贮藏条件对赤霞珠葡萄汁活性成分含量及抗氧化能力的影响

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(新疆农业大学食品科学与药学学院,新疆乌鲁木齐 830052)

红葡萄汁富含多种营养物质,如碳水化合物、有机酸、维生素、矿物质元素等[1],同时,还含有大量的多酚[2]、花色苷[3]、白藜芦醇[4]和黄酮[5]等活性物质。研究表明，红葡萄汁具有多种生物学特性,可以有效清除自由基,具有抗氧化[6-8]、抗炎[9-10]、保肝[11]、预防癌症[12]和抗辐射[13]等生理功效。葡萄汁中的酚类物质不稳定,易受加工和贮藏过程中一些理化因素如pH、氧气、光照、温度等影响,发生降解。韩博等[14]发现，在低温环境(4 ℃)和常温环境(25 ℃)下,浓缩葡萄汁的多酚、黄酮、花青素等成分以及抗氧化活性随贮藏时间的增加均出现下降趋势。李维新等[15]研究发现，不同贮藏条件下,刺葡萄酒在贮藏期间黄酮类物质逐渐降低,低温下贮藏可以减缓游离花色苷、原花青素、总类黄酮含量的下降。马丽艳等[16]采用HPLC方法研究贮藏条件(贮藏温度、光照)对葡萄酒中四种白藜芦醇异构体含量的影响,发现高温贮藏不利于葡萄酒中白藜芦醇的保存,商业流通中的灯光照射对葡萄酒中白藜芦醇含量无明显影响。可见，控制葡萄汁贮藏中活性成分含量的损失对提高葡萄汁产品质量，延长货架期具有重要意义。

因此,本文以赤霞珠葡萄汁为试验材料,研究贮藏温度(4、10、25 ℃)和光照方式(自然光、日光灯、避光)对其活性成分含量和抗氧化能力的影响,为葡萄汁加工和贮藏过程中质量控制提供理论依据和方法指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

赤霞珠葡萄 采摘于新疆五家渠农业科学院葡萄种植基地,无病虫害及腐烂果,可溶性固形物含量为24%±2.0%；白藜芦醇标品(>98%) 上海生工生物工程有限公司;没食子酸标品(>98%) 上海永叶生物科技有限公司;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、乙腈和甲酸(色谱纯) 美国Sigma公司;抗坏血酸(>99%)、三羟甲基氨基甲烷(Tris)、邻苯三酚、盐酸、硫酸亚铁、水杨酸、过氧化氢、无水乙醇、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、铁氰化钾、三氯乙酸、三氯化铁、冰乙酸、氢氧化钠、福林酚、无水碳酸钠、氯化钾、无水乙酸钠(分析纯) 天津盛通泰化工化学试剂有限公司;果胶酶(10000 U/mL)、纤维素酶(700 U/mL)、β-葡聚糖酶(5000 U/mL) 天津诺维信生物技术有限公司。

BCD-229BSV型冰箱 青岛海尔集团有限公司;MCR-3型微电脑微波化学反应器 上海恬恒仪器有限公司;FA2104N型分析天平 上海民桥精密科学仪器有限公司;YP2002型电子天平 上海越平科学仪器有限公司;FE20型pH计 上海梅特勒-托利多仪器有限公司;TGL-16G型高速冷冻离心机 上海安亭科学仪器厂;DZKW-S-4型电热恒温水浴锅 北京永光明医疗仪器有限公司;TU-1810型紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;LC-16型高效液相色谱仪 日本岛津公司。

1.2 实验方法

1.2.1 葡萄汁的制备 赤霞珠葡萄清洗、除梗、破碎,按照果胶酶∶纤维素酶∶β-葡聚糖酶=2∶1∶1(V∶V∶V)的配比,添加1.4%(m/V)的复合酶,置于4 ℃冰箱中酶解8 h,称取75 g葡萄浆液(汁液与皮渣质量比为3∶1),在-18 ℃冰箱中冷冻处理16 h后,取出放在微波功率为450 W的微波化学反应器中处理40 s,最后在8000 r/min的条件下离心20 min,得到可溶性固形物为28%的葡萄汁。将葡萄汁装于50 mL医用无菌PET瓶中密封包装。

