無核白葡萄熱風干制過程非酶褐變的研究

王文文，馬錦陸，宋生建，鄭偉，曹雪琴

1.新疆維吾爾自治區(qū)分析測試研究院（烏魯木齊 830011）；2.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)藥檢定所（烏魯木齊 830049）；3.新疆維吾爾自治區(qū)科技項目服務(wù)中心（烏魯木齊 830011）

無核白葡萄是世界最主要的制干品種，占葡萄干產(chǎn)量的95%，主產(chǎn)于我國吐魯番、哈密及南疆部分地區(qū)，是新疆著名特產(chǎn)之一[1]。新疆無核白葡萄以其碧綠的色澤和獨特的風味享譽世界，其產(chǎn)業(yè)瓶頸就是干果果粒的綠級品率，平均只有60%[2]。

新疆無核白葡萄干主要依靠自然晾房蔭制而成，但受條件和技術(shù)的制約，存在衛(wèi)生質(zhì)量差、晾曬周期長、褐變嚴重、質(zhì)量不均等問題[3-5]。因此，葡萄干的工業(yè)化生產(chǎn)更傾向于熱風干燥。熱風干燥的干燥效率高，有助于提高無核白綠級品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，但也無法避免完全不褐變。肖超男等[6]比較無核白葡萄的自然蔭干與烘箱干制2種脫水方式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱風制干處理對褐變有一定抑制作用。楊嘉鵬等[7]研究無核白葡萄箱式熱風干燥特性，通過比較4種干燥模型的擬合情況發(fā)現(xiàn)，Parabolic模型最能描述葡萄干燥過程水分比的變化規(guī)律。

葡萄干制過程中因原料及干制工藝的差異，存在著不同類型的褐變。酶促褐變是果品干制過程中的主要褐變類型之一，有關(guān)無核白干制過程中發(fā)生的酶促褐變，近年來有了較為深入的研究[8-10]。侯旭杰等[11]研究無核葡萄干護色保綠技術(shù)，結(jié)果表明葡萄制干期間溫度升高可明顯縮短制干時間，但溫度升高到40 ℃以上，褐變率升高20%左右，一般應(yīng)控制在35 ℃以下為宜，這主要是溫度超過40 ℃，發(fā)生酶褐變和非酶褐變的可能性均大幅提高。非酶褐變也是果品加工過程中的主要褐變類型之一[12]，主要包括美拉德反應(yīng)、焦糖化作用、抗壞血酸氧化等。綠色葡萄干在相對較低的溫度下風干而成，干制過程中對其發(fā)生的非酶褐變認識尚不一致。Frank等[13]研究葡萄干貯藏過程中的非酶褐變，通過游離氨基酸的監(jiān)測，證明精氨酸介導(dǎo)的美拉德（Maillard）反應(yīng)的存在。相關(guān)研究[14-16]表明，在葡萄干的加工及貯藏過程，存在不同程度的美拉德反應(yīng)。宋艷超等[17]研究發(fā)現(xiàn)無核白葡萄曬干工藝過程的美拉德反應(yīng)顯著高于晾干工藝，且主要發(fā)生于樣品干基率大于62%。

試驗根據(jù)無核白綠色葡萄的干制特性，采用懸掛式熱風干燥的方式進行制干，分別設(shè)定2個干燥溫度，分別在30 ℃和40 ℃條件下進行熱風干燥，對熱風干燥過程中非酶褐變相關(guān)指標進行動態(tài)檢測，初步探索熱風干燥過程中的無核白葡萄非酶褐變的存在形式及作用規(guī)律，以期為新疆綠色葡萄熱風干燥過程的褐變機理及防褐變工藝研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

無核白葡萄（2019年購自烏魯木齊市北園春市場），選取葡萄顆粒、色澤較均勻一致，品質(zhì)成熟，無病蟲害及腐爛果。

CR-10手持色差計（日本柯尼卡美能達）；AL204-IC電子天平（瑞士梅特勒-托利多公司）；TGL-16gR冷凍離心機（上海安亭科學儀器廠）；T6型分光光度計（北京普析通用儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 制干方法

采用懸掛式熱風干燥的方式進行制干，分別設(shè)定2個干燥溫度：（30±4）℃和（40±4）℃。在水分比0.15時，制干結(jié)束。

1.2.2 分析檢測方法

1.2.2.1 糖測定方法

還原糖，采用斐林試劑法GB/T 15038—2006；糖組分，采用高效液相色譜檢測。糖測定條件：色譜柱Inertsil NH2柱（4.6 mm×250 mm，3 μm），流動相為乙腈-水（3∶1，V/V），流速0.8 mL/min，柱溫40℃，進樣量10 μL。

