謝惠敏，畢金峰，劉 璇，姜溪雨，劉嘉寧

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100193）

水果及蔬菜可提供人體所必需的多種營(yíng)養(yǎng)成分，如膳食纖維、維生素、碳水化合物及礦物質(zhì)等[1]。果蔬汁是由新鮮或冷藏的果蔬原料通過(guò)榨取直接制成的汁液[2]，其風(fēng)味最為接近果蔬本身，營(yíng)養(yǎng)更是結(jié)合果蔬原料各自的營(yíng)養(yǎng)成分，具有“液體果蔬”之稱[3]，尤其是由多種果蔬原料加工而成的復(fù)合果蔬汁，富含多種營(yíng)養(yǎng)功能成分，如花色苷和類胡蘿卜素等?；ㄉ占邦惡}卜素是果蔬中含量較多的天然植物化合物，這兩類營(yíng)養(yǎng)因子具有多種功能活性，如花色苷具有抗氧化活性、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、改善視力、抗輻射等[4]功能，類胡蘿卜素能夠降低致癌、心血管疾病及視力相關(guān)功能障礙等風(fēng)險(xiǎn)[5]，因此越來(lái)越受到人們的關(guān)注。目前，市場(chǎng)上出現(xiàn)大量以花色苷及類胡蘿卜素為主要功能成分的復(fù)合果蔬汁，如番茄-草莓復(fù)合果蔬汁、以接骨木莓-胡蘿卜為主的復(fù)合果蔬汁等。此類產(chǎn)品的復(fù)配方案主要以產(chǎn)品口感及外觀品質(zhì)為主，然而，關(guān)于這兩類天然營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)復(fù)合對(duì)各自物化特性及穩(wěn)定性的影響尚未見報(bào)道。此外，富含花色苷及類胡蘿卜素的果蔬汁加工及貯藏中易因花色苷和類胡蘿卜素降解而導(dǎo)致褐變等問(wèn)題，進(jìn)而影響產(chǎn)品的感官品質(zhì)及生理活性功能?；ㄉ占邦惡}卜素的穩(wěn)定性是復(fù)合果蔬汁加工中，尤其是熱處理過(guò)程中的一個(gè)重要問(wèn)題。另外，在產(chǎn)品貯藏及售賣過(guò)程，光照也會(huì)對(duì)這兩類色素穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此，明確復(fù)合汁體系中花色苷及類胡蘿卜素的光、熱降解規(guī)律，對(duì)于控制產(chǎn)品品質(zhì)具有重要意義。

基于果蔬汁物化特性及主要物質(zhì)成分，如pH值、糖類及金屬離子等，是影響花色苷及類胡蘿卜素穩(wěn)定性的重要因素。其中，花色苷色澤及結(jié)構(gòu)受pH 值影響較大。糖類不僅是果蔬原料的重要組成成分之一，也是果蔬汁飲料加工中重要的口味調(diào)節(jié)劑，因此研究不同糖種類及濃度對(duì)花色苷及類胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響十分重要。此外，果蔬汁為礦物質(zhì)強(qiáng)化的良好載體，其中，對(duì)人體有利的Ca2+、Fe3+對(duì)其穩(wěn)定性的影響，對(duì)于復(fù)合果蔬汁的開發(fā)也十分重要。

基于上述對(duì)果蔬汁中C3G 及β-胡蘿卜素穩(wěn)定性可能產(chǎn)生影響的重要因素，構(gòu)建相應(yīng)的模擬體系來(lái)研究其物化穩(wěn)定性，有利于揭示不同營(yíng)養(yǎng)因素對(duì)花色苷及類胡蘿卜素在果蔬汁體系中物化穩(wěn)定性的影響，為富含這兩類營(yíng)養(yǎng)因子的果蔬汁產(chǎn)品的復(fù)配方案及加工提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、設(shè)備與儀器

黑米花色苷提取物（純度30%），購(gòu)自寶雞森瑞物化工有限公司；XAD-1600N 大孔吸附樹脂，北京綠百草科技發(fā)展有限公司；β-胡蘿卜素（純度＞97%），C3G 標(biāo)準(zhǔn)品，β-胡蘿卜素（β-carotene）標(biāo)準(zhǔn)品購(gòu)自美國(guó)Sigma 公司；甲醇、無(wú)水乙酸鈉、蔗糖、果糖、葡萄糖，均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；色譜級(jí)甲醇，色譜級(jí)乙腈，購(gòu)自Fisher。

