謝惠敏，畢金峰，劉 璇，姜溪雨，劉嘉寧

（中國農業(yè)科學院農產品加工研究所/農業(yè)農村部農產品加工重點實驗室 北京 100193）

水果及蔬菜可提供人體所必需的多種營養(yǎng)成分，如膳食纖維、維生素、碳水化合物及礦物質等[1]。果蔬汁是由新鮮或冷藏的果蔬原料通過榨取直接制成的汁液[2]，其風味最為接近果蔬本身，營養(yǎng)更是結合果蔬原料各自的營養(yǎng)成分，具有“液體果蔬”之稱[3]，尤其是由多種果蔬原料加工而成的復合果蔬汁，富含多種營養(yǎng)功能成分，如花色苷和類胡蘿卜素等?；ㄉ占邦惡}卜素是果蔬中含量較多的天然植物化合物，這兩類營養(yǎng)因子具有多種功能活性，如花色苷具有抗氧化活性、增強機體免疫力、改善視力、抗輻射等[4]功能，類胡蘿卜素能夠降低致癌、心血管疾病及視力相關功能障礙等風險[5]，因此越來越受到人們的關注。目前，市場上出現(xiàn)大量以花色苷及類胡蘿卜素為主要功能成分的復合果蔬汁，如番茄-草莓復合果蔬汁、以接骨木莓-胡蘿卜為主的復合果蔬汁等。此類產品的復配方案主要以產品口感及外觀品質為主，然而，關于這兩類天然營養(yǎng)物質復合對各自物化特性及穩(wěn)定性的影響尚未見報道。此外，富含花色苷及類胡蘿卜素的果蔬汁加工及貯藏中易因花色苷和類胡蘿卜素降解而導致褐變等問題，進而影響產品的感官品質及生理活性功能?；ㄉ占邦惡}卜素的穩(wěn)定性是復合果蔬汁加工中，尤其是熱處理過程中的一個重要問題。另外，在產品貯藏及售賣過程，光照也會對這兩類色素穩(wěn)定性產生影響。因此，明確復合汁體系中花色苷及類胡蘿卜素的光、熱降解規(guī)律，對于控制產品品質具有重要意義。

基于果蔬汁物化特性及主要物質成分，如pH值、糖類及金屬離子等，是影響花色苷及類胡蘿卜素穩(wěn)定性的重要因素。其中，花色苷色澤及結構受pH 值影響較大。糖類不僅是果蔬原料的重要組成成分之一，也是果蔬汁飲料加工中重要的口味調節(jié)劑，因此研究不同糖種類及濃度對花色苷及類胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響十分重要。此外，果蔬汁為礦物質強化的良好載體，其中，對人體有利的Ca2+、Fe3+對其穩(wěn)定性的影響，對于復合果蔬汁的開發(fā)也十分重要。

基于上述對果蔬汁中C3G 及β-胡蘿卜素穩(wěn)定性可能產生影響的重要因素，構建相應的模擬體系來研究其物化穩(wěn)定性，有利于揭示不同營養(yǎng)因素對花色苷及類胡蘿卜素在果蔬汁體系中物化穩(wěn)定性的影響，為富含這兩類營養(yǎng)因子的果蔬汁產品的復配方案及加工提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、設備與儀器

黑米花色苷提取物（純度30%），購自寶雞森瑞物化工有限公司；XAD-1600N 大孔吸附樹脂，北京綠百草科技發(fā)展有限公司；β-胡蘿卜素（純度＞97%），C3G 標準品，β-胡蘿卜素（β-carotene）標準品購自美國Sigma 公司；甲醇、無水乙酸鈉、蔗糖、果糖、葡萄糖，均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司；色譜級甲醇，色譜級乙腈，購自Fisher。

