花青素是自然界中常见的植物色素之一,存在于蓝莓、桑葚、黑枸杞、葡萄、紫薯等植物中。它具有多种功效,包括抗氧化、抗衰老、提高免疫力、预防心血管疾病等[1]。花青素是一类含有多个电子的多羟基的黄酮类化合物,是苯丙酮及类黄酮生物合成途径中一条特殊支路的终产物[2]。花青素无毒、无味、水溶性好。当花青素结构中的基团发生了改变,花青素的稳定性受到B环取代基和额外羟基或甲氧基的影响,会导致在不同的pH值溶液中会出现不同的颜色,其他生理活性也会变化甚至丧失[3-5]。
由于花青素本身不稳定,尤其在中碱性和氧、光、热等条件下,极易使其分子结构发生变化,从而引起颜色的变化甚至丧失其生理活性。新鲜水果中含有丰富的花青素,但由于采摘时间集中、易腐败、运输不便等,对其深加工及花青素资源的开发利用至关重要[6]。已有研究多侧重于花青素的提取纯化、分离鉴定及生理活性,对其在加工过程中的稳定性缺乏系统的认识。本文拟通过对花青素的化学结构、环境和加工因素对其稳定性的影响进行系统分析,并通过添加氨基酸等手段对其进行改善,以期为花青素的更深层次的研究与开发提供理论依据。
1 花青素的化学组成和结构
花青素具有双苯环结构,是一种极性的化合物,它在水中的溶解能力很强,在甲醇、乙醇、丙酮中的溶解能力很强,不溶于非极性溶剂。花青素属于类黄酮类物质,其基本骨架为C6-C3-C6结构[7]。在花色基元R1、R2位置上,不同种类的花色苷有不同的取代基。花青素在紫外和可见光区域内具有较强的吸收能力,其最大吸收峰位于波长280 nm和500～550 nm处,这是由其双苯环结构形成的共轭体系所导致的[7]。常见的花青素有6种,如表1所示,大多数的花青素衍生物是由这些基本花青素衍生而来的,它们在化学结构上的差异主要体现在连接在B环上的R1和R2基团的不同。天然植物中的花青素大多以糖苷化的形态存在,而非游离的形态存在。糖残基通常以单糖或双糖的形式存在,主要连接在C3、C5和C7位的羟基上。花青素的稳定性与其B环结构密切相关,当B环发生羟基化或甲氧基化时,会降低其在中性条件下的稳定性[2]。FLESCHHUT等[8]曾报道天竺葵色素在中性条件下是最稳定的花青素,并发现其糖苷化后,由于糖残基作为富电子官能团,可保护花色苷C2位不被亲核分子破坏。
表1 六类食品原料中常见的花青素苷元
Table 1 Anthocyanin glycosides commonly found in six types of food ingredients
花青素R1R2花青素的基本结构图天竺葵色素HH
续表1
花青素R1R2花青素的基本结构图矢车菊色素OHH飞燕草色素OHOH芍药色素OCH3H锦葵色素OCH3OCH3矮牵牛色素OCH3OH
2 影响花青素稳定性的环境因素
2.1 环境因素对花青素化学结构的影响
花色苷的分子结构决定了它很容易受到自由基和活性氧的侵袭而发生降解。部分环境因素下花青素的化学结构、降解反应以及提高花青素稳定性的金属离子如图1所示。有研究发现,在溶液介质中,花青素随pH的变化而发生结构上的转换,结构之间存在着一定的平衡。在较低的pH时(pH<2),花青素主要以红色的花色烊阳离子形式存在、当pH值为3～6时,花青素主要以无色的甲醇假碱和查尔酮假碱的形式存在,而在中性或者微酸环境下花色苷以紫色或浅紫色中性的醌式碱形式存在、当pH上升到8～10时,主要以蓝色离子化的醌式碱形式存在[9]。