維生素C 及衍生物的穩定性分析

陳楷文，趙立鑫，殷 欣，馮 帥，陳 鵬，程 昊，梁 麗*

（1.江南大學食品科學與資源挖掘全國重點實驗室，江蘇無錫 214122；2.江南大學食品學院，江蘇無錫 214122；3.魯維制藥集團有限公司，山東淄博 255195）

果蔬含有豐富的維生素C（Vitamin C，VC），是人體攝入維生素C 的主要來源。提高維生素C 含量能在果蔬采后貯藏中提高保鮮效果，抑制加工或運輸過程中褐變[1]。添加外源抗壞血酸通過維持細胞壁結構完整和較高的內源抗壞血酸含量，對采后獼猴桃[2]和鮮食柿果[3]有良好的保鮮作用。抗壞血酸鹽類和衍生物也能提高果蔬保鮮效果。異抗壞血酸與氯化鈣聯合能夠降低鮮切芒果的呼吸峰值，減少褐變并保持較高的類黃酮和抗壞血酸含量，提高貯藏期間鮮切芒果的品質[4]。抗壞血酸鈣能與殼寡糖共同制備鮮切果蔬涂膜保鮮劑[5]；D-異抗壞血酸鈉能夠減緩從藍莓鮮果到果醬的加工環節中抗氧化物質降解及褪色速率[6]。

由于具有2,3-烯二醇與內酯環羰基共軛結構，維生素C 容易發生氧化或水解反應而喪失活性[7-8]。目前，工業生產上通過將維生素C 衍生化以及載體化包埋等方法，提高維生素C 的穩定性。維生素C 鈉、鈣鹽是維生素C 的重要衍生物，可用作營養強化劑和護色劑[9]；包被維生素C（乙基纖維包被、脂肪包被、微膠囊包被等）是采用合適的材料或技術包裹維生素C，屏蔽其外部環境可及性；化學修飾的維生素C 衍生物，如維生素C 磷酸酯、維生素C 脂肪酸酯和維生素C 脂肪醚等，通常將維生素C易被氧化的第2、3 位基團轉化為穩定基團，能在一定程度上改善維生素C 的脂溶性和穩定性[10-11]。

在果蔬采后貯藏、加工過程中，pH 變化、高溫、氧氣、光照、水分、輻射和過渡金屬離子等會使維生素C 氧化降解，影響產品的營養價值和品質[12]。本研究比較了市場上八種常見的維生素C 原料的理化性質，包括維生素C（VC）、更細膩的100 目維生素C（100 目VC）、包被維生素C（復配維生素C（Compounded VC，CVC）和96%顆粒維生素C（96%顆粒VC））、維生素C 鹽（維生素C 鈉（VC-Na）、維生素C 鈣（VC-Ca）和復配維生素C 鈉（CVC-Na））、乙基醚維生素C（乙基醚VC）。通過測定不同維生素C 原料溶液的pH，并比較它們的氧氣、光照、熱和儲藏穩定性，為果蔬保鮮和提高產品中維生素C 穩定性合理選擇外源性維生素C 提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

維生素C、100 目維生素C、復配維生素C、96%顆粒維生素C、維生素C 鈉、維生素C 鈣、復配維生素C 鈉，山東魯維制藥集團有限公司產品，純度均為98.0%。

乙基醚維生素C，山東濟南永揚藥業有限公司產品，純度為99.9%。實驗用水為超純水。

1.2 儀器與設備

EX125DZH 電子精密天平，奧豪斯儀器常州有限公司；AL204 分析天平、pH 計EF20，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；IKA RO10 S025 磁力攪拌器，德國IKA 公司；MX-S 混勻儀，美國賽洛捷克公司；HS-800D 恒溫水浴槽，中國太倉華利達公司；UV-1800 紫外－可見分光光度計，島津儀器蘇州有限公司；JK-CI-250CA 恒溫培養箱，上海精學科學儀器有限公司；Eppendorf 5804R 離心機，艾本德中國有限公司；ZF-7A 便攜式紫外燈（波長365 nm，功率8 W），上海光豪分析儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 pH 測定