電熱恒溫水浴鍋，上海精宏儀器設(shè)備公司；SB25-12DTN 超聲波清洗機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司；Centrifuge 5804R，德國(guó)Eppendorf公司；N-EVAP 氮吹儀，美國(guó)Organomation 公司；T25 ultra turrax 分散機(jī)，德國(guó)IKA 公司；RE-3000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；高效液相色譜儀（Waters 1525 溶劑輸送系統(tǒng)和Waters 2489 紫外/可見光檢測(cè)器，Waters 公司；Q-SUN Xe-1-B氘燈老化箱，美國(guó)Q-lab 公司；Spark 多功能酶標(biāo)儀，瑞士Tecan 公司；CM-5 色澤測(cè)定儀，日本Konica Minolta 公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 純化花色苷 參照郝婧瑋等[6]方法，對(duì)所購(gòu)的黑米花色苷進(jìn)行提取、純化，并對(duì)純化后的C3G進(jìn)行液相檢測(cè)，液相結(jié)果顯示C3G 峰面積占98%以上。

1.2.2 β-胡蘿卜素濃縮儲(chǔ)備液的制備 將β-胡蘿卜素以1 ∶4（m/V）的比例溶解在乙酸鈉緩沖溶液（0.2 mol/L，pH 6.0）中，在55 ℃水浴條件下，使用分散機(jī)以14 000 r/min 的轉(zhuǎn)速分散40 min，即得β-胡蘿卜素濃縮儲(chǔ)備液。

1.2.3 復(fù)合果蔬汁模擬體系的制備 為了研究復(fù)合果蔬汁中共存的花色苷與類胡蘿卜素對(duì)果蔬汁食用及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，選定自然界中分布最廣、含量最多的花色苷及類胡蘿卜素——矢車菊素-3-O-葡萄糖苷（C3G）及β-胡蘿卜素作為研究對(duì)象，選定糖類及金屬離子作為果蔬汁的物質(zhì)組分，在不同pH 值條件下，以模擬不同酸堿度的果蔬汁，自制了以C3G 與β-胡蘿卜素為核心的果蔬汁液態(tài)模擬體系。其中，C3G 與β-胡蘿卜素濃度的設(shè)置參照市面上復(fù)合果蔬汁常見水平，糖的種類、含量及pH 值根據(jù)市面上果蔬汁產(chǎn)品中的糖種類及含量（蔗糖、葡萄糖和果糖；5%、12%）與pH 值（pH 2.0、pH 3.5、pH 6.0）設(shè)定，離子濃度也是根據(jù)市面上果蔬汁產(chǎn)品濃度而設(shè)定，分別為0.1，0.3，1 mmol/L。

1.2.4 熱穩(wěn)定性試驗(yàn) 根據(jù)果汁加工中的溫度，樣品選擇50，70，90 ℃溫度條件下均勻加熱，每隔40 min 取樣檢測(cè)。具體方法如下，樣品每3 mL 分裝在密封的PE 管中，在設(shè)定的溫度下恒溫水浴。在水浴時(shí)要注意不斷搖勻，保證受熱均勻。樣品在熱處理后應(yīng)盡快轉(zhuǎn)移進(jìn)行冰浴，冰浴后，將樣品置于-20 ℃條件下冷藏備用。

1.2.5 光照穩(wěn)定性試驗(yàn) 將樣品分別置于光照箱中光照，每隔2 h 取樣檢查花色苷和類胡蘿卜素的含量變化。樣品在處理后應(yīng)盡快轉(zhuǎn)移進(jìn)行冰浴，冰浴后，將樣品置于-20 ℃保存以進(jìn)一步分析。

1.2.6 表觀色澤的測(cè)定 利用色彩色差計(jì)，以儀器白板色澤為標(biāo)準(zhǔn)，依HunterLAB 表色系統(tǒng)測(cè)量樣品的明度指數(shù)L*、彩度指數(shù)a*和b*。根據(jù)L*、a*和b*值計(jì)算總色差（ΔE），計(jì)算公式如下：

1.2.7 花色苷含量的測(cè)定 模擬果蔬汁溶液用0.22 μm 微孔濾膜過(guò)濾后裝入液相瓶中。采用高效液相色譜法，反相C18 柱加可見光檢測(cè)器。流動(dòng)相A：1%甲酸水溶液，流動(dòng)相B：1%甲酸乙腈進(jìn)行梯度洗脫，洗脫程序?yàn)?～2 min，92%～88%，0～2 min，92%～88% A，2～5 min，88%～82% A，5～10 min，82%～80% A，10～12 min，80%～75% A，12～15 min，75%～70% A，15～18 min，70%～55% A，18～20 min，55%～20% A，20～22 min，20%～92% A，22～30 min，92%～22% A；流速為1 mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)為515 nm，進(jìn)樣量為10 μL，柱溫30 ℃。