当溶液pH=1时,花青素主要以黄烊盐阳离子形式存在,溶液显紫色或红色;当pH值在2～4时,花青素失去C环氧上的阳离子变成蓝色醌型碱,醌型碱在酸性溶液中与黄烊盐阳离子间发生可逆转化;当pH值升高至5～6时,主要以假碱和查耳酮两种形式存在,且二者也可发生可逆转化,溶液呈无色。即当pH值在4～6时,花青素的4种不同结构形式共存,它们通过黄烊盐阳离子在醌基和甲醇基之间建立平衡,当pH>7时,花青素将被降解[10]。因此,在强酸性条件下,花青素将以黄烊盐阳离子这一相对稳定的单一离子形式存在。温度对花青素的稳定性影响较大。因花青素的黄烊盐阳离子形态转化为醌式碱的过程为放热反应,而黄烊盐阳离子水解转化为甲醇假碱以及甲醇假碱开环转化为查尔酮均为吸热反应。升高温度时,花青素结构会向无色的甲醇假碱和查尔酮转化;冷却和酸化时,醌式碱和甲醇假碱可转变为黄烊盐阳离子,而查尔酮很难转化为黄烊盐阳离子[11]。光照会加速花青素降解,从C-4位羟基产生中间产物,该中间产物在C-2位水解开环,生成查尔酮,查尔酮继续降解为苯甲酸、三羟基苯甲醛等小分子产物[12]。不同的花青素在同一种金属离子作用下反应不尽相同;同一种花青素在不同金属离子作用下反应也不相同。这是由于金属离子在水中会分解出酸,使溶液呈酸性,花青素在不同pH条件下呈现不同的颜色,因此金属离子的加入可以改变花青素的颜色。一些金属离子的加入,能够有效提高花色苷的稳定性;也有部分金属离子可以和花青素发生螯合作用生成螯合物[13]。
图1 部分环境因素下花青素的化学结构、降解反应以及提高花青素稳定性的金属离子
Fig.1 Chemical structure and degradation reactions of anthocyanins under certain environmental factors, as well as metal ions that enhance the stability of anthocyanins
2.2 环境因素对花青素稳定性的影响
由于花青素易受光、热、酸、氧、金属离子等环境因子的影响,使其褪色或降解,制约了其在食品领域的应用。不同环境因素对花青素的稳定性的影响如表2所示。pH值对花青素稳定性的影响很大。低pH值条件下花青素稳定性更好,保留时间更长,故一般花青素适用于酸性食品的添加剂,可以开发花青素在酸稳定性方面的应用。温度对花青素的稳定性影响较大。加热时间的延长和加热温度的提高都会使花青素的降解速率提高。因此,在加工制作花青素食品时,应尽量在低温下操作并缩短处理时间,以避免或减少花青素的热降解。光会加速花色苷的降解。由于花青素属于类黄酮化合物,其中含有不饱和键,因此可能在光照射下易降解损失,在使用和保存时应该尽量避光处理,以提高花青素的稳定性。花青素的不饱和性使得其结构对氧气敏感,氧气可通过影响多酚氧化酶等氧化酶功能的方式加速花青素的降解[14]。花青素属于多酚类物质,氧化剂会与酚羟基发生反应导致降解、褪色;
与花色苷反应生成复盐等都会影响其稳定性。因此,在花青素的提取和保存过程中,应注意避免与氧化剂、还原剂接触,尤其是氧化剂。赵成银等[15]研究发现,在相同的条件下,分别加入不同浓度的Cu2+和Fe2+溶液,随着金属离子浓度的升高,花青素提取液的颜色会变浅一些,花青素的含量也呈微弱下降趋势[15]。因此,不同的金属离子的加入也会对花青素的稳定性造成不同的影响。糖在加热过程中形成了糠醛等热降解产物,加速花色苷的降解[16]。NaCl具有一定辅色效果,而苯甲酸钠和山梨酸钾使桑椹果粉中花色苷含量降低[17]。高浓度的草酸会抑制花青素,使其吸光值及抗氧化性略有下降;高浓度的苹果酸更有利于花青素的稳定,体现为吸光值和DPPH自由基清除率的上升。抗坏血酸的添加会破坏花青素,使其吸光值明显下降,但抗坏血酸的抗氧化性使得花青素溶液的ABTS阳离子自由基和DPPH自由基清除率仍保持较高水平[18]。因此,为提高花青素的稳定性应注意糖类、食盐和食品添加剂的添加剂量,应在合适的范围内添加。
