大豆不溶性膳食纤维促花青素稳态化初探

陈冬霞，贺 阳，薛 海，苏 鑫，张 弛，文连奎

（1.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春 130118；2.吉林工商学院旅游学院，吉林长春 130507）

0 引言

花青素是一类属类黄酮类水溶性天然色素，广泛存在于自然界中，在山葡萄（Vitis amurensisRupr）中含量尤为丰富。山葡萄花青素具有强抗氧化性，可以保护眼睛和肝脏、预防癌症等[1-2]，但其易受光、温度、pH值、氧等因素影响，在提取、加工及产品贮藏过程中易出现褪色或变色，色泽稳定性降低导致其在食品等领域的应用受限[3-4]。因此，花青素稳态化是其作为天然色素广泛应用亟待解决的关键问题。

花青素与多糖、类黄酮、生物碱、氨基酸、有机酸等发生辅色反应可以提高花青素的稳定性[5-6]。有研究表明，膳食纤维能够与多酚类物质相互作用，增加其稳定性[7]。豆渣中膳食纤维含量可达50%～60% （干基），其中大豆不溶性膳食纤维（Soybean Insoluble Dietary Fiber，SIDF） 含量占总膳食纤维的90%[8]，目前尚未得到充分利用。

采用SIDF促山葡萄花青素稳态化，为花青素稳态化及山葡萄、SIDF开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 主要材料、试剂及设备

SIDF制备，将SIDF粗粉置于粉碎机中粉碎25 min，过筛，分别制得100，200，300，400，500目的SIDF粉，纯度>90.5%，产品含水量为3.5%；山葡萄花青素参照He Yang等人[9]方法制备，纯化后的花青素提取物质量浓度为 2.5 mg/mL。

浓盐酸（37%）、无水乙醇，北京化工厂提供；磷酸氢二钠，天津市光复科技发展有限公司提供；柠檬酸，Aladdin实业公司提供；pH值3.0磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液（PBS）制备，将浓度为0.2 mol/mL的磷酸氢二钠溶液与浓度为0.1 mol/mL的柠檬酸溶液混合，用蒸馏水定容至1 000 mL备用。

HH-4A型数显恒温水浴锅，常州普天仪器制造有限公司产品；HR2841型多功能粉碎机，德国Sartourius公司产品；SPX-250B-D型振荡培养箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂产品；T6型紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司产品。

1.2 方法

将SIDF与花青素按一定比例混合，以pH值3.0的PBS缓冲液定容至30 mL体系，使花青素的质量浓度为0.1 mg/mL，于30℃条件下避光反应一段时间，制备稳态化体系，按试验设计进行SIDF与花青素辅色反应[10]；未稳态化处理花青素溶液为对照；对SIDF与花青素稳态化效果进行评价。

1.2.1 单因素试验设计

以 SIDF 质量浓度 （1，2，3，4，5 mg/mL）、SIDF粒径大小 （100，200，300，400，500目）、SIDF与花青素反应时间（10，20，30，40，50 min）为考查因素，每个因素水平试验时，其他因素以中间水平值为定值，以稳态化花青素溶液在λ521nm处的吸光值和辅色率为指标，对其稳态化效果进行评价。

稳态化花青素稀释适当倍数后，在最大吸收波长λ521nm处测定吸光值，并根据文献[11-12]，按公式（1） 计算样品的辅色率（Copigmentation rate，C）。

式中：A——稳态化花青素溶液的吸光度；

A0——未稳态化处理花青素溶液的吸光度。

1.2.2 正交试验设计

在单因素试验基础上，选取SIDF质量浓度、SIDF粒径大小、SIDF与花青素反应时间3个因素的最佳水平进行L9（34）正交化试验，以稳态化花青素溶液在λ521nm处的吸光值作为指标评价稳态化效果。

1.3 SIDF与花青素稳态化效果评价

按正交试验组确定的最佳条件制备稳态化体系，未稳态化处理花青素溶液为对照，按下述方法对花青素与SIDF稳态化效果进行评价。

1.3.1 稳态化花青素辅色率评价

按公式（1）计算最佳条件制备的稳态化花青素体系辅色率。

1.3.2 稳态化花青素光、热稳定性评价

参照文献[13-16]并作适当改动，将样品置于日光照射，分别在0，5，10，15，20 d或100℃下加热0，30，60，90，120 min，于λ521nm处测定吸光度，按公式（2） 计算样品溶液色泽的保存率（Retention rate，R）。

式中：At——花青素稳态化与未稳态化在光或热下不同处理时间后的吸光度；

A1——未稳态化处理且未经光或热处理时花青素溶液吸光度。

2 结果与分析

2.1 SIDF与花青素稳态化单因素试验结果分析

2.1.1 SIDF质量浓度对花青素稳定性的影响

SIDF质量浓度对花青素稳定性的影响见图1。

图1 SIDF质量浓度对花青素稳定性的影响

由图1可知，当SIDF质量浓度达到3 mg/mL时，与质量浓度为0.1 mg/mL的花青素反应效果最好，在λ521nm处的吸光值为0.636±0.006，辅色率为24%。当质量浓度逐渐增加，吸光值基本趋于稳定，与He Y等人[6]研究有机酸浓度对花青素辅色的影响具有相同趋势，这可能是SIDF质量浓度过高，使得过量的SIDF颗粒无法与花青素溶液稳定络合。因此，当花青素质量浓度为0.1 mg/mL时，选择SIDF质量浓度为0.2，0.3，0.4 mg/mL，进行正交试验设计。