準確稱取一定質量的樣品粉末，溶于超純水中，配制1 mg/mL 的8 種維生素C 原料溶液。于室溫下（25 ℃），使用pH 計測定維生素C 及其衍生物水溶液的pH 值。

1.3.2 維生素C 及衍生物的光穩定性

配制1 mg/mL 的8 種維生素C 原料溶液，取4 mL 樣品密封于5 mL 離心管中，分別置于正常光照、避光、紫外UV（Ultraviolet,UV）輻照環境中。對于紫外輻照，樣品試管與紫外燈的距離為10 cm，采用波長為365 nm、功率為8 W紫外燈輻照6 h，在0、0.5、1、2、4、6 h 開蓋并晃動1 min，取樣并稀釋至10 μg/mL。使用UV-1800 紫外－可見分光光度計掃描200～400 nm 的吸收光譜，根據公式（1）計算保留率。

式中，As 為正常光照、避光、UV 輻照后最大吸收峰值；Ac 為初始最大吸收峰值；Aw 為超純水的吸光值。

1.3.3 空氣對維生素C 穩定性的影響

配制1 mg/mL 的維生素C 溶液，取3 mL 樣品密封于10 mL 離心管中，在4、25、50、70、90 ℃溫度中孵育6 h 取樣；或在0.5、1、2、4、6 h 分別開蓋晃動1 min，取樣并稀釋至10 μg/mL，使用UV-1800 紫外－可見分光光度計掃描200～400 nm 的吸收光譜。

1.3.4 維生素C 及衍生物的熱穩定性

將1 mg/mL 的8 種維生素C 原料溶液密于封離心管中，分別置于4、25、50、70、90 ℃溫度中孵育，于0、0.5、1、2、4、6、12、24 h 開蓋，晃動1 min，取樣，掃描200～500 nm的吸收光譜，根據最大吸收峰值，計算保留率。

1.3.5 維生素C 及衍生物的貯藏穩定性

配制1 mg/mL 的維生素C 原料溶液，取3 mL 樣品密封于10 mL 離心管中，分別置于25 ℃和45 ℃恒溫培養箱，于0、1、3、5、7、10、15 d 時取樣，每次取樣后均開蓋晃動1 min，掃描200～500 nm 的吸收光譜，根據最大吸收峰值，計算保留率。

1.4 統計分析

所有實驗重復至少3 次，實驗數據采用SPSS 20.0 軟件進行統計分析，采用Duncan 法對實驗數據進行單因素方差分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 維生素C 及衍生物溶液的pH

如表1 所示，維生素C、100 目維生素C、復配維生素C 和96%顆粒維生素C 溶液的pH 均在3.32～3.41 范圍內。這是由于維生素C 具有2,3-烯二醇與內酯環羰基共軛結構，C3 位稀醇式羥基極易電離出H+，故具有酸性；與維生素C 溶液相比，維生素C 鹽類（維生素C 鈣、維生素C 鈉和復配維生素C 鈉）的羥基氫被Na+、Ca2+取代，解離出的H+減少，水溶液pH 顯著增加（P＜0.05），在6.16～6.31 范圍。乙基醚維生素C，是由乙基取代維生素C 第3 位羥基制得，相比維生素C 可解離的H+減少，水溶液pH 增加至4.44，變化顯著（P＜0.05），但低于維生素C 鹽溶液。

2.2 維生素C 及衍生物溶液的光穩定性

如圖1 所示，VC、100 目VC、CVC 和96%顆粒VC 的吸收光譜發生重疊，最大吸收峰為260 nm；乙基醚VC 的最大吸收峰藍移至244 nm，且吸光值更低；VC-Ca、VC-Na 和CVC-Na 的最大吸收峰則為265 nm，且具有更高的吸光值。由于VC 的最大吸收峰與烯醇氧的孤對電子有關，當pH 升高時，H+與烯醇氧的孤對電子結合形成的氫鍵被破壞，最大吸收峰波長會發生明顯的紅移[13]。

圖1 維生素C 及其衍生物(10 μg/mL)的紫外-可見吸收光譜Fig.1 UV-Vis absorption spectrum of vitamin C and its derivatives (10 μg/mL)