1.2.2 贮藏试验设计 葡萄汁随机分6组,每组10瓶,不同温度和光照条件下贮藏40 d,每隔4 d取一次样,测定活性成分含量和抗氧化能力。

温度条件:在同一室内自然光(白天自然光照射,夜晚无灯光照射)下,选择4、15、25 ℃三个温度条件;

光照条件:在同一室温(平均温度(20±2) ℃)下,选择自然光、日光灯持续照射、避光三个光照条件。

1.2.3 活性成分含量的测定

1.2.3.1 花色苷含量的测定 采用pH示差法,参照杨兆艳[17]的方法略作改动。取葡萄汁1.0 mL,分别用pH1.0和pH4.5的缓冲溶液定容至10.0 mL,置于暗处反应1 h,用蒸馏水做空白,在520、700 nm处测定吸光值,根据公式计算出花色苷含量。

式中,A为(A520 nmpH1.00-A700 nmpH1.00)-(A520 nmpH4.50-A700 nmpH4.50);MW为矢车菊花素-3-葡萄糖苷的分子量,449.2;DF为稀释因子;ε为矢车菊花素-3-葡萄糖苷的消光系数,26900;L为光程,1 cm;W为葡萄质量,g。

1.2.3.2 多酚含量的测定 采用Folin-Ciocalteus法[18],以没食子酸浓度为横坐标,765 nm处吸光值为纵坐标绘制标准曲线,得回归方程y=0.00142x-0.00684,R2=0.9992。取250 μL葡萄汁,加入蒸馏水12.5 mL、福林肖卡显色剂1.25 mL,20%碳酸钠溶液5.0 mL,显色1.5 h后测定吸光值,将吸光值带入标准曲线,得到多酚的含量。

1.2.3.3 白藜芦醇含量的测定 HPLC条件[4]:Pgrandsil-STC-C18柱(4.6×250 mm,5 μm),进样量20 μL,流速1.0 mL/min,检测波长306 nm,柱温35 ℃,流动相:A为0.2%的乙酸,B为纯乙腈,20%的B等度洗脱30 min;以白藜芦醇质量浓度为横坐标,峰面积为纵坐标绘制标准曲线,得回归方程y=13443.71457x+135.38191,R2=0.9995;葡萄汁经0.45 μm滤膜过滤后直接上机分析。将峰面积带入标准曲线,得到白藜芦醇的含量。

1.2.4 抗氧化能力的测定

1.2.4.1 DPPH自由基清除能力 参考Alvarez-Jubete等[19]方法略作改动。用无水乙醇配制0.2 mmol/L DPPH溶液,吸取DPPH溶液2.0 mL分别与不同浓度的抗坏血酸标准溶液2.0 mL混匀,室温避光放置30 min,用无水乙醇调零,在517 nm波长处测定吸光值。以VC浓度(2～12 μg/mL)为横坐标,吸光值为纵坐标绘制标准曲线,得回归方程y=-0.05907x+1.11621,r=-0.9991。吸取样品待测液2.0 mL,按照制作标准曲线方法测定,结果用VC当量表示。

1.2.4.2 羟自由基清除能力 参考Bi等[20]方法略作改动。取10 mmol/L硫酸亚铁溶液1.0 mL,加入10 mmol/L水杨酸溶液1.0 mL,分别加入不同浓度的抗坏血酸标准溶液1.0 mL,最后加入8.8 mmol/L过氧化氢溶液1.0 mL启动反应,摇匀后在37 ℃条件下反应30 min,用蒸馏水调零,在510 nm波长处测定吸光值。以VC浓度(0.1～0.5 mg/mL)为横坐标,吸光值为纵坐标绘制标准曲线,得回归方程y=-2.72463x+1.52515,r=-0.9994。吸取样品待测液1.0 mL,按照制作标准曲线方法测定,结果用VC当量表示。

