脫臭紫甘藍色素“返臭”的跟蹤研究

劉鳳嬌，周　兵，張璐瑤，廖小軍，胡小松，張　燕

(中國農業大學食品科學與營養工程學院/國家果蔬加工工程技術研究中心/農業部果蔬加工重點開放實驗室，北京　100083)

?

脫臭紫甘藍色素“返臭”的跟蹤研究

劉鳳嬌，周兵，張璐瑤，廖小軍，胡小松，張燕

(中國農業大學食品科學與營養工程學院/國家果蔬加工工程技術研究中心/農業部果蔬加工重點開放實驗室，北京100083)

摘要：研究紫甘藍色素經高壓二氧化碳(HPCD)技術脫臭后，在貯藏過程中能否保持穩定無異味狀態。采用8 MPa、50 ℃下處理60min、迅速卸壓(2 min)的HPCD處理對紫甘藍色素中異味物質進行脫除。通過氣質聯用(GC-MS)色譜技術，對脫臭后不同貯藏時間(3、5、10、15d)內紫甘藍色素中的異味物質進行跟蹤分析。結果表明：HPCD脫臭后的紫甘藍色素在貯藏過程中存在返臭現象。經過15d的貯藏，對異味貢獻最大的含硫化合物的相對百分含量隨貯藏時間的延長呈遞增趨勢，由1.48%增至46.61%，該色素中的核心異味物質烯丙基異硫氰酸酯(AITC)的相對百分含量由1.06%遞增至31.98%，其他異味物質的含量也不斷增加。

關鍵詞：紫甘藍色素；高壓二氧化碳；脫臭；貯藏；返臭

紫甘藍色素是紫甘藍中的花色苷類物質，作為一種天然食用色素，具有抗氧化、清除自由基等多種生理功能[1，2]。紫甘藍色素的應用主要包括食品添加劑、酸堿指示劑、抗氧化劑、染色劑等[3-6]。在植物體中硫代葡萄糖苷與硫代葡萄糖苷酶是共存且分隔的；在紫甘藍色素提取的過程中，由于水分的存在，細胞受到破壞，硫代葡萄糖苷酶作用于硫代葡萄糖苷，產生烯丙基異硫氰酸酯(AITC)、烯丙基腈等異味物質[7，8]，嚴重影響了紫甘藍色素的應用范圍。如何有效脫除紫甘藍色素中的異味物質并保持穩定無異味狀態成為該色素工業應用的關鍵。

高壓二氧化碳(HPCD)技術是一種新型的非熱殺菌技術，借助壓力與二氧化碳形成的酸性高壓環境及可控的溫度系統，對微生物和酶產生顯著的影響，能保持食品新鮮的質地、營養和感官品質[9]。HPCD技術的應用研究主要集中在鈍酶、抑菌及其動力學分析[10-13]，也有研究表明，該技術可以促進紫甘藍中花色苷的提取[14]。劉鳳嬌等研究[15]表明，HPCD可以有效地脫除紫甘藍色素中的核心異味物質AITC及其他異味成分，但仍有部分殘留。為了考察脫臭后的紫甘藍色素在貯藏期間能否保持穩定的無異味狀態，本文采用HPCD技術對紫甘藍色素進行脫臭，通過氣質聯用(GC-MS)色譜技術對脫臭后的紫甘藍色素在不同貯藏期內異味物質的變化進行了跟蹤分析，旨在評價紫甘藍色素經HPCD脫臭后的貯藏效果。

1材料和方法

1.1材料與試劑

紫甘藍紅色素，晨光生物科技集團，于4℃儲藏備用。

乙腈，色譜純，購于美國Honeywell公司；二氧化碳氣體，純度99.5%，購于北京千禧氣體有限公司。

1.2儀器與設備

試驗采用CAU-HPCD-1(ZL200520132590.X)型HPCD處理裝置[16]，中國農業大學自行設計。該裝置中高壓二氧化碳產生輸送單元與反應釜連接，產生的高壓二氧化碳經預熱后直接輸送到反應釜中。此外，還應用了GC7890A/MS5975C型氣質聯用儀，美國安捷倫公司；EY-300A型分析天平，日本松下電器公司；2000D型超純水器，北京長風儀器儀表公司；S-HH-W21-Cr600型恒溫水浴箱，北京長安科學儀器廠。

