枸杞复合糖果储藏稳定性研究

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(宁夏大学农学院,宁夏银川 750021)

枸杞复合糖果储藏稳定性研究

赵宇慧,魏超昆,徐梦霞,刘敦华*

(宁夏大学农学院,宁夏银川 750021)

以枸杞复合糖果为研究对象,探究了温度、光照、相对湿度和包装条件对枸杞复合糖果中类胡萝卜素含量的影响。在4、25、40、60 ℃四个温度条件下,测定了铝箔密封包装的枸杞复合糖果不同时间的L*(亮度)、a*(红色)、b*(黄色)值、玉米黄素、类胡萝卜素含量,并对这些指标进行了动力学分析。动力学分析结果表明,测试温度范围内,色差和玉米黄素含量变化符合零阶反应动力学模型,类胡萝卜素含量变化符合一阶反应动力学模型,且拟合程度较好,相关系数均大于0.9。

枸杞复合糖果,色差,玉米黄素,类胡萝卜素

食物在储藏过程中会发生不同程度的化学、物理变化,其营养价值和产品价值会降低,因此许多学者通过对食品品质变化进行研究,以此来预测其货架期。而绝大多数食品的品质变化遵循零阶或一阶动力学方程,可通过阿伦尼乌斯(Arrhenius)公式预测食物的货架期。运用动力学对扇贝[1]、上海青蔬菜[2]等的品质指标进行研究,可以有效预测产品货架期。食品货架期的稳定性可采用加速实验[3-4]和长期实验来考察,以温度、光照、湿度为条件研究食品品质指标随时间变化的规律[5]。

新鲜枸杞营养高、口感好、但不耐运输和贮存,因此大部分枸杞常被加工成干果来食用,品质参差不齐,产品附加值低,目前枸杞的产品研发仍处于较浅层次,有进一步发展的空间。现代科学研究发现,枸杞中叶黄素、玉米黄素是血液和视网膜黄斑区色素,具有预防老年性黄斑区病变、预防白内障、预防心血管疾病、提高免疫力等功效[6-7];菊花和桑叶中所含的黄酮类化合物除具有抗菌、抗病毒、镇痛消炎、保护心血管系统等多种生物活性作用外,在抗氧化、抗衰老、预防癌症等方面也具有显著效果[8-9];决明子中的大黄酚属醌类化合物,能在生物体内的氧化还原反应中起到传递电子的作用,具有增强免疫力、抗氧化、降血脂等功效[10-11]。

外界因素包括温度、光线、空气、湿度和水分、包装材料等,对制定糖果生产工艺条件和包装设计都十分重要,其中环境温度对糖果中各种功能性成分的降解途径均有较大影响,而光线和空气能加速功能性糖果的氧化速率,湿度和水分主要影响外观,包装材料对糖果的贮藏性能的影响也成为必须考虑的问题。枸杞复合糖果中添加的枸杞粉吸湿性强、功能性成分稳定性差,不同储藏条件对枸杞复合糖果的口感和外观具有较大影响。

本实验以枸杞、菊花、桑叶和决明子为主要原料研制的枸杞复合糖果为研究对象,通过高效液相色谱法和紫外分光光度法,探究不同温度、光照、湿度条件和包装方式对枸杞复合糖果品质的影响,并对其品质指标——色差、玉米黄素、类胡萝卜素含量变化建立动力学模型,研究储藏过程中枸杞复合糖果品质变化规律,为成品生产、包装、储藏和运输提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

枸杞 银川泰丰生物科技有限公司提供；菊花、桑叶、决明子 银川市同济堂医药连锁有限公司提供；扭结纸、塑料密封纸、铝箔纸 浙江顺福印业源头厂家提供；乳糖、甘露醇、微晶纤维素、奶粉、柠檬酸、硬脂酸镁、乙醇 均为食品级；甲醇、乙腈、正己烷、二氯甲烷 均为色谱纯;β-胡萝卜素标准品、玉米黄素 均为色谱纯(纯度大于97%);丙酮、石油醚、无水硫酸钠均为分析纯。

LRH-150生化培养箱 上海一恒科技有限公司;AGILENT 1100高效液相色谱仪、ZORBAX Edipse XDB-C18反相色谱柱 安捷伦公司;INESAL5型紫外可见光检测器 上海仪电分析仪器有限公司;DF-101S集热式恒温磁力搅拌器 巩义市予华仪器有限责任公司;Cence-L550离心机 湘仪离心机仪器有限公司;AL204电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;CR-400色差仪 Konica MINOLTA公司。