電熱恒溫水浴鍋，上海精宏儀器設備公司；SB25-12DTN 超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司；Centrifuge 5804R，德國Eppendorf公司；N-EVAP 氮吹儀，美國Organomation 公司；T25 ultra turrax 分散機，德國IKA 公司；RE-3000旋轉蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；高效液相色譜儀（Waters 1525 溶劑輸送系統(tǒng)和Waters 2489 紫外/可見光檢測器，Waters 公司；Q-SUN Xe-1-B氘燈老化箱，美國Q-lab 公司；Spark 多功能酶標儀，瑞士Tecan 公司；CM-5 色澤測定儀，日本Konica Minolta 公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 純化花色苷 參照郝婧瑋等[6]方法，對所購的黑米花色苷進行提取、純化，并對純化后的C3G進行液相檢測，液相結果顯示C3G 峰面積占98%以上。

1.2.2 β-胡蘿卜素濃縮儲備液的制備 將β-胡蘿卜素以1 ∶4（m/V）的比例溶解在乙酸鈉緩沖溶液（0.2 mol/L，pH 6.0）中，在55 ℃水浴條件下，使用分散機以14 000 r/min 的轉速分散40 min，即得β-胡蘿卜素濃縮儲備液。

1.2.3 復合果蔬汁模擬體系的制備 為了研究復合果蔬汁中共存的花色苷與類胡蘿卜素對果蔬汁食用及營養(yǎng)品質的影響，選定自然界中分布最廣、含量最多的花色苷及類胡蘿卜素——矢車菊素-3-O-葡萄糖苷（C3G）及β-胡蘿卜素作為研究對象，選定糖類及金屬離子作為果蔬汁的物質組分，在不同pH 值條件下，以模擬不同酸堿度的果蔬汁，自制了以C3G 與β-胡蘿卜素為核心的果蔬汁液態(tài)模擬體系。其中，C3G 與β-胡蘿卜素濃度的設置參照市面上復合果蔬汁常見水平，糖的種類、含量及pH 值根據(jù)市面上果蔬汁產品中的糖種類及含量（蔗糖、葡萄糖和果糖；5%、12%）與pH 值（pH 2.0、pH 3.5、pH 6.0）設定，離子濃度也是根據(jù)市面上果蔬汁產品濃度而設定，分別為0.1，0.3，1 mmol/L。

1.2.4 熱穩(wěn)定性試驗 根據(jù)果汁加工中的溫度，樣品選擇50，70，90 ℃溫度條件下均勻加熱，每隔40 min 取樣檢測。具體方法如下，樣品每3 mL 分裝在密封的PE 管中，在設定的溫度下恒溫水浴。在水浴時要注意不斷搖勻，保證受熱均勻。樣品在熱處理后應盡快轉移進行冰浴，冰浴后，將樣品置于-20 ℃條件下冷藏備用。

1.2.5 光照穩(wěn)定性試驗 將樣品分別置于光照箱中光照，每隔2 h 取樣檢查花色苷和類胡蘿卜素的含量變化。樣品在處理后應盡快轉移進行冰浴，冰浴后，將樣品置于-20 ℃保存以進一步分析。

1.2.6 表觀色澤的測定 利用色彩色差計，以儀器白板色澤為標準，依HunterLAB 表色系統(tǒng)測量樣品的明度指數(shù)L*、彩度指數(shù)a*和b*。根據(jù)L*、a*和b*值計算總色差（ΔE），計算公式如下：

1.2.7 花色苷含量的測定 模擬果蔬汁溶液用0.22 μm 微孔濾膜過濾后裝入液相瓶中。采用高效液相色譜法，反相C18 柱加可見光檢測器。流動相A：1%甲酸水溶液，流動相B：1%甲酸乙腈進行梯度洗脫，洗脫程序為0～2 min，92%～88%，0～2 min，92%～88% A，2～5 min，88%～82% A，5～10 min，82%～80% A，10～12 min，80%～75% A，12～15 min，75%～70% A，15～18 min，70%～55% A，18～20 min，55%～20% A，20～22 min，20%～92% A，22～30 min，92%～22% A；流速為1 mL/min，檢測波長為515 nm，進樣量為10 μL，柱溫30 ℃。