1.3試驗方法

1.3.1HPCD脫臭

將HPCD設備的反應釜預熱到預定溫度50℃，將裝有2mL紫甘藍色素提取液的50mL離心管置于反應釜中。經過1～5min的升壓過程達到預定壓強，在8MPa，50℃下處理60min后，迅速卸壓，卸壓時間為2min，取出離心管。將處理后的紫甘藍色素提取液室溫下貯藏，待測定。

1.3.2HPCD脫臭后不同貯藏期內紫甘藍色素中異味物質的GC-MS分析

取HPCD脫臭后分別貯藏3、5、10、15d的紫甘藍色素水溶液8mL置于15mL樣品瓶，40℃恒溫攪拌，固相微萃取40min，然后進行GC-MS測定。

色譜條件為：Agilent GC7890A/MS5975C型氣質聯用儀，DB-5 MS柱(30 m×250 mm×0.25 mm)。測定時柱溫為60 ℃，保持2 min；后以4 ℃/min的速率升至125 ℃；最后以8 ℃/min的速率升至230 ℃，保持8.625 min。進樣口溫度為250 ℃，載氣為He氣，流速為1 mL/min。質譜條件為：離子源為EI，電子能量為70 eV，接口溫度為250 ℃，質量范圍為30-550 D。

2結果與分析

2.1HPCD脫臭后不同貯藏期紫甘藍色素中異味物質的GC-MS分析

分別對HPCD脫臭后室溫下貯藏3、5、10、15d的紫甘藍色素樣品進行GC-MS檢測，以相對百分含量對紫甘藍色素中的揮發性組分進行定量。

劉鳳嬌等[15]分析比較了HPCD脫臭紫甘藍色素前后揮發性成分的含量變化，結果表明，HPCD技術可以有效地脫除紫甘藍色素中的異味物質，試樣紫甘藍色素經HPCD脫臭后揮發性成分由處理前的17種變為7種，許多異味物質得到不同程度的脫除，核心異味物質烯丙基異硫氰酸酯(AITC)由3.15%減少到1.06%。

由表1可以看出，紫甘藍色素中的揮發性成分有烴類、醛類和含硫化合物，其中烴類包括飽和烴、烯烴和芳香烴。飽和烴和醛類物質對紫甘藍色素的異味貢獻不大，烯烴、芳香烴和含硫化合物為紫甘藍色素中重要的異味物質，尤其是AITC[15]。

HPCD處理前紫甘藍色素中揮發性成分有醛類7種、烴類6種、含硫類化合物4種。對紫甘藍色素異味有貢獻的物質有二甲基三硫醚(15.18%)、AITC(3.15%)、烯丙基硫氰酸酯(2.69%)、萘(1.46%)、二甲基四硫化合物(1.21%)、1-甲基-環己烯(0.16%)、2-甲基萘(1.12%)、2，6-二甲基-萘(0.2%)、1，7-二甲基-萘(0.24%)。

HPCD處理后紫甘藍色素中揮發性成分有醛類3種、烴類2種、含硫化合物2種，種類數減少了近一半。對紫甘藍色素異味有貢獻的物質有AITC(1.06%)、2-甲基-萘(0.68%)、烯丙基硫氰酸酯(0.42%)、萘(0.29%)，與處理前相比，這些物質含量均明顯下降。此外，異味物質二甲基三硫醚、二甲基四硫化合物、1-甲基-環己烯、2-甲基萘、2，6-二甲基-萘、1，7-二甲基-萘，經HPCD處理后均得到完全脫除。

表1　HPCD處理后貯藏過程中紫甘藍色素

貯藏3d后，紫甘藍色素揮發性成分由7種變為15種，其中醛類7種、烴類6種、含硫化合物2種。對異味有貢獻的物質主要有AITC(6.44%)、烯丙基硫氰酸酯(5.16%)、萘(0.87%)、2-甲基-萘(0.57%)。與第0d的相比，除了2-甲基-萘略有下降外，其他對異味有貢獻的物質含量均增加了，AITC增加了近5倍、烯丙基硫氰酸酯增加了10倍多、萘增加了2倍。

貯藏5d后，紫甘藍色素揮發性成分變為14種，其中醛類4種、烴類9種、含硫化合物1種，對異味有貢獻的成分主要有AITC(17.52%)、萘(0.64%)、2-甲基-萘(0.76%)，以及新產生的1，3-二甲基-萘(0.46%)。與第3d相比，除了烯丙基硫氰酸酯未檢出、萘略有下降外，主要異味成分含量又有增加。在第0d的基礎上，AITC增加了近17倍。

貯藏10d后，紫甘藍色素揮發性成分有13種，其中醛類4種、烴類8種、含硫化合物1種，對異味有貢獻的成分主要有AITC(26.2%)、萘(0.82%)、2-甲基-萘(0.62%)。與第5d的相比，主要異味成分含量繼續增加。在第0d的基礎上，AITC增加了近25倍.

