凍干甜玉米粒貯藏過程中玉米黃質穩定性分析

肖亞冬，李大婧*，劉春泉

（1.南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京 210095；2.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇 南京 210014；3.東北林業大學林學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

凍干甜玉米粒貯藏過程中玉米黃質穩定性分析

肖亞冬1,2，李大婧2,3,*，劉春泉2

（1.南京農業大學食品科技學院，江蘇 南京 210095；2.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇 南京 210014；3.東北林業大學林學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

凍干甜玉米粒真空包裝和普通包裝后置于4、20、37 ℃條件下貯藏12 周，考察包裝方式和貯藏條件對凍干甜玉米粒中玉米黃質穩定性的影響。采用高效液相色譜方法測定玉米黃質含量。結果表明：普通包裝、高溫和見光均可加速玉米黃質降解，且遵循一級反應動力學模型；不同條件反應速率不同，真空包裝4 ℃避光貯藏玉米黃質降解速率常數最小，普通包裝37 ℃見光貯藏降解速率常數最大，且普通包裝見光貯藏對玉米黃質熱敏感性影響最大。貯藏過程中玉米黃質會發生順反異構化，真空包裝避光和見光時溫度越高生成的順式異構體越多；同一溫度條件下，真空包裝見光比避光更易發生反式向順式結構的轉變；普通包裝避光或見光貯藏時玉米黃質以降解反應為主，異構化反應不明顯。

甜玉米；凍干；玉米黃質；穩定性

玉米黃質是一種天然的含氧類胡蘿卜素，其結構中共軛雙鍵體系不僅賦予了類胡蘿卜素特有的色澤， 也提供了可作為鑒定和定量分析依據的可見光吸收光譜[1]。玉米黃質是高度集中在眼睛視網膜中黃斑部位的類胡蘿卜素之一，是黃斑色素的主要組成成分[2]，可預防老年性眼球視網膜黃斑退化引起的視力退化和失明癥[3-4]。其次，由于其結構中的雙鍵和尾端基團上的羥基，玉米黃質具有較強的抗氧化功能[5]，能夠預防癌癥、抗誘變、減緩動脈硬化進程[6-9]。甜玉米中含有豐富的玉米黃質，常食甜玉米可以保護視力，防治慢性眼部疾病，并有利于降低血液中膽固醇含量、預防心血管疾病等[10-11]。

真 空冷凍干燥（凍干）特別適用于高熱敏性和易氧化物料的干燥，可以最大程度的減少新鮮物料色、香、味及營 養成分的損失，并且保持食品原有的形狀。凍干甜玉米粒不僅保證了產品的感官品質和營養品質，且復水后的甜玉米粒無論外觀形態及口味都與新鮮甜玉米粒沒有太大差異，同時便于貯運。目前市場上已有凍干玉米粒產品出現，但有關凍干玉米粒在貯藏過程中玉米黃質的變化卻未見報道。本實驗通過探討不同包裝方式和光照條件對凍干甜玉米粒在貯藏過程中玉米黃質穩定性的影響，研究其降解規律，為凍干甜玉米的生產應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

速凍甜玉米粒 江蘇省農業科學院六合基地。

正己烷、石油醚、無水硫酸鈉、丙酮、無水乙醇、甲苯、氫氧化鉀、甲醇（分析純）、甲基叔丁基醚（methyl tert-butyl ether，MTBE，色譜純） 國藥集團化學試劑有限公司；甲醇（色譜純） 美國天地公司；純凈水 杭州娃哈哈集團有限公司；全反式玉米黃質標準品 美國Sigma公司。

1.2 儀器與設備

HH-S恒溫水浴鍋 江蘇金壇市恒豐儀器廠；RE-52A真空旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠；LGJ-12冷凍干燥機 北京松源華興科技發展有限公司；FA2104電子分析天平 北京賽多利斯科學儀器公司；HPLC1200高效液相色譜儀（配有在線真空脫氣機、四元梯度洗脫泵、柱溫箱、二極管陣列檢測器（diode array detector，DAD）、色譜柱YMC-C30（4.6 mm×250 mm，5 μm） 美國安捷倫科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 凍干甜玉米粒的貯藏