1.2.8 β-胡蘿卜素提取與測定 β-胡蘿卜素的提取參照Knockaert 等[7]方法稍作修改。取1 mL 樣品，加入乙醇和正己烷（體積比為1∶2）的混合液，振蕩，取上層萃取液。對樣品重復萃取3 次，合并上層萃取液，并于10 mL 容量瓶中定容，測其在450 nm 處的吸光度。根據(jù)β-胡蘿卜素標準曲線計算出β-胡蘿卜素含量。

1.2.9 可見光譜檢測 模擬果蔬汁溶液在300～700 nm 可見光范圍內進行掃描，得到光譜圖，分析樣品在反應前后在最大波長處的吸收情況，及最大波長有無改變。其中，將不同pH 值體系樣品分別用相對應pH 值的緩沖溶液進行適當稀釋，然后進行紫外-可見光進行掃描。

1.2.10 降解動力學及熱力學分析 大多數(shù)研究表明，花色苷及類胡蘿卜素降解遵循一級反應動力學模型[8-10]，假設復合果蔬汁模擬體系中的C3G與β-胡蘿卜素的熱降解也符合一級降解動力學，其降解動力學參數(shù)（速率常數(shù)k 和半衰期t1/2）和熱力學參數(shù)（活化能Ea，焓變ΔH，吉布斯自由能ΔG及熵變ΔS）可采用下面公式計算得出：

表1 降解動力學及熱力學參數(shù)計算公式Table 1 Calculation formula of degradation kinetics and thermodynamic parameters

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS21.0 進行Duncan's 檢驗的差異顯著性分析及Pearson 相關性分析，P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著；圖表由Origin 軟件繪制；數(shù)據(jù)均以平均值±標準差來表示。

2 結果與分析

2.1 復合模擬體系表觀色澤

C3G、β-胡蘿卜素及C3G-β-胡蘿卜素復合模擬體系色澤由圖1 及表2 所示。由圖1 可知，在當前濃度條件下，復合模擬體系呈現(xiàn)出以C3G 為主的紫紅色，β-胡蘿卜素對復合模擬體系色澤影響較小。

圖1 C3G、β-胡蘿卜素及復合模擬體系表觀色澤和仿真色塊Fig.1 Apparent color and color swatches of C3G，β-carotene and their complex simulated system

表2 C3G、β-胡蘿卜素及復合體系表觀色澤Table 2 Color parameters of C3G，β-carotene and their complex simulated system

2.2 不同pH 值及離子對復合模擬體系光譜特性的影響

2.2.1 不同pH 值對復合模擬體系光譜特性的影響 不同pH 值的模擬體系的吸收光譜如圖2 所示。從圖中可觀察到在350 nm 處附近觀察到β-胡蘿卜素的特征吸收峰[11]，但是信號較弱，可能的原因是β-胡蘿卜素在緩沖液中溶解度較低或在目前試驗條件下濃度較低。

圖2 不同pH 值復合模擬體系的紫外-可見光譜Fig.2 UV-Vis spectra of different pH simulated systems

不同pH 值條件下，體系在530～580 nm 范圍內出現(xiàn)特征吸收峰，符合花色苷類物質的2-苯基苯并吡喃母環(huán)的特征吸收波長范圍。當pH 值從2.0 增大至3.5 時，體系的顏色從粉紅色變成淺粉色，其最大吸收波長幾乎無變化，但吸光度值急劇下降；當pH 值從3.5 提高至6.0 時，體系色澤由淺粉色轉變?yōu)樽仙椅詹ㄩL紅移，吸光度繼續(xù)下降。這主要是花色苷結構受酸堿條件影響較大的原因。一般來說，在不同pH 值的水溶液中，花色苷存在4 種分子結構的平衡，包括紅色黃酮陽離子（Flavylium，AH+），無色的甲醇假堿（Carbinol Pseudo-base，B），藍紫色醌型堿（Quinoidal Base，A）和無色査爾酮（Chalcone，C）。當體系pH 值較小時，花色苷主要以紅色黃酮陽離子（AH+）的形式存在，體系呈粉紅色，隨著pH 值增大，水分子親核攻擊AH+的2 位，破壞其雙鍵，生成無色的甲醇假堿B 及藍紫色醌型堿A，引起溶液顏色及光譜特征發(fā)生改變[12]，如最大吸收波長出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。此外，由于β-胡蘿卜素不受pH 值影響且在目前試驗條件下濃度、溶解度較低，故對模擬體系光譜特性不會造成影響。

