冻干甜玉米粒贮藏过程中玉米黄质稳定性分析

肖亚冬1,2，李大婧2,3,*，刘春泉2

（1.南京农业大学食品科技学院，江苏 南京 210095；2.江苏省农业科学院农产品加工研究所，江苏 南京 210014；

3.东北林业大学林学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

摘 要：冻干甜玉米粒真空包装和普通包装后置于4、20、37 ℃条件下贮藏12 周，考察包装方式和贮藏条件对冻干甜玉米粒中玉米黄质稳定性的影响。采用高效液相色谱方法测定玉米黄质含量。结果表明：普通包装、高温和见光均可加速玉米黄质降解，且遵循一级反应动力学模型；不同条件反应速率不同，真空包装4 ℃避光贮藏玉米黄质降解速率常数最小，普通包装37 ℃见光贮藏降解速率常数最大，且普通包装见光贮藏对玉米黄质热敏感性影响最大。贮藏过程中玉米黄质会发生顺反异构化，真空包装避光和见光时温度越高生成的顺式异构体越多；同一温度条件下，真空包装见光比避光更易发生反式向顺式结构的转变；普通包装避光或见光贮藏时玉米黄质以降解反应为主，异构化反应不明显。

关键词：甜玉米；冻干；玉米黄质；稳定性

Stability of Zeaxanthin in Freeze-Dried Sweet Corn Kernels during Storage

XIAO Ya-dong1,2, LI Da-jing2,3,*, LIU Chun-quan2

(1. College of Food and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;

2. Institute of Farm Product Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China;

3. College of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

Abstract: The vacuum package and common package of freeze-dried sweet corn kernels were stored in dark or in light at 4, 20 or 37 ℃ for 12 weeks. The effects of packaging and storage conditions on the stability of zeaxanthin in sweet corn kernels were observed. Zeaxanthin contents were determined by HPLC. Results showed that the degradation of zeaxanthin was accelerated by common package, high temperature or light, which could be described by a first-order kinetic model. Under different conditions, the degradation rates of zeaxanthin were different; the rate constant was the lowest for the vacuum package stored at 4 ℃ in dark and the highest for the common package stored at 37 ℃ in light. Common package and storage in light had the biggest effect on heat sensitivity of zeaxanthin in freeze-dried sweet corn kernels. Isomerization of zeaxanthin occurred during storage. Vacuum-packaged sweet corn kernels formed increased amounts of cis-isomers at higher temperature regardless of being stored in dark or in light, and under identical temperature conditions, trans-to-cis transformation was achieved more readily in light than in dark. However, degradation of zeaxanthin was more predominant than isomerization during storage in common package no matter in dark or in light.

Key words: sweet corn; freeze drying; zeaxanthin; stability

中图分类号：TS201.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）06-0229-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201406049

玉米黄质是一种天然的含氧类胡萝卜素，其结构中共轭双键体系不仅赋予了类胡萝卜素特有的色泽，也提供了可作为鉴定和定量分析依据的可见光吸收光谱[1]。玉米黄质是高度集中在眼睛视网膜中黄斑部位的类胡萝卜素之一，是黄斑色素的主要组成成分[2]，可预防老年性眼球视网膜黄斑退化引起的视力退化和失明症[3-4]。其次，由于其结构中的双键和尾端基团上的羟基，玉米黄质具有较强的抗氧化功能[5]，能够预防癌症、抗诱变、减缓动脉硬化进程[6-9]。甜玉米中含有丰富的玉米黄质，常食甜玉米可以保护视力，防治慢性眼部疾病，并有利于降低血液中胆固醇含量、预防心血管疾病等[10-11]。

真空冷冻干燥（冻干）特别适用于高热敏性和易氧化物料的干燥，可以最大程度的减少新鲜物料色、香、味及营养成分的损失，并且保持食品原有的形状。冻干甜玉米粒不仅保证了产品的感官品质和营养品质，且复水后的甜玉米粒无论外观形态及口味都与新鲜甜玉米粒没有太大差异，同时便于贮运。目前市场上已有冻干玉米粒产品出现，但有关冻干玉米粒在贮藏过程中玉米黄质的变化却未见报道。本实验通过探讨不同包装方式和光照条件对冻干甜玉米粒在贮藏过程中玉米黄质稳定性的影响，研究其降解规律，为冻干甜玉米的生产应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

速冻甜玉米粒 江苏省农业科学院六合基地。

正己烷、石油醚、无水硫酸钠、丙酮、无水乙醇、甲苯、氢氧化钾、甲醇（分析纯）、甲基叔丁基醚（methyl tert-butyl ether，MTBE，色谱纯） 国药集团化学试剂有限公司；甲醇（色谱纯） 美国天地公司；纯净水 杭州娃哈哈集团有限公司；全反式玉米黄质标准品 美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