表2 影响花青素稳定性的环境因素
Table 2 Environmental factors affecting anthocyanin stability
环境因素花青素含量或稳定性的变化参考文献pH在溶液介质中,花青素随pH的变化而发生结构上的转换,结构之间存在着一定的平衡。pH<2时,稳定性较好;pH=2～4时,稳定性最好;pH=5～6时,稳定性降低;pH>7时,花青素被降解。[19-24]温度花色苷在低温下结构稳定,稳定性好;温度提高,稳定性下降,出现热降解现象;降温、酸化过程中易发生转化,查尔酮不易转化,影响稳定性,使花色苷退化。[25-26]光照室外光下保存,花青素保留率降低,降解速率最高;在室内光照射或避光保存,花青素保留率均高于室外光照,且避光保存下的降解速率最低。[27-28]氧气在真空干燥时,花青素的保留率比热风干燥时的高,两者在同一温度下,但在真空中,氧分压降低,保留率比热风干燥时高。[29]氧化剂和还原剂氧化剂H2O2对花青素浸泡时间增加,花青素含量下降,不利于花青素稳定和保存;H2O2、NaHSO3浓度增加,色素提取液吸光度降低,前者更显著。[30-31]金属离子花色苷B环上如果含有OH-,可与金属离子结合生成配合物;浸提液中添加Cu2+、Fe2+,可提高花色苷的色泽和含量;但随着金属离子浓度增加,花色苷的色泽逐渐变淡,含量也会减少。[32-34]糖类、食盐和食品添加剂加入糖类物质可以保护花色苷单体,促进花青素热解,NaCl有助色作用,苯甲酸钠、山梨酸钾处理后花青素含量下降,草酸、苹果酸对植物花色苷稳态有影响,抗坏血酸加快降解速度。[35]
综上所述,花青素在食品工业中的应用受到多种环境因素的限制,这些因素会影响花青素的稳定性和含量保留率。为了保持花青素的稳定性,需要在生产和储存过程中注意控制光照、温度、pH、氧气和金属离子等因素的影响。
3 影响花青素稳定性的处理方法
富含花青素的鲜果如桑葚、蓝莓、沙棘等,由于其易腐败、发霉和变质,不适合长时间贮藏和运输。为了提升其应用价值,可以采取干制、制汁、浓缩、杀菌等食品处理方法。不同的加工手段对花青素的含量和稳定性会产生不同的影响(图2)。
图2 影响花青素稳定性的4种处理方法及其最优方法的应用
Fig.2 Four treatments affecting the stability of anthocyanins and the application of their optimal methods
樊小静等[36]研究发现,真空冷冻干燥是保留紫薯全粉花青素的最佳方法,而微波辅助真空冷冻干燥过程中以微波为热源,造成部分花青素氧化,使得紫薯花青素含量仅次于真空冷冻干燥。热风干燥时间较长,紫薯花青素易氧化降解,使得紫薯全粉花青素含量最少。因此,微波辅助真空冷冻干燥和真空干燥可以最大限度地保留紫薯全粉花青素。
TOMAS等[37]研究发现,破碎和压榨使桑椹花青素单体溶出,桑椹汁保留了果实中60%～70%的总花青素,其花青素含量达624 mg(以C3G计)/100 g干基,约为鲜果的3倍。刘伟等[38]研究发现80 ℃热烫2 min对控制蓝莓褐变酶活性和保留花色苷功效成分具有较好的效果,优选的果胶酶和纤维素酶按4∶1的比例应用于蓝莓的酶解处理,花色苷含量是未酶解的1.92倍。以上研究可知,简单的破碎和挤压后,果渣中仍然含有大量的花青素未析出,所以需要酶促褐变以及酶解等方法对果实进行预处理,以达到制汁的最佳效果。
