活化能，kJ/mol；R为气体常数。蓝莓皮渣花色苷的降解表观常数与温度之间表现出良好的线性相关性，相关系数达0.996 8，Ea为1.50×104kJ/mol。

图2 蓝莓皮渣花色苷的热降解动力曲线Fig.2 Kinetic degradation curves of anthocyanin from blueberry peel by heating

温度/℃kt1/2/hEa/(kJ·mol-1)K0400036319096000531308150×10411898000698993

图3 蓝莓皮渣花色苷在100 ℃的热降解动力曲线Fig.3 Kinetic degradation curves of anthocyanin from blueberry peel at 100 ℃

加热处理作为影响花色苷稳定的最主要因素之一，蓝莓皮渣花色苷热稳定性相对葡萄皮花色苷较好，尤其在高温时的耐储性较黑玉米和黑莓的花色苷好。但温度越高，其花色苷降解越快，提示对于贵州产蓝莓果实的皮渣资源再开发与利用的热加工温度须加以严格控制，应尽量采用高温瞬时或低温长时的加工方式，可较大程度的保护宝贵的生物活性资源。

2.2 贮藏时间对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

贮藏时间作为物质贮藏一个关键的因素，在常温下进行贮藏对于一些生物活性物质的贮藏有较为显著的影响。将蓝莓皮渣置于室温25 ℃进行贮藏，放置一定时间后，花色苷含量变化结果由图4可以看出，贮藏0 d时，蓝莓皮渣花色苷含量为545.96 mg/100 g，随着时间的增加，其含量逐渐下降。贮藏15 d后，蓝莓皮渣花色苷保存率仍达98.7%；而葡萄皮花色苷在室温下放置7 d保存率仅为72.09%[5]。贮藏60 d后，花色苷保存率为87.4%；当贮藏90 d后，花色苷受到较大破坏，仅有48.1%残留(P<0.05)。这表明贮藏过程中，蓝莓皮渣花色苷可能受到蓝莓皮渣中糖类、离子等自身成分的影响，从而促进了蓝莓皮渣花色苷的降解，其结构可能向查耳酮转变，导致有色结构2-苯基苯并吡喃盐和醌式假碱减少[5,11]，因此应尽量选择室温或低温进行贮藏及运输，可较好地避免蓝莓皮渣花色苷的降解。

图4 不同贮藏时间对蓝莓皮渣花色苷含量的影响Fig.4 Effect on anthocyanin in blueberry peel under different storage time

2.3 光照对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

将蓝莓皮渣分别置于避光和自然光照下放置一定时间后，由图5可以看出，15 d后蓝莓皮渣花色苷含量均显著下降(P<0.05)，但避光条件下贮藏花色苷保存率为76%，这比避光条件下放置7 d后的葡萄皮花色苷保存率(75.96%)好[5]；而自然光照下贮藏后花色苷保存率仅为25%；这与黑玉米花色苷在避光保存10 d之后保存率在80%左右相近[10]；而紫甘薯中的花色苷在室内自然光照下放置30 d后色素保存率为85.3%[9]；随着时间的增加，在贮藏15、30、45和60 d时，避光和自然光照下贮藏的蓝莓皮渣花色苷含量均差异显著(P<0.05)；这表明贮藏过程中，蓝莓皮渣花色苷对光照非常敏感。紫甘薯色素相对室温避光下贮藏，在室温光照下吸光值下降最快[12]。蓝莓花色苷同样在自然光直射下褪色快，在避光条件下褪色慢，这可能是由于蓝莓花色苷在光照条件下酰基脱落，导致花色苷的稳定性下降有关[13-14]。可见在实际生产应用中，蓝莓皮渣花色苷要注意避光处理。

图5 不同光照条件对蓝莓皮渣花色苷含量的影响Fig.5 Effect on anthocyanin in blueberry peel under different light treatment

2.4 氧和氧化剂对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

2.4.1 氧气对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

由于花色苷是酚类物质，特别容易氧化，氧气通过直接氧化花色苷或者使介质过氧化，然后通过介质间接和花色苷反应促使花色苷降解。将蓝莓皮渣置于有氧环境中贮藏，放置一定时间后，由图6可以看出，贮藏45 d真空处理的蓝莓皮渣花色苷保存率均在90%以上(P>0.05)，而未真空处理的蓝莓皮渣花色苷含量显著下降(P<0.05)；随着时间的增加，贮藏90 d真空处理的蓝莓皮渣花色苷保存率为73%，而未真空处理的蓝莓皮渣花色苷保存率为14%(P<0.05)。β-胡萝卜素在有氧条件下贮藏20 d含量降到了13.6%[14]。由图7可知，蓝莓皮渣花色苷在有氧或无氧条件下贮藏90 d，其含量与时间呈线性关系，符合一级动力学方程，如表2所示t1/2分别为33.5 d和198 d，有氧条件下花色苷降解速率是无氧条件的6倍，说明氧气的存在极大促进了花色苷的降解速率。提示对于贵州产蓝莓皮渣资源的再开发还需要一些辅助条件如包装材料、环境控制等来帮助抵御氧气以保护其活性成分。