HH-S恒温水浴锅 江苏金坛市恒丰仪器厂；RE-52A真空旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；LGJ-12冷冻干燥机 北京松源华兴科技发展有限公司；FA2104电子分析天平 北京赛多利斯科学仪器公司；HPLC1200高效液相色谱仪（配有在线真空脱气机、四元梯度洗脱泵、柱温箱、二极管阵列检测器（diode array detector，DAD）、色谱柱YMC-C30（4.6 mm×250 mm，5 μm） 美国安捷伦科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 冻干甜玉米粒的贮藏

将速冻甜玉米粒真空冷冻干燥24h，最终水分含量低于5%，对冻干甜玉米粒进行每袋约5g的真空包装和普通包装。将包装好的冻干甜玉米粒分别放入温度为4、20、37 ℃的3 个生化培养箱中进行贮藏，每个培养箱分上下两层，上层安装1盏40W的荧光灯，光照强度约为1 600lx，下层放置一个不透光的纸箱。将18 袋真空包装样品和18 袋普通包装样品放入上层进行见光贮藏实验；同时放置相同数量真空包装和普通包装样品在培养箱下层做避光贮藏实验。

1.3.2 玉米黄质的降解动力学

一般认为，类胡萝卜素在贮藏过程中的降解反应大多符合一级反应动力学[12-14]，可用式（1）模型描述：

ln（c/c0）=－kt （1）

式中：c为玉米黄质贮藏后含量/（μg/g）；c0为玉米黄质初始含量/（μg/g）；k为在特定条件下反应速率常数；t为时间/min。

Arrhenius经验公式反映了化学反应的速率常数k与反应温度T之间的关系，见式（2）：

（2）

式中：Ea为反应活化能/（kJ/mol），对于指定反应，Ea是既与反应物质浓度无关，又与反应温度无关的常数，将lnk和1/T作线性拟合，由斜率即可求出Ea；R为气体常数（8.3148×10-3 kJ/（mol•K））；T为绝对温度/K；A为常数。

1.3.3 冻干甜玉米粒中玉米黄质的提取

参考Inbaraj等[15]类胡萝卜素提取方法，并稍作修改。将冻干甜玉米粒打粉后称取3.00g，置于100 mL锥形瓶中，加入30 mL正己烷-乙醇-丙酮-甲苯（10∶6∶7∶7，V/V），充分旋转振摇1h。加入2mL 40% KOH甲醇溶液，25 ℃条件下于暗处氮气保护下皂化反应。反应后转移样液至分液漏斗并加入30 mL正己烷，上下振摇1 min，加入38 mL 10%硫酸钠溶液，混匀，于暗处静置分层，上清液减压浓缩至干，用甲醇定容，色素溶液用0.45 μm微孔膜过滤后进行液相检测。操作过程中注意避光。

1.3.4 色谱条件

玉米黄质检测的色谱条件参照Aman等[16]HPLC方法，可对玉米黄质及其顺式异构体进行分离。色谱柱：YMC C30柱；流动相：A为甲醇-MTBE-水（92∶4∶4，V/V），B为MTBE-甲醇-水（90∶6∶4，V/V）；洗脱条件：在80 min内由100% A到6% B；流速：1.0 mL/min；柱温：25 ℃；进样量：20µL；检测波长：450nm。

1.4 数据统计分析

实验数据结果均采用Origin 7.5软件处理。

2 结果与分析

2.1 冻干甜玉米粒贮藏过程中玉米黄质含量变化

由图1可知，真空包装冻干甜玉米粒在4、20、37 ℃避光贮藏12 周，玉米黄质含量分别减少了0.81、1.52、1.84 μg/g，下降比例分别为7.89%、14.80%和17.92%，温度越高，玉米黄质降解的越快；普通包装避光贮藏中玉米黄质含量分别减少了1.21、2.06、2.54 μg/g，下降比例分别为11.78%、20.06%和24.73%，与真空避光呈现相同的规律，不同的是玉米黄质的下降量均高于相同条件下真空包装的样品，原因可能是普通包装内有空气残留，加速了玉米黄质的氧化降解。图1c、1d与图1a、1b相比，相同温度条件下，见光贮藏使得玉米黄质降解的更快，说明一定温度条件下光照可以促进玉米黄质的氧化降解。由此可知，高温、空气和光照均能加速玉米黄质的降解，Lin等[17]指出番茄汁贮藏过程中叶黄素等类胡萝卜素的氧化降解与温度、光照和空气关系密切。真空包装冻干甜玉米粒在4 ℃条件下避光贮藏12 周玉米黄质的保留率（92.11%）远远高于普通包装在37 ℃条件下见光贮藏12 周的保留率（37.68%），故冻干甜玉米粒应避光低温保存，并采用真空包装方式。

a.真空包装、避光贮藏

b.普通包装、避光贮藏

c.真空包装、见光贮藏

d.普通包装、见光贮藏

图 1 冻干甜玉米粒贮藏过程中玉米黄质含量变化

Fig.1 Changes in zeaxanthin content in freeze-dried sweet corn during storage

2.2 冻干甜玉米粒贮藏过程中玉米黄质的降解动力学

利用一级反应动力学公式对实验数据进行处理，得到不同贮藏条件和包装方式下冻干甜玉米粒中玉米黄质的降解动力学参数，如表1所示。将ln（c/c0）与时间进行拟合，结果显示均呈良好的线性关系（R2＞0.93），说明玉米黄质在贮藏过程中的降解反应符合一级反应动力学模型。

