pH对蓝莓果化学组分影响研究

刘 亚,吕兆林,柳 梅,陶 翠,潘 月

(1.北京林业大学生物科学与技术学院,北京 100083;2.北京林业大学分析检测中心,北京 100083)



pH对蓝莓果化学组分影响研究

刘 亚1,吕兆林2,*,柳 梅1,陶 翠1,潘 月1

(1.北京林业大学生物科学与技术学院,北京 100083;2.北京林业大学分析检测中心,北京 100083)

本实验以蓝莓果为原材料,采用GC-MS柱前衍生化法对蓝莓果提取液中的化学组分进行动态监控,并探究pH3.0～9.0对其的影响。结果表明:蓝莓果提取液中共鉴定出39种化合物,包括糖类、酸类、醇类、酯类和酮类五大类,其中糖类、酸类和酯类化合物总含量随着pH由酸性变为碱性呈减少的趋势,而醇类化合物的总含量和肌醇单酮含量呈增多的趋势,并且发现在pH7.0～9.0 产生了新物质阿拉伯呱喃糖,其含量随pH升高逐渐增大;通过对蓝莓果提取物中含量较高的糖类化合物和酸类化合物进行动态监控,发现酸类化合物随着pH由酸性到碱性含量呈减少的趋势,而葡萄糖和阿拉伯呱喃糖随着pH的增大含量呈增多的趋势。实验结果对于蓝莓资源受pH影响的深加工技术提供一定的理论依据。

蓝莓提取物,化学组分,pH,GC-MS柱前衍生化

蓝莓为杜鹃花科(Ericaceae)越橘属(Vaccinium. spp)的一种多年生的常绿灌木植物[1],种植面积广,在我国主要分布东北的长白山区和大兴安岭山区[2]。蓝莓果是世界上罕见的蓝色食物且含有丰富的植物营养素[3-4],尤其是蓝莓中含有丰富的花青素,花青素不仅对身体有多种益处,例如可以预防心脏病,抗糖尿病,抗癌和抗炎活性等[5-7],而且与其他的多酚类物质一样具有很强的抗氧化作用[8-9]。

蓝莓果实中除了含有花青素外还有多种具有特殊功效的化合物。比如其中糖类物质具有较高的抗氧化、抑菌作用[10-11];Bere[12]发现蓝莓含有人体必需脂肪酸亚麻油酸;酚酸类物质具有抗氧化等药理活性和药用价值,与人体健康密切相关[13-14];黄酮类物质具有较强的抗氧化活性、抗肿瘤、调节机体免疫炎症等功效,还能够软化血管,保护心血管系统[15-16];蓝莓果实中还含有丰富的维生素和矿物质元素,具有预防血栓、动脉硬化、抗癌、预防白内障等保健功效,为此,蓝莓被联合国粮农组织列为了人类五大健康食品之一[17]。

蓝莓果化学组分容易受多种因素的影响,pH是其中影响较显著的因素,目前很多人研究了pH在不同的酸碱性条件下对蓝莓果提取物中花青素稳定性的影响[18-20],但很少有人深入研究过pH对蓝莓果提取物中其它化合物如糖类、酸类、酮类、酯类等化合物的影响。通常是通过不同提取技术得到花青素,而使得其剩余的蓝莓果物料的其它功能性成分未能得到有效利用。为了进一步研究pH对蓝莓中除花青素以外的化学组分的影响,本实验以灿烂蓝莓(Britewell)为原料,首先将蓝莓提取物进行制备,然后采用GC-MS柱前衍生化法对提取液中以糖类和酸类为主的化学组分进行鉴定,然后去探究在不同pH条件下这些化学组分的变化。该方法对于蓝莓果化学组分信息的获取具有快速、简便的特点,所得化合物相关信息对于蓝莓资源更广泛的加工利用提供一定的数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