1.2实验方法

1.2.1 枸杞糖果的制备 以减压冷冻干燥的菊花、桑叶、决明子提取物和枸杞粉为原料,乳糖∶甘露醇∶微晶纤维素作为填充剂质量比为1∶1∶3,奶粉作为矫味剂,柠檬酸作为酸味剂。按照原料添加量为30%,填充剂添加量为61.08%,奶粉添加量为7.96%,柠檬酸添加量为0.45%的配比进行配制,充分碾磨粉碎,过2次100目筛,加适量浓度为75%乙醇溶液作为粘合剂,14目筛制粒,45 ℃干燥,12目筛整理,称重后加1‰硬脂酸镁,混匀,压片,得到枸杞复合糖果成品。

1.2.2 色度测定 将枸杞复合糖果用研钵研碎,过30目筛,用CR-400色差仪测定枸杞复合糖果粉末的L*、a*、b*值,各样品测试3次。

1.2.3 类胡萝卜素测定

1.2.3.1 类胡萝卜素提取方法 将枸杞复合糖果研至粉状,称取5.00 g,加少量蒸馏水溶解。将其倒入离心管中,用蒸馏水冲洗研钵,冲洗3次,合并洗液至离心管中。于3000 r/min条件下,离心3 min,弃去上清液。下层沉淀加入10 mL丙酮,以同等转速再次离心,收集上清液于分液漏斗中。残渣倒入100 mL烧杯中,加适量0.01%二丁基羟基甲苯(BHT),以丙酮和石油醚(1∶2)混合试剂作为提取溶剂,在30 ℃,800 r/min下磁力搅拌辅助提取至无色,每次提取15 min,合并提取液于分液漏斗中。加少量的蒸馏水,静置分层,弃去下层水层,以洗去水溶性杂质。保留上层有机层,加入适量的无水硫酸钠去水。将有机层转移到圆底烧瓶中,于38 ℃条件下进行减压真空浓缩至干。加入少量二氯甲烷溶解类胡萝卜素,定容至10 mL棕色容量瓶中,保存于冻存瓶,-35 ℃超低温冰箱冷冻备用。全过程需避光操作[8,12]。

1.2.3.2 类胡萝卜素的测定 准确称取β-胡萝卜素标准品6.0 mg,用流动相定容至100 mL,配制成质量浓度为60 μg/mL的标准溶液。样品于450 nm下测定吸光度[13]。

1.2.3.3 玉米黄素的测定 精密称取玉米黄素标准品5.0 mg加少量二氯甲烷溶解,用流动相定容至100 mL,分别配成50 μg/mL的标准溶液。避光操作,-30 ℃避光保存备用。色谱条件:紫外检测波长450 nm;流速:1 mL/min;柱温:25 ℃;进样量:10 μL;流动相:甲醇∶乙腈∶正己烷∶二氯甲烷=15∶40∶20∶20(v/v);等度洗脱。记录保留时间及峰面积和标准品对照以定性定量。测定前标准品经有机滤膜(0.45 μm)过滤后进样,以不同浓度(μg/mL)为横坐标,峰面积为纵坐标绘制标准曲线。

1.2.4 不同因素对枸杞类胡萝卜素的影响

1.2.4.1 温度对枸杞复合糖果中类胡萝卜素的影响 以铝箔纸为包装材料,在干燥黑暗条件下,设置储藏温度为4、25、40、60 ℃,每隔3 d对枸杞复合糖果中类胡萝卜素进行提取,在450 nm处用紫外分光光度法测定类胡萝卜素的吸光值,计算类胡萝卜素的保留率,考察不同温度对枸杞复合糖果中类胡萝卜素的影响。

1.2.4.2 光照对枸杞复合糖果中类胡萝卜素的影响 以铝箔纸为包装材料,在储藏温度为25 ℃的干燥条件下,在黑暗和(4500±500) lx两种环境中保存,每隔3 d对枸杞复合糖果中类胡萝卜素进行提取,在450 nm处用紫外分光光度法测定类胡萝卜素的吸光值,计算胡萝卜素的保留率,考察光照对枸杞复合糖果中类胡萝卜素的影响。

1.2.4.3 相对湿度对枸杞复合糖果中类胡萝卜素的影响 以铝箔纸为包装材料,储藏温度为25 ℃的条件下,恒温避光保存,设置相对湿度为33.07%±0.18%、55.87%±0.27%和94.62%±0.66%,每隔3 d对枸杞复合糖果中类胡萝卜素进行提取,在450 nm处用紫外分光光度法测定类胡萝卜素的吸光值,计算类胡萝卜素的保留率,考察不同湿度对储藏期间类胡萝卜素含量的影响。

