唐羅,陳曉霞,陳軍,向戈,趙國華,葉發(fā)銀,4*

1(西南大學(xué)資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶,400715)2(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院,重慶,400715) 3(重慶市丹青生物技術(shù)有限公司,重慶,408107)4(川渝共建特色食品重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶,400715)

桑椹是?？?Moraceae)、桑屬(MorusL.)多年生木本植物桑樹的聚花果[1]。我國桑種資源十分豐富,據(jù)資料顯示,目前我國野生和栽培的主要桑種含15個(gè)種和4個(gè)亞種[2]。桑椹經(jīng)濟(jì)價(jià)值高,是原國家衛(wèi)生部認(rèn)定的首批藥食同源植物[1],除鮮食外,還可加工成果干、果汁、濃縮汁、果醬、果凍、果酒等產(chǎn)品。桑椹具有累積花青素的特性。在花青素累積階段,桑椹由淺紅色逐漸變?yōu)槌墒鞎r(shí)的黑紫色。據(jù)報(bào)道,黑桑(MorusnigraL.)的一些品種的桑椹鮮果中矢車菊素-3-葡萄糖苷(cyanidin-3-glucoside,C3G)含量達(dá)704.1 mg/100 g干基[3];其他如白桑(MorusalbaL.)、山桑(MorusbombycisKoidz.)、廣東桑(MorusatropupureaRoxb.)、紅桑(MorusrubraL.)、蒙桑(MorusmongolicaSchneid.)等品種,也是花青素的良好來源[4-6]。

以桑椹果實(shí)或果渣提取的桑椹紅(CNS 08.129),允許在果糕、果酒、果凍、糖果、風(fēng)味飲料及固體飲料中使用,具有合成色素?zé)o可比擬的安全性,桑椹紅已成為水溶性紅色系著色劑家族的重要成員,可賦予食品紅色、粉色、紫色等顏色。體外、體內(nèi)及臨床試驗(yàn)結(jié)果表明[7-8],花青素作為桑椹中的主要生物活性成分之一,具有抗氧化、抗癌、降血糖、減少脂肪生成等多種生理活性,是極具應(yīng)用前景的功能性食品配料。

眾所周知,花青素具有天然的不穩(wěn)定性,特別是在中堿性環(huán)境以及氧、光、熱等因素的作用下,花青素的分子結(jié)構(gòu)極易被破壞,導(dǎo)致其褪色或失去生物活性。桑椹鮮果采收期集中、容易腐爛,不耐運(yùn)輸,即對(duì)桑椹鮮果及花青素資源的加工利用就十分迫切[9]?，F(xiàn)有文獻(xiàn)綜述主要關(guān)注桑椹花青素的提取純化、分離鑒定和生理活性等方面,而對(duì)桑椹花青素加工穩(wěn)定性研究尚缺乏總結(jié)。因此,本文在論述桑椹花青素的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及影響花青素穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)、環(huán)境及加工因素的基礎(chǔ)上,總結(jié)提高桑椹花青素穩(wěn)定性的方法和技術(shù),同時(shí)介紹桑椹花青素在食品中的應(yīng)用進(jìn)展,以期為桑椹花青素的深入研究與應(yīng)用提供參考。

1 桑椹花青素的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)

食品原料中常見花青素為天竺葵色素、矢車菊色素、飛燕草色素、芍藥色素、錦葵色素、矮牽牛色素等六類,其化學(xué)結(jié)構(gòu)差異主要是B環(huán)上連接的基團(tuán)R1和R2不同(表1)。通過紫外-可見光譜、高效液相色譜、超高效液相色譜、質(zhì)譜、一維和二維核磁共振等技術(shù)[5, 10-11],現(xiàn)已從不同品種桑椹果實(shí)及其制品中鑒定出至少48種花青素(表2),這些花青素分屬于食品原料中常見的六類(圖1):其中矢車菊色素22種、飛燕草色素10種、天竺葵色素5種、芍藥色素4種、矮牽牛色素4種、錦葵色素3種。桑椹花青素主要以糖苷形式存在,糖基主要包括葡萄糖、半乳糖鼠李糖、木糖等單糖以及蕓香糖、槐糖等雙糖。當(dāng)母環(huán)上僅連接一個(gè)糖苷鍵時(shí)一般位于C-3上,個(gè)別位于C-7上[11],當(dāng)連接2個(gè)糖苷鍵時(shí),一般位于C-3和C-5上[12]。糖基化使桑椹花青素具有較好的水溶性和穩(wěn)定性。在大多數(shù)桑椹品種中,矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-蕓香糖苷是主要的花青素組成成分(圖2)。此外,桑椹花青素的糖基還會(huì)被芳香族或者脂肪族有機(jī)酸?；?目前鑒定的參與?；磻?yīng)的有沒食子酸[5]和丙二酸[13]。少數(shù)品種桑椹果實(shí)中還存在母環(huán)?；幕ㄇ嗨亍U等[14]報(bào)道,桑椹(MorusatropurpureaRoxb.)花青素的母環(huán)羥基與丙二酸共價(jià)結(jié)合。

表1 食品原料中六類常見的花青素苷元Table 1 Six common anthocyanin aglycones in food raw materials

圖1 桑椹花青素單體在6種常見花青素苷元中的占比Fig.1 Proportion of mulberry anthocyanin monomers in six common anthocyanin aglycones

