番茄紅素降解研究

侯純明， 張?zhí)祛福?龐常健

(1.沈陽(yáng)化工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110142; 2.沈陽(yáng)桐赫日化有限公司，遼寧沈陽(yáng)110005)

番茄紅素是一種非常重要的類胡蘿卜素，具有優(yōu)越的生理功能，其抗氧化性在類胡蘿卜素中最強(qiáng)，因此，在預(yù)防人類某些癌癥和慢性病方面起著重要的作用，是目前國(guó)際上功能食品研究中的一個(gè)熱點(diǎn)［1－2］.番茄紅素是一種脂溶性不飽和碳?xì)浠衔?，分子式為C40H56，相對(duì)分子質(zhì)量為536.85，熔點(diǎn)174℃，其晶體呈紅色.番茄紅素的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為11個(gè)共軛及2個(gè)非共軛碳-碳雙鍵組成的直鏈型碳?xì)浠衔?，它的不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)，決定了它易受光、熱、氧的作用而發(fā)生降解變色.番茄紅素在食品及醫(yī)藥中的推廣和使用，急需解決穩(wěn)定性的問(wèn)題［3－4］，為了了解番茄紅素在受熱及光照條件下的降解情況，本文研究了溫度及光照條件對(duì)番茄紅素降解的影響，并確定了有關(guān)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù).這對(duì)于優(yōu)化食品加工、改善人體對(duì)番茄紅素的吸收與利用具有一定的指導(dǎo)意義和促進(jìn)作用.

1 材料與方法

1.1 材料

番茄紅素，90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))粉末，華北制藥股份有限公司;氯仿，分析純，沈陽(yáng)化學(xué)試劑廠.

1.2 儀器

721型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司;BS224型電子天平，北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;501型超級(jí)恒溫水浴，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司;PHS-3C型酸度計(jì)，天津市盛邦科技有限責(zé)任公司.

2 實(shí)驗(yàn)與討論

2.1 番茄紅素在氯仿中的紫外圖譜

取50 mL容量瓶，加入番茄紅素0.5 mg，用氯仿做溶劑，在300～600 nm范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，得出的吸收光譜如圖1所示.

圖1 番茄紅素在氯仿中的紫外圖譜Fig.1 The UV spectrum of Lycopene in chloroform

由圖1可以看出:番茄紅素最強(qiáng)的吸收峰為485 nm，因此，實(shí)驗(yàn)以485 nm作為測(cè)定波長(zhǎng).

2.2 氯仿做溶劑時(shí)番茄紅素的降解情況

2.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)首先打開(kāi)超級(jí)恒溫水浴，將控溫儀的示數(shù)調(diào)到實(shí)驗(yàn)溫度，通電加熱到所需溫度.同時(shí)打開(kāi)分光光度計(jì)電源開(kāi)關(guān)預(yù)熱15 min.

(2)用精密電子分析天平準(zhǔn)確稱取2 mg番茄紅素粉末，于稱量紙中備用.

(3)將稱量好的番茄紅素粉末倒入燒杯中，加入200 mL氯仿，并迅速攪拌，使其較快溶解.

(4)將溶液分別移入4個(gè)磨口錐形瓶中，編號(hào)為1#～4#，將1#、2#、3#、4#分別放入20℃、30℃、40℃、50℃恒溫水浴中，取樣品溶液在485 nm吸收峰下測(cè)其起始吸光度.

(5)每2 h用膠頭滴管取樣，用1 cm比色皿測(cè)取樣品的吸光度.

2.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)所測(cè)不同溫度下吸光度隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 不同溫度溶液吸光度隨時(shí)間的變化Table 1 Absorbance changes with time at different temperature

將表1中數(shù)據(jù)作圖，得到不同溫度下吸光度隨時(shí)間變化曲線(如圖2).

圖2 不同溫度下吸光度隨時(shí)間變化曲線Fig.2 The curve of absorbance changes with time at different temperature

實(shí)驗(yàn)表明:相同溫度下，番茄紅素降解的起始吸光度減小的比較快，隨著降解的進(jìn)行逐漸趨于緩慢;不同溫度下，番茄紅素溶液吸光度變化依次為50℃ ＞40℃ ＞30℃ ＞20℃，說(shuō)明溫度越高，吸光度減小的越快，降解速率也越快.

2.3 不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)

番茄紅素降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型［5－6］，一級(jí)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)公式為ln(c0/c)=kt，由于吸光度與濃度成正比，所以用吸光度代替濃度，則ln(A0/A)=kt.

2.3.1 20℃時(shí)降解反應(yīng)速率常數(shù)

將表1中20℃時(shí)吸光度隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)變成ln(A0/A)隨時(shí)間變化，見(jiàn)表2.

表2 20℃時(shí)ln(A0/A)隨時(shí)間的變化Table 2 ln(A0/A)changes with time at 20℃

根據(jù)一級(jí)反應(yīng)公式ln(A0/A)=kt，將上述ln (A0/A)對(duì)t作圖，得到一條直線(如圖3所示)，其斜率即為20℃時(shí)降解反應(yīng)的速率常數(shù)k.圖3中斜率為0.021 6，所以，20℃時(shí)番茄紅素降解反應(yīng)的速率常數(shù)k=0.021 6 h－1=3.60×10－4min－1.

圖3 20℃時(shí)ln(A0/A)與時(shí)間關(guān)系曲線Fig.3 The curve of ln(A0/A)changes with time at 20℃

2.3.2 30℃時(shí)降解反應(yīng)速率常數(shù)

將表1中30℃時(shí)吸光度隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)變成ln(A0/A)隨時(shí)間的變化，見(jiàn)表3.

