热加工对食品中花青素降解机制及其抗氧化功能的影响研究

Anthocyanins in foods are unstable during industry processing and cooking due to the high temperature. The degradation products such as aldehydes and phenolic acid derivatives which contain benzene rings are irritation and may cause health issues. The effects of these degradation products on the human health are unclear. So far, limited studies are focus on the degradation products and degradation mechanisms of anthocyanin standards other than complex food processing. Therefore, purple potato and eggplant which are rich in the main anthocyanins (cyanidin, delphindin, peonidin and petunidin) are seleted to study the degradation mechanism and products of anthocyanins. The chromatographic and mass-spectrometric technics are chosen for separating the degradation products of anthocyanin standards, food extracts and foods (contain anthocyanins). The structural changes, degradation patterns and degradation mechanisms of anthocyanins in foods are studied by simulation simple, complex and authentic food processing，and analyzed by molecular dynamics. Moreover, the antioxidative capacity and safety of the processed food rich in anthocyanins are investigated by the cell-based experiments. The project is expected to contribute to choose the appropriate processing and cooking methods for the foods rich in anthocyanins and will provide insight into the mechanisms of the degradation in such anthocyanins.

食品中花青素易受温度影响而变化，热加工的最终降解产物可能是含苯环的醛类衍生物。目前少量的研究集中在纯花青素在简单条件下的降解反应，而食品在复杂条件下热加工过程中花青素的降解机制尚不清楚，降解产物的安全性也无报道。本项目选用富含主要花青素的紫薯和茄子为原料，通过构建分子动力学模拟体系，简单、复杂的食品热加工模拟体系和真实食品热加工体系，采用现代分离手段和质谱技术对产物进行分离和鉴定；从简单食品热加工模拟体系和复杂食品热加工模拟体系入手，再到食品热加工真实体系，将实验研究和分子动力学理论模拟相结合，阐明不同花青素标准品、原料花青素提取物和食品中花青素的热降解规律及降解机理；通过花青素降解产物对细胞部分功能的影响研究，初步评估富含花青素加工食品抗氧化能力变化及其安全性。研究结果将为指导富含花青素食品的热加工提供理论和实验支持，并为食品热加工过程中组分变化规律的研究提供普适性系统方法。

花青素是果蔬重要的植物化学物，对人体健康具有多种功能。但其热不稳定，在果蔬加工过程可能被破坏。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，所以本研究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，探讨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。主要结果如下：.1.在简单模拟食品体系中，蒸、煮、微波及油炸时，花青素降解遵守一级动力学方程模型。在复杂模拟食品体系中，蒸和煮制，花青素减少遵守一级动力学方程，而微波和油炸，花青素减少遵守二级动力学方程。.在简单、复杂和真实食品体系中，不同加工使棕色指数和聚合色指数不断增加，遵守零级动力学方程。这些增加与花青素含量呈显著负相关（r < -0.8）。表现为抗氧化能力随着加工时间延长而降低，且与总花青素含量存在高度的正相关性（r > 0.8）。.2.简单体系和复杂体系下热加工，茄子花青素降解规律不同。首次发现在简单体系中茄子花青素（飞燕草素-3-O-芸香糖苷）有两条转化路径，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；二是飞燕草素-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. 真实食品体系中，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；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。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。.4.加工茄子皮醇提取物均能够显著升高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，但不同的热加工的提取物提升抗氧化酶效果存在较大差异。