外界環(huán)境和食品體系對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響

甘 婧，李光輝，封雨晴，夏效東*

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

外界環(huán)境和食品體系對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響

甘 婧，李光輝，封雨晴，夏效東*

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

本實(shí)驗(yàn)研究pH值、溫度、金屬離子、紫外線以及不同食品體系（果汁飲料、奶粉和果凍）對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響。菊苣酸的含量由高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，HPLC）測(cè)定。結(jié)果表明：隨著pH值（3、5、7、9）和溫度（60、70、80 ℃）的升高，菊苣酸的穩(wěn)定性逐漸降低；相同濃度的Na+和K+對(duì)菊苣酸的穩(wěn)定性無(wú)顯著影響，但Ca2+溶液遇菊苣酸會(huì)瞬間發(fā)生變色反應(yīng)；菊苣酸對(duì)紫外線敏感度較高，且在甲醇中的異構(gòu)化率明顯高于在水中的異構(gòu)化率；菊苣酸在果汁飲料中，室溫（25 ℃）貯藏3 個(gè)月后保存率約為85%，4 ℃貯藏3 個(gè)月后含量無(wú)明顯變化；室溫下避光貯藏3 個(gè)月，菊苣酸在奶粉和果凍體系中能夠保持相對(duì)穩(wěn)定。不同食品體系對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響有差異，總體上食品體系能在一定程度上維持菊苣酸的穩(wěn)定性，保護(hù)其免受降解。

菊苣酸；食品環(huán)境；穩(wěn)定性；高效液相色譜法

菊苣酸屬咖啡酸衍生物，為紫錐菊中一種重要的活性成分［1-2］。研究表明，菊苣酸具有抗菌、抗病毒、抗癌、抗氧化等特性［3-7］，能夠保護(hù)膠原蛋白Ⅲ免受自由基導(dǎo)致的降解影響［8］，抑制HIV-1的復(fù)制和HIV-1整合酶活性［9-11］，還對(duì)胰島素抵抗、肥胖等代謝疾病具有重要作用［12-15］。

鑒于其重要的生理功能和藥理活性，菊苣酸作為許多保健品和藥品的重要成分已被應(yīng)用于提高人體免疫力以及各類疾病的預(yù)防和治療方面［16-18］。市售的含有菊苣酸的保健品大部分是進(jìn)口的，并以營(yíng)養(yǎng)液、膠囊、咀嚼片形式為主。與國(guó)外菊苣酸產(chǎn)品相比，國(guó)內(nèi)菊苣酸產(chǎn)品類別、數(shù)量較少，市場(chǎng)空白較大，且整個(gè)市售菊苣酸的產(chǎn)品形式仍比較單一。目前，菊苣酸應(yīng)用到食品中仍有許多局限性：菊苣酸自身的不穩(wěn)定性導(dǎo)致其易受環(huán)境因素的影響［19-21］；食品本身就是一個(gè)復(fù)雜的體系，水分、糖分、不同的食品添加劑以及添加的其他功能強(qiáng)化性成分等導(dǎo)致了食品不同的物理形態(tài)、化學(xué)性質(zhì)；多種多樣的食品環(huán)境對(duì)菊苣酸的穩(wěn)定性有不同的影響。因此，本實(shí)驗(yàn)研究pH值、溫度、金屬離子和紫外線對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響，以及菊苣酸在3 種不同食品環(huán)境中的穩(wěn)定性，為菊苣酸應(yīng)用到食品中提供一定的理論依據(jù)以及更廣泛應(yīng)用的可能。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

菊苣酸（純度≥98%） 成都曼思特生物科技有限公司；果汁飲料（水溶C100檸檬味） 農(nóng)夫山泉股份有限公司；奶粉 陜西和氏乳品有限公司；果凍 廣東喜之郎集團(tuán)有限公司；磷酸和乙腈為色譜純?cè)噭黄渌鶠榉治黾冊(cè)噭?/p>

1.2儀器與設(shè)備

LC-20A高效液相色譜儀 日本島津公司；JA2003電子天平 上海良平儀器儀表有限公司；實(shí)驗(yàn)室超純水機(jī)深圳沃爾奇科技有限公司；KQ3200DV型數(shù)控超聲波清洗器 江蘇昆山超聲波儀器廠；ST16R臺(tái)式高速冷凍離心機(jī) 美國(guó)熱電公司；pH計(jì) 上海洪紀(jì)設(shè)備儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1pH值對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響測(cè)定

