利用模擬體系研究大棗濃縮汁的非酶褐變機制

韓希鳳,李書啟

(天津天獅學院,天津 301700)

利用模擬體系研究大棗濃縮汁的非酶褐變機制

韓希鳳,李書啟

(天津天獅學院,天津 301700)

以大棗濃縮汁中葡萄糖、酚類化合物和抗壞血酸為變量建立模擬體系,通過研究模擬體系的褐變指數(A420)和5-HMF含量(A284)的變化,并對模擬體系和5-HMF標準品全波長掃描的譜圖進行比較分析,確定酚類物質、抗壞血酸、葡萄糖對大棗濃縮汁非酶褐變的影響。結果表明:隨著加熱時間延長,模擬體系的褐變指數(A420)和A284逐漸增大,且與模擬體系中抗壞血酸和酚類化合物的含量呈顯著正相關(p<0.05),但葡萄糖發生美拉德反應的活性較小;大棗濃縮汁非酶褐變機制主要與美拉德反應和抗壞血酸氧化分解有關。

模擬體系,大棗濃縮汁,非酶褐變機制,抗壞血酸

果汁中的非酶褐變的反應機制主要包括美拉德反應、焦糖化反應、VC氧化分解和多酚氧化聚合四種反應機制。由于非酶褐變反應的復雜性,一般常采用模擬體系的方法來進行研究。Buera等人研究濕水分食品的非酶褐變反應時發現,模擬體系反應的活化能與實際食品中的活化能比較接近,這說明模擬體系的研究結果對實際食品而言有一定的科學參考價值[1]。Garza等人在研究桃汁加熱過程中的非酶褐變時發現,羥甲基糠醛(HMF)的濃度與樣品的加熱時間成正比[2];Gogus等通過模擬體系發現了葡萄汁中主要糖類和氨基酸形成HMF的反應,研究表明,果糖比葡萄糖更易產生HMF[3]。Burdurlu和Karadeniz研究蘋果濃縮汁在貯藏期間的非酶褐變時發現,羥甲基糠醛在貯藏過程中變化不顯著,同時研究還表明美拉德反應的快慢與糖的種類以及反應物的濃度有關[4]。曹少謙和陳偉利用模擬體系對水蜜桃汁的非酶褐變機制進行了研究,結果表明,模擬體系的褐變度(A420)隨著果糖濃度和酚類物質的濃度的增加而增加,而Fe2+對A420變化的促進作用較弱;模擬體系中的5-HMF含量由體系中果糖的含量決定,且不受酚類物質和Fe2+的影響[5]。

大棗是我國藥食兼用特有的果品之一。大棗濃縮汁因含有豐富的蛋白質、糖類、礦物質及多種維生素,不僅可作為飲料,也是釀酒和保健品生產的原料,已成為大棗深加工的主要產品之一。但這些營養成分也是導致大棗濃縮汁在貯藏過程中發生非酶褐變的主要因素,近年來,國內學者對于大棗汁貯藏過程中的非酶褐變研究較多[6-8],但通過模擬體系研究大棗濃縮汁貯藏過程中非酶褐變機制的鮮有報道。因此本研究在前期實驗結果的基礎上,建立模擬體系,研究模擬體系隨貯藏時間褐變度(A420)和5-HMF(A284)的變化,分析碳水化合物、酚類化合物、VC等物質對于大棗濃縮汁貯藏過程種顏色和5-HMF形成的貢獻;并利用分光光度計進行全波長掃描,通過圖譜比較從分子結構上進一步探討大棗濃縮汁貯藏期間的非酶褐變機制,以期指導大棗濃縮汁的生產、貯運,提高其產品品質。

表1 大棗濃縮汁非酶褐變的模擬體系

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市售金絲小棗(ZizyphusjujubeMill),購買后當天運至實驗室于-18℃冰箱中貯藏,使用前用流動自來水解凍,制成70°Brix大棗濃縮汁,分別貯于4℃條件下,備用。檢測前,用蒸餾水還原至10°Brix后測定。標準抗壞血酸 上海永葉生物科技有限公司;5-HMF標準品、沒食子酸 購自北京百靈威化學技術有限公司;葡萄糖、蔗糖、果糖等均為分析純 購自天津化學試劑廠。

UV2550紫外分光光度計 日本島津;WAY-2S型數字阿貝折光儀 上海精密科學儀器有限公司;分析天平 賽多利斯;TDL-5-A型高速離心機 上海一恒科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 模擬體系的建立 配制pH與大棗濃縮汁相同的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖體系,根據大棗濃縮汁中各成分的含量,分別建立葡萄糖+賴氨酸、葡萄糖+賴氨酸+VC、葡萄糖+賴氨酸+酚類三種模擬體系,于85℃水浴條件下處理10h后,分別進行全波長掃描,并將譜圖進行比對。同時每隔2h測定模擬體系的A420、A284及HMF含量。

