热加工过程中紫色茄子花青素的降解机制和抗氧化能力研究

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富含花青素的食品日益引起人们的关注,瓜果蔬菜是花青素的主要来源,尤其是蔬菜,被人们普遍日常食用。茄子已经在亚洲、非洲、欧洲等世界各地广泛栽培,尤其是在中国栽培和产量位居世界第一,在我国各地均有栽培。茄子富含花青素、酚酸等各种生物活性物质,特别是以飞燕草素类为代表的花青素含量高,具有很强的抗氧化能力、降血脂和降血糖、保护神经、预防多种慢性疾病等功效。蔬菜如茄子一般都需要经过热加工后才能食用,花青素是热不稳定性化合物,因此了解花青素在不同热加工过程中的稳定性,是需要解决的科学问题,对提高膳食营养价值具有重要的意义。已报道的研究主要是研究花青素标准品或者高纯度花青素在水体系中变化。事实上花青素在食物中主要是存在于固体食品中,研究热加工对固体食品中花青素的转化规律和抗氧化功能变化的鲜有报道。但是固体食品成分比较复杂,在分析研究中受干扰因素很多,所以本论文选择紫色茄子为花青素来源,设计了简单食品体系、复杂食品体系和真实食品体系下,研究不同热加工方式对花青素的变化规律和抗氧化能力变化规律,以期为富含花青素食品的加工提供参考。本研究的主要结果如下:1对茄子进行了组成分析,茄子皮的干物质含量9.09±0.04 g/100g FW,茄瓤干物质含量是6.68±0.06 g/100g FW与整个茄子的6.67±0.06 g/100g FW接近。茄子皮、茄瓤和整个茄子的蛋白含量无显著性差异。茄子皮、茄瓤和整个茄子的可溶性糖含量分别是24.71±0.59、50.42±1.96、41.64±1.3 g/100 g DW。茄子皮、茄瓤和整个茄子粗纤维含量是96.30±4.28 g/100 g DW、9.23±0.01、11.25±1.41g/100 g DW。在本次测定中经过UPLC-QTOF对茄子瓤和茄子皮成分进行化合物组成鉴定。共鉴定出25种化合物。茄子皮含有的化合物主要是飞燕草素-3-O-芸香糖苷-5-O-葡萄糖苷、飞燕草素-3-O-芸香糖酰葡萄糖苷和飞燕草素-3-O-芸香糖苷。茄子皮中花青素含量在6.24–13.42 mg/g DW,总多酚含量在26.10–35.62mg/g DW之间,总黄酮含量在23.91–45.94 mg/g DW。清除DPPH自由基能力在5273.43–8717.78 mg TE/100 g DW,清除ABTS自由基能力是3096.83–5270.49mg TE/100 g DW,还原能力是4295.36–8235.42 mg TE/100 g DW。茄子皮的抗氧化能力与总花青素含量呈现较强的正相关(r>0.77,p<0.01)。2为了研究蒸、煮、微波和油炸加工过程中,通过构建了以可食用纤维素为基质,添加富集的茄子皮花青素提取物的简单模拟固态食品体系,研究花青素在该体系中的变化规律及抗氧化能力变化规律。结果表明:热加工简单食品体系实验中,花青素在固体样品中的稳定性大于液体样品。在蒸、煮和微波固体样和液体样及油炸固体样时,花青素降解遵守一级动力学方程模型。蒸加工固体和液体样品的花青素降解速率常数分别是0.24 h-1(t1/2:2.86 h)和0.71 h-1(t1/2:0.98h);煮固体和液体样品的花青素降解速率常数是0.39 h-1(t1/2:1.79 h)和0.39 h-1(t1/2:1.78h);微波固体和液体样品时的花青素降解速率常数是0.36 min-1(t1/2:1.90 min)和0.51 min-1(t1/2:1.36 min);油炸固体样品花青素降解速率常数是0.45min-1(t1/2:1.55 min)。而超高温(185±5℃)加热液体样品时,花青素降解遵守二级动力学方程,花青素降解速率常数是3.23′10-3 mol-1 L min-1(t1/2:1.47 min)。在蒸、煮、微波和油炸加热固体样和液体样时,样品的棕色指数和聚合色指数的增加符合零级动力学方程。蒸固体和液体样品的棕色指数增加速率常数是0.06和0.10,聚合色指数增加速率常数是0.04和0.06。煮固体和液体样品的棕色指数增加速率常数是0.10和0.10,聚合色的增加速率常数是0.05和0.07。微波固体和液体样品时的棕色指数增加速率常数是0.04和0.20,聚合色指数增加速率常数是0.04和0.11。油炸固体样品和液体样品的棕色指数增加速率常数是0.04和0.10,聚合色指数增加速率常数是0.03和0.06。棕色指数和聚合色指数的增加与花青素含量的变化呈显著性负相关(r<-0.8)。在热加工过程中,固体和液体样品的抗氧化能力随着时间延长在降低,并且抗氧化能力与总花青素含量有很高的正相关性(r>0.8)。