藍莓成熟過程中花色苷組分的變化

曾 丹,鄒 波,徐玉娟,吳繼軍,移蘭麗,李春美,肖更生,*

(1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部功能食品重點實驗室/廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室,廣東廣州 510610;2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖北武漢 430070)

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藍莓成熟過程中花色苷組分的變化

曾 丹1,2,鄒 波1,徐玉娟1,吳繼軍1,移蘭麗1,李春美2,肖更生1,*

(1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部功能食品重點實驗室/廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室,廣東廣州 510610;2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖北武漢 430070)

通過分析研究不同成熟度藍莓果實的總花色苷含量及其花色苷組分的動態(tài)變化規(guī)律,以期為藍莓采收和加工提供參考。采用pH示差法測得不同成熟度藍莓的總花色苷含量,高效液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(HPLC-MS/MS)確定單個花色苷結(jié)構(gòu),用HPLC定量分析單個花色苷含量。結(jié)果表明:隨著藍莓果成熟度的增加,花色苷合成速率不斷加快,花色苷含量逐漸積累,紫黑期含量達到最大值2827 mg/kg;藍莓成熟過程中共有15種花色苷,分別為飛燕草色素、矢車菊色素、矮牽?；ㄉ亍⑸炙幧?、錦葵色素這5種花色苷元所連接的半乳糖、葡萄糖和阿拉伯糖3種糖殘基;在藍莓發(fā)育過程中,飛燕草素類、矮牽?；ㄋ仡悺⑸炙幩仡?、錦葵素類均呈顯著增長趨勢,而矢車菊素類增長至成熟后期開始明顯減少。

藍莓,花色苷,結(jié)構(gòu),成熟度

藍莓又名越橘,屬杜鵑花科(Ericaceae),越橘屬(Vacciniumspp.)小漿果類[1],原產(chǎn)于北美、蘇格蘭和俄羅斯,為灌木,耐寒性及適應(yīng)性極強,也有一部分藍莓品種能耐一定程度的高溫,是一種天然的野生資源[2]。近年來,我國藍莓產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展,栽培區(qū)域廣泛,東北地區(qū)、山東、江浙一帶等均有種植[3]。廣東地區(qū)雨量充沛,氣候溫暖,且具有大面積的酸性土壤,適合部分品種的藍莓種植。目前在廣東河源燈塔盆地已經(jīng)成功種植藍莓。

藍莓果實中含有豐富的營養(yǎng)成分,其所含的花色苷、酚酸、黃酮等酚類化合物,具有抗氧化[4]、降血壓[5]、抗癌[6]、保護視力[7]等功效,是世界糧農(nóng)組織推薦的五大健康水果之一[8-9]。近年來,國內(nèi)外對藍莓花色苷的研究日益增多,如Liang[10]等研究了藍莓花色苷降膽固醇是通過增強甾醇的排泄,同時下調(diào)NPC1L1,ACAT-2,MTP和ABCG 5/8等基因在腸道中的表達(NPC1L1將膽固醇從內(nèi)臟運輸?shù)侥c細胞,在腸細胞中通過ACAT-2膽固醇被轉(zhuǎn)化為膽固醇脂;MTP把膽固醇脂運送給脂蛋白然后通過淋巴系統(tǒng)被吸收;ABCG 5/8運回腸細胞未吸收的膽固醇給肝臟);Ribnicky[11]等建立了TNO腸道模型(荷蘭國家應(yīng)用科學(xué)院的腸道模型,TIM-1),發(fā)現(xiàn)富含蛋白質(zhì)的脫脂大豆粉對藍莓花色苷在經(jīng)過上消化道時具有保護作用;Kazan[12]等發(fā)現(xiàn)藍莓汁的半抑制濃度對MCF-7(人乳腺癌細胞系)的作用與商業(yè)抗癌藥品阿霉素相似。這些主要是研究藍莓的生物活性,而有關(guān)不同成熟度藍莓中花色苷種類的研究也很少見,并且品種和地區(qū)的差異也會導(dǎo)致藍莓果中花色苷的種類及含量有所不同。目前,地處亞熱帶地區(qū)的廣東河源引種藍莓成功,但其成熟過程中花色苷的種類及含量未見報道。針對以上問題,本研究以該地區(qū)藍莓為原料,探究了藍莓成熟過程中花色苷的種類及含量的變化規(guī)律,為藍莓果實加工及對花色苷的高效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