1.2.8 β-胡蘿卜素提取與測(cè)定 β-胡蘿卜素的提取參照Knockaert 等[7]方法稍作修改。取1 mL 樣品，加入乙醇和正己烷（體積比為1∶2）的混合液，振蕩，取上層萃取液。對(duì)樣品重復(fù)萃取3 次，合并上層萃取液，并于10 mL 容量瓶中定容，測(cè)其在450 nm 處的吸光度。根據(jù)β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出β-胡蘿卜素含量。

1.2.9 可見光譜檢測(cè) 模擬果蔬汁溶液在300～700 nm 可見光范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，得到光譜圖，分析樣品在反應(yīng)前后在最大波長(zhǎng)處的吸收情況，及最大波長(zhǎng)有無(wú)改變。其中，將不同pH 值體系樣品分別用相對(duì)應(yīng)pH 值的緩沖溶液進(jìn)行適當(dāng)稀釋，然后進(jìn)行紫外-可見光進(jìn)行掃描。

1.2.10 降解動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)分析 大多數(shù)研究表明，花色苷及類胡蘿卜素降解遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型[8-10]，假設(shè)復(fù)合果蔬汁模擬體系中的C3G與β-胡蘿卜素的熱降解也符合一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)，其降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)（速率常數(shù)k 和半衰期t1/2）和熱力學(xué)參數(shù)（活化能Ea，焓變?chǔ)，吉布斯自由能ΔG及熵變?chǔ)）可采用下面公式計(jì)算得出：

表1 降解動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)參數(shù)計(jì)算公式Table 1 Calculation formula of degradation kinetics and thermodynamic parameters

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS21.0 進(jìn)行Duncan's 檢驗(yàn)的差異顯著性分析及Pearson 相關(guān)性分析，P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著；圖表由Origin 軟件繪制；數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合模擬體系表觀色澤

C3G、β-胡蘿卜素及C3G-β-胡蘿卜素復(fù)合模擬體系色澤由圖1 及表2 所示。由圖1 可知，在當(dāng)前濃度條件下，復(fù)合模擬體系呈現(xiàn)出以C3G 為主的紫紅色，β-胡蘿卜素對(duì)復(fù)合模擬體系色澤影響較小。

圖1 C3G、β-胡蘿卜素及復(fù)合模擬體系表觀色澤和仿真色塊Fig.1 Apparent color and color swatches of C3G，β-carotene and their complex simulated system

表2 C3G、β-胡蘿卜素及復(fù)合體系表觀色澤Table 2 Color parameters of C3G，β-carotene and their complex simulated system

2.2 不同pH 值及離子對(duì)復(fù)合模擬體系光譜特性的影響

2.2.1 不同pH 值對(duì)復(fù)合模擬體系光譜特性的影響 不同pH 值的模擬體系的吸收光譜如圖2 所示。從圖中可觀察到在350 nm 處附近觀察到β-胡蘿卜素的特征吸收峰[11]，但是信號(hào)較弱，可能的原因是β-胡蘿卜素在緩沖液中溶解度較低或在目前試驗(yàn)條件下濃度較低。

圖2 不同pH 值復(fù)合模擬體系的紫外-可見光譜Fig.2 UV-Vis spectra of different pH simulated systems

不同pH 值條件下，體系在530～580 nm 范圍內(nèi)出現(xiàn)特征吸收峰，符合花色苷類物質(zhì)的2-苯基苯并吡喃母環(huán)的特征吸收波長(zhǎng)范圍。當(dāng)pH 值從2.0 增大至3.5 時(shí)，體系的顏色從粉紅色變成淺粉色，其最大吸收波長(zhǎng)幾乎無(wú)變化，但吸光度值急劇下降；當(dāng)pH 值從3.5 提高至6.0 時(shí)，體系色澤由淺粉色轉(zhuǎn)變?yōu)樽仙椅詹ㄩL(zhǎng)紅移，吸光度繼續(xù)下降。這主要是花色苷結(jié)構(gòu)受酸堿條件影響較大的原因。一般來(lái)說(shuō)，在不同pH 值的水溶液中，花色苷存在4 種分子結(jié)構(gòu)的平衡，包括紅色黃酮陽(yáng)離子（Flavylium，AH+），無(wú)色的甲醇假堿（Carbinol Pseudo-base，B），藍(lán)紫色醌型堿（Quinoidal Base，A）和無(wú)色査爾酮（Chalcone，C）。當(dāng)體系pH 值較小時(shí)，花色苷主要以紅色黃酮陽(yáng)離子（AH+）的形式存在，體系呈粉紅色，隨著pH 值增大，水分子親核攻擊AH+的2 位，破壞其雙鍵，生成無(wú)色的甲醇假堿B 及藍(lán)紫色醌型堿A，引起溶液顏色及光譜特征發(fā)生改變[12]，如最大吸收波長(zhǎng)出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。此外，由于β-胡蘿卜素不受pH 值影響且在目前試驗(yàn)條件下濃度、溶解度較低，故對(duì)模擬體系光譜特性不會(huì)造成影響。