1.2.4.3 超氧阴离子抑制能力 参考罗春丽等[21]方法略作改动,取pH8.2的0.05 mol/L Tris-HCl缓冲溶液4.5 mL,置于25 ℃水浴中预热20 min,分别加入不同浓度的抗坏血酸标准溶液1.0 mL,加入25 mmol/L邻苯三酚溶液0.4 mL,混匀后放入25 ℃水浴反应5 min,最后加入8 mol/L盐酸溶液1.0 mL终止反应,用蒸馏水调零,在299 nm波长处测定吸光值。以VC浓度(0.05～0.45 mg/mL)为横坐标,吸光值为纵坐标绘制标准曲线,得回归方程y=-5.09782x+2.17724,r=-0.9993。吸取样品待测液1.0 mL,按照制作标准曲线方法测定,结果用VC当量表示。

1.2.4.4 铁的还原能力 参考Lu等[22]方法略作改动,取不同浓度的抗坏血酸标准溶液1.0 mL,加入0.2 mol/L磷酸盐缓冲液(pH6.6)1.0 mL和1.0%的铁氰化钾溶液1.0 mL,将混合液于50 ℃温浴20 min,急速冷却后,加入10%的三氯乙酸溶液1.0 mL终止反应,最后加入蒸馏水2.0 mL和0.1%的三氯化铁溶液0.4 mL显色,在700 nm波长处测定吸光值。以VC浓度(0.01～0.05 mg/mL)为横坐标,吸光值为纵坐标绘制标准曲线,得回归方程y=23.26847x+0.00232,r=0.9997。吸取样品待测液1.0 mL,按照制作标准曲线方法测定,结果用VC当量表示。

1.3 数据处理

采用Excel 2003对实验数据进行整理后,应用统计分析软件SPSS 20.0对数据进行显著性和相关性分析,利用Origin 9.0软件绘图。

2 结果与分析

2.1 贮藏过程中葡萄汁活性成分含量的变化

2.1.1 贮藏过程中花色苷含量的变化 由图1a可知,随着贮藏时间的增加,不同温度下的葡萄汁中花色苷含量呈下降的趋势,处理组间存在显著性差异(p<0.05)。4 ℃下贮藏40 d的葡萄汁中花色苷含量为318.165 mg/L,保留率为43.61%。随贮藏温度的升高,葡萄汁中花色苷含量逐渐减少,10 ℃下贮藏的葡萄汁中花色苷含量从最初的729.496 mg/L下降到第40 d的292.651 mg/L,保留率为40.12%,25 ℃下贮藏40 d的葡萄汁中花色苷含量保留率为38.81%,当贮藏温度升高时,葡萄汁中的花色苷会逐渐生成无色的查尔酮,导致花色苷的褪色和降解[23]。

由图1b可知,不同光照方式下的葡萄汁中花色苷含量随贮藏时间的增加均呈显著下降的趋势(p<0.05)。避光下贮藏的葡萄汁中花色苷含量明显高于其他组,在第40 d的花色苷含量为331.582 mg/100 mL,保留率最大为45.45%,日光灯照射下贮藏40 d的葡萄汁中花色苷含量保留率为43.42%,自然光照下贮藏的葡萄汁中花色苷含量随贮藏时间的增加减少的较快,从最初的729.496 mg/L下降到第40 d的262.024 mg/L,保留率为35.92%,葡萄汁中的花色苷在光照条件下会发生酰基脱落,导致花色苷的含量下降[24]。

图1 贮藏温度(a)与光照方式(b)对葡萄汁花色苷含量的影响Fig.1 Effects of storage temperature(a)and illumination(b) on anthocyanins pigment contents in grape juice

2.1.2 贮藏过程中多酚含量的变化 由图2a可知,随贮藏时间的增加,不同温度下的葡萄汁中多酚含量均呈显著下降的趋势(p<0.05)。贮藏期间,25 ℃下贮藏的葡萄汁中多酚含量从最初的2430.719 mg/L下降到第40 d的1229.793 mg/L,保留率为50.59%,10 ℃下贮藏40 d的葡萄汁中多酚含量为1334.753 mg/L,保留率为54.91%,4 ℃下贮藏的葡萄汁多酚含量在贮藏期间减少的较为缓慢,第40 d的多酚含量为1419.078 mg/L,保留率为58.38%,这是因为，低温可以抑制酚氧化酶的活性,降低葡萄汁中酚类物质的氧化、缩合及降解[25]。