用HCl和NaOH配制成pH值分別為3、5、7、9的緩沖溶液，分別取15 mL緩沖溶液和1 mL菊苣酸原液（1.2 mg/mL）振蕩搖勻，于水浴鍋中80 ℃恒溫加熱，分別在15、40、60、120、180 min時(shí)對(duì)pH 3、5、7的樣品進(jìn)行取樣測(cè)定，pH 9的樣品于5、20、35、50、65、120、180 min時(shí)取樣測(cè)定。

1.3.2溫度對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響測(cè)定

取15 mL pH 9的緩沖液與1 mL菊苣酸原液（1.2 mg/mL）2 份振蕩混勻，分別于60 ℃和70 ℃的水浴鍋中恒溫加熱，于5、20、35、50、65、120 min時(shí)取樣測(cè)定。

1.3.3金屬離子對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響測(cè)定

配制0.5 mol/L的NaCl、KCl、CaCl2溶液，分別取14 mL和1 mL菊苣酸原液（1.2 mg/mL）共3 份振蕩混勻，于水浴鍋中80 ℃恒溫加熱，分別于5、20、35、50、65 min時(shí)取樣測(cè)定。

1.3.4紫外線對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響

分別將15 mL的甲醇、水與1 mL菊苣酸原液（1.2 mg/mL）振蕩混勻，同時(shí)置于紫外燈下照射，于15、30、45、60、90、120 min時(shí)取樣測(cè)定。

1.3.5菊苣酸在果汁飲料中的穩(wěn)定性研究

將29 mL水溶C100飲料與1 mL菊苣酸原液（1.5 mg/mL）振蕩混勻，平行6 次。樣品分別于室溫（25 ℃）和4 ℃條件下貯藏。室溫條件下貯藏的樣品于第1、3、6、11、18、24、32、39、48、67、83、96天時(shí)平行取樣，4 ℃條件下貯藏的樣品于第1、8、15、22、29、39、48、67、83、96天時(shí)平行取樣，于1.5 mL離心管中－80 ℃條件下保存，在96 d后統(tǒng)一上機(jī)測(cè)定。

1.3.6菊苣酸在奶粉中的穩(wěn)定性研究

每個(gè)樣品由（2.0±0.1）mg菊苣酸與1 g奶粉混合，在室溫（25 ℃）條件下密封避光保存，第1、8、15、 22、29、39、48、67、83、96天時(shí)平行處理3 個(gè)樣品。先加入40 mL 70%的甲醇提取，振蕩后靜置，再于冷凍離心機(jī)中以轉(zhuǎn)速9 000 r/min，4 ℃條件下離心10 min，取上清液于1.5 mL離心管中－80 ℃條件下保存。

1.3.7菊苣酸在果凍中的穩(wěn)定性研究

利用微波加熱溶解果凍15 mL與1 mL菊苣酸原液（0.75 mg/mL）振蕩混勻后降溫凝固。30 個(gè)樣品在室溫（25 ℃）條件下密封避光保存，第1、8、15、22、29、39、48、67、83、96天時(shí)平行處理，將果凍搗碎后加入15 mL 70%的甲醇提取，振蕩后靜置，再于冷凍離心機(jī)中以5 000 r/min轉(zhuǎn)速，4 ℃條件下離心10 min，取上清液于1.5 mL離心管中－80 ℃條件下保存。

1.3.8穩(wěn)定性測(cè)定方法

1.3.8.1高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）條件

色譜柱：Venusil XBP-C18色譜柱（4.6 mm× 250 mm，5 μm）；流動(dòng)相A（0.5%磷酸-水溶液）和流動(dòng)相B（乙腈）低壓等度洗脫；總流速：1 mL/min，流動(dòng)相B體積分?jǐn)?shù)為18%；檢測(cè)時(shí)間：20 min；熒光檢測(cè)波長(zhǎng)：326 nm；柱溫：30 ℃；進(jìn)樣量：20 μL。