2.2.2 不同離子對(duì)復(fù)合模擬體系光譜特性的影響

2.2.2.1 Fe3+對(duì)復(fù)合模擬體系光譜特性的影響 從圖3a 可以看出，加入Fe3+后，體系色澤由紅色轉(zhuǎn)變?yōu)樽虾谏f(shuō)明花色苷分子已經(jīng)被Fe3+完全破壞或已經(jīng)生成其它物質(zhì)，且由圖3b 可以看出體系的紫外吸收光譜發(fā)生較大的變化，花色苷的特征吸收峰消失。造成這一現(xiàn)象的原因可能是Fe3+具有較強(qiáng)的氧化作用，能迅速氧化破壞C3G 分子中的酚羥基；也可能是因?yàn)镃3G 鄰位羥基結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，容易與Fe3+等金屬離子配合形成絡(luò)合物，這種絡(luò)合物的穩(wěn)定性強(qiáng)于花色苷，因此生成后不可逆轉(zhuǎn)[13]。李穎暢等[14]研究發(fā)現(xiàn)Fe3+使藍(lán)莓花色苷溶液產(chǎn)生沉淀，顏色由紅色變?yōu)辄S褐色，花色苷保留率降低；馬越[15]研究發(fā)現(xiàn)向紫玉米花色苷的溶液加入Fe3+，溶液迅速變成黃褐色，并產(chǎn)生黑褐色沉淀，可能是因?yàn)槎喾宇惿嘏cFe3+反應(yīng)生成復(fù)雜絡(luò)合物。故在生產(chǎn)和研發(fā)中應(yīng)注意避免花色苷應(yīng)用于鐵強(qiáng)化的復(fù)合體系或與鐵具接觸。

2.2.2.2 Ca2+對(duì)復(fù)合模擬體系光譜特性的影響 從圖3c 可看出，Ca2+對(duì)體系的最大吸收波長(zhǎng)沒有影響，但隨著Ca2+濃度的增加，體系的吸光度增大，故高濃度Ca2+對(duì)花色苷略有增色作用，這一結(jié)果與其他研究結(jié)果相似[16]。從圖3a 可看出，Ca2+不會(huì)使體系顏色發(fā)生明顯變化。因此，花色苷和β-胡蘿卜素可以與Ca2+含量高的原料復(fù)合或應(yīng)用于Ca2+強(qiáng)化體系。

2.3 pH 值及糖類對(duì)復(fù)合模擬體系熱穩(wěn)定性的影響

果蔬汁加工過(guò)程中常涉及熱灌裝、巴殺等熱處理，且果蔬汁因原料種類、產(chǎn)品配方不同，其含有的糖類和pH 值存在差異，因此，基于生產(chǎn)常用熱處理?xiàng)l件和果蔬汁成分特點(diǎn)，研究了不同糖類（蔗糖、果糖、葡萄糖）、糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0%，5%，12%）及pH 值（pH 2.0、pH 3.5、pH 6.0）在不同溫度（50，70，90 ℃）條件下，對(duì)體系中C3G 及β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響。

2.3.1 不同pH 值對(duì)復(fù)合模擬體系熱穩(wěn)定性的影響

2.3.1.1 不同pH 值對(duì)復(fù)合模擬體系C3G 及β-胡蘿卜素降解動(dòng)力學(xué)的影響 圖4 是不同pH 值條件對(duì)C3G 及β-胡蘿卜素?zé)峤到獾囊患?jí)動(dòng)力學(xué)曲線，從圖4 中可以計(jì)算出動(dòng)力學(xué)參數(shù)，包括反應(yīng)速率常數(shù)k 和半衰期t1/2?；诓煌瑴囟葪l件下的簡(jiǎn)介動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)及曲線、熱力學(xué)模型，可以預(yù)判降解反應(yīng)的活化能Ea，焓變△H、吉布斯自由能△G 和熵△S，結(jié)果見表3。線性關(guān)系（R2均＞0.836）表明，C3G 及β-胡蘿卜素的熱降解過(guò)程復(fù)合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。由圖4c 可得，C3G 的熱降解速率均隨著溫度的升高而加快，表現(xiàn)為降解速率常數(shù)k 增大，半衰期t1/2相應(yīng)減小。原因可能是由于花色苷的二苯基苯并吡喃陽(yáng)離子（AH+）失電子放熱，而水解和開環(huán)反應(yīng)吸熱且伴隨熵增大，從而使其平衡轉(zhuǎn)向不平衡的甲醇假堿和査爾酮形式[17]。由此得出，花色苷在低溫條件下更利于其貯藏。

