蓝莓花青素加工环境稳定性研究

刘军波， 邹礼根， 赵 芸

（1.杭州市农业科学研究院 农产品加工所，浙江 杭州310024；2.农业部果品产后处理重点实验室，浙江 杭州310021）

蓝 莓 （Blueberry）， 杜 鹃 科 （Ericaceae） 越 橘 属（Vacciniumspp.）植物，原产地北美，自引进我国后开始在各地广泛种植[1]。蓝莓因含有丰富的花青素物质，备受人们青睐[2]。花青素，属于类黄酮物质，是一种广泛存在于植物中的水溶性色素，在植物中，花青素常以与糖苷基团相结合形式存在，又称花色苷[3]，其基本结构中包含一个2-苯基苯并吡喃组成的C6-C3-C6母核结构，这个母核结构被称为花色苷基元[4]。花青素具有显著的抗氧化功效，能有效清除人体自由基，增强免疫力等功效[5-7]，但花青素结构不稳定，易受到加工和贮藏条件，如温度、氧气、光照、酶活性、pH、添加剂等因素影响而降解损失[8-9]。不同植物来源的花青素因为含量和种类的区别，结构稳定性也存在差异。蓝莓中花青素种类超过25种，其中主要有矢车菊色素，飞燕草色素、矮牵牛色素、芍药色素和锦葵色素及它们的糖苷结合态等组成[10]。花青素的保健功效已经得到人们的广泛认可，因此，蓝莓花青素是评价蓝莓产品品质的重要指标[11-12]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

蓝莓：品种粉蓝，由浙江贝莱特蓝莓开发有限公司种植基地提供。

1.2 仪器与设备

紫外分光光度计（UV-2550）：日本岛津有限公司产品；水分活动仪（LabMaster）：瑞士 NOVASINA公司产品；色差仪（Color Quest XE）：美国 HunterLab公司产品；分析天平：梅特勒-托利多公司产品；恒温水浴设备（Julabo TW8）：德国优莱博公司产品；破碎匀浆机（T18）：德国IKA公司产品；超声提取设备（KQ-500）：昆山市超声仪器有限公司产品。

1.3 方法

1.3.1 蓝莓花青素溶液的制备 将蓝莓和水按照料液质量体积比1 g∶10 mL破碎打浆后，500 W功率超声提取20 min后，以4 000 r/min离心10 min，将上清液或稀释液作为蓝莓花青素溶液进行稳定性试验。

1.3.2 蓝莓花青素光谱吸收特性 将蓝莓花青素溶液在380～780 nm可见光波长范围内进行光谱吸收强度扫描，绘制蓝莓花青素的光谱吸收曲线。

1.3.3 pH、光照、温度对蓝莓花青素稳定性的影响利用氯化钾-盐酸和磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液调节蓝莓花青素溶液 pH 为 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，研究pH对蓝莓花青素稳定性的影响。在室温（25 ℃）、40、60、80、100 ℃下，研究温度对蓝莓花青素稳定性的影响。在光照和避光贮藏条件下，对比研究光照对蓝莓花青素稳定性的影响。

1.3.4 金属离子对蓝莓花青素稳定性的影响 对照空白，在10 mmol/L添加浓度下50℃处理4 h，研究 Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe3+、Cu2+等金属离子对蓝莓花青素稳定性的影响。

1.3.5 外源添加物对蓝莓花青素稳定性的影响与空白对照，通过选取典型的甜味剂蔗糖、防腐剂山梨酸钾、酸度调节剂柠檬酸钠、抗氧化剂抗坏血酸和茶多酚等外源添加物，50℃处理4 h，研究外源添加物对蓝莓花青素稳定性的影响。

1.3.6 稳定性指标测定方法 吸收强度：在光谱吸收曲线中，吸收峰值对应波长下的吸收值。

色泽的测定：利用色差仪在透射模式下测定溶液的 L*、a*、b*值，其中 L*值代表亮度，L*值越大，代表亮度越高；a*值代表红绿色度，a*值越大，则说明红色度越深，a*值越小代表绿色度越深；b*代表黄蓝色度，b*值越大，则说明黄色度越深，b*值越小，代表蓝色度越深。

花青素质量浓度的测定：利用pH示差法[13]，取0.5 mL测试液两份，分别加入9.5 mL pH 1.0和 pH 4.5缓冲液，在暗处平衡30 min，以蒸馏水作对照，在510 nm和700 nm分别测定其吸光值A，花青素质量浓度的计算公式如下：

式中：X为花青素质量浓度，mg/L；A510为510 nm波长下的吸光值；A700为700 nm波长下的吸光值；L为比色皿的宽度，cm；ε为蓝莓中主要的花青素物质矢车菊-3-O-葡萄糖苷的摩尔吸光系数26 900；MW为矢车菊-3-O-葡萄糖苷的相对分子质量449.2；n为稀释倍数。

