pH對藍莓果化學組分影響研究

劉 亞,呂兆林,柳 梅,陶 翠,潘 月

(1.北京林業大學生物科學與技術學院,北京 100083;2.北京林業大學分析檢測中心,北京 100083)

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pH對藍莓果化學組分影響研究

劉 亞1,呂兆林2,*,柳 梅1,陶 翠1,潘 月1

(1.北京林業大學生物科學與技術學院,北京 100083;2.北京林業大學分析檢測中心,北京 100083)

本實驗以藍莓果為原材料,采用GC-MS柱前衍生化法對藍莓果提取液中的化學組分進行動態監控,并探究pH3.0～9.0對其的影響。結果表明:藍莓果提取液中共鑒定出39種化合物,包括糖類、酸類、醇類、酯類和酮類五大類,其中糖類、酸類和酯類化合物總含量隨著pH由酸性變為堿性呈減少的趨勢,而醇類化合物的總含量和肌醇單酮含量呈增多的趨勢,并且發現在pH7.0～9.0 產生了新物質阿拉伯呱喃糖,其含量隨pH升高逐漸增大;通過對藍莓果提取物中含量較高的糖類化合物和酸類化合物進行動態監控,發現酸類化合物隨著pH由酸性到堿性含量呈減少的趨勢,而葡萄糖和阿拉伯呱喃糖隨著pH的增大含量呈增多的趨勢。實驗結果對于藍莓資源受pH影響的深加工技術提供一定的理論依據。

藍莓提取物,化學組分,pH,GC-MS柱前衍生化

藍莓為杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬(Vaccinium. spp)的一種多年生的常綠灌木植物[1],種植面積廣,在我國主要分布東北的長白山區和大興安嶺山區[2]。藍莓果是世界上罕見的藍色食物且含有豐富的植物營養素[3-4],尤其是藍莓中含有豐富的花青素,花青素不僅對身體有多種益處,例如可以預防心臟病,抗糖尿病,抗癌和抗炎活性等[5-7],而且與其他的多酚類物質一樣具有很強的抗氧化作用[8-9]。

藍莓果實中除了含有花青素外還有多種具有特殊功效的化合物。比如其中糖類物質具有較高的抗氧化、抑菌作用[10-11];Bere[12]發現藍莓含有人體必需脂肪酸亞麻油酸;酚酸類物質具有抗氧化等藥理活性和藥用價值,與人體健康密切相關[13-14];黃酮類物質具有較強的抗氧化活性、抗腫瘤、調節機體免疫炎癥等功效,還能夠軟化血管,保護心血管系統[15-16];藍莓果實中還含有豐富的維生素和礦物質元素,具有預防血栓、動脈硬化、抗癌、預防白內障等保健功效,為此,藍莓被聯合國糧農組織列為了人類五大健康食品之一[17]。

藍莓果化學組分容易受多種因素的影響,pH是其中影響較顯著的因素,目前很多人研究了pH在不同的酸堿性條件下對藍莓果提取物中花青素穩定性的影響[18-20],但很少有人深入研究過pH對藍莓果提取物中其它化合物如糖類、酸類、酮類、酯類等化合物的影響。通常是通過不同提取技術得到花青素,而使得其剩余的藍莓果物料的其它功能性成分未能得到有效利用。為了進一步研究pH對藍莓中除花青素以外的化學組分的影響,本實驗以燦爛藍莓(Britewell)為原料,首先將藍莓提取物進行制備,然后采用GC-MS柱前衍生化法對提取液中以糖類和酸類為主的化學組分進行鑒定,然后去探究在不同pH條件下這些化學組分的變化。該方法對于藍莓果化學組分信息的獲取具有快速、簡便的特點,所得化合物相關信息對于藍莓資源更廣泛的加工利用提供一定的數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