光照和UV 光照射能夠引發自由基的產生，在復合維生素（抗壞血酸含量564 mg/g）中VC 發生光氧化反應，降低其保留率[14]。為模擬食品加工中的紫外滅菌環節，應考察紫外光和日光對VC 及其衍生物的光穩定性[15]。如圖2 所示，在UV 輻照6 h 后VC-Na 的保留率為92%，在避光、日光照射條件下其保留率為97%；VC 及其它衍生物在避光、日光照射和UV 輻照條件下放置6 h后未發生明顯的降解，保留率均在95%以上。這些結果表明光照對VC 及其衍生物穩定性的影響較小。這與王海佳[16]對鮮榨橘汁中VC 的研究結果相似，在常溫避光和光照保存3 h 后吸光度分別減少38%和40%。

圖2 在避光、日光照射和UV 輻照處理6 h 后VC 及其衍生物的保留率Fig.2 Retention of VC and its derivatives after storage for 6 h under light-free,solar exposure and UV radiation

2.3 維生素C 及衍生物溶液的熱穩定性和儲藏穩定性

2.3.1 空氣對維生素C 及衍生物穩定性的影響

VC 的降解反應可能受到如溶解氧、pH、溫度等因素的影響，導致降解過程和產物的差異[15-16]。根據是否以脫氫抗壞血酸為中間體，VC 降解分為好氧氧化和無氧降解兩個途徑[17]。如圖3a 所示，在不同溫度下密封孵育6 h，VC 的紫外-可見吸收光譜圖未發生顯著變化，說明VC是穩定的。Aifata 等[18]研究殺菌對VC 的影響，在無氧條件下（緩沖液pH 為3.5）95 ℃和105 ℃處理后分別僅有8%和18%維生素C 降解。

圖3 不同溫度時密封6 h（a）和間隔開蓋晃動1 min 至6 h（b）后VC 的吸收光譜Fig.3 Absorption spectra of VC solution sealed for 6 h(a)and open and shaking for 1 min up to 6 h(b)

圖3b 顯示，當在孵育過程中，間隔開蓋并晃動，使樣品與空氣接觸時即有氧條件下，在4 ℃和25 ℃下孵育6 h，VC 的紫外-可見吸收光譜未發生顯著變化，表明該條件下維生素C 仍是穩定的。但是，隨著溫度的升高，VC 最大吸光值顯著降低。在90℃條件下，VC 的吸光值從初始的0.795 降低至0.617，且吸收峰從260 nm 紅移至262 nm，表明氧氣和溫度是引起維生素C 降解的關鍵因素。Herbig等[19]通過比較試管的填充體積，發現在60～80 ℃范圍有氧條件下，好氧和無氧氧化降解同時進行，但好氧降解速率遠高于厭氧降解速率，氧可及性越高，維生素C 降解率越快。橙汁和藍莓汁中VC 快速損失與容器頂部空間和果汁中最初存在的氧氣量密切相關[20-21]。因此，氧氣的快速去除是長時間維持高濃度VC 的一個重要因素。基于圖3 的結果，為進一步比較VC 及衍生物的熱和儲藏穩定性差異，后續實驗均在有氧條件下進行。

2.3.2 維生素C 及衍生物的熱穩定性

如圖4（見下頁）所示，所有VC 原料在4 ℃均有良好的穩定性，VC 和VC-Ca 在25 ℃和4 ℃具有相似的穩定性，乙基醚VC 在50 ℃、25 ℃和4 ℃具有相似的穩定性。隨著溫度升高，VC 及衍生物均出現明顯的降解趨勢，它們的降解速率也隨著溫度的升高而加快。對比8 種維生素C 原料的熱穩定性，根據降解速度由快到慢可大致分為三組：（Ⅰ）VC-Na、VC-Ca、CVC-Na；（Ⅱ）VC、100 目VC、CVC、96%顆粒VC；（Ⅲ）乙基醚VC。（Ⅰ）組VC-Na和CVC-Na 在25 ℃下發生了顯著降解，24 h 后它們的保留率分別為61.3%和65.9%。在90 ℃下儲存12 h，VC-Na和VC-Ca 幾乎全部降解，CVC-N 在24 h 降解完全。（Ⅱ）組VC 在50 ℃時具有最低的熱穩定性，加熱處理24 h 后保留率為40.3%，低于100 目VC 的62.6%、CVC 的58.0%和96%顆粒VC 的68.3%。這也說明維生素C 對溫度敏感，降解速率隨著溫度升高而加快。類似地，在60 ℃、80 ℃和100 ℃加熱20 min 后，鮮蔬菜水果樣品中維生素C 的損失分別為20.2%、31.3%和38.5%[22]。也有學者發現，樹蕃茄汁中的VC 含量會隨加熱溫度（70 ℃、80 ℃和90 ℃）的升高和加熱時間的延長而顯著降低，且降解符合一級動力學[23]。（Ⅲ）組乙基醚VC 在70 ℃和90 ℃處理下發生降解，24 h 后其保留率分別為66.9%和44.5%，遠高于維生素C 的23.2%和19.5%。