花青素保存率：按下面公式计算

式中：V为花青素保存率，%；Xi为各试验组花青素质量浓度；X0为对照组花青素质量浓度。

1.4 数据处理

所有数据平行测定3次，利用DPS软件进行显著性分析，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 蓝莓花青素光谱吸收特性

将蓝莓花青素溶液适当稀释至吸收值在1.0以下，在可见光波长380～780 nm范围内全波段扫描吸收强度，绘制蓝莓花青素溶液的吸收光谱曲线，如图1所示，结果发现蓝莓花青素在518 nm处有最大吸收峰，这与宋德群等的研究结果最大吸收峰在520 nm[14]稍有偏差，可能不同产地和品种的蓝莓花青素种类不同导致吸收特性稍有区别。因此，蓝莓花青素溶液吸收强度的测定波长确定在518 nm。

图1 蓝莓花青素吸收光谱曲线Fig.1 Absorption spectrum of blueberry anthocyanin

2.2 蓝莓花青素稳定性

2.2.1 pH对蓝莓花青素稳定性的影响 蓝莓花青素在不同pH溶液下的吸收强度如图2所示，pH对蓝莓花青素稳定性的影响比较大，在pH 1.0～6.0范围内，随pH增大，吸收强度逐渐减弱，而pH 7.0后吸收强度又开始稍有回升，其中pH 1.0吸收强度最大。在溶液中蓝莓花青素存在4种分子结构：红色的黄烊盐阳离子，无色的假碱和查耳酮，蓝色的醌型碱。这4种结构之间存在黄烊盐阳离子和假碱之间的水合平衡反应，黄烊盐阳离子和醌型碱之间的酸碱平衡反应，假碱和查尔酮之间的环链异构化平衡反应[15]。由表1可知，在酸性溶液中，pH越低，黄烊盐阳离子结构稳定，溶液显现红色[16]，红色度a*值越大，而随着pH增大，黄烊盐阳离子分子结构向无色的假碱或查尔酮转化，溶液a*值降低，红色度减弱，当pH＞7.0后，分子结构中继续失去H+，逐渐向蓝色的醌型碱转变，b*值减小，向蓝色度转移，而蓝色度的增加一定程度上又会促使可见光吸收强度升高。由图2和表1中不同pH下蓝莓花青素的吸收强度和色度a*值比较，在pH＜3的酸性环境下，蓝莓花青素相对比较稳定。

图2 不同pH值条件下蓝莓花青素的稳定性Fig.2 Stability of blueberry anthocyanin under different pH

表1 pH对蓝莓花青素色泽的影响Table 1 Effect of pH on blueberry anthocyanin color

2.2.2 光照对蓝莓花青素稳定性的影响 光照和避光贮藏对比试验如图3所示，两种贮藏方式下，蓝莓花青素保存率均有不同程度的减少，但相对于光照贮藏，在避光贮藏过程中蓝莓花青素降解相对缓慢，贮藏10 d后，在避光条件下蓝莓花青素保存率50.9%，远远高于光照贮藏后的保存率25.5%。同时由表2可知，光照贮藏1 d后，蓝莓花青素溶液中反应红色度的a*值下降很快，而避光贮藏下，a*值变化相对缓慢，这也进一步说明光照会促进蓝莓花青素的降解，加快降解速率，因此，避光保存能更好地保护蓝莓花青素的稳定性。

图3 光照对蓝莓花青素稳定性的影响Fig.3 Effect of light on the stability of blueberry anthocyanin

2.2.3 温度对蓝莓花青素稳定性的影响 温度对蓝莓花青素稳定性的影响如图4所示，不同温度处理下蓝莓花青素都有不同程度的降解损失，但低于60℃时，降解速率相对缓慢，当高于60℃后，随着温度的升高，降解速率显著加快，这与Araujodíaz等[17]在蓝莓果汁喷雾干燥过程中对温度影响蓝莓花青素稳定性的研究结果基本一致，当100℃，处理4 h后，蓝莓花青素的保存率仅为10.29%。高温会加快蓝莓花青素生化反应的进行，促使红色的黄烊盐阳离子向无色的假碱或查尔酮方向转化，并且高温破坏了反应的可逆性，导致花青素进一步降解，褪色[18]。

2.2.4 金属离子对蓝莓花青素稳定性的影响 当花青素分子结构中存在一个以上自由的羟基时，易与金属离子发生络合，金属离子与花青素络合后可能产生“增色”或“褪色”效应[19]，这具体取决于溶液体系中金属离子和花青素的种类[20]。由图5可知，在 10 mmol/L 浓度下，Na+、K+、Zn2+、Ca2+、Mg2+都增加了蓝莓花青素的吸收强度，并且，由表3可知，同时色度a*值都显著增高（P＜0.05），具有不同程度的增色效应。而Fe3+和Cu2+的添加，吸收强度不但没有增加，反而下降，色度值a*也发生了下降，这说明Fe3+和Cu2+的添加，不但没有起到稳定效果，而且产生了褪色效应，当然这可能与Fe3+和Cu2+两种金属离子自身分别显黄色和蓝色也有一定关系。因此，在蓝莓产品加工过程中，要考虑金属离子的引入种类和食用安全性，通过金属离子与蓝莓花青素分子络合，以更好地保护蓝莓花青素的稳定性。