兔眼藍莓(Vacciniumspp.) 采摘于廣東省河源市藍莓果園;Folin-Ciocalteu試劑 上海源葉生物科技有限公司;飛燕草素半乳糖苷(Dp-gal),飛燕草素葡糖苷(Dp-glc),飛燕草素阿拉伯糖苷(Dp-ara),矢車菊素半乳糖苷(Cy-gal),矢車菊素葡糖苷(Cy-glc),矢車菊素阿拉伯糖苷(Cy-ara),矮牽?；ㄋ匕肴樘擒?Pet-gal),矮牽牛花素葡糖苷(Pet-glc),矮牽?；ㄋ匕⒗擒?Pet-ara),芍藥素半乳糖苷(Peo-gal),芍藥素葡糖苷(Peo-glc),芍藥素阿拉伯糖苷(Peo-ara),錦葵素半乳糖苷(Mv-gal),錦葵素葡糖苷(Mv-glc),錦葵素阿拉伯糖苷(Mv-ara) 購于日本Funakoshi公司;乙腈(色譜純) 美國Tedia公司;磷酸(色譜純) 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;甲酸(液相質(zhì)譜純)和乙腈(液相質(zhì)譜純) 購于德國Merck公司;其它試劑均為國產(chǎn)分析純。

UV-1800型分光光度計 日本島津公司;PB-10型pH計 賽多利斯公司;Biofuge Stratos Sorvall型臺式高速冷凍離心機 Thermo Fisher Scientific公司;FS100S粉碎機 廣州雷邁機械設(shè)備有限公司;LC-20A高效液相色譜儀 日本島津公司;液質(zhì)聯(lián)用儀 HPLC-MS/MS,德國布魯克公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 花色苷的提取 藍莓洗凈,自然晾干,液氮粉碎,稱取粉碎后的樣品5 g,用100 mL 50%(v/v)的乙醇(含0.5%的鹽酸)超聲波提取10 min,在4 ℃下5000 r/min離心10 min,沉淀繼續(xù)提取兩次,合并提取液。

1.2.2 花色苷總含量的測定 參照Giusti M[13]等的方法,取等體積待測樣品,分別加入0.25 mol/L的KCl(濃鹽酸調(diào)至pH1.0)和0.4 mol/L的CH3COONa(濃鹽酸調(diào)至pH4.5)溶液,混合均勻,室溫避光放置15 min,測定510 nm和700 nm處的吸光值?？偦ㄉ蘸?total anthocyanins content,TAC)按矢車菊素-3-葡萄糖苷表示,按如下公式[14]計算。

總花色苷含量(mg/kg)={(A510 nm-A700 nm}pH1-(A510 nm-A700 nm)pH4.5×M×DF×V×1000/ε×m×l

式中:M為矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾質(zhì)量(449.2 g/mol);DF為稀釋倍數(shù);V為提取液總體積(mL);ε為矢車菊素-3-葡萄糖苷的平均摩爾消光系數(shù)(26900 L/(mol·cm));l為1 cm光程比色皿;m藍莓質(zhì)量(g)。

1.2.3 HPLC-DAD分析單個花色苷含量 儀器為LC-20AT(日本島津);色譜柱:Kinetex C18柱(150 mm× 4.6 mm,2.6 μm,美國菲羅門);流動相A為1.2%的磷酸溶液,流動相B為乙腈。梯度洗脫程序見表1,每個樣品之間平衡15 min,進樣量10 μL,流速0.5 mL/min,檢測波長520 nm,柱溫35 ℃。外標法定量分析單個花色苷的含量,稱取一定量的標準品,分別用甲醇溶解,然后配置成混標,甲醇稀釋至不同濃度,HPLC分析,根據(jù)標準品的濃度和峰面積繪制標準曲線,標曲濃度范圍為2.5～100 μg/mL。

1.2.4 HPLC-MS/MS鑒定花色苷結(jié)構(gòu) HPLC-MS/MS分析藍莓花色苷的組成。儀器為安捷倫1260 HPLC(美國安捷倫公司)串聯(lián)布魯克amaZon SL離子阱質(zhì)譜儀(德國布魯克公司);色譜柱:Kinetex C18柱(150 mm×4.6 mm,2.6 μm,美國菲羅門);流動相A為0.5%的三氟乙酸溶液,流動相B為乙腈。梯度洗脫程序見表1,每個樣品之間平衡15 min,進樣量10 μL,流速0.6 mL/min,檢測波長520 nm,柱溫35 ℃。質(zhì)譜條件:電噴霧電離離子源(ESI),正離子掃描模式,掃描范圍100～1000 u,毛細管電壓4.5 kv,霧化器壓力1.5 bar,干燥溫度220 ℃,干燥氣體流速6.0 L/min。

