赤霞珠葡萄果酱贮藏期间花色苷的动力学研究

王 威，张 谦，许 静，李 琼，洪晶阳，周 彤，周筱宣，李焕荣

(1.新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐830052;2.新疆农业科学院农产品贮藏加工研究所，新疆乌鲁木齐830091)

葡萄果实中富含的花色苷主要集中在葡萄果皮中，花色苷含量高低与葡萄果皮颜色呈正相关，并在果实成熟时积累量达到峰值［1］，而温度、光、pH值、糖类、抗坏血酸、氧气等外界因素可促使葡萄花色苷的降解，进而在贮藏过程中破坏花色苷的功能性作用，降低其营养价值，影响其保健功能。赤霞珠葡萄含有丰富的花色苷［2］，是非常好的葡萄果酱及葡萄汁原料，以其为原料制作的葡萄果酱色泽艳丽、花色苷含量高，酸甜适口，老少皆宜。

目前，有关葡萄果酱花色苷功能活性的研究报道相对较多，有关温度、pH值、糖类、抗坏血酸等因素对花色苷稳定性影响的研究有少量报道［3－6］，而葡萄果酱贮藏过程中花色苷自身降解变化的研究鲜见报道。本试验采用化学反应动力学原理建立葡萄果酱花色苷降解情况与贮藏时间关系数学模型，研究贮藏期间葡萄果酱花色苷的稳定性，推导其降解动力学方程，初步建立葡萄果酱花色苷降解的动力学模型，为有效控制花色苷的降解提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取果实色泽明亮、无病虫害的欧亚种葡萄(Vitis vinifera L.)赤霞珠为试验材料。

1.2 主要仪器设备

TU－1810型紫外－可见分光光度计，由北京普析通用仪器有限责任公司生产;GL－20G－Ⅱ型高速冷冻离心机，由上海安亭科学仪器厂生产;BC/BD－146HCD型冷柜，由山东青岛海尔集团生产;KQ－250DE型数控超声波清洗器，由江苏省昆山市超声仪器有限公司生产;AL204－IC型电子天平，由梅特勒－托利多仪器(上海)有限公司生产;DHG－9123A型电热恒温鼓风干燥箱，由上海一恒科技有限公司生产。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程 原料选择→清洗→不同配料方式(全果、果汁+果皮、果汁)→不同热处理方式(未微波处理、微波处理、)→打浆→不同浓缩方式(常压熬制浓缩、减压蒸馏熬制浓缩)→装袋、灭菌→冷却。本试验12个处理:(1)未微波处理、常压熬制浓缩、全果;(2)未微波处理、减压蒸馏熬制浓缩、全果;(3)微波处理、常压熬制浓缩、全果;(4)微波处理、减压蒸馏熬制浓缩、全果;(5)未微波处理、常压熬制浓缩、果汁+果皮;(6)未微波处理、减压蒸馏熬制浓缩、果汁+果皮;(7)微波处理、常压熬制浓缩、果汁+果皮;(8)微波处理、减压蒸馏熬制浓缩、果汁+果皮;(9)未微波处理、常压熬制浓缩、果汁;(10)未微波处理、减压蒸馏熬制浓缩、果汁;(11)微波处理、常压熬制浓缩、果汁;(12)微波处理、减压蒸馏熬制浓缩、果汁。

1.3.2 花色苷含量的测定 采用pH值示差法［7－10］测定:分别移取1 mL样液2份，以1 mL蒸馏水为空白样作对照，分别用pH值为1.0、4.5的缓冲液定容至10 mL，暗处平衡2 h，用分光光度计分别测定波长520、700 nm处的吸光度，计算花色苷含量，公式为

式中:D520 nm，pH 1.0、D700 nm，p H 1.0、D520 nm，p H 4.5、D700 nm，p H 4.5 分 别 为pH值1.0、4.5时波长520、700 nm处的吸光度;C为花色苷含量，mg/L;D消除样液混浊影响的为吸光度;ε为矢车菊花素－3－葡萄糖苷的消光系数，值为26 900;DF为稀释因子;MW为矢车菊花素 －3－葡萄糖苷的分子摩尔质量，为449.2 g/mol;l为光程，为1 cm。

1.3.3 反应动力学研究 反应动力学及花色苷损失率计算公式为

式中:C0为花色苷初始含量，mg/L;Ct为经过t时刻后的葡萄果酱花色苷含量，mg/L;k为葡萄果酱花色苷的降解动力学常数［11－12］。花色苷降解半衰期(t1/2)计算公式为:

花色苷降解活化能计算公式为

式中:k为热降解速率常数，d－1;R为气体常数，值为8.314×10－3kJ/(mol·K);K0为频率常数，d－1;T 为温度，K;Ea 为花色苷降解活化能，kJ/mol。相关指标测定3次，取平均值。

1.4 数据处理

采用统计软件Microcal Origin 8.0进行绘图，采用软件SPSS 18.0对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 贮藏期间不同热处理方式下葡萄果酱花色苷损失率的变化

由图1可见，随着贮藏时间的延长，葡萄果酱花色苷损失率呈增加趋势;熬制浓缩方式相同、配料为果汁的条件下制作的葡萄果酱在贮藏120 d时，制作前经微波处理的葡萄果酱花色苷损失率明显低于不经微波处理的;熬制浓缩方式相同、配料为全果或者果汁+果皮的条件下制作的葡萄果酱在贮藏120 d时，制作前不经微波处理的葡萄果酱花色苷损失率明显低于经微波处理的，这可能是因为花色苷主要在果皮中，微波处理对花色苷结构造成一定程度的破坏。

2.2 贮藏期间不同熬制浓缩方式对贮藏期间葡萄酱花色苷的影响

由图2可见，热处理方式和配料方式相同、熬制浓缩方式不同的条件下，随贮藏时间延长，葡萄果酱花色苷损失率呈增加趋势;热处理方式和配料方式相同的条件下制作的葡萄果酱在贮藏120 d时，选用常压熬制浓缩方式制得的葡萄果酱花色苷损失率明显低于减压蒸馏熬制浓缩方式，这可能是因为采用常压熬制浓缩方式熬制时间虽短，但温度相对较高，破坏了花色苷结构造，而减压蒸馏熬制浓缩时间虽长，但温度低，未对相关物质造成破坏。

2.3 贮藏期间不同配料方式下葡萄果酱花色苷损失率的变化

由图3可见，在热处理方式和熬制浓缩方式相同、配料方式不同的条件下，随贮藏时间延长，葡萄果酱花色苷损失率呈增加趋势;未微波处理、熬制浓缩方式相同的条件下制作的葡萄果酱在贮藏120 d时，选用果汁+果皮复合方式制得的葡萄果酱其花色苷损失率明显低于其他配料方式。

2.4 贮藏期间葡萄果酱花色苷降解动力学解析

本试验结果表明，贮藏过程中花色苷含量逐渐下降。由图4可见，葡萄果酱花色苷贮藏时间t与花色苷残留率的－ln(Ct/C0)拟合度良好，葡萄果酱贮藏期间花色苷降解符合一级动力学模型，可以很好地拟合葡萄果酱花色苷的变化。活化能代表分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量，其大小可以反映化学反应发生的难易程度。由表1可知，未微波处理、常压熬制浓缩、果汁+果皮的条件下，葡萄果酱花色苷降解速率常数相对最小，为1.277 3×10－3d－1，半衰期相对最大，为 235.673 8 d，活化能相对最高，为2.798 1 kJ/mol，此时花色苷稳定性较好。因此，宜选用果皮+果汁、不经微波处理、常压熬制浓缩制作工艺加工葡萄果酱。

表1 贮藏期间葡萄果酱花色苷的降解速率常数、半衰期及活化能

3 结论和讨论

在贮藏过程中，葡萄果酱花色苷降解遵循一级化学反应动力学，这与这与邹波等的研究结论［13－15］一致，但半衰期稍有不同，邹波等认为，在贮藏温度25℃的条件下，蓝莓汁总花色苷的降解半衰期约为36.0 d［14］，黑莓汁总花色苷的降解半衰期为32.1 d［16］，而本试验葡萄果酱花色苷降解半衰期超过64 d，这一方面可能是因为采用铝箔袋包装，可达到避光贮藏的目的，另一方面可能是因为葡萄果酱与蓝莓汁、黑莓汁的花色苷种类不同。总体而言，选用葡萄果皮+果汁部分，不经热处理，采用常压熬制浓缩工艺制作的葡萄果酱贮藏期间花色苷稳定性相对最好，此时葡萄果酱花色苷降解速率常数相对最小，为 1.277 3 ×10－3d－1，半衰期相对最大，为 235.673 8 d，活化能相对最高，为2.798 1 kJ/mol。