貯藏15d后，紫甘藍色素揮發性成分有15種，其中醛類6種、烴類6種、含硫化合物3種，對異味有貢獻的成分主要有AITC(31.98%)、二硫化碳(11.71%)、硫脲(2.92%)、萘(1.09%)、2-甲基-萘(1.2%)。在第0d的基礎上，異味物質AITC含量增加了近31倍、萘增加了近3倍、2-甲基-萘增加了近1倍，而且產生了新成分二硫化碳和硫脲，對紫甘藍色素異味的產生均有顯著的促進作用。

2.2HPCD脫臭后紫甘藍色素貯藏過程中各種化合物的相對百分含量

如表2所示，對異味貢獻最大的含硫化合物的含量隨貯藏時間的延長呈遞增趨勢，且增加量最大，由1.48%增至46.61%，增加了近30倍。醛類物質的增加量也很大，由4.41%增至47.45%，但該類物質對紫甘藍色素的異味貢獻不大。烴類物質的含量在貯藏的過程中總體而言變化不大，均比剛處理后的含量高，對異味的形成有一定貢獻。

表2　紫甘藍色素貯藏過程中各種化合物的相對百分含量

在貯藏過程中檢出的含硫化合物有4種，包括：烯丙基硫氰酸酯、AITC、二硫化碳、硫脲。烯丙基硫氰酸酯在貯藏0d和3d時含量分別0.42%、5.16%，但之后均未檢出，可能被逐漸分解轉化為其他化合物。二硫化碳和硫脲都在貯藏15d時檢出，可能是AITC或烯丙基硫氰酸降解所致。貯藏15d后，AITC的相對含量由經HPCD剛處理后的1.06%增加到31.98%(表1)，紫甘藍色素出現了返臭現象。

在貯藏過程中檢出的烴類物質有15種，包括：萘、2-甲基-萘、3-甲基-十三烷、8-甲基-十七烷、十六烷、十三烷、1，3-二甲基-萘、十九烷、二十六烷、2，3-二甲基-十七烷、十八烷，其中飽和烷烴對紫甘藍色素異味的貢獻較小。芳香烴類物質萘、2-甲基-萘和1，3-二甲基-萘對紫甘藍色素異味變化有一定貢獻。經過15d的貯藏，萘的相對百分含量由0.29%增加至最大值1.09%，2-甲基-萘則由0.57%增加至最大值1.2%。

3結論

(1)貯藏期間對紫甘藍色素異味變化貢獻較大的化合物包括：烯丙基異硫氰酸酯(AITC)、二硫化碳、硫脲、萘、2-甲基-萘等，其中AITC是紫甘藍色素異味產生的核心物質。

(2)經過15d的貯藏，對異味貢獻最大的含硫化合物的含量隨貯藏時間的延長呈遞增趨勢，由1.48%增至46.61%，其中核心異味物質AITC由1.06%遞增至31.98%，其他異味物質的含量也不斷增加，且貯藏15d時有新異味物質二硫化碳和硫脲產生，說明貯藏過程中也存在降解。

(3)以上結果表明，紫甘藍色素經過HPCD脫臭后，在貯藏的過程中仍會出現返臭現象?！?/p>

參考文獻

[1]Downham A，Collins P.Colouring our foods in the last and next millennium[J].International Journal of Food Science and Technology，2000，35(1)：5-22.

[2]McDougall G J，Fyffe S，Dobson P，et al.Anthocyanins from red cabbage-stability to simulated gastrointestinal Digestion[J].Phytochemistry，2007，68(9)：1285-1294.

[3]徐春明，李婷，王英英，等.食用藍色素及其使用現狀研究進展[J].中國食品添加劑，2014，1：208-214.

[4]Ahmadiani N，et al.Anthocyanins contents，profiles，and color characteristics of red cabbage extracts from different cultivars and maturity stages[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2014，62(30)：7524-7531.

[5]Chandrasekhar J，et al.Extraction of anthocyanins from red cabbage and purification using Adsorption[J].Food and Bioproducts Processing，2012，90(4)：615-623.

[6]Li H，Deng Z，et al.Highly pigmented vegetables：anthocyanin compositions and their role in antioxidant Activities[J].Food Research International，2012，46(1)：250-259.

