水果来源果胶对越橘花青素–果胶复合物稳定性及抗氧化活性的比较效应

《Foods》：Comparative Effects of Fruit-Derived Pectins on the Stability and Antioxidant Activity of Bilberry Anthocyanin–Pectin Complexes

　　

欧洲越橘花青素是一类有前景的天然色素和生物活性化合物，但其在食品体系中的应用受到对环境胁迫敏感性的限制。本研究比较了苹果果胶（apple pectin, AP）、柑橘果胶（citrus pectin, CP）和蓝莓果胶（blueberry pectin, BP）对越橘花青素结合、稳定性及抗氧化活性的影响。优化的复合条件为花青素与果胶质量比1:2.5、pH 3.0和80 min。三种果胶的单糖组成存在差异，其（半乳糖+阿拉伯糖）/鼠李糖[（Gal + Ara）/Rha]比值分别为AP 2.06、CP 2.68、BP 3.88。在这些条件下，结合率顺序为AP-A > CP-A > BP-A。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析显示，复合形成后官能团区域、衍射图谱和表面形貌发生改变，与非共价结合一致。在所测复合物中，AP-A表现出最高的保护效果，在90 °C加热5 h后，花青素保留率从48.52%提高至64.42%；在室内自然光暴露5天后，从8.90%提高至37.18%。在抗氧化测定中，AP-A将DPPH和ABTS的半数抑制浓度（IC₅₀）值分别从46.64 μg/mL降至31.12 μg/mL、从0.90 mg/mL降至0.372 mg/mL。这些发现为理解果胶组成特征与花青素稳定化之间的关系提供了有用信息，并可能有助于在富含花青素的食品体系中合理选择果胶基质。

欧洲越橘（*Vaccinium myrtillus* L.）花青素是优异的天然色素和生物活性化合物，但其在食品体系中应用受限，主要因其对环境胁迫（如pH、温度、光、氧、金属离子等）敏感。目前已有多种稳定化策略，但多糖结构特征与花青素直接结合之间的关系仍未完全阐明，且需要开发简便的食品级体系。为此，研究人员选取苹果果胶（AP）、柑橘果胶（CP）和蓝莓果胶（BP）三种商业水果果胶，系统比较它们与越橘花青素的结合、稳定性及抗氧化活性，并考察果胶单糖组成差异对花青素保护效果的影响。

研究人员首先采用高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）分析越橘提取物中花青素组成，采用离子色谱分析果胶单糖组成，通过pH示差法测定花青素含量。在优化复合条件（花青素:果胶质量比1:2.5、pH 3.0、80 min）下制备花青素–果胶复合物，利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征其结构与形貌。随后评估复合物在热、光、金属离子、防腐剂、氧化剂和还原剂处理下的花青素保留率，并通过DPPH、ABTS自由基清除实验和FRAP铁还原能力实验评价抗氧化活性。样本来源：越橘花青素提取物购自西安小草植物科技有限公司；AP、CP购自烟台安德利果胶有限公司；BP购自广州西楚生物科技有限公司。

### 3.1 越橘花青素与果胶的结构表征

**3.1.1 越橘花青素的光谱表征与组成分析**
全波长UV-Vis扫描显示，越橘花青素在310–320 nm和500–540 nm有两个典型吸收峰，其中518 nm处的强吸收归属于黄烊盐发色团的π→π*跃迁。HPLC-MS/MS分析鉴定出三种代表性花青素：矢车菊素-3-*O*-葡萄糖苷（m/z 449→287）、矢车菊素-3-*O*-芸香糖苷（m/z 595→287）和芍药素-3-*O*-葡萄糖苷（m/z 463→301）。结果表明，越橘提取物的花青素组成符合该物种特征，B环羟基/甲氧基化模式及糖基种类可能影响其与果胶的相互作用。

**3.1.2 果胶样品的单糖组成**
离子色谱测定显示，AP、CP和BP的鼠李糖/半乳糖醛酸（Rha/GalA）比值分别为0.45、0.11和0.37；（半乳糖+阿拉伯糖）/鼠李糖[（Gal + Ara）/Rha]比值分别为2.06、2.68和3.88。AP的中性糖侧链指示值最低，CP居中，BP最高。这一组成差异可能与果胶功能基团的可及性有关。

### 3.2 结合条件对花青素–果胶复合物的影响

在恒定初始花青素浓度下，结合率随花青素:果胶质量比从1:0.5增大至1:2.5而上升；pH 3.0时三种果胶的结合率均最高；复合时间80 min时结合率最高，之后略有下降。所有条件下结合率顺序均为AP-A > CP-A > BP-A。较低的（Gal + Ara）/Rha比值对应较高的结合率，提示中性糖侧链特征可能影响花青素与果胶的结合效率。