1.2.4.4 包装条件对枸杞复合糖果中类胡萝卜素的影响 取制得的枸杞复合糖果5 g,分别装入纸包装、塑料密封包装和铝箔密封包装中,在相对湿度为55.87%±0.27%条件下避光保存,储藏温度设置为4、25、40、60 ℃,每隔10 d取样。计算枸杞复合糖果的类胡萝卜素保留率,评定三种包装对枸杞复合糖果品质影响。

1.2.5 反应动力学模型 食品品质变化常遵循零阶或一阶反应动力学模型[14-15],该公式为:

零阶反应动力学模型:C=C0+k0t

式(1)

一阶反应动力学模型:lnC=k1t+lnC0

式(2)

式中,C0表示样品初始含量;C表示贮藏t天后样品含量;k为反应速率常数;t为时间(d)。

阿伦尼乌斯(Arrhenius)公式反映了反应速率常数k与温度T变化关系,该公式为:

式(3)

式中,k为一阶反应速率常数;A为指前因子;Ea为反应活化能(kJ/mol);R为摩尔气体常数(8.314 J/(mol·K));T为绝对温度(K)。

将阿伦尼乌斯公式两边同时取对数,可得:

式(4)

用反应速率常数的自然对数(lnk)和绝对温度的倒数(1/T)作线性方程,根据斜率,可得表观活化能Ea。

结合式(1)、(2)和(3)得品质指标货架期预测模型:

零阶反应货架期预测模型:

式(5)

一阶反应货架期预测模型:

式(6)

式中,N为货架期预测值(d)。

1.2.6 统计分析 原始实验数据采用Microsoft Excel 2007进行分析数据处理,用Origin 9.0绘制标准曲线,进行线性拟合。

2 结果与分析

2.1标准曲线的绘制

将β-类胡萝卜素标准品稀释至6、12、15、30、60 μg/mL,于450 nm处测定其吸光度,以溶液质量浓度为横坐标,吸光值为纵坐标绘制标准曲线,如图1所示,用最小二乘法进行线性回归后得到回归方程。类胡萝卜素标准曲线:y=0.0241x-0.0187,R2=0.9982。

图1 类胡萝卜素标准曲线图Fig.1 Standard curve of carotene

玉米黄素标准品稀释至5、10、25、40、50 μg/mL,以峰面积为纵坐标(y),玉米黄素质量浓度为横坐标(x),绘制标准曲线,如图2所示。玉米黄素标准曲线:y=94.114x+7.4286,R2=0.9999。

图2 玉米黄素标准曲线Fig.2 Standard curve of zeaxanthin

2.2玉米黄素HPLC图谱

在本实验选取的实验条件下,玉米黄素标准品的保留时间为2.161 min,样品的保留时间为2.167 min,图3为玉米黄素标准品HPLC图,图4为样品玉米黄素HPLC图。

图3 标准品色谱图Fig.3 Chromatogram of standards

图4 样品色谱图Fig.4 Chromatogram of samples

2.3不同因素对类胡萝卜素的影响

2.3.1 温度对枸杞复合糖果中类胡萝卜素的影响 由图5可以看出,枸杞复合糖果中类胡萝卜素含量随温度的升高呈降低趋势。温度为4 ℃时,类胡萝卜素含量缓慢减少,保存15 d后,类胡萝卜素保留率仅下降14.23%。在25、40 ℃下保存15 d后,类胡萝卜素保留率分别为43.75%和25.78%,类胡萝卜素损失严重。当温度为60 ℃时,保存15 d后,枸杞复合糖果中类胡萝卜素保存率仅为0.71%,枸杞复合糖果表面颜色明显变淡。这是因为高温可以通过改变酶活性从而造成类胡萝卜素降解为挥发性物质和非挥发性物质[16]。

图5 温度对枸杞复合糖果中类胡萝卜素保留率的影响Fig.5 Effect of temperature on the retention rate of carotenoids in wolfberry composite candy

2.3.2 光照对枸杞复合糖果中类胡萝卜素的影响 结果如图6所示,处于黑暗条件下储藏15 d后,类胡萝卜素保留率达69.55%;而在光照环境中储藏的枸杞复合糖果中类胡萝卜素保留率为42.23%,枸杞复合糖果表面颜色变淡。由此可见,黑暗较光照条件对类胡萝卜素含量变化影响较小,光照会对类胡萝卜素产生破坏,使类胡萝卜素含量显著降低(p<0.05),对其稳定性具有一定影响。这主要是由于光照会促使类胡萝卜素分子中碳-碳双键氧化断裂[17-18],导致类胡萝卜素发生分解。另一方面,光照会使类胡萝卜素形成顺式双键,并加速类胡萝卜素链的氧化[16]。因此,枸杞复合糖果应在避光条件下储藏。