2.1.2 SIDF粒径大小对花青素稳定性的影响

SIDF粒径大小对花青素稳定性的影响见图2。

图2 SIDF粒径大小对花青素稳定性的影响

由图2可知，当粒径为300目时，吸光值达到一个较高水平，有较好的反应效果，在λ521nm处的吸光值为0.646±0.006，辅色率为26%。由于粒径逐渐变小，颗粒细微化，粉体比表面积增大，进而增大了与溶液的接触面积，对溶液起增效作用；而当目数大于300目时，吸光值趋于平缓，可能是因为SIDF粒径过于细微，出现疏水作用等排斥力，使得一些颗粒无法与花青素稳定络合[17]。因此，选择SIDF粒径大小为200，300，400目，进行正交试验设计。

2.1.3 反应时间对花青素稳定性的影响

花青素与SIDF反应时间对花青素稳定性的影响见图3。

图3 花青素与SIDF反应时间对花青素稳定性的影响

由图3可知，当花青素与SIDF避光反应时间为30 min后，混合溶液的吸光度趋于平缓，此时的吸光值为0.560±0.006，辅色率为22%。同时考虑经济与效果，选择花青素与SIDF反应时间为20，30，40 min，进行正交试验设计。

2.2 SIDF与花青素稳态化正交试验结果分析

花青素与SIDF稳定性正交试验见表1。

由表1可知，SIDF添加量、SIDF粒径大小、反应时间对花青素稳态化后的吸光值均有不同的影响，正交试验中综合吸光值最高的组合是A2B2C2，即吸光度为0.675±0.006。由表2中方差分析SIDF添加量及SIDF粒径大小对花青素稳态化有显著影响（p<0.05），而加热时间对花青素稳态化影响最小；同时极差R可以看出，因素B（SIDF粒径大小） 的R值最大，是主要影响因素，其次是因素A（SIDF添加量），而因素C（反应时间）影响较小。各因素对花青素稳定性影响程度为B>A>C，即SIDF粒径大小>SIDF质量浓度>反应时间。

表1 花青素与SIDF稳定性正交试验

SIDF与花青素稳定性方差分析见表2。

表2 SIDF与花青素稳定性方差分析

由表1中k值可知，极差分析所得最优组合为A2B2C2，即SIDF质量浓度为3 mg/mL，SIDF粒径大小为300目，反应时间为30 min。由于此组合并未出现在正交试验号中，故以A2B2C2进行3次验证试验，测定吸光值为0.681±0.006，比未稳态化处理花青素的吸光值（0.511±0.011） 提高32%。

2.3 SIDF与花青素稳态化评价结果分析

2.3.1 稳态化花青素辅色率评价结果分析

图4 花青素溶液与加入SIDF花青素溶液辅色率比较

花青素溶液与加入SIDF花青素溶液辅色率比较见图4。由图4可知，SIDF（3 mg/mL，300目） 和花青素于30℃下避光反应30 min，在λ521nm处的吸光值为0.640±0.006，辅色率为25%；未稳态化处理花青素吸光值为0.51±0.011，说明SIDF与花青素辅色效果良好，稳态化作用明显。

2.3.2 稳态化花青素光稳定性评价结果分析

不同放置时间对混合溶液色泽保存率的影响见图5。

图5 不同放置时间对混合溶液色泽保存率的影响

稳态化花青素溶液吸光值高于未稳态化处理花青素溶液，日光20 d后稳态化花青素溶液吸光度为0.355±0.006，未稳态化处理花青素吸光度为0.285±0.011；稳态化花青素溶液色泽保存率均高于未处理花青素溶液，日光20 d后稳态化花青素溶液色泽保存率为69.60%，比未稳态化处理花青素高13.72%。

结果表明，加入SIDF能够提高花青素在日光条件下的颜色稳定，使花青素具有较高的吸光值与保存率。这可能由于SIDF的吸附作用[18-19]，使花青素更好地附着在SIDF微粒上，从而提高了花青素的光稳定性。

2.3.3 稳态化花青素热稳定性评价结果分析

不同加热时间对混合溶液色泽保存率的影响见图6。

图6 不同加热时间对混合溶液色泽保存率的影响

稳态化花青素溶液吸光值均高于未稳态化处理花青素溶液，稳态化花青素溶液在100℃下加热120 min后，吸光度为0.341±0.006，未稳态化处理花青素吸光度为0.256±0.011。稳态化花青素溶液在100℃加热120 min后的色泽保存率为66.86%，比未稳态化处理的花青素溶液高16.67%。

结果表明，加入SIDF能够提高花青素在热暴露条件下的颜色稳定性，同时使花青素具有较高的吸光值和保存率。这与曝光稳定性有相似的结果，同样可能由于SIDF的吸附作用[18-19]，使花青素更好地附着在SIDF微粒上，从而提高了花青素的稳定性。

3 结论

当SIDF质量浓度为3 mg/mL，粒径大小为300目，反应时间为30 min时，SIDF对花青素的稳态化效果最佳，此时吸光度为0.681±0.006，辅色率为33.26%。经日光20 d处理，其吸光度0.355±0.006，色泽保存率69.6%，比未处理花青素溶液高24.56%和13.72%；经100℃加热120 min，其吸光度0.341±0.006，色泽保存率66.86%，比未处理花青素溶液高33.20%和16.67%。

关于SIDF与花青素互作体系结构和分子交互作用形式仍有待深入研究，且有研究表明花青素可能起到益生元的作用，从而促进结肠健康[20]，其代谢物能够促进有益双歧杆菌和乳酸杆菌的生长；膳食纤维能够通过肠道菌群的变化，起到降血糖、降血脂和改善肠胃功能的生理作用[21]。