2.2.2 不同離子對復合模擬體系光譜特性的影響

2.2.2.1 Fe3+對復合模擬體系光譜特性的影響 從圖3a 可以看出，加入Fe3+后，體系色澤由紅色轉變?yōu)樽虾谏?，說明花色苷分子已經被Fe3+完全破壞或已經生成其它物質，且由圖3b 可以看出體系的紫外吸收光譜發(fā)生較大的變化，花色苷的特征吸收峰消失。造成這一現(xiàn)象的原因可能是Fe3+具有較強的氧化作用，能迅速氧化破壞C3G 分子中的酚羥基；也可能是因為C3G 鄰位羥基結構不穩(wěn)定，容易與Fe3+等金屬離子配合形成絡合物，這種絡合物的穩(wěn)定性強于花色苷，因此生成后不可逆轉[13]。李穎暢等[14]研究發(fā)現(xiàn)Fe3+使藍莓花色苷溶液產生沉淀，顏色由紅色變?yōu)辄S褐色，花色苷保留率降低；馬越[15]研究發(fā)現(xiàn)向紫玉米花色苷的溶液加入Fe3+，溶液迅速變成黃褐色，并產生黑褐色沉淀，可能是因為多酚類色素與Fe3+反應生成復雜絡合物。故在生產和研發(fā)中應注意避免花色苷應用于鐵強化的復合體系或與鐵具接觸。

2.2.2.2 Ca2+對復合模擬體系光譜特性的影響 從圖3c 可看出，Ca2+對體系的最大吸收波長沒有影響，但隨著Ca2+濃度的增加，體系的吸光度增大，故高濃度Ca2+對花色苷略有增色作用，這一結果與其他研究結果相似[16]。從圖3a 可看出，Ca2+不會使體系顏色發(fā)生明顯變化。因此，花色苷和β-胡蘿卜素可以與Ca2+含量高的原料復合或應用于Ca2+強化體系。

2.3 pH 值及糖類對復合模擬體系熱穩(wěn)定性的影響

果蔬汁加工過程中常涉及熱灌裝、巴殺等熱處理，且果蔬汁因原料種類、產品配方不同，其含有的糖類和pH 值存在差異，因此，基于生產常用熱處理條件和果蔬汁成分特點，研究了不同糖類（蔗糖、果糖、葡萄糖）、糖質量分數(shù)（0%，5%，12%）及pH 值（pH 2.0、pH 3.5、pH 6.0）在不同溫度（50，70，90 ℃）條件下，對體系中C3G 及β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響。

2.3.1 不同pH 值對復合模擬體系熱穩(wěn)定性的影響

2.3.1.1 不同pH 值對復合模擬體系C3G 及β-胡蘿卜素降解動力學的影響 圖4 是不同pH 值條件對C3G 及β-胡蘿卜素熱降解的一級動力學曲線，從圖4 中可以計算出動力學參數(shù)，包括反應速率常數(shù)k 和半衰期t1/2?；诓煌瑴囟葪l件下的簡介動力學數(shù)據(jù)及曲線、熱力學模型，可以預判降解反應的活化能Ea，焓變△H、吉布斯自由能△G 和熵△S，結果見表3。線性關系（R2均＞0.836）表明，C3G 及β-胡蘿卜素的熱降解過程復合一級動力學方程。由圖4c 可得，C3G 的熱降解速率均隨著溫度的升高而加快，表現(xiàn)為降解速率常數(shù)k 增大，半衰期t1/2相應減小。原因可能是由于花色苷的二苯基苯并吡喃陽離子（AH+）失電子放熱，而水解和開環(huán)反應吸熱且伴隨熵增大，從而使其平衡轉向不平衡的甲醇假堿和査爾酮形式[17]。由此得出，花色苷在低溫條件下更利于其貯藏。