表2 桑椹花青素單體分布Table 2 Monomer distribution of mulberry anthocyanin

a-矢車菊素-3-葡萄糖苷;b-矢車菊素-3-蕓香糖苷?qǐng)D2 桑椹花青素的主要成分Fig.2 The main components of mulberry anthocyanins注:矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù)為26 900 L/(cm·mol),分子質(zhì)量為449.2 g/mol;矢車菊素-3-蕓香糖苷的摩爾消光系數(shù)為 28 800 L/(cm·mol),分子質(zhì)量為595.2 g/mol;L為光程,值為1 cm[5]。

表3 桑椹花青素的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)Table 3 Chemical composition and structure of mulberry anthocyanins

2 影響桑椹花青素穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)因素

研究顯示,花青素的穩(wěn)定性與B環(huán)上的羥基和甲氧基有關(guān),羥基化會(huì)使其穩(wěn)定性降低,而甲基化使其穩(wěn)定性增加[20]。ZHANG等[21]以碘甲烷作為甲基供體制備甲基化桑椹花青素,桑椹花青素的甲基化轉(zhuǎn)化率可達(dá)84.6%,將樣品溶液在70、80、90 ℃避光保溫10 h,甲基化修飾花青素的保留率分別為98.33%、91.56%和63.48%,而未修飾花青素的保留率分別為87.49%、72.15%和27.44%。桑椹花青素的?；部梢栽黾踊ㄇ嗨氐姆€(wěn)定性。蔣希芝等[22]通過脂肪酶催化制備?；ｉ┗ㄇ嗨?研究發(fā)現(xiàn),以苯甲酸甲酯作為酰基供體,桑椹花青素的?；D(zhuǎn)化率最高為13.5%,?；揎検蛊錈岱€(wěn)定性、光穩(wěn)定性和酸堿穩(wěn)定性顯著提高。糖基化有利于桑椹花青素穩(wěn)定。糖基化花青素通過分子內(nèi)氫鍵形成有效的空間位阻,可阻止黃烊鹽陽離子水解[23]。桑椹花青素糖單元上的羥基可被?；?從而阻止黃烊鹽陽離子向醌式堿或無色假堿以及假堿向無色查爾酮的轉(zhuǎn)化,不僅使桑椹花青素對(duì)熱、光、氧化劑的穩(wěn)定性增強(qiáng),而且使對(duì)消化酶及胃腸環(huán)境的穩(wěn)定性得到提升[24]。

3 影響桑椹花青素穩(wěn)定性的環(huán)境因素

3.1 pH

桑椹花青素對(duì)酸堿變化敏感。LI等[25]報(bào)道,pH值2～12時(shí),隨著pH值升高,桑椹花青素溶液顏色由亮紅色(pH值2.0～3.0)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉奂t色(pH值4.0～6.0)、紫色(pH值8.0～9.0)至藍(lán)紫色(pH值10.0～12.0)。在此過程中,桑椹花青素從黃烊鹽陽離子形式逐漸轉(zhuǎn)化為查爾酮、醇型假堿、醌式堿等形式;黃烊鹽陽離子是相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),而其他形態(tài)的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,這使花青素在酸性條件下更加穩(wěn)定;pH>8時(shí),桑椹花青素溶液在25 ℃貯藏4 h,其顏色由藍(lán)紫色逐漸變?yōu)闇\黃色。AKKARACHANEEYAKORN等[26]研究發(fā)現(xiàn),桑椹汁在不同pH條件下70 ℃加熱5 min,花青素保留量pH值2.5時(shí)為541.39 mg/L(以C3G計(jì))、pH值4.0時(shí)為434.15 mg/L,顯著高于pH值6.0時(shí)的1.76 mg/L和pH值8.0時(shí)的59.82 mg/L。因此,桑椹花青素應(yīng)避免在中性或堿性條件下加工和貯藏,以防發(fā)生降解。

3.2 熱

溫度對(duì)桑椹花青素的影響較大?；ㄇ嗨氐狞S烊鹽陽離子形態(tài)轉(zhuǎn)化為醌式堿的過程為放熱反應(yīng),而黃烊鹽陽離子水解轉(zhuǎn)化為甲醇假堿以及甲醇假堿開環(huán)轉(zhuǎn)化為查爾酮均為吸熱反應(yīng)[27]。升高溫度時(shí),花青素結(jié)構(gòu)會(huì)向無色的甲醇假堿和查爾酮轉(zhuǎn)化;冷卻和酸化時(shí),醌式堿和甲醇假堿可轉(zhuǎn)變?yōu)辄S烊鹽陽離子,而查爾酮很難轉(zhuǎn)化為黃烊鹽陽離子[27]。BORANBAYEVA等[28]研究發(fā)現(xiàn),在5 ℃貯藏8個(gè)月,桑椹汁及桑椹濃縮液中花青素保留率均可達(dá)98%以上。張國棟等[29]研究發(fā)現(xiàn),桑椹紅色素濃縮液在4、20、60 ℃水浴72 h,花青素?fù)p失率分別為3%、13%、100%,在100 ℃水浴24 h其損失率即達(dá)到97%。因此,在加工制作桑椹花青素食品時(shí),應(yīng)盡量在低溫下操作并縮短處理時(shí)間,以避免或減少花青素的熱降解。

3.3 光照

光照加速花青素降解,從C-4位羥基產(chǎn)生中間產(chǎn)物,該中間產(chǎn)物在C-2位水解開環(huán),生成查爾酮,查爾酮繼續(xù)降解為苯甲酸、三羥基苯甲醛等小分子產(chǎn)物[23]。唐榕等[30]報(bào)道桑椹花色苷溶液在室外光(50 000～60 000 W Lux)下放置4 d,其保留率不足60%;在室內(nèi)光(50～100 Lux)照射或避光放置4 d后,其保留率均在95%以上。ARAMWIT等[31]報(bào)道桑椹提取物在室溫下熒光(220 V,50 Hz,0.37 A)照射1～6 h,并未引起總花青素含量的顯著變化,而持續(xù)照射10 h,總花青素含量顯著降低(P<0.05)。