表1 HPLC和HPLC-MS/MS的梯度洗脫程序
Table 1 Gradient elution program of HPLC and HPLC-MS/MS

t(min)HPLCt(min)HPLC-MS/MS10008%B10008%B250010%B550018%B550016%B550170%B550160%B600070%B570060%B--

1.3 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件進行統(tǒng)計分析,實驗重復(fù)三次,結(jié)果以平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同成熟度藍莓總花色苷含量的動態(tài)變化

不同發(fā)育期總花色苷含量變化趨勢見圖1。從鮮紅期到紫黑期階段,藍莓中花色苷大量合成,隨著成熟度的增加,花色苷合成速率加快,花色苷含量逐漸積累,紫黑期含量達到最大。藍莓中花色苷主要在鮮紅期到紫黑期階段合成,在此發(fā)育階段合成速率最高且合成量最大,總花色苷含量達2827 mg/kg,是粉紅期的7.7倍。葡萄[15]、桑葚[16]等漿果類在成熟過程中總花色苷含量也呈現(xiàn)上升趨勢,這與我們的研究結(jié)果類似。Jin[17]等檢測了45種韓國種植的商業(yè)藍莓,品種為北高叢和南高叢,其總花色苷含量為1676～6778 mg/kg,其中Croatan、Sierra等品種與我們的結(jié)果相近,這說明不同品種的藍莓果,總花色苷的含量差異明顯。Howard[18]等的研究也表明品種對花色苷的影響較大,其次,果實相對小的藍莓其花色苷含量較高。另外,種植條件如灌溉、溫度等對藍莓花色苷的合成也有一定的影響。

圖1 藍莓發(fā)育過程中總花色苷含量的變化Fig.1 Changes in total anthocyanins of blueberry during the ripening process 注:字母不同表示差異顯著(p<0.05)。

2.2 藍莓花色苷結(jié)構(gòu)鑒定

為了研究藍莓成熟過程中單個花色苷的變化規(guī)律,我們首先采用HPLC-MS/MS對花色苷的結(jié)構(gòu)進行了鑒定?；ㄉ盏慕Y(jié)構(gòu)根據(jù)分子離子峰、碎片以及標準品的保留時間來確定。以峰1、峰2和峰4為例,其分子離子[M]+分別為m/z 465.1、465.0、435.1,碎片離子均為飛燕草素的特征離子m/z 303,丟失碎片m/z 162為葡萄糖苷或半乳糖苷,m/z 132為阿拉伯糖苷,根據(jù)標準品的對照時間,結(jié)合資料分析[19-20],可以判斷峰1、峰2和峰4分別為飛燕草素半乳糖苷,飛燕草素葡糖苷,飛燕草素阿拉伯糖苷。其他的結(jié)構(gòu)鑒定類似,結(jié)果見圖2和表2。其中峰11和峰12的MS數(shù)據(jù)均有兩個分子離子峰,通過其分子碎片的不同和HPLC分析(圖3),推測分別為芍藥素葡糖苷、錦葵素半乳糖苷、芍藥素阿拉伯糖苷、錦葵素葡糖苷。不同時期的藍莓均有15種花色苷,色譜信息見圖3。其中飛燕草素類(Dp)3種,分別為飛燕草素半乳糖苷(峰1),飛燕草素葡糖苷(峰2)和飛燕草素阿拉伯糖苷(峰4);矢車菊素類(Cy)3種,分別為矢車菊素半乳糖苷(峰3),矢車菊素葡糖苷(峰5)和矢車菊素阿拉伯糖苷(峰7);矮牽?；?Pt)3種,分別為矮牽?；ò肴樘擒?峰6),矮牽?；ㄆ咸擒?峰8)和矮牽?；ò⒗擒?峰10);芍藥素類(Peo)3種,為芍藥素半乳糖苷(峰9),芍藥素葡糖苷(峰11)和芍藥素阿拉伯糖苷(峰13);錦葵素類(Mv)3種,分別為錦葵素半乳糖苷(峰12),錦葵素葡糖苷(峰14)和錦葵素阿拉伯糖苷(峰15)。