將速凍甜玉米粒真空冷凍干燥24 h，最終水分含量低于5%，對凍干甜玉米粒進行每袋約5 g的真空包裝和普通包裝。將包裝好的凍干甜玉米粒分別放入溫度為4、20、37 ℃的3 個生化培養箱中進行貯藏，每個培養箱分上下兩層，上層安裝1盞40 W的熒光燈，光照強度約為1 600 lx，下層放置一個不透光的紙箱。將18 袋真空包裝樣品和18 袋普通包裝樣品放入上層進行見光貯藏實驗；同時放置相同數量真空包裝和普通包裝樣品在培養箱下層做避光貯藏實驗。

1.3.2 玉米黃質的降解動力學

一般認為，類胡蘿卜素在貯藏過程中的降解反應大多符合一級反應動力學[12-14]，可用式（1）模型描述：

ln（c/c0）=-kt （1）

式中：c為玉米黃質貯藏后含量/（μg/g）；c0為玉米黃質初始含量/（μg/g）；k為在特定條件下反應速率常數；t為時間/min。

Arrhenius經驗公式反映了化學反應的速率常數k與反應溫度T之間的關系，見式（2）：

式中：Ea為反應活化能/（kJ/mol），對于指定反應，Ea是既與反應物質濃度無關，又與反應溫度無關的常數，將lnk和1/T作線性擬合，由斜率即可求出Ea；R為氣體常數（8.3148×10-3kJ/（mol·K））；T為絕對溫度/K；A為常數。

1.3.3 凍干甜玉米粒中玉米黃質的提取

參考Inbaraj等[15]類胡蘿卜素提取方法，并稍作修改。將凍干甜玉米粒打粉后稱取3.00 g，置于100 mL錐形瓶中，加入30 mL正己烷-乙醇-丙酮-甲苯（10∶6∶7∶7，V/V），充分旋轉振搖1 h。加入2 mL 40% KOH甲醇溶液，25 ℃條件下于暗處氮氣保護下皂化反應。反應后轉移樣液至分液漏斗并加入30 mL正己烷，上下振搖1 min，加入38 mL 10%硫酸鈉溶液，混勻，于暗處靜置分層，上清液減壓濃縮至干，用甲醇定容，色素溶液用0.45 μm微孔膜過濾后進行液相檢測。操作過程中注意避光。

1.3.4 色譜條件

玉米黃質檢測的色譜條件參照Aman等[16]HPLC方法，可對玉米黃質及其順式異構體進行分離。色譜柱：YMC C30柱；流動相：A為甲醇-MTBE-水（92∶4∶4，V/V），B為MTBE-甲醇-水（90∶6∶4，V/V）；洗脫條件：在80 min內由100% A到6% B；流速：1.0 mL/min；柱溫：25 ℃；進樣量：20 μL；檢測波長：450 nm。

