红宝石葡萄低温保鲜过程中品质变化动力学模型的构建

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(鲁东大学食品工程学院,山东烟台 264025)



红宝石葡萄低温保鲜过程中品质变化动力学模型的构建

邢少华,车长远,刘文丽,王焕欣,孙舒扬*

(鲁东大学食品工程学院,山东烟台 264025)

以红宝石葡萄为原料,在4 ℃的贮藏温度下研究了葡萄中的花色苷、含糖量、总酸度的变化,并建立了葡萄品质变化的动力学模型。结果表明,随着贮藏时间的延长,葡萄中的花色苷从342 mg/L降低到267 mg/L,含糖量从13%降低到7%,而总酸度则从0.31%逐渐升高至0.65%。在4 ℃的贮藏温度下花色苷的变化适用于线性模型,而含糖量、总酸度适用于指数模型。可以通过模型来预测葡萄贮藏过程中的品质变化,为红宝石葡萄货架期的快速预测提供支持。

红宝石葡萄,动力学模型,品质,温度

红宝石葡萄因果粒较大、适合鲜食而深受广大消费者喜爱,但是由于其含糖量和含水量较高,且皮薄柔软,容易受到机械损伤,在保鲜过程中经常出现果粒萎缩、硬度减小、脱粒以及腐败变质等问题[1]。为了减少红宝石葡萄的采后损失,一般会采用低温保鲜的方法。但是,在低温保鲜情况下,红宝石葡萄的花色苷、糖分、酸度等主要化学指标也会发生变化,引起葡萄品质的下降。因此,研究红宝石葡萄中这些化学指标的变化规律对于红宝石葡萄的保鲜极为重要[2-5]。国内外学者一般通过构建化学反应动力学模型来研究其变化规律,如国内外学者已经利用化学反应动力学模型对肉类[6-7]、蔬菜[8-9]等农产品品质和货架期作过一些研究工作。但是,通过构建化学反应动力学模型研究红宝石葡萄品质变化的报道仍然较少。

因此,本文测定了红宝石葡萄在4 ℃储藏温度下花色苷、含糖量、酸度随时间的变化,并通过模型拟合,初步建立了红宝石葡萄的品质变化动力学模型,以期为有效控制红宝石葡萄品质,延长其贮藏期限提供数据支持。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

新鲜成熟红宝石葡萄 购于烟台三站水果批发市场,随即去掉病、伤的葡萄粒,放在纸盒里后进行4 ℃冷藏;乙醇、蒽酮、氢氧化钠、盐酸、甲醇、氯化钾、醋酸钠 购于国药集团化学试剂北京有限公司。

BCD-455WDSS型海尔冰箱 青岛海尔股份有限公司;HH-2型电热恒温水浴锅 龙口市先科仪器公司;HS-2型可调万用电炉 山东省龙口市先科仪器公司;DHL-1002型恒温干燥箱 山东省龙口市先科仪器公司;多功能食物搅拌机 新华食品机械厂;UV255型紫外分光光度计 日本岛津仪器有限公司;pHs-3B型pH计 上海明举电气有限公司;RE-5299型旋转蒸发仪 上海精密仪器仪表有限公司。

1.2实验方法

1.2.1 花色苷含量的测定 葡萄中花色苷含量采用Cheng和Breen的pH差异法测定[10]。取上述葡萄果皮提取液0.1 mL,分别测定当其pH为1.0和4.5时在波长510 nm 和700 nm 处的吸光值,根据吸光值A=(A510-A700)pH1.0-(A510-A700)pH4.5,计算果皮中花色苷浓度C(mg/L)=A×MW×DF×1000/(ε×l),其中MW=449.2(矢车菊-3-葡萄糖苷的分子量,mg/mol),DF=样液稀释的倍数,ε=26900(矢车菊-3-葡萄糖苷的摩尔消光系数,mol-1),l=比色皿的光路直径,为1 cm。每组测试3个平行,结果求平均值。

1.2.2 含糖量的测定 葡萄中的总糖量采用蒽酮比色法测定[11]。取2.0 g红宝石葡萄,溶解在4 mL 80%的乙醇中,研磨,再用2 mL 80%的乙醇涮洗研钵,将液体全部转移到离心管中,75 ℃加热10 min,以5000 r/min离心10 min,收集上清。沉淀加80%的乙醇4 mL重复抽提两次,合并上清液后,用80%的乙醇定容至25 mL。向试管中加入3 mL蒽酮试剂,再加入100 μL乙醇提取液,90 ℃保温15 min,冷却后于620 nm处测吸光值。含量以μg·g-1鲜重表示。用20～100 μg的葡萄糖同法测定,作标准曲线(体系中加入20～100 μL葡萄糖,再用乙醇补足剩余体积至25 mL)。每组测试3个平行,结果求平均值。