1.3.8.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱取菊苣酸5.8 mg溶解到20 mL體積分?jǐn)?shù)70%甲醇中，得到質(zhì)量濃度為0.29 mg/mL的原液。分別取0.25、0.5、2、3.5、5 mL原液于試管中，用70%甲醇定容至5 mL，過(guò)0.45 μm有機(jī)系濾膜上機(jī)測(cè)定。以菊苣酸的質(zhì)量濃度（mg/mL）為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到回歸方程為y = 3.6×107x－35 163（R2= 1.000 0）。結(jié)果表明，菊苣酸質(zhì)量濃度在0.014 5～0.29 mg/mL時(shí)與峰面積成良好的線性關(guān)系。

1.4數(shù)據(jù)處理

2　結(jié)果與分析

2.1pH值對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響

圖1　不同pH值條件下菊苣酸質(zhì)量濃度變化Fig.1 Variation in cichoric acid concentration in aqueous solution at different pH levels （3， 5， 7 and 9）

由圖1可知，在80 ℃的水浴中恒溫加熱3 h，菊苣酸在pH值為3的緩沖液中保存率為（74.6±1.8）%，在pH值為9時(shí)保存率為（43.0±1.5）%，差異顯著（P＜0.05）。說(shuō)明不同pH值緩沖液對(duì)菊苣酸的穩(wěn)定性影響差異較大，菊苣酸在強(qiáng)酸性環(huán)境中的降解速率低于在弱堿性環(huán)境中的降解速率。通過(guò)分析強(qiáng)酸和弱堿性條件下分解產(chǎn)物的色譜圖和質(zhì)譜圖說(shuō)明，菊苣酸在酸性環(huán)境下發(fā)生水解反應(yīng)生成咖啡酸，但在弱堿性環(huán)境中菊苣酸的分解產(chǎn)物復(fù)雜，機(jī)理仍有待研究［22］。將菊苣酸應(yīng)用到食品中時(shí)應(yīng)考慮到液體環(huán)境或者沖調(diào)后環(huán)境的酸堿性，探尋特定食品環(huán)境中菊苣酸保持穩(wěn)定的最佳條件。

2.2溫度對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響

圖2　不同溫度條件下菊苣酸質(zhì)量濃度變化Fig.2 Variation in cichoric acid concentration in aqueous solution at different temperatures

由圖2可知，pH 9的菊苣酸水溶液在不同溫度（60、70、80 ℃）條件下加熱2 h后，60 ℃條件下菊苣酸的保存率為（92.0±0.7）%，而80 ℃條件下菊苣酸的保存率僅為（61.8±3.2）%，差異顯著（P＜0.05）。說(shuō)明高溫導(dǎo)致菊苣酸加速降解，低溫有利于菊苣酸保持穩(wěn)定。已有研究［23-24］表明，菊苣酸在水溶液中的熱不穩(wěn)定性主要是由水解作用導(dǎo)致的，且水解反應(yīng)是吸熱過(guò)程，溫度的升高加速了菊苣酸水解為咖啡酒石酸和咖啡酸。又由于固態(tài)的菊苣酸在加熱條件下非常穩(wěn)定［24］，當(dāng)菊苣酸應(yīng)用到食品中時(shí)則應(yīng)考慮菊苣酸的添加形態(tài)，以及滅菌等高溫操作的工藝條件是否會(huì)導(dǎo)致菊苣酸的降解。

2.3金屬離子對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響

圖3　Na 3 Na+和KK+對(duì)菊苣酸質(zhì)量濃度的影響Fig.3 Variation in cichoric acid concentration in aqueous solution containing Na+or K+

由圖3可知，80 ℃水浴加熱65 min后，KCl溶液中菊苣酸保存率為（97.02±0.01）%，NaCl溶液中菊苣酸保存率為（94.37±0.05）%，降解速率基本相同，無(wú)顯著差異（P＞0.05）。本實(shí)驗(yàn)還將菊苣酸添加到CaCl2溶液中，發(fā)現(xiàn)菊苣酸使無(wú)色的CaCl2溶液瞬間變成黃色，且在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中無(wú)法檢測(cè)到菊苣酸。以上結(jié)果表明，Na+和K+不與菊苣酸反應(yīng)；但菊苣酸與CaCl2溶液反應(yīng)非常迅速，溶液變黃機(jī)理還有待進(jìn)一步探究。食品體系的復(fù)雜性導(dǎo)致了多種金屬離子混合的情況，Ca2+等其他金屬離子可能對(duì)菊苣酸產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)菊苣酸應(yīng)用到食品中時(shí)則應(yīng)考慮液體食品環(huán)境或者沖調(diào)后的環(huán)境中存在的金屬離子對(duì)菊苣酸的影響，避免發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致菊苣酸的降解以及食品品質(zhì)等方面的變化。