1.2.2.2 氨基酸測定方法

AccQ-Tag柱前衍生反相高效液相色譜法[18]。

1.2.2.3 氨基酸態(tài)氮測定方法

采用甲醛值法[19]。

1.2.2.4 其他理化指標

干燥速率，采用稱量法；色差，采用手持色差計進行測定，每次隨機測定10粒，取平均值；還原糖，采用GB/T 15038—2006中斐林試劑法；VC，采用2,6-二氯靛酚法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥溫度下的干燥速率變化

葡萄在干燥過程中，通過等時取樣稱量重量的方法，計算葡萄含水率，干燥水分比MR和干燥速率DR在不同脈動參數(shù)及干燥溫度下隨干燥時間的變化，并繪制出曲線。無核白葡萄的干燥水分比由式（1）計算。

式中：MR為水分比；Mt為任意時刻無核白葡萄的干基含水率，g/g；Me為終止干基含水率，g/g；M0為初始干基含水率，g/g。由于終止干基含水率Me遠小于M0和Mt，公式可以簡化為式（2）。

由圖1可以看出，制干過程中葡萄的水分逐漸損失。水分比0.15時，制干結(jié)束，此時葡萄的水分約15%。40 ℃干燥條件下葡萄的失水速度明顯快于30 ℃，8 d時其水分比已降至0.6以下。2種不同的干燥溫度條件下，葡萄在制干前期和中期水分散失較快，后期逐漸變慢。

圖1 無核白葡萄熱風干燥過程水分的變化

30 ℃熱風干制條件下，無核白葡萄需要32 d才能成干，時間較長。使用促干劑可使葡萄在8～9 d成干，從而有效降低褐變率[20]。

2.2 不同干燥溫度下葡萄的顏色變化

L、a、b所記錄的顏色系統(tǒng)中，L*是亮度值，從0～100對應(yīng)從黑到白；a*是紅值，從負到正對應(yīng)從綠到紅，0為中性色；b*為黃值，從負到正對應(yīng)從藍到黃，0為中性色。試驗采用日本柯尼卡美能達CR-10色差計進行測定，以黑板為0值進行校正。

由圖2（a）可知，從色度值的變化來看，無核白的L*在干燥的整個過程中總體呈下降趨勢，說明葡萄在2種制干溫度下均出現(xiàn)顏色加深的情況，表明其出現(xiàn)一定程度褐變。40 ℃條件下L值從39.9到26.4，下降13.5。30 ℃條件下L值從40.1到29.7，下降10.4。40℃條件下制干后的L值更接近于0，說明更接近黑色，其發(fā)生褐變程度較為嚴重。在8～12 d時，2種制干溫度下L值均出現(xiàn)明顯的降低，說明葡萄發(fā)生較為明顯褐變，該階段出現(xiàn)的褐變可能與酶促褐變有關(guān)[21]。

圖2（b）變化表明，葡萄制干過程出現(xiàn)由綠色向紅色的轉(zhuǎn)變，在干燥過程中，葡萄a*值總體呈現(xiàn)上升趨勢，表明葡萄表面出現(xiàn)綠色向紅色方向的顏色轉(zhuǎn)變。其中，40 ℃條件下變化幅度較大，說明有褐變發(fā)生。40 ℃條件下，a值在14～18 d時變化劇烈，由-4.2升至1.1，上升5.3。第14～18 d是葡萄開始由綠色變?yōu)榧t褐色的主要時期；至第20 d時，果皮變成紅褐色，說明其發(fā)生較大程度的褐變。30 ℃條件下，制干前期a值有一定程度升高，后期逐漸變緩。有關(guān)研究表明，干制后無核白葡萄干的褐變度與a*極顯著正相關(guān)[20]。

圖2（c）所示，葡萄制干過程在黃藍軸方向發(fā)生由黃向藍的顏色變化。2種干制條件在制干中期-中后期均出現(xiàn)b*值明顯變化，制干后期變化幅度趨緩，成干后b*值差值不大。

圖2 無核白葡萄熱風干燥過程色差變化

從L、a、b色差變化綜合分析看出，40 ℃的干制溫度相較于30 ℃，無核白葡萄發(fā)生更為明顯的褐變。董艷華[22]研究也表明30 ℃熱風干燥制得的葡萄干色澤明顯優(yōu)于40 ℃。

2.3 不同干制溫度條件下的美拉德反應(yīng)

2.3.1 糖含量變化

2.3.1.1 還原糖含量變化

從圖3可以看出，無核白葡萄熱風干燥過程中還原糖含量（干基計）呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，變化幅度相對較小。30 ℃條件下的變化幅度小于40 ℃，從72.4%下降到68.9%；下降3.5%。40 ℃條件下從72.4%降至67.1%，下降5.3%。還原糖的少量損失可能與制干過程的非酶褐變及呼吸代謝與氧化反應(yīng)有關(guān)[23]。40 ℃條件下，在葡萄干制后期還原糖含量又出現(xiàn)較30 ℃更為明顯降低，表明這一時期可能存在美拉德反應(yīng)。