圖4 不同pH 值復(fù)合模擬體系中C3G 及β-胡蘿卜素?zé)峤到庖患?jí)動(dòng)力學(xué)方程Fig.4 Thermal degradation pseudo first-order kinetics of C3G and β-carotene in the simulated systems of different pH

表3 不同pH 值復(fù)合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素?zé)崽幚磉^(guò)程中降解參數(shù)Table 3 Degradation parameters of C3G and β-carotene during heat treatment in the simulated systems of different pH

β-胡蘿卜素體系中（圖4g），隨著溫度上升，β-胡蘿卜素的熱降解速率增加，但其速率常數(shù)k的變化速度低于C3G，表明β-胡蘿卜素在這一條件下的穩(wěn)定性高于C3G。

熱力學(xué)參數(shù)能夠?yàn)闊峤到鈩?dòng)力學(xué)提供有用的信息（表3）。焓變（△H）代表使反應(yīng)發(fā)生的反應(yīng)物所需的最少能量，它與反應(yīng)物化學(xué)鍵的強(qiáng)度有關(guān)，化學(xué)鍵在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生破裂和生成[20]。C3G及β-胡蘿卜素的△H 受溫度變化影響較小，說(shuō)明降解過(guò)程中的勢(shì)壘大小與溫度無(wú)關(guān)[21]。此外，由△H 均為正值可知，C3G 及β-胡蘿卜素降解過(guò)程為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越高，供應(yīng)能量越多，越有利于活化絡(luò)合物的形成。吉布斯自由能（△G）代表反應(yīng)物的能量與活化狀態(tài)之間的差異，可用于判斷反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行[20]。由表3 可知，體系中C3G及β-胡蘿卜素?zé)峤到獾募妓棺杂赡茉诓煌瑴囟葪l件下變化不大（112.06～115.68 kJ/mol，109.73～123.10 kJ/mol），且△G 均為正值，表明C3G 及β-胡蘿卜素降解反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)。熵變（△S）代表反應(yīng)體系中分子的混亂變化，它常與具有可以實(shí)際反應(yīng)的能力的分子數(shù)量有關(guān)?！鱏 受溫度變化影響較小，本試驗(yàn)中，C3G 及β-胡蘿卜素△S 均為負(fù)值，說(shuō)明過(guò)渡態(tài)的結(jié)構(gòu)自由度低于反應(yīng)物[22]。

復(fù)合模擬體系中，在不同pH 值條件下，C3G或β-胡蘿卜素?zé)峤到獾撵首兿嗖詈艽?，如以C3G為例，pH 6.0 體系的△H 為27.41～27.74 kJ/mol，而pH 2.0 則為62.61～62.94 kJ/mol。與單獨(dú)體系相比，復(fù)合體系中C3G 的△H（79.98～80.31 kJ/mol）低于前者的△H（82.73～83.06 kJ/mol）；而β-胡蘿卜素單獨(dú)體系的△H 為28.56～28.89 kJ/mol，比相同pH 值條件下復(fù)合體系中β-胡蘿卜素焓大，這表明C3G 及β-胡蘿卜素體系相較于復(fù)合體系，在熱處理過(guò)程中需要克服更大的勢(shì)壘[23]。pH 6.0 復(fù)合體系中C3G 的△S 的絕對(duì)值為233.70～234.68 J/mol，明顯高于pH 3.5 時(shí)△S 的絕對(duì)值97.79～100.15 J/mol，這表明復(fù)合體系中C3G 在pH 3.5條件下對(duì)溫度較不敏感。當(dāng)環(huán)境pH 值較低時(shí)，初始系統(tǒng)與其自身熱力學(xué)平衡之間的距離較短，體系中C3G 發(fā)生降解的概率較低[24]。而對(duì)于β-胡蘿卜素，pH 6.0 復(fù)合體系△S 的絕對(duì)值為204.28～205.11 J/mol，明顯低于pH 3.5 體系△S 的絕對(duì)值295.97～296.93 J/mol，表明β-胡蘿卜素在pH 6.0條件下對(duì)溫度較不敏感。復(fù)合模擬體系經(jīng)加熱后，二者的熱反應(yīng)學(xué)常數(shù)焓變△H、吉布斯自由能△G及熵變△S 與C3G 和β-胡蘿卜素體系相比均未發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化，即經(jīng)過(guò)復(fù)合后，二者的反應(yīng)還是非自發(fā)的吸熱反應(yīng)。