表2 光照对蓝莓花青素色泽的影响Table 2 Effect of light on blueberry anthocyanin color

图4 温度对蓝莓花青素稳定性的影响Fig.4 Effect of temperature on the stability of blueberry anthocyanin

表3 金属离子对蓝莓花青素溶液色泽的影响Table 3 Effect of metal ions on the blueberry anthocyanin color

2.2.5 外源添加物对蓝莓花青素的影响 在果蔬产品加工过程中常常不可避免地要引入甜味剂、防腐剂、酸度调节剂、抗氧化剂等外源添加物，这些物质对花青素稳定性的影响，也是不可忽视的影响因素[21]。研究了不同添加浓度下对蓝莓花青素稳定性的影响。由图6（a）和表4可知，蔗糖在质量浓度低于50 g/L时，对蓝莓花青素吸收强度的影响，并没有统计学上的显著差异（P＞0.05），而对色度a*值的影响也比较小，但质量浓度在高于50 g/L后，吸收强度和a*值都有小幅度升高，与对照组有显著性差异（P＜0.05）。 图 6（b）和表 5 可知，在 0.01～0.08 g/L 山梨酸钾添加质量浓度范围内，无论吸收强度和色度a*值都没有显著性差异（P＞0.05）。 由图 6（c）和表 6可知，在0.25～2.00 g/L质量浓度范围内，柠檬酸钠的添加效果却整体低于对照组，吸收强度和色度a*值均有所下降，反而对蓝莓花青素的稳定性构成破坏作用，这可能因为柠檬酸钠是一种强碱弱酸盐，它的加入会改变溶液的pH，致使花青素降解损失；而在同样质量浓度下抗坏血酸和茶多酚添加后，蓝莓花青素溶液吸收强度明显升高，它们蓝莓花青素稳定性具有显著提升效果。抗坏血酸作为常用的抗氧化剂，能与溶液中的一些自由基团优先发生反应，从而减轻了这些基团对蓝莓花青素的破坏，对蓝莓花青素稳定性起到保护作用，且由表6可知，a*值显著增大，色度向红色加深，说明抗坏血酸的添加具有显著的增色效应[22]；茶多酚与花青素同属类黄酮物质，都具有π平面电子结构，可以与花青素分子结构相互叠加，以π键共价结合的方式，形成疏水力，稳定花青素结构[23]，而且，茶多酚的添加，使蓝莓花青素溶液吸收峰值对应的波长由518 nm外移至527 nm，这也进一步说明，茶多酚与蓝莓花青素分子间π键共轭效应发挥了辅助发色作用。

图6 外源添加物对蓝莓花青素稳定性的影响Fig.6 Effect of Exogenous Additives on stability of Anthocyanins of Blueberry

3 结 语

pH对蓝莓花青素稳定性影响显著，其中pH＜3.0的酸性环境下蓝莓花青素相对比较稳定；高温对蓝莓花青素稳定性破坏作用大，温度越高，蓝莓花青素降解速率越快，而当温度小于60℃时，对蓝莓花青素稳定性影响相对较小；光照会加快蓝莓花青素的降解速率。

在 10 mmol/L 金属离子浓度下，Na+、K+、Zn2+、Ca2+、Mg2+均能不同程度提高蓝莓花青素的稳定性，并具有增色效应；而Fe3+和Cu2+的添加，稳定性不但没有增加，反而下降。

表4 蔗糖对蓝莓花青素色泽的影响Table 4 Effects of sucrose on Blueberry anthocyanin color

表5 山梨酸钾对蓝莓花青素色泽的影响Table 5 Effect of potassium sorbate on Blueberry anthocyanin color

表6 柠檬酸钠、抗坏血酸、茶多酚对蓝莓花青素色泽的影响Table 6 Effect of sodium citrate，ascorbic acid，tea polyphenols on Blueberry anthocyanin color

蔗糖当添加质量浓度低于50 g/L时对蓝莓花青素稳定性影响不显著，但高质量浓度蔗糖对蓝莓花青素稳定性有一定的保护作用；在0.01～0.08 g/L添加质量浓度范围内，山梨酸钾对蓝莓花青素稳定性影响不明显；0.25～2.00 g/L添加范围内，柠檬酸钠反而降低了蓝莓花青素的稳定性，而在同样质量浓度下，抗坏血酸和茶多酚却能显著提高蓝莓花青素稳定性，并且具有辅色效应。