蓝莓果 灿烂,中国江苏省扬州;衍生化试剂BSTFA含1% DMCS 上海安普仪器试剂公司;吡啶,六甲基二硅胺烷、三甲基氯硅烷、盐酸羟胺、三氟乙酸均为分析纯试剂。

GC/MS-QP2010 Ultra气质联用仪 日本岛津公司;旋转蒸发仪 北京莱伯泰科仪器公司;万分之一天平 Sartorious。

1.2 实验方法

1.2.1 蓝莓果提取液制备 首先将蓝莓果室温下解冻,用超纯水洗净,称取约10.0 g蓝莓鲜果至研钵中研磨,然后将其移至锥形瓶中,并加入甲醇水溶液 150 mL进行提取,室温下摇床上避光振荡5 h,离心10 min,取上清液,该提取过程重复3次;合并上清液,用旋转蒸发仪在常温下浓缩样品,最后用不同的pH缓冲溶液(pH3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0)定容至250 mL,备用[18-19,21]。

1.2.2 不同pH条件下的蓝莓提取液柱前衍生化 蓝莓提取液中的糖类、酸类等组分属于大分子、高沸点物质,不利于直接进气质测试,所以进行柱前衍生化降低其沸点。将1 mL提取液置于安培瓶中,氮气吹除掉甲醇,加入1 mL BSTFA试剂,将安培瓶口封好。放入烘箱中100 ℃加热1 h,冷却至室温,得到衍生化样品溶液,待测试[22-25]。

1.2.3 气相色谱-质谱联用仪工作条件 日本岛津GC/MS-QP2010A气质联用仪。进样口温度280 ℃;分流比10∶1;程序升温柱温设置:柱初温50 ℃,升温速率6 ℃/min,升至250 ℃,继续升温,速率15 ℃/min,升至280 ℃,保持时间不少于10 min;接口温度250 ℃;电子轰击能量70 eV,倍增器电压0.8 kV;质量扫描范围 50～500 m/z;进样量为1 μL,利用NIST11库检索图谱和人工图谱解析确定化合物结构。

2 结果与讨论

2.1 GC-MS分析蓝莓果提取液中组分

由表1可知,蓝莓果提取液中鉴定出41种化合物,包括糖类、酸类、醇类、酯类和酮类化合物为主,其中,糖类化合物种类最多(18种),含量最高(44.81%),其中D-半乳糖、D-山梨糖和L(-)-甘露糖含量较多,分别为12.67%、10.57%和7.98%;酸类化合物有12种,含量达到了3.17%,其中硬脂酸的含量居高,能达到1.36%,占据了酸类化合物的一半;醇类化合物有5种,含量达到1.49%;酯类化合物有5种,总含量为2.87%;酮类化合物只检测出肌醇单酮,含量较少,只有0.13%。

表1 蓝莓果提取液组分鉴定结果Table 1 Identification result of blueberry fruit extraction

表2 不同pH蓝莓提取液中各类化合物总相对含量Table 2 Total relative content of various compounds in blueberry extraction under different pH

注:数值用平均值±标准偏差表示;同行不同字母表示差异显著性(p<0.05)。

2.2 不同pH的蓝莓提取液中以糖类、酸类为主的组分变化

如表2所示,糖类、酸类、醇类、酯类和酮类化合物的总相对含量在不同pH条件下有显著性差异(p<0.05),说明pH对其有显著性的影响。蓝莓果提取液中各类化合物总含量随着pH的增大呈现不一样的变化趋势,其中糖类、酸类和酯类化合物随着pH由酸性变为碱性,其含量呈减少的趋势;而醇类化合物和酮类化合物总含量呈增多的趋势。说明低pH有利于糖类、酸类和酯类化合物的保存,而醇类和酮类化合物具有耐碱性,可能是因为醇类化合物含有羟基,酮类化合物含有酮式羰基,第一位上的氧原子具碱性,能与强酸成盐。

本实验选取了蓝莓提取液中六种含量较高的糖类化合物的代表物质进行研究如图1,这六种化合物分别是D-半乳糖、D-山梨糖、果糖、L(-)-甘露糖、葡萄糖和阿拉伯呱喃糖。由图1可知,除了L(-)-甘露糖的相对含量在pH4.0和pH5.0时不存在显著性差异,其它糖类的含量都随着pH的变化存在显著性差异(p<0.05),说明pH对其有显著性的影响。其中D-半乳糖、D-山梨糖、果糖和L(-)-甘露糖随着pH的增大,含量呈减少的趋势,与糖类化合物总含量变化趋势相吻合。而葡萄糖含量随着pH由酸性到碱性呈增多的趋势,阿拉伯呱喃糖在pH7.0时检测出,而且随着pH的增大阿拉伯呱喃糖的含量呈增多的趋势,在pH9.0时含量高达17.9%。