图6 光照对枸杞复合糖果中类胡萝卜素保留率的影响Fig.6 Effect of light on the retention rate of carotenoids in wolfberry composite candy

2.3.3 相对湿度对符合糖果中类胡萝卜素的影响 结果如图7所示,在三种湿度条件下储藏,类胡萝卜素含量均呈下降趋势,在湿度为33.07%、55.87%和94.62%条件下储藏15 d后,枸杞复合糖果中类胡萝卜素含量保留率分别为36.12%、24.30%和6.92%,表明湿度对类胡萝卜素降解具有显著影响。因此,枸杞复合糖果应选择干燥条件进行储藏。

图7 湿度对枸杞复合糖果中类胡萝卜素保留率的影响Fig.7 Effect of humidity on the retention rate of carotenoids in wolfberry composite candy

2.3.4 包装条件对枸杞复合糖果中类胡萝卜素的影响 不同包装对枸杞复合糖果中类胡萝卜素保留率影响如图8所示,随储藏天数的增加，类胡萝卜素保留率均呈下降趋势。类胡萝卜素分子中存在的共轭双键结构不稳定,许多物理、化学因素都会对其造成影响,如光辐照、高温、金属离子等。实验结果可看出,贮藏时间超过40 d时,铝箔密封包装的枸杞复合糖果类胡萝卜素损失率较纸包的小,由于纸包条件下枸杞复合糖果与氧气直接接触,加速了类胡萝卜素的氧化降解;铝箔密封包装条件下的枸杞复合糖果类胡萝卜素含量降解速率小于塑料密封包装条件下的枸杞复合糖果,由于塑料包装透光,会发生光氧化降解[19],且塑料包装比铝箔包装密封性差,氧含量的增加也会增加类胡萝卜素的降解。

图8 不同包装对枸杞复合糖果中类胡萝卜素的影响Fig.8 Effect of different packing on the retention rate of carotenoids in wolfberry composite candy

2.3.5 储藏期间枸杞复合糖果品质变化动力学 通过建立动力学模型研究储藏过程中枸杞复合糖果品质变化规律。采用ΔE将色泽感觉与色差仪的L*、a*、b*数值相联系,表征不同储藏时间色泽与初始色泽的差异[20]。在4、25、40、60 ℃四个温度条件下储藏,测定铝箔密封包装的枸杞复合糖果在不同时间的L*、a*、b*值、玉米黄素、类胡萝卜素含量的数据变化,见表1。随着储藏时间的延长,铝箔密封包装的枸杞复合糖果的色差值逐渐增大,且温度越高，色差值变化越明显,颜色逐渐加深;玉米黄素和类胡萝卜素含量随储藏时间延长而逐步降低,且温度越高降解速率越快。

表1 铝箔包装条件下不同储藏温度枸杞复合糖果的品质变化Table 1 Quality change of wolfberry composite candy in different storage temperature with aluminum foil packaging

表2 铝箔包装条件下不同储藏温度枸杞复合糖果品质变化动力学模型拟合Table 2 Kinetic model fitting of quality change of wolfberry composite candy in different storage temperature with aluminum foil packaging

Maria C Manso等[21]认为不同的反应基质服从着某一特定的降解模型,该降解模型符合零阶或一阶反应模型由基质的初始含量及其反应速率决定。根据表1,将时间和各品质指标代入公式(1)和(2),分别求出色度、玉米黄素和类胡萝卜素的线性回归方程和相关系数R2。R2越接近1,则说明品质指标变化与储藏时间t的变化具有良好的线性关系,能与零阶反应动力学模型或一阶反应动力学模型进行拟合,模型能较好地预测枸杞复合糖果中品质指标的变化。

由表2可知,在不同储藏温度下,色差和玉米黄素变化的零阶反应动力学的相关系数R2均接近或大于0.9,色差和玉米黄色含量变化与储藏时间t的变化呈良好的线性关系,说明储藏温度对枸杞复合糖果中的色差和玉米黄素影响可能遵循零阶反应动力学模型。而类胡萝卜素含量变化的一阶反应动力学的相关系数R2均大于0.96,且高于相应的零阶动力学相关系数,说明枸杞复合糖果中类胡萝卜素含量在储藏过程中的变化遵循一阶反应动力学,回归方程的拟合精度较高。其中,零阶动力学和一阶反应动力学模型中反应速率常数k值代表不同储藏温度对各品质指标的影响,品质指标变化越快,k值越大,品质指标变化越慢,k值越小。