圖4 不同pH 值復合模擬體系中C3G 及β-胡蘿卜素熱降解一級動力學方程Fig.4 Thermal degradation pseudo first-order kinetics of C3G and β-carotene in the simulated systems of different pH

表3 不同pH 值復合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素熱處理過程中降解參數(shù)Table 3 Degradation parameters of C3G and β-carotene during heat treatment in the simulated systems of different pH

β-胡蘿卜素體系中（圖4g），隨著溫度上升，β-胡蘿卜素的熱降解速率增加，但其速率常數(shù)k的變化速度低于C3G，表明β-胡蘿卜素在這一條件下的穩(wěn)定性高于C3G。

熱力學參數(shù)能夠為熱降解動力學提供有用的信息（表3）。焓變（△H）代表使反應發(fā)生的反應物所需的最少能量，它與反應物化學鍵的強度有關，化學鍵在反應過程中會發(fā)生破裂和生成[20]。C3G及β-胡蘿卜素的△H 受溫度變化影響較小，說明降解過程中的勢壘大小與溫度無關[21]。此外，由△H 均為正值可知，C3G 及β-胡蘿卜素降解過程為吸熱反應，反應溫度越高，供應能量越多，越有利于活化絡合物的形成。吉布斯自由能（△G）代表反應物的能量與活化狀態(tài)之間的差異，可用于判斷反應能否自發(fā)進行[20]。由表3 可知，體系中C3G及β-胡蘿卜素熱降解的吉布斯自由能在不同溫度條件下變化不大（112.06～115.68 kJ/mol，109.73～123.10 kJ/mol），且△G 均為正值，表明C3G 及β-胡蘿卜素降解反應為非自發(fā)反應。熵變（△S）代表反應體系中分子的混亂變化，它常與具有可以實際反應的能力的分子數(shù)量有關?！鱏 受溫度變化影響較小，本試驗中，C3G 及β-胡蘿卜素△S 均為負值，說明過渡態(tài)的結構自由度低于反應物[22]。

復合模擬體系中，在不同pH 值條件下，C3G或β-胡蘿卜素熱降解的焓變相差很大，如以C3G為例，pH 6.0 體系的△H 為27.41～27.74 kJ/mol，而pH 2.0 則為62.61～62.94 kJ/mol。與單獨體系相比，復合體系中C3G 的△H（79.98～80.31 kJ/mol）低于前者的△H（82.73～83.06 kJ/mol）；而β-胡蘿卜素單獨體系的△H 為28.56～28.89 kJ/mol，比相同pH 值條件下復合體系中β-胡蘿卜素焓大，這表明C3G 及β-胡蘿卜素體系相較于復合體系，在熱處理過程中需要克服更大的勢壘[23]。pH 6.0 復合體系中C3G 的△S 的絕對值為233.70～234.68 J/mol，明顯高于pH 3.5 時△S 的絕對值97.79～100.15 J/mol，這表明復合體系中C3G 在pH 3.5條件下對溫度較不敏感。當環(huán)境pH 值較低時，初始系統(tǒng)與其自身熱力學平衡之間的距離較短，體系中C3G 發(fā)生降解的概率較低[24]。而對于β-胡蘿卜素，pH 6.0 復合體系△S 的絕對值為204.28～205.11 J/mol，明顯低于pH 3.5 體系△S 的絕對值295.97～296.93 J/mol，表明β-胡蘿卜素在pH 6.0條件下對溫度較不敏感。復合模擬體系經加熱后，二者的熱反應學常數(shù)焓變△H、吉布斯自由能△G及熵變△S 與C3G 和β-胡蘿卜素體系相比均未發(fā)生實質性變化，即經過復合后，二者的反應還是非自發(fā)的吸熱反應。