2.4紫外線對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性的影響

圖4　紫外線輻照下菊苣酸質(zhì)量濃度變化Fig.4 Variation in cichoric acid concentration in two different solvents（water and methanol） under UV （253.7 nm）

圖5　紫外線輻照下菊苣酸異構(gòu)體質(zhì)量濃度變化Fig.5 Variation in cichoric acid isomer concentration in two different solvents （water and methanol） under UV （253.7 nm）

由圖4可知，紫外線（253.7 nm）下輻照2 h后，甲醇中菊苣酸保存率僅有（46.39±0.15）%，水中菊苣酸保存率為（94.27±0.06）%，差異顯著（P＜0.05）。如圖5所示，菊苣酸異構(gòu)體的含量隨著輻照時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，2 h后甲醇中菊苣酸的質(zhì)量濃度達(dá)到（0.015 3±0.001 1）mg/mL，水中菊苣酸的質(zhì)量濃度僅為（0.007 1±0.000 7）mg/mL，兩者菊苣酸異構(gòu)體質(zhì)量濃度比大約為2∶1，差異顯著（P＜0.05）。結(jié)果表明，甲醇中的菊苣酸更容易受紫外線的影響，異構(gòu)化成內(nèi)消旋菊苣酸［25］，且因甲醇極性比水小，菊苣酸異構(gòu)轉(zhuǎn)化率更高。當(dāng)菊苣酸應(yīng)用到食品中時(shí)，則應(yīng)考慮到菊苣酸溶解后對(duì)紫外線的敏感度較高，工藝中應(yīng)減少其與紫外線的接觸。

2.5菊苣酸在果汁飲料中的穩(wěn)定性

圖6　不同貯藏溫度飲料中菊苣酸質(zhì)量濃度變化Fig.6 Variation in cichoric acid concentration in beverage during 3 months of storage at 4 and 25 ℃

由圖6可知，室溫（25 ℃）條件下貯藏3 個(gè)月，果汁飲料中菊苣酸的保存率為（85.46±0.01）%，而4 ℃條件下貯藏3 個(gè)月，菊苣酸質(zhì)量濃度在（0.026 8±0.000 6）～（0.028 5±0.000 2）mg/mL小范圍內(nèi)波動(dòng)，無(wú)明顯的下降趨勢(shì)。說(shuō)明低溫貯藏比室溫更有利于菊苣酸保持穩(wěn)定；且室溫（25 ℃）條件下水溶液中菊苣酸15 d后基本上完全分解［24］，說(shuō)明飲料體系能一定程度上保護(hù)菊苣酸免受降解。果汁飲料體系本身是非常復(fù)雜的，且飲料中標(biāo)明445 mL的體系中添加了100 mg VC，具有抗氧化作用，可對(duì)菊苣酸起到一定程度的保護(hù)作用，因而即便放置3 個(gè)月菊苣酸的質(zhì)量濃度仍處于較高的水平。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為菊苣酸添加到飲料中提供了可能。

2.6菊苣酸在奶粉中的穩(wěn)定性

圖7　奶粉中菊苣酸質(zhì)量濃度變化Fig.7 Variation of cichoric acid in milk powder during 3 months of storage at 25 ℃

由圖7可知，3 個(gè)月貯藏期內(nèi)奶粉中菊苣酸質(zhì)量濃度在（0.016±0.009）～（0.031±0.005） mg/mL范圍內(nèi)波動(dòng)，無(wú)明顯的下降趨勢(shì)?？紤]到奶粉體系為固體顆粒狀，在樣品處理階段，菊苣酸的損失率較大，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)不同程度的波動(dòng)?？傮w來(lái)看，奶粉作為具有代表性的固體食品環(huán)境，各個(gè)成分在水分活度非常小、隔絕空氣水蒸氣、避光環(huán)境下是相對(duì)穩(wěn)定的，缺乏導(dǎo)致菊苣酸降解的環(huán)境因素，因而菊苣酸的質(zhì)量濃度變化不受時(shí)間以及奶粉體系的影響，在干燥封閉、室溫條件下貯藏，菊苣酸在奶粉體系中能保持相對(duì)穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為菊苣酸添加到與奶粉類似食品體系中提供了可能。