3.4 氧氣

花青素的不飽和性使得其結(jié)構(gòu)對(duì)氧氣敏感。ZHOU等[32]研究發(fā)現(xiàn),真空干燥桑椹中矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-蕓香糖苷的保留率高于熱風(fēng)干燥,2種干燥條件溫度相同,但真空條件下氧分壓更低,從而提高了花青素保留率。氧氣可通過影響多酚氧化酶等氧化酶功能的方式加速花青素的降解[33]。

3.5 其他共存成分

3.5.1 氧化劑和還原劑

研究發(fā)現(xiàn)[23],H2O2可破壞桑椹花青素的結(jié)構(gòu)。H2O2對(duì)花青素的C-2位親核進(jìn)攻,使吡喃環(huán)開環(huán)形成查爾酮,繼而生成無色的酯和香草醛衍生物,進(jìn)一步使花青素分解或聚合。徐玉娟等[34]報(bào)道,隨著H2O2濃度(0%、0.5%、1.0%和1.5%)的升高,桑椹紅色素溶液的吸光度(A515 nm分別為0.672、0.256、0.208和0.179)明顯下降,溶液顏色由鮮紅色逐漸變?yōu)闊o色。桑椹果酒生產(chǎn)過程中為防止果酒被氧化為醋酸,通常添加Na2SO3或維生素C作為還原劑。Na2SO3對(duì)桑椹紅色素具有破壞作用,而維生素C對(duì)桑椹紅色素具有雙重作用,低溫時(shí)維生素C對(duì)桑椹紅色素有增色效果,溫度較高時(shí)維生素C對(duì)其有破壞作用。含有0%、0.25%和2.0%維生素C的色素溶液在100 ℃加熱100 min后,色素降解率分別為11.24%、40.57%和71.53%。這可能是維生素C在高溫時(shí)本身會(huì)發(fā)生降解,產(chǎn)生過氧化物,從而進(jìn)一步加劇對(duì)桑椹紅色素的破壞作用[34]。

3.5.2 金屬離子

不同金屬離子對(duì)桑椹花青素穩(wěn)定性的影響不同。Na+、Ca2+、Mg2+等堿金屬[30]及堿土金屬離子[30,35]對(duì)桑椹花青素穩(wěn)定性影響不大。Al3+及過渡金屬離子(Fe3+、Zn2+、Cu2+等)可與含有鄰位酚羥基的花青素發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),符合要求的花青素包括飛燕草色素、矮牽牛色素、矢車菊色素及其衍生物[36]。Al3+對(duì)桑椹花青素穩(wěn)定性影響不大;Fe3+、Cu2+、Mn2+和Zn2+對(duì)桑椹花色苷具有破壞作用,而Fe2+對(duì)桑椹花色苷具有增色作用和保護(hù)作用[30,35]。

3.5.3 糖類、食鹽和食品添加劑

研究發(fā)現(xiàn)[37],經(jīng)麥芽糖滲透處理后制得的桑椹干花青素保留率高于對(duì)照組和采用蔗糖或山梨糖醇滲透處理組。劉亮等[38]研究發(fā)現(xiàn),葡萄糖、果糖、蔗糖(添加量15%)均促進(jìn)了桑椹花色苷熱降解(80 ℃加熱3 h),這可能是因?yàn)樘窃诩訜徇^程中形成了糠醛等熱降解產(chǎn)物,加速花色苷的降解。劉瑜等[39]報(bào)道氯化鈉具有一定輔色效果,其添加量不超過5%時(shí)可使桑椹果粉花青素含量顯著增加;而苯甲酸鈉和山梨酸鉀(添加量0.2～1.0 g/L)使桑椹果粉中花色苷含量降低。KIM等[13]研究發(fā)現(xiàn),在桑椹糖漿生產(chǎn)加工過程中,添加0.3%檸檬酸可使桑椹糖漿及殘?jiān)锌偦ㄇ嗨睾糠謩e提高24.48 mg/g和292.54 mg/g (以單體花青素含量之和計(jì),鮮重)。

4 影響桑椹花青素穩(wěn)定性的加工因素

桑椹不耐貯藏和運(yùn)輸,極易腐敗、發(fā)霉和變質(zhì)。通?？刹扇「芍?、制汁、濃縮、殺菌等食品加工手段來提升其應(yīng)用價(jià)值。

4.1 干制因素

朱燕等[40]報(bào)道,新采摘的桑椹果實(shí)在短期貯藏(<24 h,10 ℃)時(shí)出現(xiàn)花青素含量持續(xù)增加的現(xiàn)象,這可能與桑椹采后生理有關(guān)。桑椹在干制過程中,花青素含量隨著干燥溫度升高及時(shí)間延長而逐漸降低,烘箱干燥(60 ℃、24 h或80 ℃、6 h)使花青素?fù)p失率均超過80%[40]。ZHOU等[32]對(duì)比分析了熱風(fēng)烘干和真空干燥對(duì)桑椹花色苷的影響,在相同溫度下,干燥速度(影響干燥時(shí)間)和氧氣分壓是影響花青素保留的主要因素。真空干燥條件下桑椹中的2種主要花色苷矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-蕓香糖苷的保留率更高,因?yàn)榛ㄉ崭俦┞对谘鯕庵?。CHEN等[41]對(duì)比研究了4種干燥方式對(duì)黑桑(MorusnigraL.)花青素的影響,結(jié)果表明,冷凍干燥條件下花青素的保留率最高(與鮮果無顯著差異),冷凍干燥-膨化-真空干燥組合處理次之(54.06%),其次是熱風(fēng)-膨化-真空干燥組合處理(35.52%)和熱風(fēng)干燥(20.67%)。