2.3.1.2 不同pH 值對復合模擬體系色澤的影響 總色差△E（total color difference）結合了L*、a*、b*3 個指標變化情況，可直觀反映模擬果蔬汁溶液的色澤變化[25]。由圖5 可知，在相同pH 值條件下，△E 隨著溫度的升高而增加。隨著pH 值的增加，總色差△E 呈逐漸增加的趨勢，其中，pH 6.0 的復合模擬體系的總色差△E 遠大于pH 2.0及3.5，這表明花色苷穩(wěn)定性隨著pH 值的升高而降低。

圖5 pH 對模擬果蔬汁溶液加熱前后總色差△E（a）和仿真色（b）Fig.5 Effect of pH on the color difference △E（a）and color swatches（b）of the simulated system before and after heating

2.3.2 不同糖種類對復合模擬體系熱穩(wěn)定性的影響

2.3.2.1 不同糖種類對復合模擬體系C3G 及β-胡蘿卜素降解動力學的影響 蔗糖、果糖和葡萄糖體系中C3G 及β-胡蘿卜素的熱降解如圖6 所示，由擬合常數(shù)R2均＞0.87 可知，不同糖體系中的C3G 及β-胡蘿卜素均符合一級動力學方程。對比每種糖50，70，90 ℃3 種溫度下的反應速率常數(shù)k 可知，90 ℃下C3G 和β-胡蘿卜熱降解速率遠遠快于50 ℃和70 ℃。故在果蔬汁加工過程中應盡可能避免長時間高溫熱處理。而對比3 種糖的k可知，蔗糖體系下C3G 的降解速度快于葡萄糖，而慢于果糖。該試驗結果與Rubinskiene 等[26]研究結果相似，可能的原因是蔗糖是二糖，故需要通過水解成葡萄糖和果糖才能形成糠醛，糠醛是引起花色苷降解的重要物質之一，故由蔗糖引起的花色苷降解速率介于葡萄糖和果糖之間。對于β-胡蘿卜素，對比3 種不同糖體系的k 可知，所選用的3 種糖對β-胡蘿卜素的穩(wěn)定性影響較小。

圖6 不同糖種類復合模擬體系中C3G 及β-胡蘿卜素熱降解一級動力學方程Fig.6 Thermal degradation pseudo first-order kinetics of C3G and β-carotene in the simulated systems of different sugar types

由表4 可知，不同糖種類復合模擬體系中的C3G 和β-胡蘿卜素的△H 與△G 均為正值，添加不同種類的糖并未改變復合體系中C3G 和β-胡蘿卜素的反應本質，即體系中C3G 和β-胡蘿卜素降解還是非自發(fā)的吸熱反應。

表4 不同糖種類復合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素熱處理過程中降解參數(shù)Table 4 Degradation parameters of C3G and β-carotene during heat treatment in the simulated systems of different sugar types

2.3.2.2 不同糖種類對復合模擬體系色澤的影響 不同糖種類對模擬果蔬汁溶液加熱后色澤變化的影響如圖7 所示。加熱處理后，模擬果蔬汁溶液的△E 均大于3，表明加熱前后體系產生了肉眼可辨別的差異[27]，不利于食品生產。此外，在90 ℃加熱條件下，添加果糖體系的△E 顯著增大，可能的原因是果糖在高溫加熱下產生大量糠醛，花色苷降解，從而導致色澤發(fā)生變化[26]。

采用SPSS15.0統(tǒng)計學軟件進行分析，計量資料以均數(shù)±標準差(x±s)表示，組內比較采用單因素方差分析，組間比較采用成組t檢驗，計數(shù)資料采用χ2檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

圖7 糖種類對模擬果蔬汁溶液加熱前后總色差△E（a）和仿真色（b）Fig.7 Effect of sugar type on the color difference △E（a）and color swatches（b）of the simulated system before and after heating