表2 藍莓果花色苷HPLC-MS/MS分離鑒定結(jié)果
Table 2 HPLC-MS/MS results of isolation and identification of anthocyanins from blueberry

峰號保留時間(min)分子離子M+(m/z)分子碎片(m/z)丟失碎片(m/z)推測結(jié)構(gòu)126046513031162Dp-gal228846503031162Dp-glc331644912871162Cy-gal432843513031132Dp-ara534944912870162Cy-glc635747913170162Pet-gal738141912871132Cy-ara838547913171162Pet-glc940936313011162Peo-gal1042044913170132Pet-ara1144146313011162Peo-glc1244149313311163Mv-gal1347143313011132Peo-ara1447149303310162Mv-glc1550246313311132Mv-ara

注:Dp-飛燕草素;Cy-矢車菊素;Pt-矮牽?；?Pn-芍藥素;Mv-錦葵素;gal-半乳糖苷;glc-葡萄糖苷;ara-阿拉伯糖苷。

圖2 藍莓果實發(fā)育過程中花色苷HPLC-MS/MS色譜圖Fig.2 HPLC-MS/MS chromatogram of anthocyanins during the ripening process of Blueberry

圖3 藍莓果實發(fā)育過程中花色苷組分HPLC色譜圖Fig.3 HPLC chromatogram of anthocyanins during the ripening process of Blueberry 注:1-Dp-gal;2-Dp-glc;3-Cy-gal;4-Dp-ara;5-Cy-glc;6-Pet-gal;7-Cy-ara;8-Pet-glc; 9-Peo-gal;10-Pet-ara;11-Peo-glc;12-Mv-gal;13-Peo-ara;14-Mv-glc;15-Mv-ara。

張揚[21]等和Liu[22]等分別從藍莓果中鑒定了11、13種花色苷,分別為飛燕草素類、矢車菊素類、矮牽牛花類、芍藥素類、錦葵素類,這與我們結(jié)果類似;但Nicoue[19]等從藍莓果中分離鑒定了20種花色苷,除了上述提到的三種糖苷所連的5類花色苷,還鑒定出了飛燕草素己糖、飛燕草素乙二酰己糖、矢車菊素丙酰半乳糖苷、矢車菊素丙二酰半乳糖苷、矮牽牛花丙酰半乳糖苷、矮牽?；ū＜禾?、矮牽?；ㄒ阴Ｆ咸烟擒?、芍藥素丁二酰阿拉伯糖苷、芍藥素乙二酰半乳糖苷、錦葵素乙酰己糖,這說明了藍莓果中所含的花色苷種類有差異。

表3 藍莓果實發(fā)育過程中花色苷組分及其含量變化
Table 3 Changes of anthocyanin components and their contents during the ripening process of Blueberry

項目粉紅期(mg/kg)鮮紅期(mg/kg)紫紅期(mg/kg)紫黑期(mg/kg)Dp-gal2388±048a6395±135b32025±904c36645±1517dDp-glc1650±010a3216±073b14970±423c20710±847dDp-ara1420±038a2920±079b12463±510c15690±684dCy-gal12534±225a21548±367b36003±755c26955±1116dCy-glc4072±064a8652±176b17070±387c16609±733cCy-ara7258±201a11422±344b18465±614c15377±655dPet-gal1958±030a4946±084b16950±321c26275±1038dPet-glc1500±036a3556±090b12718±241c22395±916dPet-ara998±019a1878±039b5620±165c9207±417dPeo-gal2426±039a5118±063b10763±211c14399±577dPeo-glc2292±031a5574±052b12993±194c21025±923dPeo-ara1074±071a1634±031a3050±048c4806±525bMv-gal2312±024a5180±057b15445±215c37716±1419dMv-glc1496±015a3926±055b12775±171c33437±1406dMv-ara1150±012a2048±035b5770±139c14650±426d

注:同一行的字母不同表示差異顯著(p<0.05)。 Dp-飛燕草素;Cy-矢車菊素;Pt-矮牽?；?Pn-芍藥素;Mv-錦葵素;gal-半乳糖苷;glc-葡萄糖苷;ara-阿拉伯糖苷。