4.2 制汁因素

TOMAS等[42]研究了桑椹汁加工過程中花青素含量的變化。結(jié)果表明,破碎和壓榨使桑椹花青素單體溶出,桑椹汁保留了果實(shí)中60%～70%的總花青素,其花青素含量達(dá)624 mg(以C3G計(jì))/100 g干基,約為鮮果的3倍;但果渣中仍殘留花青素,其含量189 mg/100 g干基。

4.3 濃縮因素

KARA等[43]采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(40 ℃)將桑椹汁從15.02 °Brix濃縮至45.20 °Brix,總花青素含量達(dá)到2 233 mg/L(以C3G計(jì))。DINCER等[44]分別采取熱蒸發(fā)和滲透蒸餾2種工藝對(duì)黑桑椹汁進(jìn)行濃縮,結(jié)果表明,滲透蒸餾和熱蒸發(fā)對(duì)花青素?fù)p失率分別為6.5%和16.2%;從其他指標(biāo)(如貯藏性)看,滲透蒸餾同樣優(yōu)于熱蒸發(fā),更具應(yīng)用前景。FAZAELI等[45]對(duì)比研究了旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器和減壓微波蒸發(fā)器對(duì)黑桑椹汁的濃縮效果,研究發(fā)現(xiàn),真空度越低,濃縮耗費(fèi)時(shí)間越長;在相同真空度條件下,微波加熱可大幅縮短濃縮時(shí)間,降低花青素的損失率,更好保留了黑桑椹汁的色澤。

4.4 殺菌因素

李夢(mèng)麗等[46]研究發(fā)現(xiàn)采用巴氏殺菌(中心溫度達(dá)到80 ℃后保持20 min)或煮沸(沸騰后維持5 min)方式對(duì)桑椹汁進(jìn)行殺菌處理會(huì)造成花青素的損失,而微波殺菌(700 W、2 min)可避免其損失。YOU等[47]研究了不同殺菌方式對(duì)桑椹汁貯藏性的影響,結(jié)果表明,與未殺菌樣品相比,殺菌樣品組的花青素保留率更高,從組間看,經(jīng)30 d、4 ℃貯藏,高靜壓處理(400 MPa、5 min)對(duì)總花青素的保留率最高(84.87%),熱處理(70 ℃、10 min)和高溫短時(shí)處理(110 ℃、8.6 s)對(duì)總花青素也具有較高的保留率,分別達(dá)到83.19%和84.27%,這表明殺菌可以保持桑椹汁顏色和花青素的穩(wěn)定。吳瓊等[48]報(bào)道超高溫瞬時(shí)殺菌(126 ℃、4 s)時(shí)桑椹花色苷損失率27.84%,巴氏殺菌(95 ℃、2 min)使其損失率達(dá)43.2%,高靜壓殺菌(30 ℃、500 MPa、15 min)時(shí)損失率高達(dá)49.54%。高靜壓處理使樣品中溶解氧的增加和內(nèi)源酶的激活作用是造成花色苷損失的主要原因。因此,選擇殺菌方式需要結(jié)合桑椹汁的特性來綜合考慮。

5 提高桑椹花青素穩(wěn)定性的方法和技術(shù)

5.1 輔色作用

輔色作用是指花青素和輔色物質(zhì)通過芳香環(huán)之間的π-π堆積力、氫鍵和范德華力的驅(qū)動(dòng)形成非共價(jià)復(fù)合物的過程[49]。輔色作用阻斷了水分子對(duì)花青素分子的親核進(jìn)攻,從而阻止花青素形成查爾酮結(jié)構(gòu),使其不被降解[49]。輔色物質(zhì)主要包括酚酸、氨基酸、有機(jī)酸等小分子物質(zhì)。YOU等[50]研究發(fā)現(xiàn)6種酚酸(咖啡酸、阿魏酸、對(duì)香豆酸、沒食子酸、對(duì)羥基苯甲酸、丁香酸)對(duì)桑椹鮮汁4 ℃貯藏穩(wěn)定性有改善作用,其中添加阿魏酸時(shí)總花青素含量以及桑椹鮮汁中2種主要花青素單體(矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-蕓香糖苷)的保留率最高,比空白組提高20%以上;通過添加咖啡酸、阿魏酸、對(duì)香豆酸、沒食子酸或?qū)αu基苯甲酸,桑椹鮮汁在4 ℃貯藏過程中λmax紅移了1 nm(520 nm→521 nm),而Amax顯著增加,說明酚酸對(duì)桑椹花青素的紅移效應(yīng)不明顯,而增色效應(yīng)顯著(摩爾消光系數(shù)增加)。陳湘粵等[51]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)酸對(duì)桑椹花色苷的輔色作用表現(xiàn)為增色效應(yīng)伴隨紅移效應(yīng),隨著有機(jī)酸濃度增加溶液λmax紅移(1～4 nm)加大;除了輔色物質(zhì)的濃度因素,輔色物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及環(huán)境條件(pH、溫度)均能影響輔色作用的效果。有機(jī)酸通過降低花色苷溶液降解常數(shù),延長半衰期(t1/2)來提高桑椹花色苷的熱穩(wěn)定性。KHALIFA等[52]研究了綠原酸和槲皮素復(fù)配體系對(duì)桑椹花青素的增色效應(yīng),結(jié)果表明,桑椹花青素在95 ℃加熱5 h,其保留率僅20.45%,而添加綠原酸或槲皮素后,熱穩(wěn)定性分別提高4.59%和4.33%,將綠原酸和槲皮素復(fù)配添加,熱穩(wěn)定性可進(jìn)一步提高,且溶液顏色加深。當(dāng)綠原酸200 mg/L、槲皮素50 mg/L復(fù)配添加時(shí),t1/2從2.04 h提高到5.78 h。因此,輔色作用是一種改善桑椹汁等飲品顏色品質(zhì)及穩(wěn)定性的有效方法。