2.3.1.2 不同pH 值對(duì)復(fù)合模擬體系色澤的影響 總色差△E（total color difference）結(jié)合了L*、a*、b*3 個(gè)指標(biāo)變化情況，可直觀反映模擬果蔬汁溶液的色澤變化[25]。由圖5 可知，在相同pH 值條件下，△E 隨著溫度的升高而增加。隨著pH 值的增加，總色差△E 呈逐漸增加的趨勢(shì)，其中，pH 6.0 的復(fù)合模擬體系的總色差△E 遠(yuǎn)大于pH 2.0及3.5，這表明花色苷穩(wěn)定性隨著pH 值的升高而降低。

圖5 pH 對(duì)模擬果蔬汁溶液加熱前后總色差△E（a）和仿真色（b）Fig.5 Effect of pH on the color difference △E（a）and color swatches（b）of the simulated system before and after heating

2.3.2 不同糖種類對(duì)復(fù)合模擬體系熱穩(wěn)定性的影響

2.3.2.1 不同糖種類對(duì)復(fù)合模擬體系C3G 及β-胡蘿卜素降解動(dòng)力學(xué)的影響 蔗糖、果糖和葡萄糖體系中C3G 及β-胡蘿卜素的熱降解如圖6 所示，由擬合常數(shù)R2均＞0.87 可知，不同糖體系中的C3G 及β-胡蘿卜素均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。對(duì)比每種糖50，70，90 ℃3 種溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k 可知，90 ℃下C3G 和β-胡蘿卜熱降解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于50 ℃和70 ℃。故在果蔬汁加工過(guò)程中應(yīng)盡可能避免長(zhǎng)時(shí)間高溫?zé)崽幚怼６鴮?duì)比3 種糖的k可知，蔗糖體系下C3G 的降解速度快于葡萄糖，而慢于果糖。該試驗(yàn)結(jié)果與Rubinskiene 等[26]研究結(jié)果相似，可能的原因是蔗糖是二糖，故需要通過(guò)水解成葡萄糖和果糖才能形成糠醛，糠醛是引起花色苷降解的重要物質(zhì)之一，故由蔗糖引起的花色苷降解速率介于葡萄糖和果糖之間。對(duì)于β-胡蘿卜素，對(duì)比3 種不同糖體系的k 可知，所選用的3 種糖對(duì)β-胡蘿卜素的穩(wěn)定性影響較小。

圖6 不同糖種類復(fù)合模擬體系中C3G 及β-胡蘿卜素?zé)峤到庖患?jí)動(dòng)力學(xué)方程Fig.6 Thermal degradation pseudo first-order kinetics of C3G and β-carotene in the simulated systems of different sugar types

由表4 可知，不同糖種類復(fù)合模擬體系中的C3G 和β-胡蘿卜素的△H 與△G 均為正值，添加不同種類的糖并未改變復(fù)合體系中C3G 和β-胡蘿卜素的反應(yīng)本質(zhì)，即體系中C3G 和β-胡蘿卜素降解還是非自發(fā)的吸熱反應(yīng)。

表4 不同糖種類復(fù)合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素?zé)崽幚磉^(guò)程中降解參數(shù)Table 4 Degradation parameters of C3G and β-carotene during heat treatment in the simulated systems of different sugar types

2.3.2.2 不同糖種類對(duì)復(fù)合模擬體系色澤的影響 不同糖種類對(duì)模擬果蔬汁溶液加熱后色澤變化的影響如圖7 所示。加熱處理后，模擬果蔬汁溶液的△E 均大于3，表明加熱前后體系產(chǎn)生了肉眼可辨別的差異[27]，不利于食品生產(chǎn)。此外，在90 ℃加熱條件下，添加果糖體系的△E 顯著增大，可能的原因是果糖在高溫加熱下產(chǎn)生大量糠醛，花色苷降解，從而導(dǎo)致色澤發(fā)生變化[26]。

采用SPSS15.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示，組內(nèi)比較采用單因素方差分析，組間比較采用成組t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖7 糖種類對(duì)模擬果蔬汁溶液加熱前后總色差△E（a）和仿真色（b）Fig.7 Effect of sugar type on the color difference △E（a）and color swatches（b）of the simulated system before and after heating