1.4 數據統計分析

實驗數據結果均采用Origin 7.5軟件處理。

2 結果與分析

2.1 凍干甜玉米粒貯藏過程中玉米黃質含量變化

由圖1可知，真空包裝凍干甜玉米粒在4、20、37 ℃避光貯藏12 周，玉米黃質含量分別減少了0.81、1.52、1.84 μg/g，下降比例分別為7.89%、14.80%和17.92%，溫度越高，玉米黃質降解的越快；普通包裝避光貯藏中玉米黃質含量分別減少了1.21、2.06、2.54 μg/g，下降比例分別為11.78%、20.06%和24.73%，與真空避光呈現相同的規律，不同的是玉米黃質的下降量均高于相同條件下真空包裝的樣品，原因可能是普通包裝內有空氣殘留，加速了玉米黃質的氧化降解。圖1c、1d與圖1a、1b相比，相同溫度條件下，見光貯藏使得玉米黃質降解的更快，說明一 定溫度條件下光照可以促進玉米黃質的氧化降解。由此可知，高溫、空氣和光照均能加速玉米黃質的降解，Lin等[17]指出番茄汁貯藏過程中葉黃素等類胡蘿卜素的氧化降解與溫度、光照和空氣關系密切。真空包裝凍干甜玉米粒在4 ℃條件下避光貯藏12 周玉米黃質的保留率（92.11%）遠遠高于普通包裝在37 ℃條件下見光貯藏12 周的保留率（37.68%）， 故凍干甜玉米粒應避光低溫保存，并采用真空包裝方式。

圖1 凍干甜玉米粒貯藏過程中玉米黃質含量變化Fig.1 Changes in zeaxanthin content in freeze-dried sweet corn during storage

2.2 凍干甜玉米粒貯藏過程中玉米黃質的降解動力學

利用一級反應動力學公式對實驗數據進行處理，得到不同貯藏條件和包裝方式下凍干甜玉米粒中玉米黃質的降解動力學參數，如表1所示。將ln（c/c0）與時間進行擬合，結果顯示均呈良好的線性關系（R2＞0.93），說明玉米黃質在貯藏過程中的降解反應符合一級反應動力學模型。

表 1 凍干甜玉米粒貯藏過程中玉米黃質降解動力學參數Table 1 Thermal kinetic parameters of zeaxanthin in fr eeze-dried swe et corn during storagea

由表1可知，在20 ℃條件下，凍干甜 玉米粒真空包裝避光和見光、普通包裝避光和見光貯藏12 周，玉米黃質反應速率常數分別為0.012、0.037、0.017周-1和0.048 周-1。由此可知，普通包裝見光貯藏時玉米黃質的降解反應速率常數最大，同樣的現象存在于4 ℃和37 ℃時，這是由于光照條件下玉米黃質更易降解，且普通包裝內含有空氣，導致其發生氧化反應，損失更快。從表1可以看出，隨著溫度的升高，其降解速率逐漸 增大。

玉米黃質降解反應對溫度的敏感程度用活化能Ea的大小來衡量[18]，Ea越大，其降解受溫度變化的影響越強烈。凍干甜玉米粒真空包裝和普通包裝避光、真空包裝和普通包裝見光貯藏，玉米黃質的Ea值分別為17.191、18.189、22.115、22.845 kJ/mol。由此可見，空氣和光照均能增加玉米黃質的熱敏感性。

2.3 凍干甜玉米粒貯藏過程中玉米黃質順式異構體含量變化

由圖2a和2b可知，真空和普通包裝凍干甜玉米粒在4 ℃和20 ℃避光貯藏12 周后，玉米黃質13-順式異構體增加了0.01、0.04 μg/g（1.72%和6.90%），9-順式異構體僅增加了0.01、0.02 μg/g（3.70%和7.41%）；真空包裝凍干甜玉米粒在37 ℃避光貯藏12 周后，9-順式、13-順式玉米黃質分別增加了0.09、0.11 μg/g（33.33%和18.97%），說明真空條件下溫度升高加速了玉米黃質的異構化反應，而普通包裝37 ℃避光貯藏12 周，順式異構體含量有少許下降，可能是空氣導致異構體生成的同時發生了降解。

圖2 凍干甜玉米粒貯藏過程中玉米黃質順式異構體含量變化Fig.2 Changes in the c ontent of zeaxanthin cis-isomers in freeze-dried sweet corn during storage