2.7菊苣酸在果凍中的穩(wěn)定性

圖8　果凍中菊苣酸質(zhì)量濃度變化Fig.8 Variation in cichoric acid concentration in jelly during 3 months of storage at 25 ℃

由圖8可知，3 個(gè)月貯藏期內(nèi)果凍中菊苣酸質(zhì)量濃度在（0.025±0.001）～（0.038±0.002） mg/mL內(nèi)波動(dòng)，無(wú)明顯下降趨勢(shì)，質(zhì)量濃度依然維持在較高水平。果凍體系本身是非常穩(wěn)定的，其水分活度很小，菊苣酸在這樣一個(gè)相對(duì)封閉的條件下貯藏，隔絕了氧氣和水蒸氣，能夠長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。而檢測(cè)數(shù)據(jù)輕微的波動(dòng)可能是由樣品處理時(shí)的誤差引起的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為菊苣酸添加到膠狀食品體系中提供了可能。

3　結(jié) 論

菊苣酸在堿性條件下比在酸性條件下更易發(fā)生降解，pH 3時(shí)最穩(wěn)定；高溫比低溫更易使菊苣酸發(fā)生降解，低溫有助于菊苣酸維持自身穩(wěn)定；菊苣酸水溶液能與無(wú)色的CaCl2溶液反應(yīng)瞬間變成黃色，機(jī)理還有待探究；NaCl、KCl對(duì)菊苣酸穩(wěn)定性沒(méi)有顯著影響；菊苣酸對(duì)紫外線非常敏感，且在甲醇中的異構(gòu)化率明顯高于水中。

果汁飲料的食品環(huán)境在很大程度上能保護(hù)菊苣酸免受降解，并且低溫貯藏更有易于菊苣酸維持在飲料中的穩(wěn)定性；奶粉食品體系自身的穩(wěn)定性有助于菊苣酸保持穩(wěn)定；果凍體系的膠體特性也能一定程度上保護(hù)菊苣酸免受降解，菊苣酸質(zhì)量濃度能夠長(zhǎng)時(shí)間維持較高的水平。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為菊苣酸應(yīng)用到食品體系中提供了可能。

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Stability of Cichoric Acid Influenced by Different Physical Factors and Food Environments

GAN Jing， LI Guanghui， FENG Yuqing， XIA Xiaodong*
（College of Food Science and Engineering， Northwest A&F University， Yangling 712100， China）

This research was aimed to determine the stability of cichoric acid when it was added to different food environments （juice， beverage， milk powder and jelly） during 3 months of storage， and investigate the influences of pH（3， 5， 7 and 9）， temperature （60， 70 and 80 ℃）， metal ions （Na+， K+and Ca2+） and ultraviolet （253.7 nm） on the stability of cichoric acid. HPLC was used to measure the content of cichoric acid. The results showed that cichoric acid became more and more unstable as pH and temperature went up； the influences of Na+and K+at the same concentrations on the stability of cichoric acid were not significantly different， but exposure of cichoric acid to Ca2+caused an instantaneous color change；ultraviolet rays led to stronger degradation of cichoric acid in methanol than in water； in fruit drinks for 3 months， cichoric acid remained 85% of its original level when stored at 25 ℃， but it was relatively stable at 4 ℃， and also had a relatively god stability in milk powder and jelly during the storage period.

cichoric acid； food environment； stability； high performance liquid chromatography （HPLC）

TS201

A

1002-6630（2015）15-0024-05

10.7506/spkx1002-6630-201515006

2014-10-16

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAH30F03）；國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31101347）

甘婧（1992—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。E-mail：gggaan92@163.com

夏效東（1981—），男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称钒踩c營(yíng)養(yǎng)。E-mail：xdxia@nwsuaf.edu.cn