1.2.2 模擬體系褐變指數(A420)的測定 非酶褐變體系褐變產物的生成量用模擬體系在420nm處的吸光值乘以相應的稀釋倍數(n)來表示[9-10]。模擬體系溶液顏色較深時,先將溶液稀釋后測定A420的值,測定結果應在0.2～0.8的有效范圍內,然后再乘以相應的稀釋倍數即為反應體系的褐變指數(BI)。褐變指數越大表明褐色產物的生成量越多[11-12]。

1.2.3 A284的測定 UV2550(日本島津)型紫外可見分光光度計測定(A284﹥0.8的樣品,按照一定比例稀釋后再進行測定)。代表5-HMF含量[13]。每個處理重復3次。

1.3 數據統計分析

采用統計軟件Microcal Origin 8.0進行方差分析,顯著水平為0.05;數值均以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 大棗濃縮汁非酶褐變體系的構建

本研究所用的70°Brix的大棗濃縮汁用蒸餾水調整到10°Brix時pH為5.2,經過測定其與非酶褐變相關物質的含量分別為:葡萄糖1.99g/100mL、酚類物質1.5mg/100mL、VC15.46mg/100mL、賴氨酸0.71g/100mL。在此基礎上,建立了三種模擬體系(見表1)。

2.2 VC對模擬體系褐變指數(A420)和5-HMF含量(A284)的影響

所構建的葡萄糖+賴氨酸+VC模擬體系中,按照VC濃度由高到低的順序進行編號,分別為樣品0、樣品1、樣品2、樣品3、樣品4、樣品5;于85℃水浴條件下處理,每隔2h取樣進行測定,結果如圖1、圖2所示。

圖1 VC對模擬體系褐變指數(A420)的影響Fig.1 Effect of vitamin C concentrations on the absorbance of model systems at A420

圖2 VC對模擬體系A284的影響Fig.2 Effect of vitamin C concentrations on the absorbance of model systems at A284

如圖1所示,除未加VC的樣品0外,其他五種樣品的褐變指數(A420)均隨加熱時間的延長而增加,且加入VC的濃度越高,褐變指數(A420)的值增加幅度越大,與樣品0相比,呈現明顯的正相關(p<0.05)。這表明VC對大棗濃縮汁的非酶褐變有明顯的促進作用,抗壞血酸在有氧加熱的條件下,最終被氧化成還原酮,還原酮極易參加美拉德反應的中間及最終階段[14],加速模擬體系的褐變程度。本研究表明抗壞血酸含量對模擬體系中的5-HMF的生成有明顯的促進作用(p<0.05,圖2),且隨著抗壞血酸濃度的增加,5-HMF的含量明顯增加,樣品4,5中,在前6h的變化較后4h的明顯,說明在褐變前期抗壞血酸氧化分解是導致褐色物質增加的主要原因。

2.3 葡萄糖對模擬體系褐變指數(A420)和5-HMF含量(A284)的影響

所構建的葡萄糖+賴氨酸模擬體系中,按照葡萄糖濃度由高到低的順序進行編號,分別為樣品0、樣品1、樣品2、樣品3、樣品4、樣品5;于85℃水浴條件下處理,每隔2h取樣進行測定,結果如圖3、圖4所示。

圖4 葡萄糖對模擬體系A284的影響Fig.4 Effect of glucose concentrations on the absorbance of model systems at A284

如圖3所示,模擬體系中褐變指數(A420)隨加熱時間的延長,各體系褐變指數(A420)的變化均呈上升趨勢,且A420的變化幅度幾乎無差異;說明隨著葡萄糖濃度增加,非酶褐變速率增大,即葡萄糖對大棗濃縮汁的非酶褐變有一定的促進作用。由圖4可以看出,各模擬體系熱處理的最初2h內,A284增加較明顯,之后葡萄糖濃度較高的樣品4和樣品5上升趨勢增加較大,其他樣品的上升趨勢較平緩。這表明葡萄糖含量對模擬體系中5-HMF生成的影響主要集中在反應開始的2h內,此外,在pH﹥5.0的條件下,葡萄糖濃度越高越有利于5-HMF的形成。

2.4 酚類物質對模擬體系褐變指數(A420)和5-HMF含量(A284)的影響

所構建的葡萄糖+賴氨酸+沒食子酸模擬體系中,按照沒食子酸濃度由高到低的順序進行編號,分別為樣品0、樣品1、樣品2、樣品3、樣品4、樣品5;于85℃水浴條件下處理,每隔2h取樣進行測定,結果如圖5、圖6所示。

圖5 酚類物質對模擬體系褐變指數(A420)的影響Fig.5 Effect of phenolic compound concentrations on the absorbance of model systems at A420

圖6 酚類物質對模擬體系A284的影響Fig.6 Effect of phenolic compound concentrations on the absorbance of model systems at A284