[7]Thangstad O P，et al.Immunocytochemical localization of myrosinase in Brassica napus L[J].Planta，1990，180(2)：245-248.

[8]Gerenda?s J，et al.Isothiocyanate concentration inkohlrabi(Brassica oleracea L.Var..Gongylodes) plants as influenced by sulfur and nitrogen supply[J].Agriculture and Food Chemistry，2008，56(18)：8334-8342.

[9]Liao H，Zhang F，Liao X，et al.Analysis of Escherichia coli cell damage induced by HPCD using microscopies and fluorescent staining[J].International Journal of Food Microbiology，2010，144(1)：169-176.

[10]Garcia-Gonzalez L，et al.High pressure carbon dioxide inactivation of microorganisms in Foods：the past，the present and the future[J].International Journal of Food Microbiology，2007，117(1)：1-28.

[11]Garcia-Gonzalez L，et al.Inactivation of nationally occurring microorganisms in liquid whole egg using high pressure carbon dioxide processing as an alternative to heat pasteurization[J].Supercritical Fluids，2009，51(1)：74-82.

[12]Garcia-Gonzalez L，Geeraerd A H，Elst K，et al.Influence of type of microorganism，food ingredients and food properties on high-pressure carbon dioxide inactivation of microorganisms[J].International Journal of Food Microbiology，2009，129(3)：253-263.

[13]Garcia-Gonzalez L，Geeraerd A H，Mast J，et al.Membrane permeabilization and cellular death of escherichia coli，listeria monocytogenes and saccharomyces cerevisiae as induced by high pressure carbon dioxide treatment[J].Food Microbiology，2010，27(4)：541-549.

[14]Zhenzhen X，Jihong W，Xiaosong H，et al.Extraction of anthocyanins from red cabbage using high pressure CO2[J].Bioresource Technology，2010，101(18)：7151-7157.

[15]劉鳳嬌，等.HPCD脫除紫甘藍色素中烯丙基異硫氰酸酯的工藝優化[J].高壓物理學報，2015(已錄).

[16]廖小軍，桂芬琦，胡小松，等.高密度CO2殺菌裝置：中國，200520132590.X[P].2006-12-06.

(責任編輯李燕妮)

Tracking Study on Purple Cabbage Pigment’s Return Smelly After HPCD Deodorization

LIU Feng-jiao，ZHOU Bing，ZHANG Lu-yao，LIAO Xiao-jun，HU Xiao-song，ZHANG Yan

(CollegeofFoodScienceandNutritionalEngineering，ChinaAgriculturalUniversity/NationalEngineeringResearchCenterofFruitandVegetableProcessing/KeyLaboratoryofFruitsandVegetablesProcessing，MinistryofAgriculture，Beijing100083，China)

Abstract：Purple cabbage pigment is a kind of natural edible pigment，which can be used as a good colorant in food industry.However，the odor smells always produce in its extraction process，especially the core odorous material Allyl Isothiocyanate(AITC)，which give the purple cabbage pigment bad smell，limiting its application in food industry.High pressure carbon dioxide(HPCD)is a new type technology，which can effectively remove odorous material Allyl Isothiocyanate(AITC)through a non-thermal process，but whether the purple cabbage pigment is stable without odor during storage is not sure.Purple cabbage pigment after HPCD treatment was stored at room temperature.GC-MS chromatography was used for tracing the changes of odorous materials in the purple cabbage pigment during different storage time(3 d，5 d，10 d，15 d).The result showed that there still existed return smelly phenomena in purple cabbage pigment during the period of storage，with some odorous materials reproduced or increased.After 15d of storage，the relative percentage of sulfur compounds，which contributed largest to the odor of purple cabbage pigment，were increased from 1.48% to 46.61% with the storage time extended.While the core odorous material Allyl Isothiocyanate(AITC)was increased continuously from 1.06% to 31.98%.We concluded that the quality of purple cabbage pigment during storage after HPCD deodorization couldn’t be guaranteed，and this was a serious problem to be solved in the future.

Keywords：purple cabbage pigment；high pressure carbon dioxide(HPCD)；deodorization；storage；return smelly

通訊作者：張燕(1977—)，女，博士，副教授，研究方向：非熱加工技術理論與應用研究。

作者簡介：劉鳳嬌(1991—)，女，碩士，研究方向：果蔬加工與貯藏工程。

基金項目：國家“十二五”科技支撐計劃課題(項目編號：2012BAD31B09)；北京市科技新星計劃(項目編號：Z121105002512068)。