2.3.3 不同糖濃度對復合模擬體系熱穩(wěn)定性的影響

2.3.3.1 不同糖濃度對復合模擬體系C3G 及β-胡蘿卜素降解動力學的影響 不同濃度蔗糖的模擬體系中C3G 及β-胡蘿卜素的熱降解如圖8 所示，由擬合常數(shù)R2均＞0.92 可知，不同糖濃度中的C3G 及β-胡蘿卜素均符合一級動力學方程。蔗糖對花色苷的穩(wěn)定性的影響較復雜。一方面，糖可通過減小水分活度，進而減慢花色苷二苯基苯并吡喃陽離子發(fā)生水合作用生成醇形假堿結構的速率，從而在一定程度上抑制花色苷的降解，表現(xiàn)出對花色苷的保護作用[28]。另一方面，糖熱降解生成降解產物，如糠醛，羥甲基糠醛等，可與花色苷縮合生成褐色物質，加速其降解[29]。在本研究中發(fā)現(xiàn)，隨著糖含量的不斷增加，體系中C3G 的活化能Ea 不斷上升，表明C3G 穩(wěn)定性隨著糖濃度的增加而提高，即糖對花色苷表現(xiàn)出的保護作用大于其降解作用。與不同糖濃度對體系中C3G 穩(wěn)定性影響的結果相反，隨著糖濃度的增加，β-胡蘿卜素的活化能Ea逐漸下降，即高濃度糖對β-胡蘿卜素具有促進降解的作用，其可能的原因是由于糖產生的熱降解的產物如呋喃型化合物等具有較強的親電反應能力，能攻擊β-胡蘿卜素電子云而使其發(fā)生氧化降解[30]。

圖8 不同糖濃度復合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素熱降解一級動力學方程Fig.8 Thermal degradation pseudo first-order kinetics of C3G and β-carotene in the simulated systems of different sugar contents

由表5 可知，復合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素的焓變（△H）分別隨著蔗糖濃度的增加而呈現(xiàn)逐漸升高和降低的趨勢，表明C3G 在高濃度蔗糖復合體系中需要克服更大的勢壘，而β-胡蘿卜素則在低濃度蔗糖復合體系中需要克服更大的勢壘。由所有樣品組的△H 及△G 均為正值可知，添加不同濃度的蔗糖并未改變復合體系中C3G 和β-胡蘿卜素的反應本質，即還是吸熱的非自發(fā)反應。

表5 不同蔗糖濃度復合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素熱處理過程中降解參數(shù)Table 5 Degradation parameters of C3G and β-carotene during heat treatment in the simulated systems of different sugar contents

2.3.3.2 不同糖濃度對復合模擬體系色澤的影響 不同糖濃度對模擬果蔬汁溶液加熱前后色澤變化的影響如圖9 所示。隨著蔗糖濃度及溫度的增加，△E 逐漸增加，其中，在90 ℃加熱的條件下，添加12%蔗糖的模擬果蔬汁溶液△E 遠大于無糖及添加5%蔗糖的體系，且由圖9b 可知，其溶液顏色退減最為明顯，因此應盡量避免富含花色苷的高糖產品在生產過程中高溫長時加熱。

圖9 糖濃度對模擬果蔬汁溶液加熱前后總色差△E（a）和仿真色（b）Fig.9 Effect of sugar concentration on the color difference △E（a）and color swatches（b）of the simulated system before and after heating

2.4 糖對復合模擬體系光穩(wěn)定性的影響

由于果蔬汁產品可通過選擇不同材質的包裝材料避免光降解的過程，因此本試驗擬采用pH 3.5 的模擬體系，初步探究光照對C3G 體系、β-胡蘿卜素體系、復合體系及含糖復合體系光譜特性及光降解動力學的影響，結果如圖10 所示。隨著光照時間的增加，所有體系的最大吸收波長的吸光度值逐漸下降，其中，光照8 h 后，C3G 體系、復合體系及含糖復合體系中C3G 的降解率分別為27.84%，32.27%和37.74%，而β-胡蘿卜素體系、復合體系及含糖復合體系中β-胡蘿卜素的降解率分別為19.90%，29.57%和37.98%，即光照對體系中花色苷及類胡蘿卜素均具有降解作用?？赡艿脑蚴枪庹找鸹ㄉ战到馍蒀4 羥基的中間產物，該中間產物在C2 位上水解開環(huán)，最終生成査爾酮，査爾酮快速降解生成苯甲酸及2，4，6-三羥基苯甲醛等產物[25]。對比單獨體系與復合體系中C3G 和β-胡蘿卜素的反應常數(shù)k 可知，復合體系中的C3G 和β-胡蘿卜素在光照條件下的降解速率大于C3G 和β-胡蘿卜素體系，而含糖體系中的C3G 和β-胡蘿卜素的降解速率大于無糖體系，可能的原因是由于光照產生熱量，使得樣品升溫，蔗糖發(fā)生降解，降解產物如糠醛等與花色苷縮合，或者因攻擊β-胡蘿卜素電子云使其發(fā)生氧化降解，進而使得花色苷和類胡蘿卜素降解速率增大[29-30]。因此，基于上述試驗結果，對于富含花色苷及類胡蘿卜素的果蔬汁產品，采用避光包材，并在實際生產加工及儲存過程中盡量避免光照。