### 3.3 花青素–果胶复合物的结构与形貌表征

**3.3.1 FT-IR分析**
FT-IR光谱显示，复合后O-H伸缩区（3200–3600 cm^?1）、酯化羰基（1730–1760 cm^?1）和羧酸盐振动区（1600–1630 cm^?1）的峰位和强度改变，且未出现新吸收峰。这表明花青素与果胶主要通过氢键、静电作用等非共价相互作用结合。

**3.3.2 XRD分析**
果胶粉末在2θ≈20°附近呈现多个衍射峰，花青素呈宽弥散非晶态。复合后果胶的尖锐衍射峰减弱，衍射带变宽，说明花青素的掺入扰乱了果胶链的有序排列，进一步支持非共价结合。

**3.3.3 SEM分析**
SEM显示三种复合物均呈不规则、粗糙的聚集结构，但形态差异明显：AP-A更碎片化、片状，CP-A较致密，BP-A呈开放多孔网络。不同果胶源形成的复合物微观形貌不同，与结合行为差异一致。

### 3.4 花青素–果胶复合物在不同环境胁迫下的稳定性

**3.4.1 热稳定性**
50 °C加热5 h后，三种复合物的花青素保留率均在91%以上，高于游离花青素。90 °C加热5 h后，AP-A保留64.42%，CP-A为58.54%，BP-A为55.81%，而游离花青素仅为48.52%。果胶复合可提高花青素的热稳定性，AP-A效果最佳。

**3.4.2 光稳定性与降解动力学**
室内自然光暴露5天后，游离花青素保留率降至8.90%，AP-A、CP-A、BP-A分别保留37.18%、22.76%和15.38%；半衰期由游离花青素的1.48 d延长至AP-A的3.51 d。一级动力学拟合显示AP-A的降解速率常数最低，果胶复合可显著改善花青素的光稳定性。

**3.4.3 金属离子**
Na⁺影响较小，Ca²⁺和Zn²⁺引起中等程度下降，Cu²⁺和Fe³⁺导致较低保留率。Fe³⁺处理下，AP-A保留40.28%，CK为37.00%，果胶提供了一定但有限的保护作用。

**3.4.4 食品防腐剂**
随着苯甲酸钠和山梨酸钾浓度升高，所有样品的花青素保留率下降。0.5%山梨酸钾处理下，AP-A保留88.10%，CK为82.38%；山梨酸钾的破坏作用强于苯甲酸钠。果胶复合可部分减轻防腐剂导致的花青素损失。

**3.4.5 氧化与还原剂**
0.5% H₂O₂处理60 min后，AP-A保留27.68%，而CK仅4.79%。0.5% Na₂SO₃处理120 min后，复合物保留率均高于CK，顺序为AP-A > CP-A > BP-A > CK。AP-A在氧化和还原条件下均显示出更强的保护能力。

### 3.5 抗氧化活性比较

DPPH和ABTS清除实验显示，所有样品的抗氧化活性呈浓度依赖性。AP-A的DPPH IC₅₀值从游离花青素的46.640 μg/mL降至31.12 μg/mL，ABTS IC₅₀从0.90 mg/mL降至0.372 mg/mL。FRAP实验中AP-A的铁还原能力也最高。总体顺序为VC > AP-A > CP-A > BP-A > CK，果胶复合物可维持或提高花青素的抗氧化性能。

### 讨论总结与研究结论

本文讨论指出，果胶与花青素的结合以非共价相互作用为主，包括氢键、静电和疏水相互作用；AP较低的（Gal + Ara）/Rha比值可能使其功能基团更易接近花青素，从而增强结合和保护效果。稳定性与抗氧化活性的改善与复合物中花青素降解减少有关，果胶组成特征可影响花青素的结合及后续表现。

研究结论为：研究人员比较了AP、CP和BP作为稳定越橘花青素的食品级基质。在选定的复合条件下，结合率及稳定性测定中的花青素保留性能总体遵循AP-A > CP-A > BP-A，表明所测商业果胶样品的组成特征差异可能与花青素结合和稳定化行为相关。FT-IR、XRD和SEM分析显示，复合形成后官能团区域、衍射特征和表面形貌改变，与非共价相互作用一致。三种复合物中，AP-A在热、光、金属离子、防腐剂、氧化和还原胁迫下表现出相对较高的花青素保留率，并较游离花青素维持更高的抗氧化活性。这些发现为选择合适果胶源改善富含花青素食品成分的稳定性提供了比较证据。然而，本研究主要基于果胶来源和单糖组成进行比较，未来需要对果胶进行更全面的结构表征、定量分析果胶–花青素相互作用并在真实食品基质中验证。