何中秋等[39]的研究发现冷冻浓缩法是蓝莓汁的最佳浓缩工艺,对于保持蓝莓汁的营养成分和各成分相对含量具有显著的优势。复原的冷冻浓缩蓝莓汁保留了原蓝莓汁花色苷含量含量88.47%,而复原的真空蒸发浓缩蓝莓汁仅保留了原蓝莓汁花色苷含量含量77.54%。
BAO等[40]研究了不同杀菌方式对黑胡萝卜汁理化、感官和功能性能的影响,并首次通过数学建模方法对灭菌黑胡萝卜汁的综合质量进行了量化,结果发现,热巴氏杀菌和高静水压平衡了感觉特性的改善和功能特性的保留,为最适灭菌方法。吴琼等[41]发现超高温瞬时杀菌(126 ℃、4 s)对桑椹花色苷损失率27.84%,巴氏杀菌(95 ℃、2 min)使其损失率达43.2%,高静压杀菌(30 ℃、500 MPa、15 min)时损失率高达49.54%。高静压处理使样品中溶解氧的增加和内源酶的激活作用是造成花色苷损失的主要原因。因此,选择杀菌方式需要综合考虑。
综上所述,不同的食品加工手段对富含花青素的鲜果花青素含量和稳定性会产生不同的影响。在进行食品加工时,需要根据具体情况选择合适的加工方法,并注意控制加工过程中的环境因素,以最大程度地保留花青素的含量,提高其稳定性。
4 提高花青素稳定性的新技术
由于花青素不仅会因环境因素的影响产生降解,同时在加工过程中花青素的含量也会发生不同程度的损失,所以通过技术手段来提高花青素稳定性受到越来越多的关注。现有研究发现构建花青素-蛋白质复合物、制备花青素纳米颗粒、微胶囊包埋以及依靠氨基酸的辅色作用构建花青素-氨基酸复合物都可以在食品加工过程中应用,以提高花青素的稳定性,延长其保鲜期,并保持其色泽和营养价值。4种技术手段方法和特点如图3所示。
图3 提高花青素稳定性的不同技术和特点
Fig.3 Different techniques and characteristics for improving anthocyanin stability
4.1 氨基酸的辅色作用
辅色作用是一种通过花青素与辅色物质之间的非共价相互作用形成复合物的过程[42]。这种相互作用主要由芳环与辅色物质间的π-π堆积力、氢键、范德华力等相互作用完成。辅色作用可以抑制水分子对花青素分子的亲核性攻击,进而阻止查尔酮结构形成,防止其发生降解[43]。辅色作用指的是在植物色素合成过程中,一些小分子物质的参与,可以帮助色素的形成和稳定。辅色物质主要包括酚酸、氨基酸、有机酸等,这些小分子物质在色素合成过程中发挥着重要的作用,可以促进色素的形成和稳定。辅色物质与花青素之间通过非共价相互作用形成复合物,从而增强了花青素的稳定性。辅色作用在很多植物食品中都得到了应用,以增强花青素的色泽和稳定性[44]。需要注意的是,辅色作用虽然可以提高花青素的稳定性,但其适用范围和效果可能因花青素和辅色物质的不同而有所差异。而氨基酸作为人体必需的营养物质,对人体免疫系统也十分重要。所以下面主要阐述不同氨基酸对花青素稳定性的影响。
张钰娟[45]研究发现,矢车菊-3-O-葡萄糖苷(C3G)和L-脯氨酸之间的相互作用导致特征峰紫外吸收强度降低,这可以解释为L-脯氨酸和C3G之间存在氢键。氢键的存在可以稳定L-脯氨酸与C3G的结合方式。具体来说,羧基和C3G的阳离子相互吸引而形成氢键,同时脯氨酸的碳环和C3G的苯环之间的疏水相互作用进一步稳定了这种结合模式。这种相互作用方式的推测是基于研究者对复合物的实验结果和分子结构的分析,虽然没有直接的实验证据来证明,但可以为进一步的研究提供理论基础和指导。然而,需要指出的是,进一步的实验证实和理论模拟等研究方法仍然需要进行,以更全面和准确地理解这种相互作用的机制。