图6 氧气对蓝莓皮渣花色苷含量的影响Fig.6 Effect on anthocyanin from blueberry peel by O2

图7 氧气对蓝莓皮渣花色苷的降解动力曲线Fig.7 Kinetic degradation curves of anthocyanin from blueberry peel by O2

处理kt1/2/d有氧00207335无氧00035198

2.4.2 氧化剂对蓝莓皮渣花色苷稳定性的影响

在蓝莓皮渣中分别加入0.1、0.5、1.0、1.5和2.0 mL/100 mL H2O2，室温下放置10 min后花色苷含量变化如图8所示，H2O2的加入导致花色苷稳定性迅速下降。随着氧化剂浓度的增加，花色苷褪色也愈加明显，仅0.1%氧化剂可使花色苷的含量显著降低(P<0.05)。H2O2浓度为0.1、0.5和1.0 mL/100 mL的葡萄皮花色苷溶液贮存1 d后保存率为43.70%、41.27%和27.91%[5]。氧化剂对蓝莓皮渣花色苷的影响比葡萄皮花色苷含量的降低幅度快和多，说明H2O2对蓝莓皮渣花色苷的稳定性具有极强的破坏作用，能促进蓝莓皮渣花色苷的降解。根据文献报道[5]，这可能是因为H2O2直接亲核进攻花色苷的C位，使花色苷开环生成查耳酮，再进一步降解生成各种无色的酯类物质和香兰素的衍生物，这些氧化产物可能进一步降解成小分子物质或者相互之间发生聚合反应，从而导致花色苷的降解。花色苷可与氧自由基反应，那么蓝莓皮渣花色苷可阻止氧自由基对生物体中的氧化伤害，作为保健食品或添加剂具有较好的应用前景。在贮藏、运输及加工过程中应避免混入氧化剂物质对蓝莓皮渣花色苷的降解。

图8 氧化剂对蓝莓皮渣花色苷含量的影响Fig.8 Effect on anthocyanin from blueberry peel by H2O2

3 结论

(1)蓝莓皮渣花色苷对温度较为敏感，较低的加热温度下花色苷的保存率较高。40、60、80 ℃下，花色苷热降解反应符合一级反应动力学方程，其半衰期分别为19.09、13.08和9.93 h；热降解活化能Ea为1.50×104kJ/mol；100 ℃下蓝莓皮渣花色苷降解反应符合二级反应动力学方程，半衰期为4.45 h。因此蓝莓皮渣的再加工不易在高温进行，但是低温处理又达不到灭酶、灭菌效果，可采用高温瞬时或低温长时等加工方式。(2)不同光照方式显著影响着蓝莓皮渣花色苷的稳定性，在加工、贮藏过程中，蓝莓皮渣尽量避光处理；特别是热加工时，热会增进光线对花色苷的降解作用，所以在热加工中更需要注意避光。(3)氧气和氧化剂强度会显著影响蓝莓皮渣花色苷的保存率。有氧和无氧条件下花色苷的降解反应符合一级反应动力学方程，降解速度与其浓度的一次方呈正比关系，其半衰期分别为33.5 d和198 d。

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Effects of different processing and storage conditions on the stability of anthocyanin extracted from blueberry peel

ZHOU Xiao-li1,2, XIA Xue-bing1, WANG Rui1,2, XIE Guo-fang1,2, HE Jin1,2, MA Li-zhi1,2, ZHU Kun-long1

1(College of Food and Pharmacy Engineering, Guiyang University, Guiyang 550005, China) 2(Guizhou Engineering Research Center for Food Processing, Guiyang 550005, China)

The stability of Anthocyanin extracted from blueberry peel was studied at different processing and storage conditions. The results indicated that: temperature, light and O2all had obvious effects on the stability of anthocyanin from blueberry peel. According to arrhenius equation, the degradation of anthocyanin fit the first-order reaction under 40～80 ℃ incubation. The thermal degradation activity Ea was 1.50×104 kJ/mol. The degradation of anthocyanin at 100 ℃ fit the second-order reaction. The blueberry peel pigment should be preserved in dark place to prevent light irradiation. The degradation of blueberry peel anthocyanin fits first-order reaction under O2.

blueberry peel; anthocyanin; stability

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201704030

博士(本文通讯作者，E-mail：lizi008009@126.com)。

贵州省科技厅自然科学基金(黔科合J字[2014]2006号)；贵州省科技厅联合基金(黔科合LH字[2015]7313号)；贵州省普通高等学校功能食品重点实验室(黔教合KY字[2016]007号)

2016-06-21，改回日期：2016-08-26