图1 六种典型糖类化合物在pH3.0～9.0的变化趋势图Fig.1 The change trend of six kinds of typical sugar compounds at pH3.0～9.0注：不同字母表示差异显著性(p<0.05)，图2同。

本实验选取了蓝莓提取液中三种含量较高的酸类化合物的代表物质进行研究如图2,三种含量较多的酸类化合物分别为亚甲基丁二酸、硬脂酸和棕榈酸。由图2可以看出,亚甲基丁二酸的相对含量除了在pH8.0和pH9.0的条件下没有显著性差异,在其它pH条件下都存在显著性差异,且随着pH的增大含量呈现下降的趋势,说明pH在3.0～7.0的条件下对于亚甲基丁二酸有显著性的影响(p<0.05);硬脂酸的相对含量除了在pH6.0和pH7.0的条件下没有显著性差异,在其它pH条件下都存在显著性差异,并且其相对含量随着pH的增大在降低,说明pH在酸性和碱性的条件下对于硬脂酸有显著性的影响(p<0.05);棕榈酸在pH4.0,5.0,7.0差异不显著,并且棕榈酸的相对含量随着pH的增大变化比较小,说明pH对其影响不大(p<0.05)。整体来看,三种酸类化合相对含量的变化与酸类化合物总含量变化趋势相吻合。

图2 三种典型酸类化合物在pH3.0～9.0的变化趋势图Fig.2 The change trend of three kinds of typical acid compounds at pH3.0～9.0

3 结论

本实验通过气质联用技术鉴定出蓝莓果提取液中的39种化合物,包括糖类、酸类、醇类、酯类和酮类五大类,不仅讨论了pH对这五大类化合物的影响,同时深入研究了pH对于含量较高的六种糖类和三种酸类的影响。实验表明,各类化合物总含量随着pH的增大呈现不一样的变化趋势,其中糖类、酸类和酯类化合物随着pH由酸性变为碱性总含量呈减少的趋势,而醇类化合物的总含量和肌醇单酮含量呈增多的趋势。本实验对于蓝莓果化学组分信息的获取具有快速、简便的特点,所得化合物相关信息可为蓝莓资源更广泛的加工利用提供一定理论依据。

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Effect of pH on chemical composition of blueberry fruit

LIU Ya1,LV Zhao-lin2,*,LIU Mei1,TAO Cui1,PAN Yue1

(1.College of Biological Sciences and Biotechnology,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China;2.Analysis and Testing Center,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China)

In this experiment,blueberry was used as experimental material. Dynamic monitoring of the chemical group in blueberry fruit extract was implemented by GC-MS pre-column derivatization method and the effect of pH(3.0～9.0)on the chemical composition of blueberry were investigated. The experimental results were as follows:39 compounds in blueberry fruit extraction were identified,including sugars,acids,alcohols,esters and ketones five categories. The total content of sugars,acids and esters showed a decreasing trend with pH from acid to alkaline,but the total content of alcohols and inosose showed a increasing trend. Moreover,we found a new material namely arabinopyranose which was gradually decreasing with the increase of pH in pH7.0～9.0. By dynamic monitoring the high content of saccharides and acid compounds of blueberry extract,we found that saccharides with the pH from acidic to alkaline,while glucose and arabinopyranose showed a increasing trend with the pH increase. The experimental results provide a theoretical basis for the deep processing technology of blueberry resources affected by pH.

blueberry extract;chemical composition;pH;GC-MS pre-column derivatization

2016-11-18

刘亚(1993-)，女，硕士，研究方向：天然产物的分离与加工利用，E-mail:1643854627@qq.com。

*通讯作者:吕兆林(1971-)，女，博士，副教授，研究方向：天然产物的分离与加工利用，E-mail:zhaolinlv@bjfu.edu.cn。

北京林业大学科学技术研究项目(2015-01)；国家科技支撑计划课题(2015BAD16B01)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)11-0088-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.008