CHUNG等[46]研究发现在没有氨基酸的情况下,花青素会以一级反应速率降解。这意味着花青素的降解速度与其浓度成正比。然而,当添加氨基酸时,花青素的颜色稳定性会增加。特别是添加L-色氨酸时,可以显著改善花青素的稳定性。通过添加L-色氨酸,花青素的平均半衰期可以从2 d延长至6 d。荧光猝灭测量结果显示,L-色氨酸主要通过与花青素的氢键相互作用,同时也可能参与一些疏水相互作用。因此,可以认为添加氨基酸可以延长饮料中花青素的颜色稳定性。BINGÖL等[47]研究发现天冬氨酸在所有温度下都增加了总花青素的稳定性(增加了4.5%～45.6%),而脯氨酸和缬氨酸在90 ℃时没有影响。在90 ℃时,缬氨酸对天青素-3-葡萄糖苷和花青素-3-葡萄糖苷发生了共色作用。在105 ℃时,天冬氨酸、脯氨酸和缬氨酸都增加了芹菜素-3-葡萄糖苷和芹菜素-3-芦丁糖苷的稳定性(增加7.9%～33.1%)。OH等[48]研究发现添加天冬氨酸显著提高了葡萄皮提取花青素的强度。
HATTORI等[49]研究发现,异亮氨酸和苯丙氨酸导致葡萄细胞培养物中花青素含量增加。异亮氨酸或苯丙氨酸的联合处理,以及低浓度的脱落酸可以增强葡萄细胞和分离葡萄浆果中的花青素。MELTEM等[50]研究发现添加天冬氨酸和缬氨酸可以显著增加葡萄酒中花青素的稳定性,150 ℃加热0.5 h后,天冬氨酸和缬氨酸使花青素-3-O-葡萄糖苷、花青素-3、5-二糖苷和花青素-3-5-二糖苷的稳定性增加了11%,并且在疏水相互作用和氢键的共同作用下,添加抗坏血酸可以减缓抗坏血酸对花青素的降解。因此,这些氨基酸在高浓度下可能在含有花青素和抗坏血酸的产品中具有很高的共色素化潜力。总之,氨基酸对颜色和花青素稳定性的影响取决于加热温度的不同。
这些研究结果表明,不同的氨基酸对花青素的稳定性有着不同的影响。其中,L-色氨酸、L-天冬氨酸和L-脯氨酸等氨基酸能够显著提高花青素的稳定性,延长其颜色的保持时间。这些研究结果为进一步探索和应用氨基酸与花青素的相互作用提供了重要的参考。然而,需要进一步的研究来更深入地理解氨基酸与花青素之间的作用机制以及在不同条件下的稳定性变化。
4.2 构建花青素蛋白质复合物
花青素可与食品蛋白质形成复合物。但是不同来源的蛋白质具有不同的结构特征,包括氨基酸组成、表面疏水性和电荷,以及配体结合位点。通常会影响它们与花青素的结合能力。花青素的黄烊盐阳离子对食品加工高度敏感,会导致结构破坏。通过与蛋白质的分子间相互作用,可以提高其在贮藏、光照、氧化、热消化和胃消化过程中的化学稳定性[51]。
CHUNG等[52]发现,在加速储存条件(40 ℃,7 d)下,乳清蛋白对饮料系统中紫色胡萝卜花青素的颜色稳定性有积极影响,因为它们的相互作用保护阳离子黄酮离子免受亲核攻击。花青素是众所周知的天然抗氧化剂。蛋白质-花青素的相互作用可能对花青素的抗氧化能力有促进或抑制作用。研究表明,α-和β-酪蛋白在高温(85 ℃,2 h)、光照(7 000 Lux,7 d)、蔗糖(2 mg/mL)、维生素C(0.1 mg/mL)处理下提高了蓝莓花青素的抗氧化能力[53]。乳清蛋白和牛血清白蛋白也能提高蓝莓花青素的抗氧化活性,且乳清蛋白的保护作用优于牛血清白蛋白[54]。