藍莓果 燦爛,中國江蘇省揚州;衍生化試劑BSTFA含1% DMCS 上海安普儀器試劑公司;吡啶,六甲基二硅胺烷、三甲基氯硅烷、鹽酸羥胺、三氟乙酸均為分析純試劑。

GC/MS-QP2010 Ultra氣質聯用儀 日本島津公司;旋轉蒸發儀 北京萊伯泰科儀器公司;萬分之一天平 Sartorious。

1.2 實驗方法

1.2.1 藍莓果提取液制備 首先將藍莓果室溫下解凍,用超純水洗凈,稱取約10.0 g藍莓鮮果至研缽中研磨,然后將其移至錐形瓶中,并加入甲醇水溶液 150 mL進行提取,室溫下搖床上避光振蕩5 h,離心10 min,取上清液,該提取過程重復3次;合并上清液,用旋轉蒸發儀在常溫下濃縮樣品,最后用不同的pH緩沖溶液(pH3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0)定容至250 mL,備用[18-19,21]。

1.2.2 不同pH條件下的藍莓提取液柱前衍生化 藍莓提取液中的糖類、酸類等組分屬于大分子、高沸點物質,不利于直接進氣質測試,所以進行柱前衍生化降低其沸點。將1 mL提取液置于安培瓶中,氮氣吹除掉甲醇,加入1 mL BSTFA試劑,將安培瓶口封好。放入烘箱中100 ℃加熱1 h,冷卻至室溫,得到衍生化樣品溶液,待測試[22-25]。

1.2.3 氣相色譜-質譜聯用儀工作條件 日本島津GC/MS-QP2010A氣質聯用儀。進樣口溫度280 ℃;分流比10∶1;程序升溫柱溫設置:柱初溫50 ℃,升溫速率6 ℃/min,升至250 ℃,繼續升溫,速率15 ℃/min,升至280 ℃,保持時間不少于10 min;接口溫度250 ℃;電子轟擊能量70 eV,倍增器電壓0.8 kV;質量掃描范圍 50～500 m/z;進樣量為1 μL,利用NIST11庫檢索圖譜和人工圖譜解析確定化合物結構。

2 結果與討論

2.1 GC-MS分析藍莓果提取液中組分

由表1可知,藍莓果提取液中鑒定出41種化合物,包括糖類、酸類、醇類、酯類和酮類化合物為主,其中,糖類化合物種類最多(18種),含量最高(44.81%),其中D-半乳糖、D-山梨糖和L(-)-甘露糖含量較多,分別為12.67%、10.57%和7.98%;酸類化合物有12種,含量達到了3.17%,其中硬脂酸的含量居高,能達到1.36%,占據了酸類化合物的一半;醇類化合物有5種,含量達到1.49%;酯類化合物有5種,總含量為2.87%;酮類化合物只檢測出肌醇單酮,含量較少,只有0.13%。

表1 藍莓果提取液組分鑒定結果Table 1 Identification result of blueberry fruit extraction

表2 不同pH藍莓提取液中各類化合物總相對含量Table 2 Total relative content of various compounds in blueberry extraction under different pH

注:數值用平均值±標準偏差表示;同行不同字母表示差異顯著性(p<0.05)。

2.2 不同pH的藍莓提取液中以糖類、酸類為主的組分變化

如表2所示,糖類、酸類、醇類、酯類和酮類化合物的總相對含量在不同pH條件下有顯著性差異(p<0.05),說明pH對其有顯著性的影響。藍莓果提取液中各類化合物總含量隨著pH的增大呈現不一樣的變化趨勢,其中糖類、酸類和酯類化合物隨著pH由酸性變為堿性,其含量呈減少的趨勢;而醇類化合物和酮類化合物總含量呈增多的趨勢。說明低pH有利于糖類、酸類和酯類化合物的保存,而醇類和酮類化合物具有耐堿性,可能是因為醇類化合物含有羥基,酮類化合物含有酮式羰基,第一位上的氧原子具堿性,能與強酸成鹽。

本實驗選取了藍莓提取液中六種含量較高的糖類化合物的代表物質進行研究如圖1,這六種化合物分別是D-半乳糖、D-山梨糖、果糖、L(-)-甘露糖、葡萄糖和阿拉伯呱喃糖。由圖1可知,除了L(-)-甘露糖的相對含量在pH4.0和pH5.0時不存在顯著性差異,其它糖類的含量都隨著pH的變化存在顯著性差異(p<0.05),說明pH對其有顯著性的影響。其中D-半乳糖、D-山梨糖、果糖和L(-)-甘露糖隨著pH的增大,含量呈減少的趨勢,與糖類化合物總含量變化趨勢相吻合。而葡萄糖含量隨著pH由酸性到堿性呈增多的趨勢,阿拉伯呱喃糖在pH7.0時檢測出,而且隨著pH的增大阿拉伯呱喃糖的含量呈增多的趨勢,在pH9.0時含量高達17.9%。