图2 贮藏温度(a)与光照方式(b)对葡萄汁多酚含量的影响Fig.2 Effects of storage temperature(a) and illumination(b)on polyphenols contents in grape juice

由图2b可知,随贮藏时间的增加,不同光照方式下的葡萄汁中多酚含量均呈下降的趋势,处理组间均有显著性差异(p<0.05)。贮藏期间,自然光照下的葡萄汁多酚含量从最初的2430.719 mg/L下降到第40 d的1281.705 mg/L,保留率为52.73%,日光灯照射下贮藏40 d的葡萄汁中多酚含量为1376.168 mg/L,避光下贮藏40 d的葡萄汁中多酚含量为1459.850 mg/L,保留率为60.06%,说明避光条件可以较好地延缓酚类化合物的降解。

2.1.3 贮藏过程中白藜芦醇含量的变化 由图3a可知,不同温度下的葡萄汁随贮藏时间的增加白藜芦醇含量呈下降的趋势,处理组间均有显著性差异(p<0.05)。4、10、25 ℃下贮藏40 d的葡萄汁中白藜芦醇含量分别为1.474、1.188、1.087 mg/100 mL,分别减少了63.01%、70.19%、72.72%,升高贮藏温度对白藜芦醇影响比较明显,持续的高温会造成葡萄汁中白藜芦醇的氧化、聚合以及糖基化反应的发生[26]。

由图3b可知,不同光照方式下的葡萄汁中白藜芦醇含量随贮藏时间的增加呈下降的趋势,处理组间均有显著性差异(p<0.05)。自然光照、日光灯照射、避光下贮藏40 d的葡萄汁中白藜芦醇含量分别为1.253、1.351、1.495 mg/100 mL,分别减少了68.56%、66.10%、62.48%,光照下白藜芦醇易发生转化或降解反应[26],促进向糖苷化转变的趋势,自然光照组比日光灯照射组表现得更加明显。

图3 贮藏温度(a)与光照方式(b)对葡萄汁白藜芦醇含量的影响Fig.3 Effects of storage temperature(a) and illumination(b)on resveratrol contents in grape juice

2.2 贮藏过程中葡萄汁的抗氧化能力分析

2.2.1 贮藏过程中DPPH自由基清除能力的变化 由图4a可知,随贮藏时间的增加,不同温度下的葡萄汁对DPPH自由基清除能力呈下降的趋势,同一贮藏时间,4、10 ℃组的葡萄汁对DPPH自由基清除能力均显著高于25 ℃组(p<0.05)。4、10 ℃下贮藏到第40 d的葡萄汁对DPPH自由基清除能力的保留率分别为94.62%和91.74%,其中4 ℃贮藏40 d的葡萄汁对DPPH自由基清除能力为67.505 μg/mL,25 ℃下贮藏的葡萄汁对DPPH自由基清除能力从最初的71.343 μg/mL下降到第40 d的63.912 μg/mL,保留率为89.58%,高温贮藏会造成葡萄汁中的天然抗氧化成分减少,抗氧化能力逐渐减弱,DPPH自由基清除能力逐渐降低[27]。

由图4b可知,不同光照方式下的葡萄汁对DPPH自由基清除能力随贮藏时间的增加呈下降的趋势,同一贮藏时间,避光组的葡萄汁对DPPH自由基清除能力均显著高于自然光照和日光灯照射组(p<0.05)。第40 d避光下的葡萄汁对DPPH自由基清除能力为64.553 μg/mL,保留率为90.48%,自然光和日光灯照射下的葡萄汁对DPPH自由基清除能力的保留率分别为87.04%和89.94%。

图4 贮藏温度(a)与光照方式(b)的对葡萄汁DPPH自由基清除能力的影响Fig.4 Effects of storage temperature(a)and illumination(b) on the scavenging ability of DPPH free radical of grape juice