5.2 構(gòu)建桑椹花青素-蛋白質(zhì)復(fù)合物

研究證實(shí),花青素和食品蛋白質(zhì)可以形成復(fù)合物。CHENG等[53]研究了桑椹花青素單體矢車菊素-3-葡萄糖苷與β-乳球蛋白的相互作用,光譜學(xué)及分子對(duì)接模擬計(jì)算結(jié)果表明,其主要作用力是疏水相互作用力和氫鍵,復(fù)合作用使β-乳球蛋白的高級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。CHEN等[54]研究發(fā)現(xiàn),桑椹花青素提取物在pH值3.6、熱處理(80 ℃/120 min)條件下,乳清分離蛋白(0.16 mg/mL)使總花青素?zé)峤到饴式档土?.8%(21.4%→15.6%),研究還發(fā)現(xiàn)乳清分離蛋白和蘆丁同時(shí)添加可發(fā)揮協(xié)同效應(yīng),進(jìn)一步降低總花青素?zé)峤到饴?。一方面乳清分離蛋白對(duì)桑椹花青素有很強(qiáng)的結(jié)合作用,另一方面蘆丁對(duì)桑椹花青素具有輔色作用,乳清分離蛋白通過結(jié)合蘆丁和桑椹花青素,有利于二者通過輔色作用增強(qiáng)熱穩(wěn)定性。MA等[55]報(bào)道,桑椹花青素通過疏水相互作用與大豆分離蛋白復(fù)合,在80 ℃加熱條件下大豆分離蛋白能夠有效地抑制桑椹花青素的熱降解作用,但是在95 ℃加熱時(shí)未能起到保護(hù)效果,這可能是因?yàn)檫^高的溫度時(shí)大豆分離蛋白發(fā)生聚集,降低了大豆分離蛋白-桑椹花青素復(fù)合物在溶液中的熱穩(wěn)定性。JIANG等[56]研究發(fā)現(xiàn),桑椹花青素提取物在pH值6.3、42 ℃條件下貯藏5 d,添加大豆蛋白使花青素降解半衰期延長15%,而添加大豆蛋白水解物可使半衰期延長225%,這主要是因?yàn)榇蠖沟鞍姿馕飳?duì)桑椹花青素(矢車菊素-3-葡萄糖苷)的結(jié)合能力更強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上,HE等[57]分別采取胃蛋白酶、木瓜蛋白酶水解大豆蛋白制備大豆蛋白水解物。結(jié)果表明,在相同環(huán)境條件下(pH值6.3),2種水解物對(duì)溶液顏色和花青素有很好的保護(hù)作用,胃蛋白酶水解物與矢車菊素-3-葡萄糖苷結(jié)合親和力更強(qiáng),其添加量1.0 mg/mL時(shí)花青素半衰期從1.8 d延長到5.7 d。

5.3 構(gòu)建桑椹花青素納米顆粒

研究發(fā)現(xiàn),通過構(gòu)建花青素納米顆粒,不僅可以發(fā)揮對(duì)花青素的保護(hù)作用,而且可以提升花青素的生物可及性,改善其生物利用度。張麗霞等[58]以雞卵白蛋白為載體材料,通過蛋白質(zhì)的結(jié)合作用構(gòu)建了雞卵白蛋白-桑椹酒渣花色苷納米顆粒。經(jīng)測(cè)定,包埋率可達(dá)82.34%,納米顆粒直徑40～45 nm,在模擬腸消化模型(pH值7.4)中,納米顆粒中花色苷的保留率顯著高于未包埋的花色苷。常影等[59]采用反溶劑法制備桑椹花色苷納米脂質(zhì)體,并將不同濃度殼聚糖溶液按照不同比例加入到納米脂質(zhì)體溶液中,得到殼聚糖修飾的桑椹花色苷納米脂質(zhì)體,結(jié)果表明,脂質(zhì)體粒徑111.5 nm,殼聚糖可改善脂質(zhì)體對(duì)桑椹花色苷的包封效果(包封率86.22%),穩(wěn)定脂質(zhì)體結(jié)構(gòu),提高花色苷對(duì)熱(80 ℃)、光和重金屬離子(Fe2+、Fe3+、Cu2+)的穩(wěn)定性。GüLTEKIN-?ZGüVEN等[60]研究發(fā)現(xiàn),殼聚糖修飾使黑桑(MorusnigraL.)提取物納米脂質(zhì)體粒度從約150 nm減小至約80 nm,對(duì)花青素的保留率提高,通過噴霧干燥將構(gòu)建殼聚糖修飾的黑桑提取物納米脂質(zhì)體制備成粉末,將其作為配料可制成花青素含量達(dá)76.8%的黑巧克力。