圖1 六種典型糖類化合物在pH3.0～9.0的變化趨勢圖Fig.1 The change trend of six kinds of typical sugar compounds at pH3.0～9.0注：不同字母表示差異顯著性(p<0.05)，圖2同。

本實驗選取了藍莓提取液中三種含量較高的酸類化合物的代表物質進行研究如圖2,三種含量較多的酸類化合物分別為亞甲基丁二酸、硬脂酸和棕櫚酸。由圖2可以看出,亞甲基丁二酸的相對含量除了在pH8.0和pH9.0的條件下沒有顯著性差異,在其它pH條件下都存在顯著性差異,且隨著pH的增大含量呈現下降的趨勢,說明pH在3.0～7.0的條件下對于亞甲基丁二酸有顯著性的影響(p<0.05);硬脂酸的相對含量除了在pH6.0和pH7.0的條件下沒有顯著性差異,在其它pH條件下都存在顯著性差異,并且其相對含量隨著pH的增大在降低,說明pH在酸性和堿性的條件下對于硬脂酸有顯著性的影響(p<0.05);棕櫚酸在pH4.0,5.0,7.0差異不顯著,并且棕櫚酸的相對含量隨著pH的增大變化比較小,說明pH對其影響不大(p<0.05)。整體來看,三種酸類化合相對含量的變化與酸類化合物總含量變化趨勢相吻合。

圖2 三種典型酸類化合物在pH3.0～9.0的變化趨勢圖Fig.2 The change trend of three kinds of typical acid compounds at pH3.0～9.0

3 結論

本實驗通過氣質聯用技術鑒定出藍莓果提取液中的39種化合物,包括糖類、酸類、醇類、酯類和酮類五大類,不僅討論了pH對這五大類化合物的影響,同時深入研究了pH對于含量較高的六種糖類和三種酸類的影響。實驗表明,各類化合物總含量隨著pH的增大呈現不一樣的變化趨勢,其中糖類、酸類和酯類化合物隨著pH由酸性變為堿性總含量呈減少的趨勢,而醇類化合物的總含量和肌醇單酮含量呈增多的趨勢。本實驗對于藍莓果化學組分信息的獲取具有快速、簡便的特點,所得化合物相關信息可為藍莓資源更廣泛的加工利用提供一定理論依據。

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Effect of pH on chemical composition of blueberry fruit

LIU Ya1,LV Zhao-lin2,*,LIU Mei1,TAO Cui1,PAN Yue1

(1.College of Biological Sciences and Biotechnology,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China;2.Analysis and Testing Center,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China)

In this experiment,blueberry was used as experimental material. Dynamic monitoring of the chemical group in blueberry fruit extract was implemented by GC-MS pre-column derivatization method and the effect of pH(3.0～9.0)on the chemical composition of blueberry were investigated. The experimental results were as follows:39 compounds in blueberry fruit extraction were identified,including sugars,acids,alcohols,esters and ketones five categories. The total content of sugars,acids and esters showed a decreasing trend with pH from acid to alkaline,but the total content of alcohols and inosose showed a increasing trend. Moreover,we found a new material namely arabinopyranose which was gradually decreasing with the increase of pH in pH7.0～9.0. By dynamic monitoring the high content of saccharides and acid compounds of blueberry extract,we found that saccharides with the pH from acidic to alkaline,while glucose and arabinopyranose showed a increasing trend with the pH increase. The experimental results provide a theoretical basis for the deep processing technology of blueberry resources affected by pH.

blueberry extract;chemical composition;pH;GC-MS pre-column derivatization

2016-11-18

劉亞(1993-)，女，碩士，研究方向：天然產物的分離與加工利用，E-mail:1643854627@qq.com。

*通訊作者:呂兆林(1971-)，女，博士，副教授，研究方向：天然產物的分離與加工利用，E-mail:zhaolinlv@bjfu.edu.cn。

北京林業大學科學技術研究項目(2015-01)；國家科技支撐計劃課題(2015BAD16B01)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)11-0088-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.008