从回归方程可看出,随着储藏温度的升高,色差、玉米黄素和类胡萝卜素k值逐渐增大,表明储藏温度对枸杞复合糖果品质指标有显著影响,这一结果也与表1中色差、玉米黄素和类胡萝卜素含量变化趋势吻合。

由表3可知,活化能Ea为一个化学反应发生所需要的克服的能量障碍,其大小反映化学反应发生的难易程度[14-15]。在3种品质指标——色差、玉米黄素和类胡萝卜素中,类胡萝卜素的活化能Ea最高,说明在相同储藏条件下,类胡萝卜素与色度和玉米黄素相比不易发生含量变化,稳定性较好;3种品质指标的相关系数R2均大于0.9,Arrhenius方程的拟合达显著水平。

表3 铝箔包装条件下不同储藏温度枸杞复合糖果品质变化动力学参数Table 3 Kinetic parameters of quality change of wolfberry composite candy in different storage temperature with aluminum foil packaging

在4、25、40、60 ℃四个温度下储藏的枸杞复合糖果的色差、叶黄素、类胡萝卜的Arrhenius公式线性回归情况如图9所示,方程拟合度较好,说明预测结果能与实测结果相吻合。实验结果表明,枸杞复合糖果在储藏过程中色差和玉米黄素含量变化符合零阶反应动力学模型、类胡萝卜素含量变化符合一阶反应动力学模型。将表5中动力学参数代入式(5)和式(6),得到三种品质指标的动力学模型为:

图9 储藏过程中复合糖果品质变化的Arrhenius关系曲线Fig.9 Arrhenius plot of candy’s quality change during storage

以色差为特征指标的货架期预测模型公式:

以玉米黄素为特征指标的货架期预测模型公式:

以类胡萝卜素为特征指标的货架期预测模型公式:

枸杞复合糖果在储藏过程中,储藏时间、温度、包装等因素对糖果色差、玉米黄素和类胡萝卜素的含量影响较大。从这三种品质指标的货架期预测模型中可以看出,温度越高,产品货架期越短。枸杞复合糖果中类胡萝卜素和玉米黄素在低温条件下较稳定,不易分解,高温条件下快速降解,稳定性变差;而类胡萝卜素和玉米黄素含量的变化直接影响糖果外观和产品质量。因此,对色差、玉米黄素和类胡萝卜素建立预测模型,能有效表征枸杞复合糖果品质的动态变化情况。

3 结论

对不同温度、光照、湿度和包装材料等储藏条件下枸杞复合糖果中类胡萝卜素保留率的测定可知,高温是造成枸杞复合糖果中类胡萝卜素降解的主要原因,光照、湿度和包装材料也对其降解具有一定影响,而包装材料的差异对类胡萝卜素的稳定性影响程度不同。因此,枸杞复合糖果应储藏在低温、避光和干燥的环境中,开封的枸杞复合糖果应尽快食用或密封储存,避免对其功能性成分——类胡萝卜素的稳定性造成影响。

不同温度下储藏枸杞复合糖果,其色差和玉米黄素含量变化符合零阶反应动力学模型、类胡萝卜素含量变化符合一阶反应动力学模型。

在实际生产过程中,可以考虑在枸杞复合糖果辅料中添加适量抗氧化剂,以减缓类胡萝卜素的氧化降解,且产品生产过程中应尽量减少与高温、光照和空气等因素的影响,成品运输、储藏应选择阴凉、避光处。

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Studyonthestabilityofwolfberrycompositecandy

ZHAOYu-hui,WEIChao-kun,XUMeng-xia,LIUDun-hua*

(College of Agriculture,Ningxia University,Yinchuan 750021,China)

The effects of temperature,light,relative humidity and packaging conditions on the content of carotenoids in wolfberry composite candy were studied. Color parameters such asL*(lightness),a*(redness),b*(yellowness)and the contents of zeaxanthin,carotenoid of wolfberry candies stored at 4,25,40 and 60 ℃ were determined at different time in this experiment,then a kinetic analysis of those quality indexes were determined. The results showed that the variation of color parameters and zeaxanthin content were in accordance with the zero-order reaction kinetics model. The carotenoid content was in accordance with the first-order reaction kinetics model,the fitting degree was well and the correlation coefficients were greater than 0.9.

wolfberry composite candy;color parameters;zeaxanthin;carotenoid

2017-05-08

赵宇慧(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：食品质量与安全，E-mail：zhaoyuhui1116@163.com。

*

刘敦华(1964-)，男，博士，教授，研究方向：食品质量与安全，E-mail：dunhualiu@126.com。

国家自然科学基金资助项目(31560436)。

TS201.1

A

1002-0306(2017)21-0031-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.007