5.4 微膠囊包埋技術(shù)

微膠囊包埋被證明是穩(wěn)定和遞送花青素的實(shí)用技術(shù),不僅可以提高花青素的穩(wěn)定性,而且能夠拓寬花青素配料在食品中的應(yīng)用范圍。KHALIFA等[61]研究發(fā)現(xiàn)乳清蛋白是桑椹花青素微膠囊包埋的良好壁材,通過復(fù)配麥芽糊精或阿拉伯膠,經(jīng)噴霧干燥可得到表面光滑致密的桑椹花青素微膠囊(粒徑11～34 mm)。XU等[62]將桑椹汁經(jīng)X-5大孔吸附樹脂純化后,采用阿拉伯膠乳化,將乳液冷凍干燥得到凍干粉,花青素包埋率90.07%～97.36%,以C3G計(jì),花青素含量58.22～121.23 mg/100 g;凍干粉與阿拉伯膠按照1∶90(質(zhì)量比)構(gòu)建的微膠囊經(jīng)熱處理,花青素?fù)p失率19.88%,制成凍干粉后損失率為30.31%。YAMDECH等[63]將海藻酸鈣微球干燥(60 ℃,4 h)后,加入到桑椹提取物溶液中使其充分吸附花青素(4 ℃放置2 h),取出凍干。經(jīng)測(cè)定,海藻酸鈣微球?qū)ιｉ┗ㄇ嗨氐奈搅繛?.283 mg/g(干基)。在80 ℃(10 h)及100 ℃(5 h)處理?xiàng)l件下,吸附在海藻酸鈣微球上的桑椹花青素保留率更高,而121 ℃(20 min)處理時(shí),在提取物溶液中或在海藻酸鈣微球上,桑椹花青素的保留率無顯著性差異。

6 桑椹花青素在食品中的應(yīng)用

6.1 用于食品著色

桑椹紅是我國GB 2760—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》批準(zhǔn)使用的48種天然色素之一,可用于果糕類、糖果、果蔬汁(漿)類飲料、風(fēng)味飲料、果酒、果凍等六類食品。GB 1886.345—2021明確桑椹紅為紫紅色或紫黑色的粉末或黏稠狀液體,主要花青素單體為矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-蕓香糖苷。商品化的桑椹紅產(chǎn)品可添加葡萄糖、食用糊精等其他輔料,以滿足具體應(yīng)用需要。在應(yīng)用特性開發(fā)方面, BYAMUKAMA等[64]將桑椹汁用于酸奶著色,結(jié)果表明,桑椹汁按照花青素25～40 mg(C3G當(dāng)量)添加到100 g酸奶中,其呈色效果與每100 g酸奶中添加20 mg FD&C紅色3號(hào)相當(dāng);且隨著桑椹汁添加量增加,其花青素及顏色穩(wěn)定性增強(qiáng)。VEGA等[65]將桑椹(MorusnigraL.)經(jīng)制汁、巴氏殺菌后,通過噴霧干燥得到粉末,在冷藏(3 ℃)和室溫(23 ℃)下貯存12周,花青素組成分析及色差分析結(jié)果均表明粉末具有良好且穩(wěn)定的著色能力。DU等[66]將桑椹果渣經(jīng)熱泵干燥后粉碎、過120目篩得到粉末,以1%、2%、3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))添加到攪拌型風(fēng)味酸奶中,研究發(fā)現(xiàn)桑椹果渣粉末不僅賦予其顏色(粉色→深紅色),而且起到改善質(zhì)地的作用,酸奶在28 d貯藏期內(nèi)持水性增強(qiáng),黏性和稠度增加,體系均勻性提高。

6.2 新鮮度指示劑

利用桑椹花青素在不同pH條件下呈現(xiàn)不同顏色的特性,可將其作為一種天然、安全的pH指示劑,用于制備食品新鮮度指示型智能包裝材料。當(dāng)食品變質(zhì)腐敗產(chǎn)生的酸或揮發(fā)性氣體引起食品pH值改變,隨即反映為pH指示材料的顏色變化,借此來監(jiān)測(cè)食品新鮮度。SUN等[67]采用溶液流延法制備了基于魔芋葡甘聚糖/殼聚糖/納米氧化鋅和桑椹花青素提取物的多功能納米復(fù)合膜,在pH值2～12內(nèi),該復(fù)合膜由紅至藍(lán)呈現(xiàn)出肉眼可區(qū)分的顏色差異。ZENG等[68]開發(fā)了一種基于明膠/聚乙烯醇基質(zhì)和桑椹渣花青素提取物的pH指示膜,隨著pH升高,該復(fù)合膜由亮紅色(pH值2.0～3.0)、紫色(pH值4.0～6.0)、灰色(pH值7.0)逐漸變化為綠色至深綠色(pH值9.0～11.0),并具有肉眼可區(qū)分的顏色差異;該研究將pH指示膜用于監(jiān)測(cè)鯪魚(Cirrhinamolitorella)腐敗,結(jié)果表明,在24 h觀測(cè)期內(nèi),鯪魚腐敗產(chǎn)生的揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)使體系pH值升高,復(fù)合膜的顏色變化與TVB-N值具有較好的相關(guān)性。ZHANG等[69]制備了由羧甲基淀粉鈉和κ-角叉菜膠結(jié)合桑椹花青素提取物制成的精確智能薄膜,用于監(jiān)測(cè)鏡鯉(Cyprinuscarpiovar.specularis)的新鮮度變化。研究結(jié)果表明,在40 h觀測(cè)期內(nèi),TVB-N值在30 h時(shí)逼近限值(20 mg/100 g;GB 2733—2015),這時(shí)薄膜顏色由最初的紅色變化為暗藍(lán)色。LI等[25]采用3D打印技術(shù)制備了以殼聚糖為成膜基質(zhì)的桑椹花青素指示膜并用于監(jiān)測(cè)豬肉的新鮮度。結(jié)果表明,當(dāng)豬肉發(fā)生變質(zhì)時(shí),指示膜的顏色從紅色變?yōu)榛宜{(lán)色。采用智能手機(jī)拍攝圖像并通過應(yīng)用程序分析圖像,建立顏色參數(shù)(RGB值)與腐敗指標(biāo)參數(shù)(TVB-N值)的定量關(guān)系模型,從而為桑椹花青素指示膜智能化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