由圖2c可知，37 ℃真空包裝、見光貯藏12 周，9-順式和13-順式玉米黃質含量明顯高于4 ℃和20 ℃見光貯藏，與圖2a規律一致；從圖2a和2c還可看出，在相同包裝方式、 相同溫度條件下，凍干甜玉米粒見光貯藏玉米黃質順式異構體含量要高于避光條件，這是由于光照可以給異構化反應提供能量，加速反應進行。研究中發現真空包裝凍干甜玉米粒避光或見光貯藏時，9-順式玉米黃質增加量小于13-順式，Chen等[19-20]研究胡蘿卜汁加工和貯藏過程中類胡蘿卜素變化得出，該過程中更易形成13-順式異構體的原因可能是：9-順式異構體中順式雙鍵附近的空間位阻大于13-順式，導致形成9-順式的異構化反應所需活化能大于13-順式。由圖2b和2d可知，普通包裝凍干甜玉米粒避光或見光貯藏時，玉米黃質順式異構體含量呈下降趨勢，該過程中以降解反應為主，異構化反應并不明顯。

3 結 論

將凍干甜玉米粒以不同方式包裝、貯藏于不同條件下，研究其中玉米黃質降解規律，溫度升高、光照和空氣都可加速玉米黃質降解，其中空氣對其降解反應影響最為劇烈。貯藏過程中玉米黃質的降解符合一級反應動力學模型，不同條件反應速率不同，真空包裝4 ℃避光貯藏玉米黃質速率常數最小，普通包裝37 ℃見光貯藏速率常數最大，可見前者適合凍干甜玉米粒長期貯藏。普通包裝見光貯藏對玉米黃質熱敏感性影響最大。玉米黃質在貯藏過程中會發生不同程度順式異構化。真空包裝避光或見光條件下，溫度越高生成的各種順式異構體含量越多；相同溫度條件下，真空包裝凍干甜玉米粒見光貯藏生成的順式玉米黃質含量比避光條件下的高；普通包裝凍干甜玉米粒避光或見光貯藏時，都是以玉米黃質的降解反應為主，異構化反應不明顯；另外，由于順式雙鍵附近的空間位阻作用，導致9-順式異構體的增加量始終低于13-順式異構體。

[1] 李大婧, 劉春泉, 白云峰, 等. 葉黃素、玉米黃質研究進展: 葉黃素、玉米黃質的結構和生物學功能[J]. 核農學報, 2006, 20(1): 64-67.

[2] DWYER J H, NAVAB M, DWYER K M, et al. Oxygenated carotenoid lutein and progression of early atherosclerosis the Los Angeles Atherosclerosis study[J]. Circulation, 2001, 103(24): 2922-2927.

[3] YEUM K J, TAYLOR A, TANG G, et al. Measurement of carotenoids, retinoids, and tocopherols in human lenses[J]. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 1995, 36(13): 2756-2761.

[4] 尤新. 葉黃素(lutein)及其護眼功能[J]. 中國食品添加劑, 2003(5): 1-3.

[5] 徐秀紅, 盧華兵, 呂桂華, 等. 玉米黃質的研究進展及展望[J]. 中國農學通報, 2011, 27(2): 333-339.

[6] 孫震, 姚惠源. 葉黃素的抗癌作用及其研究現狀[J]. 生物技術通訊, 2005, 16(1): 84-86.

[7] WANG Mingchen, TSAO R, ZHANG Shanfeng, et al. Antioxidant activity, mutagenicity/anti-mutagenicity, and clastogenicity/anti-clastogenicity of lutein from marigold fl owers[J]. Food and Chemical Toxicology, 2006, 44(9): 1522-1529.

[8] JACQUES P F, CHYLACK L T. Epidemiologic evidence of a role for the antioxidant vitamins and carotenoids in cataract prevention[J]. The American Journal of Clinical Nutrition, 1991, 53(Suppl 1): 352-355.

[9] SCHALCH W, COHN W, BARKER F M, et al. Xanthophyll accumulation in the human retina during supplementation with lutein or zeaxanthin-the LUXEA (Lutein Xanthophyll Eye Accumulation) study[J]. Archives of Biochemistry and Biophysics, 2007, 458(2): 128-135.

[10] 劉曉濤. 玉米的營養成分及其保健作用[J]. 中國食物與營養, 2009, 15(3): 60-61.