表 1 冻干甜玉米粒贮藏过程中玉米黄质降解动力学参数

Table 1 Thermal kinetic parameters of zeaxanthin in freeze-dried sweet corn during storagea

注：包括反式玉米黄质及其异构体。

由表1可知，在20 ℃条件下，冻干甜玉米粒真空包装避光和见光、普通包装避光和见光贮藏12 周，玉米黄质反应速率常数分别为0.012、0.037、0.017周－1和0.048 周－1。由此可知，普通包装见光贮藏时玉米黄质的降解反应速率常数最大，同样的现象存在于4 ℃和37 ℃时，这是由于光照条件下玉米黄质更易降解，且普通包装内含有空气，导致其发生氧化反应，损失更快。从表1可以看出，随着温度的升高，其降解速率逐渐增大。

玉米黄质降解反应对温度的敏感程度用活化能Ea的大小来衡量[18]，Ea越大，其降解受温度变化的影响越强烈。冻干甜玉米粒真空包装和普通包装避光、真空包装和普通包装见光贮藏，玉米黄质的Ea值分别为17.191、18.189、22.115、22.845kJ/mol。由此可见，空气和光照均能增加玉米黄质的热敏感性。

2.3 冻干甜玉米粒贮藏过程中玉米黄质顺式异构体含量变化

由图2a和2b可知，真空和普通包装冻干甜玉米粒在4 ℃和20 ℃避光贮藏12 周后，玉米黄质13-顺式异构体增加了0.01、0.04 μg/g（1.72%和6.90%），9-顺式异构体仅增加了0.01、0.02 μg/g（3.70%和7.41%）；真空包装冻干甜玉米粒在37 ℃避光贮藏12 周后，9-顺式、13-顺式玉米黄质分别增加了0.09、0.11 μg/g（33.33%和18.97%），说明真空条件下温度升高加速了玉米黄质的异构化反应，而普通包装37 ℃避光贮藏12 周，顺式异构体含量有少许下降，可能是空气导致异构体生成的同时发生了降解。

a.真空包装、避光贮藏

b.普通包装、避光贮藏

c.真空包装、见光贮藏

d.普通包装、见光贮藏

图 2 冻干甜玉米粒贮藏过程中玉米黄质顺式异构体含量变化

Fig.2 Changes in the content of zeaxanthin cis-isomers in freeze-dried sweet corn during storage

由图2c可知，37 ℃真空包装、见光贮藏12 周，9-顺式和13-顺式玉米黄质含量明显高于4 ℃和20 ℃见光贮藏，与图2a规律一致；从图2a和2c还可看出，在相同包装方式、相同温度条件下，冻干甜玉米粒见光贮藏玉米黄质顺式异构体含量要高于避光条件，这是由于光照可以给异构化反应提供能量，加速反应进行。研究中发现真空包装冻干甜玉米粒避光或见光贮藏时，9-顺式玉米黄质增加量小于13-顺式，Chen等[19-20]研究胡萝卜汁加工和贮藏过程中类胡萝卜素变化得出，该过程中更易形成13-顺式异构体的原因可能是：9-顺式异构体中顺式双键附近的空间位阻大于13-顺式，导致形成9-顺式的异构化反应所需活化能大于13-顺式。由图2b和2d可知，普通包装冻干甜玉米粒避光或见光贮藏时，玉米黄质顺式异构体含量呈下降趋势，该过程中以降解反应为主，异构化反应并不明显。

3 结 论

将冻干甜玉米粒以不同方式包装、贮藏于不同条件下，研究其中玉米黄质降解规律，温度升高、光照和空气都可加速玉米黄质降解，其中空气对其降解反应影响最为剧烈。贮藏过程中玉米黄质的降解符合一级反应动力学模型，不同条件反应速率不同，真空包装4 ℃避光贮藏玉米黄质速率常数最小，普通包装37 ℃见光贮藏速率常数最大，可见前者适合冻干甜玉米粒长期贮藏。普通包装见光贮藏对玉米黄质热敏感性影响最大。玉米黄质在贮藏过程中会发生不同程度顺式异构化。真空包装避光或见光条件下，温度越高生成的各种顺式异构体含量越多；相同温度条件下，真空包装冻干甜玉米粒见光贮藏生成的顺式玉米黄质含量比避光条件下的高；普通包装冻干甜玉米粒避光或见光贮藏时，都是以玉米黄质的降解反应为主，异构化反应不明显；另外，由于顺式双键附近的空间位阻作用，导致9-顺式异构体的增加量始终低于13-顺式异构体。

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