6.3 抗菌和食品保鮮

桑椹花青素具有抗菌活性,類似其他酚類物質(zhì),主要通過滲透進(jìn)入細(xì)胞膜,與膜上蛋白質(zhì)結(jié)合使其失活,從而抑制細(xì)菌生長[25]。KHALID等[70]的研究顯示,黑桑椹(MorusnigraL.)鮮汁中總花青素含量達(dá)769 mg/g(以C3G計(jì)),對(duì)5種革蘭氏陽性菌(螺旋芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、白喉?xiàng)U菌、糞腸球菌、金黃色葡萄糖球菌)和3種革蘭氏陰性菌(大腸桿菌、銅綠假單胞菌、鼠傷寒沙門氏菌)均具有良好抗菌作用,其中對(duì)糞腸球菌的抑菌活性甚至高于新霉素(30 mg)和慶大霉素(10 mg)。LI等[25]對(duì)比分析了殼聚糖薄膜在添加桑椹花青素前后的抑菌性,薄膜經(jīng)紫外線滅菌后投入到菌懸液中37 ℃保溫2 h,采用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定菌落總數(shù)。結(jié)果表明,添加桑椹花青素(0.1 g)使殼聚糖薄膜表現(xiàn)出抑菌作用,大腸桿菌(5.02 log CFU/mL→4.86 log CFU/mL)及金黃色葡萄球菌(5.03 log CFU/mL→4.97 log CFU/mL)的活菌計(jì)數(shù)顯著下降(P<0.05),從結(jié)果看桑椹花青素對(duì)大腸桿菌有更強(qiáng)的抑制作用。SUN等[67]研究發(fā)現(xiàn),添加納米氧化鋅可賦予魔芋葡甘聚糖-殼聚糖復(fù)合膜良好的抗菌性,在復(fù)合膜制備過程中添加桑椹花青素提取物,從抑菌圈直徑看,復(fù)合膜的抗菌性得到提高,這進(jìn)一步證實(shí)桑椹花青素對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有抑菌作用。ZHOU等[71]將桑椹提取物按照不同配比(0%、5%、10%和20%,以魔芋葡甘聚糖計(jì))與魔芋葡甘聚糖、羥丙甲基纖維素構(gòu)建復(fù)合膜,抗菌性能評(píng)價(jià)(GB/T 20944.1—2017)結(jié)果表明,是桑椹提取物而非多糖基質(zhì)賦予復(fù)合膜良好的抗菌性能,且隨著桑椹提取物添加量增加,抑菌圈直徑從18 mm增加到33 mm。

桑椹花青素除了作為食品著色劑,還可用作抗氧化劑或天然抗菌劑來抑制食品成分氧化或微生物生長,從而延長食品的保質(zhì)期。TURAN等[72]考察了添加黑桑椹(MorusnigraL.)水提取物凍干粉對(duì)牛肉派的保鮮效果。研究發(fā)現(xiàn),盡管真空包裝比有氧包裝能緩解牛肉派貯藏過程中脂質(zhì)氧化和高鐵肌紅蛋白生成,添加凍干粉進(jìn)一步提高了抑制脂質(zhì)氧化和高鐵肌紅蛋白的含量水平;凍干粉通過著色、抑制脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化等方式保持牛肉派的顏色穩(wěn)定性,同時(shí)通過抑制腐敗微生物生長延長產(chǎn)品貨架期,使有氧包裝牛肉派的貨架期延長3～6 d,而真空包裝的貨架期超過15 d;綜合感官評(píng)定結(jié)果,凍干粉的合適添加量為0.2%。CHENG等[73]報(bào)道,濃縮桑椹汁(總花青素含量4.91 mg/g干基,以C3G計(jì))對(duì)豬肉脯在加工及貯藏過程中的脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化均有很好的抑制作用,同時(shí)濃縮桑椹汁具有提高豬肉脯紅度和增加顏色穩(wěn)定性的作用;研究還發(fā)現(xiàn),添加β-環(huán)糊精還可降低花青素在加工及貯藏過程中的損失率,與對(duì)照組相比,豬肉脯中添加1% β-環(huán)糊精可使總花青素?fù)p失率降低11.14%。桑椹花青素的著色、抗氧化、抑菌等多重作用使其作為多功能配料在新型健康型肉品開發(fā)方面極具應(yīng)用潛力。

6.4 功能性食品開發(fā)