1.2.3 总酸的测定 总酸的测定采用酸碱滴定法测定[12]。去除葡萄中不可食部位,用多功能食物搅拌机将葡萄搅拌成浆状。称取30 g样品于小烧杯中,用新煮沸放冷的蒸馏水70 mL,将样品洗入250 mL容量瓶中,在90 ℃下水浴30 min,冷却后定容至刻度,摇匀,用脱脂棉过滤,吸取滤液50 mL于锥形瓶中,加酚酞指示剂2～3滴,用氢氧化钠标准溶液滴至微红色作为终点。每组测试3 个平行,结果求平均值。计算公式如下：

式(1)

式中:A为总酸量(%),C为氢氧化钠标准溶液浓度(mol/L),V为滴定时消耗氢氧化钠溶液的体积(mL),W为样品重量(g),0.075为酒石酸的换算系数。

1.2.4动力学模型的建立及验证

1.2.4.1 动力学模型的建立 近些年,国内外研究了很多关于食品在贮藏过程中品质变化模型[13-15]。这些研究表明,食品品质变化大多遵循零级(线性)或一级(指数)模式[16]。

式(2)

式(3)

式中:C(t)为葡萄在任意时刻的品质,C0为葡萄的初始品质,KT为与温度有关的品质降解系数,t为时间。

1.2.4.2 模型的可靠性评价 利用决定系数R2(0

式(4)

回归估计标准误差(root mean squared error,RMSE)的公式:

式(5)

式中:Ve为实际值,Vp为预测值,n为样本数。

1.3数据分析

实验数据使用SPSS 18.0进行统计分析以构建模型,实验结果用Excel进行绘图。

2 结果与讨论

2.1花色苷

在4 ℃储存温度下,花色苷含量的变化趋势如图1所示。由图1可以看出,随着贮藏时间的延长,花色苷总量减少,逐渐从342 mg/L降低到267 mg/L,和Kirca等[17]的研究结果一致。在低温下长期贮藏时花色苷含量会逐渐降解,造成红宝石葡萄品质下降。主要原因可能是葡萄自身氧化酶逐渐将花色苷分解[18]。

图1 花色苷实测值与模型预测值Fig.1 Measured values and predicted values of anthocyanins

花色苷含量变化与时间的关系,通过模型拟合结果如图1所示。对于零级模型,回归方程为Ct=339-5.13t;对于一级模型,回归方程为Ct=346×e-0.024t。

对所构建的模型进行评价,零级模型决定系数R2=0.940,一级模型的决定系数是R2=0.846,说明零级模型拟合效果较好。而对于相对预测误差,零级模型的RE=5.45%,一级模型的RE=8.34%,也说明零级模型的拟合精度好。

2.2含糖量

含糖量在4 ℃贮藏温度下的变化趋势如图2所示。在贮藏过程,红宝石葡萄的含糖量从13%降到7%,甜度逐渐下降,与童莉等[19]研究结果一致。因此,在长期低温贮藏时葡萄的含糖量降低,甜度下降,影响葡萄的口感。

图2 含糖量实测值与模型预测值Fig.2 Measured values and predicted values of sugar content

含糖量的拟合结果如图2所示。对于零级模型,回归方程为Ct=13.2-0.513t,决定系数R2=0.896,对于一级模型,回归方程为Ct=13.2×e-0.059t,决定系数是R2=0.940,说明一级模型拟合效果好。而对于相对预测误差,零级模型的RE=10.31%,一级模型的RE=6.77%,说明一级模型可以更好的指示含糖量的变化。

2.3总酸度

总酸度的变化趋势如图3所示,由图3可知,随着贮存时间的延长,葡萄的酸度逐渐增加,从0.31%逐渐升高到0.65%,造成了葡萄品质下降。

图3 总酸度实测值与模型预测值Fig.3 Measured values and predicted values of total acidity

总酸度与时间关系的拟合结果如图3所示。对于零级模型,回归方程为Ct=0.31+0.026t,决定系数R2=0.876,对于一级模型,回归方程为Ct=0.31×e0.055t,决定系数是R2=0.946,说明一级模型拟合效果好。而对于相对预测误差,零级模型的RE=6.94%,一级模型的RE=5.34%,也说明一级模型的拟合效果较好。

3 结论

红宝石葡萄在4 ℃贮藏温度下,花色苷、含糖量逐渐下降,而总酸度逐渐上升。花色苷随时间的变化趋势适用于零级模型,而含糖量和总酸度适用于一级模型。因此,在实际应用中可以构建相应的模型来预测红宝石葡萄4 ℃贮藏条件下品质的变化情况,为预测红宝石葡萄低温贮藏时的货架期提供数据支持,也为葡萄低温保鲜技术的信息化、智能化提供一定借鉴与参考。对于不同贮藏温度对红宝石葡萄品质变化的影响需做进一步的研究。

[1]曹雄军,雪晖,金燕,等. 红宝石无核和红地球葡萄果实着色与糖、酸含量的关系[J]. 中外葡萄与葡萄酒,2009(9):13-15.