圖4 VC 及其衍生物在不同溫度下的保留率Fig.4 Retention of VC and its derivatives at different temperatures

2.3.3 維生素C 及衍生物溶液的儲藏穩定性

如圖5 所示，將8 種VC 原料分別于25 ℃和45 ℃存放15 d，45 ℃貯藏結果與上述熱穩定性（圖4）表現相似。VC-Na、VC-Ca、CVC-Na 的保留率在第10 天就接近完全降解；VC、100 目VC、CVC、96%顆粒VC 的保留率在前10 d 快速降低至18.2%～24.6%，隨后緩慢降低，在15 d達到14.2%～18.3%；乙基醚VC 的保留率在儲藏過程中始終保持在90%以上。對于VC 鹽，在儲藏10 d 內VC-Ca 的穩定性高于VC-Na 和CVC-Na。25 ℃貯藏條件下，乙基醚VC 同樣最穩定，保留率為97.4%；但VC 及其鹽類具有相似的降解情況，其中，VC 鈉降解速率最高，15 d 后保留率為38.7%。

圖5 在25 ℃（a）和45 ℃（b）儲藏過程中VC 及其衍生物保留率Fig.5 Storage stability of VC and its derivatives at 25 ℃(a)and 45 ℃(b)

VC-Na 和VC-Ca 在較高溫度和有氧下迅速降解（圖4 和圖5），這可能是由于在弱酸性水溶液中，取代烯醇羥基氫原子的金屬鹽離子易解離，環上第三位的羥基活潑氧原子被暴露出來，更易生成脫氫抗壞血酸而開環降解[24]。如表1 所示，與VC-Na 和VC-Ca 溶液的pH 相比，VC 體系pH 低于pKa1=4.2，環境中的H+能夠抑制脫氫抗壞血酸的生成，VC 以較為穩定的質子化的形式為主[24-25]，因而在高溫時VC 是更穩定的（圖5b）。然而，CVC和96%顆粒VC 的儲藏穩定性與維生素C 區別不大。乙基醚VC 具有最好的熱穩定性和儲藏穩定性（圖4 和圖5），與金抒等[26]研究類似，即在60 ℃存放6 周后，乙基醚VC 水溶液中的保存率為95.5%。在乙基醚VC 的化學結構中，VC 第3 位的羥基被取代為醚鍵，使烯醇羥基不易被氧化[27]。然而，維生素C 內酯環上的雙鍵及氫原子轉移對其清除自由基活性至關重要[28]，乙基醚VC 在提高穩定性的同時可能會影響抗氧化活性。

3 結論

當濃度為1 mg/mL 時，VC、100 目VC、CVC 和96%顆 粒VC 溶 液 的pH 均 在3.32～3.41 范 圍，VC-Na、VC-Ca、CVC-Na 溶液pH 在6.16～6.31 范圍，乙基醚VC溶液pH 為4.44。8 種維生素C 原料在避光、日光照射和UV 輻照6 h 均是穩定的，在4～90 ℃密封6 h 也是穩定的，但高溫下與空氣接觸會增加它們的降解。在45 ℃加速儲藏條件下，維生素C 鹽在10 d 后降解完全，VC、100目VC、CVC、96%顆粒VC 在15 d 保留率降至14.2%～18.3%，乙基醚VC 在15 d 的保留率仍為92.6%。本試驗結果為合理選用VC 及其衍生物，減少果蔬原料及其產品在貯藏和加工過程中的VC 損耗提供了理論依據。