2.2.2 贮藏过程中羟自由基清除能力的变化 由图5a可知,不同温度下的葡萄汁对羟自由基清除能力随贮藏时间的增加呈显著下降的趋势(p<0.05)。4、10 ℃下贮藏到第40 d的葡萄汁对羟自由基清除能力分别为2.073、1.973 mg/mL,保留率分别为89.66%和85.34%,25 ℃下贮藏到第40 d的葡萄汁对羟自由基清除能力的保留率为84.60%,高温贮藏会加速活性成分的损失,抗氧化能力会随之减弱,羟自由基清除能力逐渐降低。

由图5b可知,随贮藏时间的增加,不同光照方式下的葡萄汁对羟自由基清除能力呈下降的趋势,避光下的葡萄汁对羟自由基清除能力显著高于其他组(p<0.05),贮藏到第40 d的葡萄汁对羟自由基清除能力为2.036 mg/mL,自然光和日光灯照射下贮藏到第40 d的葡萄汁对羟自由基清除能力分别为2.007、2.030 mg/mL,不同光照方式对葡萄汁中花色苷等酚类物质有明显的作用,会直接影响羟自由基清除能力。

图5 贮藏温度(a)与光照方式(b)对葡萄汁羟自由基清除能力的影响Fig.5 Effects of storage temperature(a) and illumination(b) on the scavenging ability of hydroxyl radical of grape juice

2.2.3 贮藏过程中超氧阴离子抑制能力的变化 由图6a可知,随贮藏时间的增加,不同温度下的葡萄汁对超氧阴离子抑制能力呈下降的趋势,处理组间均有显著性差异(p<0.05)。4 ℃下贮藏到第40 d的葡萄汁对超氧阴离子抑制能力为1.066 mg/mL,分别是10、25 ℃组的1.01和1.10倍,与10、25 ℃相比,4 ℃下贮藏有利于葡萄汁对超氧阴离子抑制能力的保持,显著延缓了贮藏期间超氧阴离子抑制能力的下降。随贮藏时间的增加,温度越高，超氧阴离子抑制能力越弱,与王丽芳等[28]研究贮藏温度对双孢蘑菇抗氧化活性的变化趋势一致。

由图6b可知,在不同光照方式下的葡萄汁对超氧阴离子抑制能力随贮藏时间的增加呈显著下降的趋势(p<0.05)。避光下贮藏第40 d的葡萄汁对超氧阴离子抑制能力为1.074 mg/mL,保留率最大为92.75%,自然光和日光灯照射下的葡萄汁对超氧阴离子抑制能力从最初的1.158 mg/mL,分别下降到第40 d的0.980、1.027 mg/mL,保留率分别为84.63%和88.69%,长时间光照会破坏葡萄汁中的酚类物质结构,使其发生氧化生成小分子的醛酮类化合物,从而失去具有抑制自由基能力的活性物质。

图6 贮藏温度(a)与光照方式(b)对葡萄汁超氧阴离子抑制能力的影响Fig.6 Effects of storage temperature(a)and illumination(b) on the scavenging ability of superoxide anion of grape juice

2.2.4 贮藏过程中铁的还原能力的变化 由图7a可知,不同温度下的葡萄汁随贮藏时间的增加对铁的还原能力呈下降的趋势,处理组间均有显著性差异(p<0.05)。4 ℃下贮藏40 d的葡萄汁对铁的还原能力从最初的0.233 mg/mL下降到0.188 mg/mL,保留率为80.69%,10 ℃下贮藏40 d的葡萄汁对铁的还原能力为0.182 mg/mL,保留率为78.11%,25 ℃下贮藏40 d的葡萄汁对铁的还原能力为0.176 mg/mL,保留率为75.54%,整个贮藏期间,相比10 ℃和25 ℃，4 ℃贮藏的葡萄汁对铁的还原能力的损失较少,25 ℃下贮藏的葡萄汁对铁的还原能力损失较多。

图7 贮藏温度(a)与光照方式(b)对葡萄汁铁的还原能力的影响Fig.7 Effects of storage temperature(a) and illumination(b)on the reduction ability of grape juice