2.3.3 不同糖濃度對(duì)復(fù)合模擬體系熱穩(wěn)定性的影響

2.3.3.1 不同糖濃度對(duì)復(fù)合模擬體系C3G 及β-胡蘿卜素降解動(dòng)力學(xué)的影響 不同濃度蔗糖的模擬體系中C3G 及β-胡蘿卜素的熱降解如圖8 所示，由擬合常數(shù)R2均＞0.92 可知，不同糖濃度中的C3G 及β-胡蘿卜素均符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。蔗糖對(duì)花色苷的穩(wěn)定性的影響較復(fù)雜。一方面，糖可通過(guò)減小水分活度，進(jìn)而減慢花色苷二苯基苯并吡喃陽(yáng)離子發(fā)生水合作用生成醇形假堿結(jié)構(gòu)的速率，從而在一定程度上抑制花色苷的降解，表現(xiàn)出對(duì)花色苷的保護(hù)作用[28]。另一方面，糖熱降解生成降解產(chǎn)物，如糠醛，羥甲基糠醛等，可與花色苷縮合生成褐色物質(zhì)，加速其降解[29]。在本研究中發(fā)現(xiàn)，隨著糖含量的不斷增加，體系中C3G 的活化能Ea 不斷上升，表明C3G 穩(wěn)定性隨著糖濃度的增加而提高，即糖對(duì)花色苷表現(xiàn)出的保護(hù)作用大于其降解作用。與不同糖濃度對(duì)體系中C3G 穩(wěn)定性影響的結(jié)果相反，隨著糖濃度的增加，β-胡蘿卜素的活化能Ea逐漸下降，即高濃度糖對(duì)β-胡蘿卜素具有促進(jìn)降解的作用，其可能的原因是由于糖產(chǎn)生的熱降解的產(chǎn)物如呋喃型化合物等具有較強(qiáng)的親電反應(yīng)能力，能攻擊β-胡蘿卜素電子云而使其發(fā)生氧化降解[30]。

圖8 不同糖濃度復(fù)合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素?zé)峤到庖患?jí)動(dòng)力學(xué)方程Fig.8 Thermal degradation pseudo first-order kinetics of C3G and β-carotene in the simulated systems of different sugar contents

由表5 可知，復(fù)合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素的焓變（△H）分別隨著蔗糖濃度的增加而呈現(xiàn)逐漸升高和降低的趨勢(shì)，表明C3G 在高濃度蔗糖復(fù)合體系中需要克服更大的勢(shì)壘，而β-胡蘿卜素則在低濃度蔗糖復(fù)合體系中需要克服更大的勢(shì)壘。由所有樣品組的△H 及△G 均為正值可知，添加不同濃度的蔗糖并未改變復(fù)合體系中C3G 和β-胡蘿卜素的反應(yīng)本質(zhì)，即還是吸熱的非自發(fā)反應(yīng)。

表5 不同蔗糖濃度復(fù)合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素?zé)崽幚磉^(guò)程中降解參數(shù)Table 5 Degradation parameters of C3G and β-carotene during heat treatment in the simulated systems of different sugar contents

2.3.3.2 不同糖濃度對(duì)復(fù)合模擬體系色澤的影響 不同糖濃度對(duì)模擬果蔬汁溶液加熱前后色澤變化的影響如圖9 所示。隨著蔗糖濃度及溫度的增加，△E 逐漸增加，其中，在90 ℃加熱的條件下，添加12%蔗糖的模擬果蔬汁溶液△E 遠(yuǎn)大于無(wú)糖及添加5%蔗糖的體系，且由圖9b 可知，其溶液顏色退減最為明顯，因此應(yīng)盡量避免富含花色苷的高糖產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中高溫長(zhǎng)時(shí)加熱。

圖9 糖濃度對(duì)模擬果蔬汁溶液加熱前后總色差△E（a）和仿真色（b）Fig.9 Effect of sugar concentration on the color difference △E（a）and color swatches（b）of the simulated system before and after heating

2.4 糖對(duì)復(fù)合模擬體系光穩(wěn)定性的影響

由于果蔬汁產(chǎn)品可通過(guò)選擇不同材質(zhì)的包裝材料避免光降解的過(guò)程，因此本試驗(yàn)擬采用pH 3.5 的模擬體系，初步探究光照對(duì)C3G 體系、β-胡蘿卜素體系、復(fù)合體系及含糖復(fù)合體系光譜特性及光降解動(dòng)力學(xué)的影響，結(jié)果如圖10 所示。隨著光照時(shí)間的增加，所有體系的最大吸收波長(zhǎng)的吸光度值逐漸下降，其中，光照8 h 后，C3G 體系、復(fù)合體系及含糖復(fù)合體系中C3G 的降解率分別為27.84%，32.27%和37.74%，而β-胡蘿卜素體系、復(fù)合體系及含糖復(fù)合體系中β-胡蘿卜素的降解率分別為19.90%，29.57%和37.98%，即光照對(duì)體系中花色苷及類胡蘿卜素均具有降解作用?？赡艿脑蚴枪庹找鸹ㄉ战到馍蒀4 羥基的中間產(chǎn)物，該中間產(chǎn)物在C2 位上水解開環(huán)，最終生成査爾酮，査爾酮快速降解生成苯甲酸及2，4，6-三羥基苯甲醛等產(chǎn)物[25]。對(duì)比單獨(dú)體系與復(fù)合體系中C3G 和β-胡蘿卜素的反應(yīng)常數(shù)k 可知，復(fù)合體系中的C3G 和β-胡蘿卜素在光照條件下的降解速率大于C3G 和β-胡蘿卜素體系，而含糖體系中的C3G 和β-胡蘿卜素的降解速率大于無(wú)糖體系，可能的原因是由于光照產(chǎn)生熱量，使得樣品升溫，蔗糖發(fā)生降解，降解產(chǎn)物如糠醛等與花色苷縮合，或者因攻擊β-胡蘿卜素電子云使其發(fā)生氧化降解，進(jìn)而使得花色苷和類胡蘿卜素降解速率增大[29-30]。因此，基于上述試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于富含花色苷及類胡蘿卜素的果蔬汁產(chǎn)品，采用避光包材，并在實(shí)際生產(chǎn)加工及儲(chǔ)存過(guò)程中盡量避免光照。