CHENG等[55]对C3G与β-乳球蛋白的相互作用进行了研究,通过光谱学及分子对接模拟计算,发现在疏水相互作用力和氢键的影响下,复合作用会导致β-乳球蛋白的高级结构发生改变。CHEN等[56]研究发现,在pH=3.6的热处理条件下,乳清分离蛋白可显著降低总花青苷的热降解率。同时,添加芦丁可进一步减少总花青苷的热降解。并且,乳清分离蛋白和桑椹花色苷之间具有较强的亲和力。JIANG等[57]研究发现,在pH=6.3、42 ℃、5 d的贮藏条件下,添加大豆蛋白可使花青素降解半衰期延长15%,而添加大豆蛋白水解物的效果是大豆蛋白的15倍,这种差异主要是因为大豆蛋白水解物具有更强的与桑葚花青素结合的能力。基于此,HE等[58]分别采用胃蛋白酶、木瓜蛋白酶对大豆蛋白进行水解,制备大豆蛋白水解液。前期研究发现,在同一环境(pH=6.3)下,2种水解产物均具有较好的色泽及花色苷保护效果。其中,在1.0 mg/mL的加入下,花色苷半衰期由1.8 d增加至5.7 d。
以上的研究结果表明,乳清蛋白、牛血清白蛋白和大豆蛋白等蛋白质对花青素的稳定性和抗氧化能力具有积极影响。研究发现,蛋白质与花青素之间的相互作用可以保护花青素免受光照、氧化和高温等处理条件的影响。这些相互作用可能是通过氢键、疏水力和其他化学力学机制实现的。不同蛋白质的结构特征和氨基酸组成可能导致它们对花青素具有不同的结合能力和保护效果。这些相互作用可以改变蛋白质的结构,并延缓花青素的降解速率,从而提高花青素的稳定性。
此外,添加的辅助色素(如芦丁),可以与蛋白质和花青素形成复合物,从而进一步增强花青素的热稳定性和抗氧化能力[59]。
综上所述,蛋白质与花青素之间的相互作用可以提高花青素的稳定性和抗氧化能力。了解蛋白质与花青素之间的相互作用机制,可以为食品加工和储存过程中花青素的应用提供理论指导。
4.3 构建花青素纳米颗粒
通过制备花青素纳米颗粒,不仅能够保护花青素免受损失,还能提高其生物可及性,改善其生物利用度。彭梦晨[60]研究发现,相比反溶剂沉淀法,柠檬酸交联法方法制备得到的负载原花青素zein纳米颗粒具有更小的粒径和更高的包埋率,这可能是因为反溶剂沉淀法制备的纳米颗粒受疏水作用力影响,而柠檬酸交联的zein纳米颗粒除疏水作用力外,还涉及氢键和静电相互作用力,形成更稳定的载体,更好地保护花青素。
张丽霞等[61]制备的鸡卵清蛋白-桑葚酒渣花青素纳米粒子包埋率为82.34%,粒径为40～45 nm,其在模拟肠消化模型中能有效保留花青素,保留率显著高于未包埋的花青素。冉林武等[62]则采用壳聚糖与酪蛋白磷酸肽复合凝胶体系制备出黑果枸杞花青素纳米颗粒。在细胞实验中发现,黑果枸杞花色苷质量浓度为200 g/L的纳米颗粒能显著提高氧化低密度脂蛋白诱导的氧化损伤细胞的存活率。这两项研究表明鸡卵白蛋白和壳聚糖与酪蛋白磷酸肽复合凝胶体系都能成功包封花色苷,并制备出具有较好抗氧化能力的纳米颗粒。另外,研究还发现,壳聚糖修饰可以显著改善黑桑提取物纳米脂质体的性能。壳聚糖修饰后,黑桑提取物纳米脂质体粒径减小至约80 nm,保留花青素率提高[63]。通过喷雾干燥制备成粉末,可制成花青素含量达76.8%的黑巧克力。
综上所述,通过纳米技术制备花青素纳米颗粒或纳米载体,可以有效保护花青素免受损失,并提高其生物可及性和生物利用度。壳聚糖修饰可以进一步改善纳米载体的性能,提高花青素的保留率。这些研究结果为开发具有较好抗氧化能力的花青素纳米制剂提供了理论和实验基础。
4.4 微胶囊包埋技术