2.3 不同成熟度藍莓中花色苷組分的定量分析

表3可以看出,飛燕草素類、矮牽牛花素類、芍藥素類和錦葵素類,粉紅期到紫黑期含量一直呈增長趨勢,分別從54.58 mg/kg增長到730.45 mg/kg;44.56 mg/kg增長到578.77 mg/kg;57.92 mg/kg增長到402.30 mg/kg;49.58 mg/kg增長到858.03 mg/kg;而矢車菊素類,從粉紅期至紫紅期含量呈增長趨勢,紫紅期至紫黑期含量又呈下降的趨勢。飛燕草素類主要是在鮮紅期至紫紅期顯著增長;矢車菊素類可能是藍莓果中比較先合成的花色苷,在粉紅期其含量占總花色苷的53.59%,遠遠高于其它花色苷,并持續(xù)增長至紫紅期,到紫黑期明顯下降。矮牽?；ㄋ仡惡湾\葵素類主要是在鮮紅期至紫黑期合成積累,其含量在紫紅期到紫黑期顯著增多,在紫黑期,錦葵素類花色苷含量最高,占27.16%。此外藍莓果中這幾種花色苷元(除芍藥素類)與半乳糖殘基相連的含量最高,與阿拉伯糖殘基相連的含量最低;而與芍藥素相連的葡萄糖殘基含量最高。藍莓果中單個花色苷含量的動態(tài)變化規(guī)律與總花色苷含量的變化規(guī)律大體一致;Müller[23]等的研究表明成熟的藍莓果中錦葵素阿拉伯糖苷和矮牽?；ò肴樘擒盏暮扛?這說明不同品種不同地區(qū)的藍莓果中花色苷組分也存在差異。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明,藍莓果在紫黑期總花色苷含量最高,達2827 mg/kg,為最佳收獲期。藍莓果發(fā)育過程中,花色苷從粉紅期開始大量合成,隨著成熟度的增加花色苷的合成速率加快到紫黑期含量達到最大。在藍莓的生長過程中共檢測出15種花色苷,分別為矢車菊色素、飛燕草色素、矮牽?；ㄉ?、芍藥色素、錦葵色素這5種花色苷元所連接的3種糖基。從粉紅期至紫黑期,藍莓果中花色苷組分飛燕草素類、矮牽?；ㄋ仡?、芍藥素類、錦葵素類所連接的3種糖殘基形成的糖苷含量均是持續(xù)增長的狀態(tài);而矢車菊素所連接的3種糖殘基形成的糖苷含量在成熟后期,既紫紅期至紫黑期,明顯減少。因此對這一時期藍莓果中花色苷類物質(zhì)的合成及與其他化合物直接的相互轉(zhuǎn)化還有待進一步研究。

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Changes in anthocyanin components of
blueberry during ripening process

ZENG Dan1,2,ZOU Bo1,XU Yu-juan1,WU Ji-jun1,YI Lan-li1,LI Chun-mei2,XIAO Geng-sheng1,*

(1.Sericultural & Agri-Food Research Institute Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Functional Foods,Ministry of Agriculture/Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing,Guangzhou 510610,China; 2.College of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

The changes in total anthocyanins and anthocyanin components of blueberry during the ripening process were studied to provide experimental basis and reference for blueberry harvest. Total anthocyanins content in different maturity blueberry were measured by pH differential method,the structure of individual anthocyanins were determined by HPLC-MS/MS and quantitatively analysed by high performance liquid chromatography(HPLC). The results showed that anthocyanin synthesis was accelerated with the increase of blueberry maturity,and anthocyanin content was gradually accumulated and reached a peak value of 2827 mg/kg at purple black stage. There were 15 kinds of anthocyanins during the ripening process of blueberry,delphinidin,cyaniding,petunidin,malvidin and peonidin pigment and their linked galactose,glucose and arabinose,respectively. During the ripening process of blueberry,delphinidin,petunidin,peonidin and malvidin class were increased,but cyanidin class were decreased in mature later stage.

blueberry;anthocyanin;structure;maturity

2016-06-01

曾丹(1991-),女,碩士研究生,研究方向為植物多酚化學(xué),E-mail:zdmail.hzau.edu.cn@webmail.hzau.edu.cn。

*通訊作者:肖更生(1965-),男,碩士，研究員,研究方向:農(nóng)產(chǎn)品深加工，E-mail:244520460@qq.com。

廣東省科技計劃項目(2013B020203001,2014A020209060);廣州市科技計劃項目(201510010063)。

TS201.1

A

1002-0306(2016)23-0086-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.23.008