圖10 光照對(duì)復(fù)合體系花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.10 Effect of illumination on the stability of anthocyanin in the simulation system

3 結(jié)論

本研究通過(guò)構(gòu)建不同條件的果蔬汁模擬體系，探究了果蔬汁中物化特性及主要物質(zhì)成分對(duì)模擬果蔬汁中C3G 及β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響。其中，F(xiàn)e3+對(duì)花色苷具有破壞作用，高濃度的Ca2+具有增色作用。在不同pH 值、糖種類及糖濃度的模擬體系中，C3G 和β-胡蘿卜素?zé)峤到饩弦患?jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，此外，通過(guò)熱力學(xué)分析可知：兩者的降解反應(yīng)均為吸熱的非自發(fā)反應(yīng)。通過(guò)對(duì)比復(fù)合模擬體系及C3G 和β-胡蘿卜素體系中的C3G與β-胡蘿卜素的反應(yīng)活化能Ea可知，復(fù)配對(duì)C3G的穩(wěn)定性無(wú)顯著影響，但降低了β-胡蘿卜素穩(wěn)定性。

試驗(yàn)表明，不同糖種類及濃度對(duì)復(fù)合模擬體系中的C3G 和β-胡蘿卜素?zé)峤到獾挠绊憴C(jī)制不相同。其中，糖類對(duì)花色苷的促進(jìn)降解作用影響依次為：果糖＞蔗糖＞葡萄糖，可能的原因是蔗糖在產(chǎn)生降解產(chǎn)物糠醛前，需要水解成果糖和葡萄糖。隨著蔗糖濃度升高，體系中C3G 的活化能Ea不斷上升，表明C3G 穩(wěn)定性隨著糖濃度的增加而提高。這種現(xiàn)象是由于高濃度糖能夠降低體系中溶解氧及水分活度而使C3G 更加穩(wěn)定。然而，對(duì)比3 種糖對(duì)體系中β-胡蘿卜素活化能Ea可知，所選用的3 種糖對(duì)β-胡蘿卜素的穩(wěn)定性無(wú)顯著影響。且隨著蔗糖濃度的增加，β-胡蘿卜素的活化能Ea逐漸下降，表明高濃度糖對(duì)β-胡蘿卜素具有促進(jìn)降解的作用，這與不同濃度糖對(duì)C3G 的穩(wěn)定性結(jié)果相反。造成這一現(xiàn)象的原因可能是糖類降解產(chǎn)物具有較強(qiáng)的親電反應(yīng)能力，易攻擊β-胡蘿卜素電子云而使其發(fā)生氧化降解。

此外，對(duì)比體系加熱前后色澤的變化可知，在一定pH 值條件下，隨著溫度的升高，△E 逐漸增大；隨著pH 值的增大，△E 逐漸增大。對(duì)比加糖與不加糖樣品，前者的總色差△E 均大于后者，這表明加糖可加速體系加熱后色澤的變化。最后，通過(guò)對(duì)比單獨(dú)體系與復(fù)合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素的反應(yīng)常數(shù)k 可知，復(fù)配及添加糖類使得C3G 和β-胡蘿卜素的光穩(wěn)定性均下降。

通過(guò)系統(tǒng)的研究不同物化特性及主要物質(zhì)成分對(duì)模擬體系中花色苷及類胡蘿卜素的降解規(guī)律，可為進(jìn)一步探究真實(shí)復(fù)合果蔬汁真實(shí)體系加工過(guò)程中花色苷及類胡蘿卜素降解機(jī)制提供理論依據(jù)，同時(shí)為富含花色苷及類胡蘿卜素的果蔬汁產(chǎn)品的品質(zhì)保持加工提供了可借鑒的思路。