微胶囊包埋被证明是稳定和递送花青素的实用技术,可以稳定和传递花青素,在食品中的应用具有广泛的潜力。研究人员进行了多项研究,探索了不同的包埋方法和材料对花青素的稳定性和释放特性的影响。CHOI等[64]使用了不同原料作为涂层材料,将其与青蒿提取物按照一定比例混合,并进行冻干处理,结果显示,与未包埋花青素相比,包埋的花青素具有更好的稳定性,麦芽糊精包埋花青素保留率最高约为40.82%;麦芽糊精+羧甲基纤维素总酚含量最高约为(28.03±0.02)%,ABTS阳离子自由基清除活性约为(0.22±0.03)%,此外,感官评价显示,使用包埋花青素的涂层可以产生更好的颜色和味道,为食品工业中的功能性着色剂提供了新的选择。
陈程莉等[65]发现不同的壁材包埋黑枸杞花青素制成的微胶囊包埋效率、贮藏稳定性、外观形貌及缓释特性各不相同。以改性淀粉复合明胶(MRS-GL)为壁材的黑枸杞花青素微胶囊包埋效率最高(83.7%);以MRS-GL和改性淀粉复合阿拉伯树胶(MRS-GA)为壁材的微胶囊降解速率较小且符合二级降解动力学模型、贮藏稳定性较好,可有效阻止外界环境因素对花青素的影响;以MRS-GL、MRS-GA、改性淀粉复合麦芽糊精(MRS-MD)为壁材的部分微胶囊呈现为光滑的圆球形;5种微胶囊和未包埋的黑枸杞花青素经过胃消化花青素含量趋于平稳,基本未降解; 而经过肠道消化后,由于消化液偏碱性,花青素残存率逐渐降低。微胶囊化后,可显著提高黑枸杞花青素在肠道中的生物利用度,其中MRS-MD包埋的微胶囊花青素残存率降低的最慢。微胶囊的外观形貌、包埋效率和颗粒稳定性三者之间具有一定的相关性。
KHALIFA等[66]研究发现以乳清蛋白为包埋层材料,与麦芽糊精、阿拉伯胶等复合后,可制备出表面光洁、致密(颗粒直径11～34 nm)桑椹花青素微胶囊。XU等[67]用X-5大孔吸附树脂纯化桑椹汁,乳化后冷冻干燥得到冻干粉,花青素包埋率为90.07%～97.36%,微胶囊与阿拉伯胶按照1:90比例构建后,花青素损失率为19.88%。这些结果表明,高温对果实提取物中花青素的稳定性影响较大,而对海藻酸钙微球的吸附可以提高花青素含量的稳定性。
综上所述,包埋技术可以有效地稳定和传递花青素,并增强其在食品中的应用潜力。不同的包埋方法和材料对花青素的稳定性和释放特性产生不同的影响,研究人员通过实验研究和分析,为花青素的包埋提供了一些有益的指导。然而,仍需要进一步的研究来探索更有效的包埋方法和材料,以满足不同食品系统中花青素的稳定性和释放需求。
5 结论与展望
近年来,花青素因其对人体健康有益的活性成分在国内外受到广泛关注。花青素的含量受品种、成熟度等因素的影响,在氧、光、热等环境中容易发生褪色、降解,从而导致其在加工过程中的损耗。利用氨基酸的辅色作用、构建花青素-蛋白复合体或纳米粒子、微胶囊包埋等方法,可以改善花青素的稳定性。目前,国内外关于花青素稳定性的研究还很少,这给其在食品加工、贮藏等方面的稳定带来了很大的困难。为了更好利用花青素资源,应考虑以下4个方面:第一,现有研究局限于对花青素在加工和贮藏中的流失研究,缺少机理研究;第二,由于花青素在加工贮藏中易流失,需从内因(花青素组分、内源酶等)与环境/加工因素之间进行关联分析,明确花青素的降解路径;第三,关于稳定花青素的方法,如复合体的构建,目前还处在探索与尝试的阶段,建议在此基础上,结合分子动力学模拟等方法,进一步提升该方面的技术水平;第四,优化花青素的结构是改善其稳定性的基础,因此在品种选育中,以培育具有稳定结构花青素组分为目标。
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