[11] 劉學銘, 陳智毅, 唐道邦. 甜玉米的營養功能成分、生物活性及保鮮加工研究進展[J]. 廣東農業科學, 2010(12): 90-94.

[12] NHUNG D T, BUNG P N, HA N T, et al. Changes in lycopene and beta carotene contents in aril and oil of gac fruit during storage[J]. Food Chemistry, 2010, 121(2): 326-331.

[13] BECHOFF A, DHUIQUE-MAYER C, DORNIER M, et al. Relationship between the kinetics of β-carotene degradation and formation of norisoprenoids in the storage of dried sweet potato chips[J]. Food Chemistry, 2010, 121(2): 348-357.

[14] TANG Y C, CHEN B H. Pigment change of freeze-dried carotenoid powder during storage[J]. Food Chemistry, 2000, 69(1): 11-17.

[15] INBARAJ B S, CHIEN J T, CHEN B H. Improved high performance liquid chromatographic method for determination of carotenoids in the microalga Chlorella pyrenoidosa[J]. Journal of Chromatography A, 2006, 1102(1): 193-199.

[16] AMAN R, BIEHL J, CARLE R, et al. Application of HPLC coupled with DAD, APCI-MS and NMR to the analysis of lutein and zeaxanthin stereoisomers in thermally processed vegetables[J]. Food Chemistry, 2005, 92(4): 753-763.

[17] LIN C H, CHEN B H. Stability of carotenoids in tomato juice during storage[J]. Food Chemistry, 2005, 90(4): 837-846.

[18] KOCA N, KARADENIZ F, BURDURLU H S. Effect of pH on chlorophyll degradation and colour loss in blanched green peas[J]. Food Chemistry, 2006, 100(2): 609-615.

[19] CHEN H E, PENG H Y, CHEN B H. Stability of carotenoids and vitamin A during storage of carrot juice[J]. Food Chemistry, 1996, 57(4): 497-503.

[20] CHEN B H, PENG H Y, CHEN H E. Changes of carotenoids, color, and vitamin A content during processing of carrot juice[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1995, 43(7): 1912-1918.

Stability of Zeaxanthin in Freeze-Dried Sweet Corn Kernels during Storage

XIAO Ya-dong1,2, LI Da-jing2,3,*, LIU Chun-quan2
(1. College of Food and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2. Institute of Farm Product Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China; 3. College of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

The vacuum package and common package of freeze-dried sweet corn kernels were stored in dark or in light at 4, 20 or 37 ℃ for 12 weeks. The effects of packaging and storage conditions on the stability of zeaxanthin in sweet corn kernels were observed. Zeaxanthin contents were determined by HPLC. Results showed that the degradation of zeaxanthin was accelerated by common package, high temperature or light, which could be described by a fi rst-order kinetic model. Under different conditions, the degradation rates of zeaxanthin were different; the rate constant was the lowest for the vacuum package stored at 4 ℃ in dark and the highest for the common package stored at 37 ℃ in light. Common package and storage in light had the biggest effect on heat sensitivity of zeaxanthin in freeze-dried sweet corn kernels. Isomerization of zeaxanthin occurred during storage. Vacuum-packaged sweet corn kernels formed increased amounts of cis-isomers at higher temperature regardless of being stored in dark or in light, and under identical temperature conditions, trans-to-cis transformation was achieved more readily in light than in dark. However, degradation of zeaxanthin was more predominant than isomerization during storage in common package no matter in dark or in light.

sweet corn; freeze drying; zeaxanthin; stability

TS201.2

A

1002-6630（2014）06-0229-05

10.7506/spkx1002-6630-201 406 049

2013-06-18

肖亞冬（1988—），女，碩士研究生，研究方向為食品營養與化學。E-mail：xyd15838746910@163.com

*通信作者：李大婧（1976—），女，研究員，博士，研究方向為功能性食品。E-mail：lidajing@163.com