桑椹花青素具有抗氧化、降血脂、抗炎、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝等多種生理活性[7-8, 74]。因此,桑椹花青素作為生物活性成分應(yīng)用于功能性食品,有望對(duì)人體健康發(fā)揮有益作用。WU等[8]的研究顯示,高脂膳食喂養(yǎng)的小鼠(C57BL/6)攝取一定劑量桑椹(MorusaustralisPoir)花青素(200 mg/kg食物)可顯著減少體重增加。與高脂膳食組相比,喂養(yǎng)8周后,奧利司他(一種治療肥胖藥物)使其減少17.1%,而桑椹花青素可使其減少32.7%。NATTIRA等[74]研制了一款含桑椹花青素的果凍,經(jīng)感官評(píng)定,其總體可接受性良好;將其用于對(duì)血脂異常受試者進(jìn)行干預(yù),每天攝食果凍170 g(其中含桑椹花青素191 mg),連續(xù)干預(yù)7 d后,受試者體內(nèi)炎癥標(biāo)志物白細(xì)胞介素-6降低,血脂中膽固醇和低密度脂蛋白水平分別下降7%和10%。王靜[75]研究發(fā)現(xiàn)桑椹花青素飲品對(duì)人為造成脊髓損傷大鼠的運(yùn)動(dòng)功能具有促進(jìn)恢復(fù)的作用,而且桑椹花青素純度越高效果越好。THUKHAM-MEE等[76]報(bào)道,桑椹奶(每份180 mL,花青素含量34.30 mg/L,以矢車菊素葡萄糖苷計(jì))可改善18～60歲成年人的記憶力(包括注意力、注意力的連續(xù)性、記憶速度和記憶質(zhì)量)。300名健康受試者每天食用1～2份富含花青素的桑椹奶,6周后,受試者在單詞識(shí)別、圖片識(shí)別、簡單反應(yīng)、選擇反應(yīng)時(shí)間、空間記憶和數(shù)字工作記憶方面的反應(yīng)時(shí)間顯著縮短,且對(duì)文字識(shí)別、圖片識(shí)別、數(shù)字警惕和空間記憶方面的準(zhǔn)確率顯著提高。

桑椹花青素對(duì)蛋白質(zhì)、淀粉的消化有調(diào)節(jié)作用。MA等[55]報(bào)道,桑椹花青素通過疏水相互作用與大豆分離蛋白復(fù)合,提高了大豆分離蛋白對(duì)胃蛋白酶的消化率,但是在腸液中的消化受到一定的抑制,這主要是不同消化液環(huán)境中大豆分離蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)因桑椹花青素的作用發(fā)生了不同程度的改變。KHALIFA等[77]的研究表明,微膠囊化的桑椹花青素(添加量20%)可提升能量球模型中乳清蛋白的消化率,研究認(rèn)為桑椹花青素與乳清蛋白結(jié)合,通過部分去折疊乳清蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)增加了消化酶對(duì)肽鍵的可及性。YAZDANKHAH等[78]研究了添加黑桑椹提取物凍干粉的意大利面條作為Ⅱ型糖尿病膳食的潛力,結(jié)果表明,該面條對(duì)α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性有較強(qiáng)的抑制作用,在凍干粉添加量1.5%時(shí)其抑制效果甚至優(yōu)于阿卡波糖,血糖生成指數(shù)預(yù)測(cè)值為47.32。

7 結(jié)論與展望

近年來,桑椹在國內(nèi)外得到廣泛關(guān)注,它富含花青素等對(duì)人體健康有益的活性成分。桑椹花青素含量受其品種、成熟度等因素的影響,其主要組成成分為矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-蕓香糖苷。桑椹花青素在氧氣、光、熱等因素的作用下易褪色和降解,因此在干制、制汁、殺菌等加工環(huán)節(jié)會(huì)受到損失。在桑椹果酒制備中花青素的損失率高達(dá)50%[79],將其加工成果醬(71 °Brix),主要花青素單體的損失率超過97%[80]。研究發(fā)現(xiàn),通過輔色作用、構(gòu)建花青素-蛋白質(zhì)復(fù)合物或納米顆粒、微膠囊包埋等技術(shù)手段可提高桑椹花青素的穩(wěn)定性。桑椹花青素利用其呈色特性,可用于食品著色或作為食品新鮮度指示劑,根據(jù)其抑菌、抗氧化、降血脂等生理活性,可將其用于食品保鮮及功能性食品開發(fā)。當(dāng)前,針對(duì)桑椹花青素穩(wěn)定性的研究仍較為缺乏,這為桑椹花青素在食品加工及保藏過程中的穩(wěn)定化帶來巨大挑戰(zhàn)。為了更好利用桑椹及其花青素資源,應(yīng)考慮以下4個(gè)方面:a)當(dāng)前對(duì)加工及保藏過程中花青素?fù)p失囿于對(duì)數(shù)據(jù)的解釋,缺乏機(jī)制分析;b)桑椹花青素在加工及保藏過程中的損失是多因素引起的,今后宜對(duì)內(nèi)部因素(花青素組成結(jié)構(gòu)、內(nèi)源酶等)和環(huán)境/加工因素開展關(guān)聯(lián)性研究,以厘清花青素降解途徑;c)對(duì)桑椹花青素穩(wěn)定化的措施包括輔色作用、構(gòu)建復(fù)合物等,仍處于摸索和試錯(cuò)階段,建議借助分子動(dòng)力學(xué)模擬等手段提升研究的技術(shù)水平;d)根據(jù)結(jié)構(gòu)決定功能原因,優(yōu)化花青素結(jié)構(gòu)是改善其穩(wěn)定性的基礎(chǔ),以花青素為主要目標(biāo)對(duì)象的桑椹品種選育,應(yīng)以培育具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的桑椹花青素組分為目標(biāo)。