表3 30℃時(shí)ln(A0/A)隨時(shí)間的變化Table 3 ln(A0/A)changes with time at 30℃

根據(jù)一級(jí)反應(yīng)公式ln(A0/A)=kt，將上述ln (A0/A)對(duì)t作圖，得到一條直線(如圖4所示)，其斜率即為30℃時(shí)降解反應(yīng)的速率常數(shù)k.圖4中斜率為0.052 9，所以，30℃時(shí)番茄紅素降解反應(yīng)的速率常數(shù)k=0.052 9 h－1=8.817×10－4min－1.

圖4 30℃時(shí)ln(A0/A)與時(shí)間關(guān)系曲線Fig.4 The curve of ln(A0/A)changes with time at 30℃

2.3.3 40℃時(shí)降解反應(yīng)速率常數(shù)

將表1中40℃時(shí)吸光度隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)變成ln(A0/A)隨時(shí)間的變化，見(jiàn)表4.

表4 40℃時(shí)ln(A0/A)隨時(shí)間的變化Table 4 ln(A0/A)changes with time at 40℃

根據(jù)一級(jí)反應(yīng)公式ln(A0/A)=kt，將上述ln (A0/A)對(duì)t作圖，得到一條直線(如圖5所示)，其斜率即為40℃時(shí)降解反應(yīng)的速率常數(shù)k.圖5中斜率0.061 3，所以，40℃時(shí)番茄紅素降解反應(yīng)的速率常數(shù) k=0.061 3 h－1=1.02×10－3min－1.

圖5 40℃時(shí)ln(A0/A)與時(shí)間關(guān)系曲線Fig.5 The curve of ln(A0/A)changes with time at 40℃

2.3.4 50℃時(shí)降解反應(yīng)速率常數(shù)

將表1中50℃時(shí)吸光度隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)變成ln(A0/A)隨時(shí)間的變化，見(jiàn)表5.根據(jù)一級(jí)反應(yīng)公式ln(A0/A)=kt，將上述ln(A0/A)對(duì)t作圖，得到一條直線(如圖6所示)，其斜率即為50℃時(shí)降解反應(yīng)的速率常數(shù) k.圖6中斜率為0.091 4，所以，50℃時(shí)番茄紅素降解反應(yīng)的速率常數(shù)k=0.091 4 h－1=1.52×10－3min－1.

表5 50℃時(shí)ln(A0/A)隨時(shí)間的變化Table 5 ln(A0/A)changes with time at 50℃

圖6 50℃時(shí)ln(A0/A)與時(shí)間關(guān)系曲線Fig.6 The curve of ln(A0/A)changes with time at 50℃

2.4 通過(guò)lnk－1/T圖，求得降解反應(yīng)活化能Ea

根據(jù)阿倫尼烏斯(Arrhenius)方程:lnk=－Ea/RT+lnA，以速率常數(shù)的自然對(duì)數(shù)(lnk)對(duì)溫度的倒數(shù)(1/T)作圖，結(jié)果如圖7所示.曲線的斜率為－4 069.4，根據(jù)曲線的斜率，計(jì)算得到番茄紅素降解過(guò)程的活化能為33.83 kJ/mol.

圖7 lnk對(duì)1/T圖Fig.7 The curve of lnk changes with 1/T

2.5 光對(duì)降解過(guò)程的影響

2.5.1 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)用四位電子分析天平準(zhǔn)確稱取2 mg番茄紅素粉末，于稱量紙中備用.

(2)將稱量好的番茄紅素粉末倒入燒杯中，加入200 mL氯仿，并迅速攪拌，使其較快地溶解.

(3)將溶液分別移入3個(gè)磨口錐形瓶中，編號(hào)為1#～3#，將1#放在暗室避光條件下，2#放在自然光條件下，3#放在充足的日光下，測(cè)取樣品溶液在485 nm吸收峰下的起始吸光度.

(4)每2 h用膠頭滴管取樣，自來(lái)水冷卻至室溫，用1 cm比色皿測(cè)取樣品液的吸光度.

2.5.2 結(jié)果與討論

不同光線條件下吸光度隨時(shí)間變化實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6.將表6中吸光度對(duì)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖，結(jié)果如圖8所示.圖8表明:避光條件下番茄紅素的吸光度減小比較緩慢;自然光稍快;而日光照射條件下，番茄紅素溶液的吸光度減小的最快，說(shuō)明番茄紅素對(duì)光線十分敏感.

表6 不同光線下溶液吸光度變化Table 6 Absorbance changes with time at different light

圖8 不同光線吸光度隨時(shí)間變化曲線Fig.8 The curve of absorbance changes with time at different light

3 結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)使用的數(shù)據(jù)主要是以氯仿做為溶劑測(cè)得的.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:相同溫度下，番茄紅素降解的起始吸光度減小的比較快，隨著降解的進(jìn)行逐漸趨于緩慢;不同溫度下，番茄紅素溶液吸光度變化依次為50℃ ＞40℃ ＞30℃ ＞20℃，說(shuō)明溫度越高，吸光度減小的越快，降解速率也越快.

(2)不同溫度條件下，番茄紅素降解的速度常數(shù)規(guī)律為:k50℃＞k40℃＞k30℃＞k20℃，分別是k =1.52×10－3min－1，k=1.02×10－3min－1，k= 8.817×10－4min－1，k=3.60×10－4min－1.

(3)根據(jù)Arrhenius方程:lnk=－Ea/RT+ lnA，將lnk對(duì)1/T作圖，為一條直線，所得斜率為－4 069.4，由斜率求出番茄紅素降解過(guò)程的活化能為33.83 kJ/mol.

(4)避光條件下番茄紅素降解比較緩慢，而日光照射條件下番茄紅素降解很快，說(shuō)明番茄紅素對(duì)光線十分敏感，在實(shí)際儲(chǔ)存中應(yīng)盡量避免光照.

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