圖10 光照對復合體系花色苷穩(wěn)定性的影響Fig.10 Effect of illumination on the stability of anthocyanin in the simulation system

3 結論

本研究通過構建不同條件的果蔬汁模擬體系，探究了果蔬汁中物化特性及主要物質成分對模擬果蔬汁中C3G 及β-胡蘿卜素穩(wěn)定性的影響。其中，F(xiàn)e3+對花色苷具有破壞作用，高濃度的Ca2+具有增色作用。在不同pH 值、糖種類及糖濃度的模擬體系中，C3G 和β-胡蘿卜素熱降解均符合一級反應動力學，此外，通過熱力學分析可知：兩者的降解反應均為吸熱的非自發(fā)反應。通過對比復合模擬體系及C3G 和β-胡蘿卜素體系中的C3G與β-胡蘿卜素的反應活化能Ea可知，復配對C3G的穩(wěn)定性無顯著影響，但降低了β-胡蘿卜素穩(wěn)定性。

試驗表明，不同糖種類及濃度對復合模擬體系中的C3G 和β-胡蘿卜素熱降解的影響機制不相同。其中，糖類對花色苷的促進降解作用影響依次為：果糖＞蔗糖＞葡萄糖，可能的原因是蔗糖在產生降解產物糠醛前，需要水解成果糖和葡萄糖。隨著蔗糖濃度升高，體系中C3G 的活化能Ea不斷上升，表明C3G 穩(wěn)定性隨著糖濃度的增加而提高。這種現(xiàn)象是由于高濃度糖能夠降低體系中溶解氧及水分活度而使C3G 更加穩(wěn)定。然而，對比3 種糖對體系中β-胡蘿卜素活化能Ea可知，所選用的3 種糖對β-胡蘿卜素的穩(wěn)定性無顯著影響。且隨著蔗糖濃度的增加，β-胡蘿卜素的活化能Ea逐漸下降，表明高濃度糖對β-胡蘿卜素具有促進降解的作用，這與不同濃度糖對C3G 的穩(wěn)定性結果相反。造成這一現(xiàn)象的原因可能是糖類降解產物具有較強的親電反應能力，易攻擊β-胡蘿卜素電子云而使其發(fā)生氧化降解。

此外，對比體系加熱前后色澤的變化可知，在一定pH 值條件下，隨著溫度的升高，△E 逐漸增大；隨著pH 值的增大，△E 逐漸增大。對比加糖與不加糖樣品，前者的總色差△E 均大于后者，這表明加糖可加速體系加熱后色澤的變化。最后，通過對比單獨體系與復合模擬體系中C3G 和β-胡蘿卜素的反應常數(shù)k 可知，復配及添加糖類使得C3G 和β-胡蘿卜素的光穩(wěn)定性均下降。

通過系統(tǒng)的研究不同物化特性及主要物質成分對模擬體系中花色苷及類胡蘿卜素的降解規(guī)律，可為進一步探究真實復合果蔬汁真實體系加工過程中花色苷及類胡蘿卜素降解機制提供理論依據(jù)，同時為富含花色苷及類胡蘿卜素的果蔬汁產品的品質保持加工提供了可借鑒的思路。