研究表明,热加工过程中茄子花青素(飞燕草素-3-O-芸香糖苷)在简单食品体系中有两条转化路径,其一是飞燕草素-3-O-芸香糖苷逐个脱糖形成飞燕草素苷元,继续裂解为没食子酸和2,4,6-三羟基苯甲醛,经过一系列氧化反应可能分别氧化为邻苯三酚和间苯三酚;另一条路径是飞燕草素-3-O-芸香糖苷先水解形成飞燕草素-3-O-葡萄糖苷,然后与p-香豆酸进行加合反应,形成p-香豆酰-飞燕草素-3-O-葡萄糖苷加合物。3构建了由食用纤维素、蛋白质、淀粉、糖等组成的复杂食品体系,研究加工对添加茄子皮花青素粗体物的复杂食品体系下,花青素的变化规律和抗氧化能力的变化规律。结果表明,在复杂食品体系中,蒸的加工方式对花青素的破坏强于煮制,油炸比微波加热使花青素含量减少要多,油炸对花青素含量的减少最大。蒸和煮制,花青素减少遵守一级动力学方程,蒸和煮的花青素降解速率常数分别是1.02 h-1(t1/2:0.681 h)和0.59 h-1(t1/2:1.174 h)。而微波和油炸,花青素减少遵守二级动力学方程,花青素降解速率常数分别是0.26 mol-1 L min-1(t1/2:6.26 min)和2.03 mol-1 L min-1(t1/2:1.118 min)。在热加工过程中,复杂食品体系模拟食品样品的总多酚、总黄酮含量逐渐降低,而油炸使总多酚、黄酮含量呈现先降低后上升的趋势。复杂食品体系中总多酚含量和总花青素含量与抗氧化能力之间有显著的正相关。蒸、煮、微波和油炸复杂食品体系模拟食品样品的棕色指数和聚合色指数与花青素含量呈现显著的负相关,且其增加遵守零级动力学方程。蒸、煮、微波和油炸样品的棕色指数增加的速率常数分别是0.065、0.048、0.016和0.004,聚合色指数增加的速率常数分别是0.059、0.042、0.024和0.002。蒸、煮、微波和油炸复杂食品体系模拟食品样品过程中,花青素主要是分解为没食子酸和2,4,6-三羟基苯甲醛。并且没食子酸还可能继续发生分解反应,2,4,6-三羟基苯甲醛很可能继续发生氧化反应以及异构化为二羟基苯甲酸;主要的酚酸(5-O-E-咖啡酰奎尼酸和5-O-E-阿魏酰奎尼酸)发生异构化或水解反应等。4研究热加工过程中茄子皮(真实食品体系)中花青素变化规律和抗氧化能力变化。结果显示:蒸、煮和油炸过程中花青素呈现显著性降低。蒸和煮茄子皮4 h后花青素分别降低91.06%和31.41%,油炸茄子皮5 min后降低60.93%;而微波茄子皮,其花青素呈现增加,微波茄子皮5 min,花青素增加20%。蒸对茄子皮花青素的破坏强于煮;油炸是破坏茄子皮花青素的最强加工方式。蒸和煮的茄子皮棕色指数和聚合色指数的增加符合零级动力学方程。蒸茄子皮时,棕色指数和聚合色指数增加速率常数是0.166和0.084;煮茄子皮时,聚合指数和聚合色指数增加速率常数是0.073和0.065。微波和油炸茄子皮,棕色指数和聚合色指数增加也是符合零级动力学方程(不含0.5 min和1 min);微波茄子皮时,棕色指数和聚合色指数增加速率常数是0.011和0.016;油炸茄子皮时,聚合指数和聚合色指数增加速率常数是0.126和0.084。蒸茄子皮4 h后总多酚、总黄酮含量分别降低23.81%和20%,而煮4 h后总多酚和总黄酮含量分别增加32.38%和42.82%。微波和油炸茄皮过程中总多酚、黄酮含量呈现先降低后上升再下降的趋势;微波茄皮5 min后,总多酚和总黄酮含量分别增加20.27%和36.30%;油炸茄皮5 min后,总多酚和总黄酮含量分别增加36.66%和3.96%。在加工过程中茄子皮抗氧化成分同时存在生成和分解反应,使抗氧化能力与总多酚含量相关性不高。在蒸、煮、微波和油炸茄皮过程中,花青素同样主要分解为没食子酸和2,4,6-三羟基苯甲醛,降解产物还可能继续发生化学反应。加工使茄子皮中一些化合物从结合状态转化为游离态,同时还伴随水解反应、异构化反应和美拉德反应等。5.研究了不同热加工方式产生的茄子皮提取物对人类肝细胞内抗氧化和肝功能的影响。通过细胞存活率实验,确定了未加工、蒸、煮、微波和油炸茄子皮提取物浓度为1 mg/m L作用于LO2细胞是无毒害作用的;700mmol/L的H2O2作用于LO2细胞1 h,细胞存活率是44.17%。未加工、蒸、煮、微波和油炸茄子皮提取物均能够显著的提升LO2细胞中SOD、CAT、GSH-PX和GSSH-R酶活性,降低AST/GOT酶活性和MDA含量,能够有效的预防LO2细胞受到氧化损伤。并且不同的热加工方式产生的茄子皮提取物提升抗氧化酶效果不同。
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