[2]邓云,吴颖,李云飞. 葡萄在贮藏和货架期间品质的预测模型[J].农业机械学报,2006,37(8):93-97.

[3]杨中,张静,汤兆星. 新疆酿酒葡萄加工品质评价指标体系的建立[J].广东农业科学,2011(6):119-123.

[4]邢红杰. 草莓果实采后腐烂及货架期预测模型研究[D]. 南京：南京农业大学,2010.

[5]刘静. 鲜食葡萄冷链运输检测方法研究[D]. 北京：中国农业大学,2013.

[6]张晨雪,韩颖颖,王晓. 鲅鱼贮藏过程中的品质变化和货架期预测[J]. 食品与发酵科技,2016(2):101-105,110.

[7]吴行印,谢晶,王旭. 不同贮藏温度下小黄鱼货架期预测模型的建立和评价[J]. 包装工程,2016(19):84-90.

[8]高灿灿,刘佳玫,陆兆新. 鲜切小白菜和生菜不同贮藏温度下货架期预测模型的建立[J]. 食品工业科技，2016(19):334-338,344.

[9]谢晶,张利平,高志立,等.鸡毛菜的品质动力学分析及货架期预测模型[J]. 食品科学,2014(10):268-272.

[10]刘洪海,张晓丽,杜平,等. pH示差法测定烟73葡萄中花青素含量[J]. 中国调味品,2009,39(5):110-111.

[11]张君萍. 新疆若干杏品种果实主要营养成分的测定与分析评价[D]. 乌鲁木齐:新疆农业大学,2006.

[12]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会. GB/T 15038-2006,葡萄酒、果酒通用实验方法[S].北京:中国标准出版社,2008.

[13]陈杰,刘晓丹,邓伯祥. 不同温度下香菇品质动力学及货架期的研究[J]. 安徽农业科学,2009,7(5):2243-2245.

[14]Nouriana F,Ramaswamya H S,KushalaPPab A C. Kinetics of quality change associated with Potatoes stored at different temperatures[J]. Postharvest Biology and Teechnology,2003(36):49-65.

[15]Perez AG,Sanz C,Rfos JJ,et al. Effects of ozone treatment on Postharvest strawberry quality[J].Journal of Agricultural Food and Chemistry,1999,47:165-1656.

[16]Yan ZY,Sousa-Gallagher MJ,Femanda AR. Mathematical modeling of the kinetic of quality deterioration of intermediate moisture content banana during storage[J]. Journal of Food Engineering,2008(84):359-367.

[17]Kirca A,Ozkan M,Cemeroglu B. Effects of temperature,solid content and pH on the stability of black carrot anthocyanins[J]. Food Chemistry,2007,101(1):212-218.

[18]刘旭,杨丽,张芳芳,等. 酿酒葡萄成熟期间果实质地特性和花色苷含量变化[J]. 食品科学,2014(10):268-272.

[19]童莉,王欣,雯茜姆,等. 葡萄贮藏过程中含糖量、维生素C、呼吸、膜透性的变化和耐贮性的关系[J]. 种子,2008(10):23-26.

TheconstructionofqualitychangemodelofRubygrapeinpreservationbylowtemperature

XINGShao-hua,CHEChang-yuan,LIUWen-li,WANGHuan-xin,SUNShu-yang*

(College of Food engineering,Ludong University,Yantai 264025,China)

Taking Ruby grapes as raw material,the changes of anthocyanin,sugar content,and total acidity were researched at 4 ℃ and the dynamic model of the quality change of grapes was established. The results showed that anthocyanins reduced from 342 mg/L to 267 mg/L,sugar content reduced from 13% to 7% and total acidity rose from 0.31% to 0.65% with the extension of storage time. The change of anthocyanins at 4 ℃ storage temperature applied to the linear model,while the sugar content and total acidity applied to the exponential model,which could be used to predict the quality changes of grapes during storage. So this method could provide theoretical basis for grapes in preservation by low temperature.

Ruby grape;dynamic model;quality;temperature

2016-11-23

邢少华(1985-)，男，博士，研究方向：农产品保鲜，E-mail：xshjob@163.com。

*通讯作者:孙舒扬(1981-)，女，博士，副教授，研究方向：农产品加工与保鲜,E-mail:sysun81@aliyun.com。

国家自然科学基金青年基金项目(31501577)。

TS255.3

:A

:1002-0306(2017)12-0302-03

10.13386/j.issn1002-0306.2017.12.055