由图7b可知,不同光照方式下的葡萄汁对还原能力随贮藏时间的增加呈下降的趋势,处理组间均有显著性差异(p<0.05)。光照处理组与避光组相比,葡萄汁中铁的还原能力损失的比较多,整个贮藏期间,光照处理组的葡萄汁对铁的还原能力显著低于避光组(p<0.05),避光下贮藏40 d的葡萄汁对铁的还原能力从最初的0.233 mg/mL下降到0.189 mg/mL,保留率为81.12%,自然光和日光灯照射下贮藏40 d的葡萄汁对铁的还原能力分别为0.181、0.187 mg/mL,保留率分别为77.68%和80.28%,光照会造成葡萄汁中活性成分发生降解反应,导致铁的还原能力的下降[29]。

2.3 花色苷含量与抗氧化活性的相关性分析

从表1可以看出,不同贮藏条件的葡萄汁中花色苷含量与抗氧化活性的相关性差异较大，且均为正相关。10、25 ℃下贮藏的葡萄汁中花色苷含量与各抗氧化指标均呈极显著正相关(p<0.01)。4 ℃下贮藏的葡萄汁中花色苷含量与DPPH自由基、超氧阴离子的抑制能力和铁的还原能力均呈极显著正相关(p<0.01),与羟自由基清除能力相关性不显著(p>0.05)。

表1 葡萄汁贮藏过程中花色苷含量与抗氧化成分的相关性Table 1 Correlation between anthocyanin content and antioxidant ingredient in grape juice during storage

自然光照下贮藏的葡萄汁中花色苷含量与DPPH自由基、超氧阴离子的抑制能力和铁的还原能力均呈极显著正相关(p<0.01),与羟自由基清除能力呈显著正相关(p<0.05)。日光灯照射下贮藏的葡萄汁中花色苷含量与DPPH自由基清除能力和铁的还原能力呈极显著正相关(p<0.01),与超氧阴离子的抑制能力呈显著正相关(p<0.05),与羟自由基清除能力相关性不显著(p>0.05)。避光下贮藏的葡萄汁中花色苷含量与DPPH自由基清除能力和铁的还原能力呈极显著正相关(p<0.01),与羟自由基、超氧阴离子的抑制能力呈显著正相关(p<0.05)。由此可知，葡萄汁中花色苷含量与其抗氧化活性之间密切相关,王行等[30]研究发现，贮藏条件对蓝莓汁酚类物质及抗氧化活性有影响,酚类物质可以有效清除自由基。

3 结论

不同的贮藏条件对葡萄汁的活性成分含量和抗氧化能力均有显著性的影响(p<0.05)。4 ℃较10 ℃和25 ℃下贮藏能更好地保持葡萄汁中的活性物质含量和维持抗氧化能力。4 ℃下贮藏的葡萄汁中花色苷、多酚和白藜芦醇含量分别为318.165、1419.078 mg/L和1.474 mg/100 mL,对DPPH自由基、羟自由基清除能力为67.505 μg/mL、2.073 mg/mL,对超氧阴离子抑制能力为1.066 mg/mL,对铁的还原能力为0.188 mg/mL。

避光比自然光和日光灯照射下贮藏更能有效延缓活性物质含量的减少,最大限度地保持抗氧化能力。避光下贮藏的葡萄汁中花色苷、多酚和白藜芦醇含量分别为331.582、1459.850 mg/L和1.495 mg/100 mL,对DPPH、羟自由基清除能力为64.553 μg/mL、2.036 mg/mL,对超氧阴离子抑制能力为1.074 mg/mL,对铁的还原能力为0.189 mg/mL。

贮藏期间,4 ℃或避光下的葡萄汁活性成分比其他组保存的较好,25 ℃或自然光照下的葡萄汁在贮藏后期易发酵,营养物质易分解,化学性质易发生改变,稳定性和抗氧化活性较差。说明4 ℃或避光条件下贮藏能有效减缓葡萄汁活性成分的损失,延长其产品的贮藏期,是葡萄汁较适宜的贮藏条件。