如圖5所示,除未加沒食子酸的樣品0外,其他五種樣品的褐變指數(A420)均隨加熱時間的延長而增加,且酚類物質的濃度越高,褐變指數(A420)的值增加幅度越大,與樣品0相比,呈現明顯的正相關(p<0.05)。這表明酚類物質對大棗濃縮汁的非酶褐變有促進作用,酚類化合物通過自身的氧化縮合形成褐色物質,加深了大棗濃縮汁的顏色。本研究表明,酚類化合物含量對模擬體系中5-HMF的生成有明顯促進作用(p<0.05,圖6),酚類物質對大棗濃縮汁模擬體系非酶褐變的影響相對來說較為復雜,因為5-HMF的生成除這與酚類物質種類、自身結構等因素有關外,還與食品的組成、食品體系的pH、溫度、壓力等因素有關。當這些因素變化時,非還原性的糖轉變為還原性糖或多酚類化合物,會影響羥甲基糠醛的生成[15]。但是,也有研究發現酚類物質對水蜜桃汁的羥甲基糠醛的生成沒有影響[16]。因此,有關酚類物質對大棗濃縮汁非酶褐變的影響還需進一步的深入研究。

2.5 大棗濃縮汁、模擬體系與5-HMF標準品全波長掃描譜圖比較

如圖7所示,70°Brix大棗濃縮汁的非酶褐變產物在260～340nm范圍內有吸收峰,最大吸收波長在280～290nm之間,與HMF標準品比較發現,大棗濃縮汁的非酶褐變產物出峰范圍與HMF標準品的基本相似,峰形和最大吸收波長均在同一波長范圍內,因此,分析大棗濃縮汁的非酶褐變過程HMF變化時,可以通過分光光度計進行簡單的初步分析,但其相關性還需進一步的實驗研究。

圖7 大棗濃縮汁與HMF標準品的全波長譜圖比較Fig.7 The wavelengths scanning map of Chinese jujube concentrate and HMF standard

由圖8中不同模擬體系的全波長譜圖可以看出,三種模擬體在230～400nm之間均有明顯吸收峰,在可見波長(﹥400nm)范圍內基本沒有吸收峰,說明模擬體系的非酶褐變產物在紫外區有吸收。與HMF標準品的譜圖相比,葡萄糖+賴氨酸,葡萄糖+賴氨酸+VC的最大吸收波長均在280nm左右,與HMF標準品基本相似;含有酚類物質的模擬體系的最大吸收波長相較于HMF標準品來說具有藍移現象,在270nm左右,這可能與酚類物質的復雜結構有關。VC和酚類物質對葡萄糖+賴氨酸模擬體系的非酶褐變有一定的促進作用,抗壞血酸氧化產物有的屬于雜環芳香烴化合物,紫外吸收接近苯[17],有的具有較大的共軛雙烯結構,均會在300nm以內具有較高的吸收;酚類化合物可以通過自身的氧化縮合形成褐色物質,從而影響模擬體系及大棗濃縮汁的顏色,同時也進一步證明,在一定pH條件下,酚類可以促進褐變色素的形成,一方面是由于自身的氧化縮合,一方面是由于與反應體系中其他物質進行共呈色作用。

圖8 不同模擬體系與HMF標準品的全波長譜圖Fig.8 The wavelengths scanning map of the different model systems and HMF standard

3 結論

隨著加熱時間的延長,葡萄糖濃度對大棗濃縮汁模擬體系的非酶褐變度的促進作用較小;與之相反,抗壞血酸和酚類物質對模擬體系的褐變指數(A420)和5-HMF(A284)的增加有顯著的促進作用(p<0.05),且隨抗壞血酸和酚類物質的濃度增加,其褐變速率明顯加快。通過對全波長掃描的譜圖進行分析發現,在貯藏過程中引起大棗濃縮汁非酶褐變的主要反應類型是抗壞血酸氧化分解和美拉德反應,即大棗濃縮汁中的抗壞血酸在有氧加熱的條件下,最終被氧化成還原酮,參加美拉德反應的中間及最終階段,生成5-HMF,促進美拉德反應的進行,造成大棗濃縮汁顏色加深。酚類化合物氧化縮合的褐變產物結構比較復雜,能夠導致褐變產物的吸收光譜藍移,其原因有待進一步研究。

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Study on non-enzymatic browning mechanism of Chinese jujube concentrate using model systems

HAN Xi-feng,LI Shu-qi

(Tianjin Tianshi College,Tianjin 301700,China)

Non-enzymatic browning mechanism of Chinese jujube concentrate was studied by model syetems containing glucose,phenols,ascorbic acid at different concentrations. Changes of browning index(A420)and 5-HMF(A284)were studied and full-wavelength scanning map of model systems and 5-HMF standard were comparatively analyzed to determine the influence of glucose,phenols and ascorbic acid to Chinese jujube concentrate non-enzymatic browning. The results indicated that browning index(A420)and A284 increased as the time of heating prolonged,which were positively correlated with the contents of ascorbic acid and phenols(p<0.05),while the Maillard reaction activity of glucose was low. Non-enzymatic browning mechanism of Chinese jujube concentrate may possibly relate to Maillard reaction and oxidation of ascorbic acid.

model systems;Chinese jujube concentrate;non-enzymatic browning mechanism;ascorbic acid

2014-05-29

韓希鳳(1978-)，女,碩士,講師,研究方向:農產品加工與貯藏。

校級項目大棗濃縮液非酶褐變機制及影響因素的研究的階段性研究成果(課題編號K13003)。

TS255.3

A

1002-0306(2015)07-0105-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.07.013