低温超声波降解花色苷天竺葵素-3-葡萄糖苷的自由基机制研究

Anthocyanins are a kind of water-soluble pigments, which not only endow the fruit and vegetable products with bright colors but also have many health functions to human body. Previous studies have shown that anthocyanins are not stable and tend to be partially degraded during ultrasonic processing in addition to the effects of light, heat, oxygen, etc. So in this study, taking the Pelargonidin 3-glucoside (Pg-3-glu), the main anthocyanins in strawberry, as study object, the quality and the quantity of Pg-3-glu exposed to ultrasound in low temperature will be investigated using spectroscopy method and the first-order reaction, and the antioxidant activity change will also be tracked. The main degradation products of anthocyanins will be seprated, purified and identified with preparative HPLC、HPCCC、HPLC-DAD、HPLC-MS-MS and NMR technology. On this basis, degradation pathway will be derived. Based on cavitation effect, the relation between generation of hydroxyl radical and peroxide induced by ultrasound and anthocyanins degradation will be analyzed. Combined with degradition pathway, free radical mechanism of anthocyanins degradation by ultrasound will be proposed. This research will provide basic data and theory of evaluating the application of ultrasonic technology in fruit and vegetable products processing.

花色苷是一种水溶性的色素，它不仅赋予了果蔬产品以鲜艳的颜色，更对人体具有许多保健功能。前期研究表明花色苷不稳定，除了受光、热、氧气等的影响外，也会受到食品中的加工方法- - 超声波的影响而部分降解。因此本研究拟选用草莓中的主要花色苷锦葵素-3-葡萄糖苷为研究对象，采用光谱学和一级动力学模型对锦葵素-3-葡萄糖苷在低温超声波处理过程中的稳定性进行定性和定量，并对花色苷的抗氧化活性进行评价。通过制备HPLC、HPCCC、HPLC-DAD、HPLC-MS-MS和NMR等技术对花色苷主要降解产物进行分离、纯化和鉴定，并推导降解途径。根据超声波作用的空化效应，分析超声波处理过程中活性氧自由基oOH和H2O2的产生与花色苷降解的相关性，结合降解途径最终分析超声波降解锦葵素-3-葡萄糖苷的自由基机理。本研究为进一步评价超声波技术在果蔬产品加工中的合理应用提供了基础数据与理论依据，具有实际指导意义

超声波在食品加工应用过程中会影响食品中花色苷的稳定性，造成其部分降解，产品色调下降。为了解超声波降解花色苷的具体机理和途径，拓宽超声波在食品加工中的的应用范围。本研究开展了以下工作：.（1）提取和纯化草莓中的Pg-3-glu，并采用HPLC-DAD测定Pg-3-glu的含量，在280nm的色谱图中其纯度可达91%。（2）设计不同梯度大小的超声波功率和时间作用于花色苷Pg-3-glu，采用紫外可见分光光度计（UV-vis）测定超声波处理后花色苷Pg-3-glu的光谱特征的变化，发现花色苷经超声处理后显著降解，采用HPLC-DAD测定Pg-3-glu的浓度变化，分析不同参数对降解的影响，进一步采用一级反应动力学模拟Pg-3-glu的低温超声波降解过程，计算不同功率和时间作用下Pg-3-glu的降解速率常数k和半数降解时间t1/2，随着超声波功率的增大，降解速率常数k逐渐增大，t1/2逐渐减小，在500W时达到6.72×10-2min-1和10.3147min。（3）在分析降解动力学的同时，用FRAP和DPPH两种方法来综合评价经过超声波处理降解花色苷后抗氧化活性的变化，研究表明超声波处理后Pg-3-glu发生显著降解，抗氧化活性也随之下降。（4）采用特异性自由基捕获剂——对苯二甲酸（TPA），对超声波处理过程中生成的羟自由基进行检测，并分析自由基的产生与花色苷降解的相关性，发现羟自由基（•OH）浓度与Pg-3-glu浓度的有着较好的负相关性（R2=0.8795），即随着羟自由基（•OH）浓度的增大，Pg-3-glu的降解加速。（5）采用UPLC-MS2技术对产物组分进行分析，得到产物各组分的质谱图，通过产物各组分的母离子峰得到产物相应的分子量；并通过母离子与碎片离子、碎片离子与中性丢失之间的关系，进一步推断产物各组分的分子结构，最终鉴定产物六种，并推导出超声处理Pg-3-glu的可能的降解途径有四条，其中途径一与热的降解途径相似，途径二和途径三可能与超声降解过程中产生的自由基有关，而途径三为花色苷的醇解途径。