圖3 無核白葡萄熱風干燥過程還原糖的變化

2.3.1.2 糖組分含量變化

由圖4（a）可知：無核白葡萄熱風干燥過程中果糖含量呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢。從圖4（a）可以看出：30 ℃條件下的下降幅度小于40 ℃，從42.05%下降到40.02%，下降2.03%；40 ℃條件下從42.05%降至39.38%，下降2.67%；其中，40 ℃條件下變化幅度較30 ℃要明顯，在14～18 d時變化最為劇烈，由40.28%降至39.51%，下降0.77%。

由圖4（b）可知：無核白葡萄熱風干燥過程中葡萄糖含量呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢。從圖4（b）可以看出：30 ℃條件下下降幅度小于40 ℃，從29.17%下降到27.61%；下降1.56%；40 ℃條件下從29.17%降至27.37%，下降1.8%；其中，40 ℃條件下葡萄糖含量變化幅度較大，在12～16 d時熱風干燥過程中變化劇烈，由28.27%降至27.6%，下降0.67%。后期逐漸變緩。

比較圖4中糖組分變化，40 ℃干制溫度下果糖與葡萄含量的降低幅度均大于30 ℃。2種干制溫度下果糖的變化幅度略高于葡萄糖，說明果糖在美拉德反應(yīng)中可能起到較為重要的作用[24]。

圖4 無核白葡萄熱風干燥過程中糖組分含量的變化

2.3.2 氨基酸類物質(zhì)含量的變化

2.3.2.1 氨基態(tài)氮含量的變化

無核白葡萄熱風干燥過程中氨基態(tài)氮含量的變化如圖5所示。在40 ℃條件下，初始含量為0.189%，干燥前8 d損失較慢，8 d以后呈快速下降趨勢，干燥22 d時其含量為0.142%，變化幅度較大。在30 ℃條件下，初始含量為0.189%，在12～16 d時氨基態(tài)氮含量較快，從0.182%降至0.172%，下降0.01%。干燥32 d時其含量為0.161%。

圖5 無核白葡萄熱風干燥過程中氨基態(tài)氮含量的變化

整體來看，40 ℃干制條件下無核白葡萄氨基態(tài)氮含量下降程度明顯高于30 ℃。40 ℃干制條件下，無核白葡萄在制干中后期出現(xiàn)較大幅降低，這可能是氨基酸類物質(zhì)與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)的結(jié)果[25]。在一定溫度條件下，溫度越高，美拉德反應(yīng)也越明顯[25]。

2.3.2.2 不同氨基酸含量的變化

試驗測定2種干制條件下無核白葡萄干的17種氨基酸，結(jié)果如圖6所示。不同干制條件下，脯氨酸均是無核白葡萄干中最主要的氨基酸。30 ℃干制條件下，含量最高的氨基酸分別為脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、丙氨酸，40 ℃干制條件下，含量最高的氨基酸分別為脯氨酸、精氨酸、谷氨酸、丙氨酸/門冬氨酸。與30 ℃干制條件相比，40 ℃條件下制得的無核白葡萄干中17種氨基酸含量均表現(xiàn)出降低的趨勢。其中含量差值最大的依次為脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、蘇氨酸、丙氨酸。比較降低幅度，胱氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、谷氨酸分別降低100%，100%，66%，59%和56%，其中胱氨酸、蛋氨酸含量低于檢出限。

圖6 熱風干燥后葡萄干氨基酸成分變化

不同反應(yīng)條件下，不同氨基酸因游離狀態(tài)的不同而參與美拉德反應(yīng)的程度不同[26-28]，非酶褐變的美拉德反應(yīng)、抗壞血酸褐變和多元酚縮合都需要游離氨基酸的參與。40 ℃干制條件下，無核白葡萄干氨基酸成分的降低，說明干制過程中可能出現(xiàn)游離氨基酸參與非酶褐變的反應(yīng)。

2.4 干燥過程VC含量的變化

圖7表明：新鮮無核白葡萄中VC含量為14.64 mg/100 g；30 ℃和40 ℃條件下VC在熱風干燥過程中均發(fā)生較為明顯損失，30 ℃條件下從無核白葡萄熱風干燥前的14.64 mg/100 g降至制干后的3.53 mg/100 g，下降11.11 mg/100 g。40 ℃條件下則降至2.87 mg/100 g，下降11.77 mg/100 g?？赡茉蚴荲C兼具酸性和還原性，在熱的作用下，VC極不穩(wěn)定，極易氧化裂解?？箟难崾强箟难嵫趸肿兊囊环N呋喃前體，抗壞血酸氧化后成為含雙羰基化合物，能進一步發(fā)生變化、聚合等反應(yīng)形成有色物質(zhì)，氨基酸等含氮化合物能與變化的抗壞血酸發(fā)生美拉德反應(yīng)，從而引起褐變，造成VC損失[29]。抗壞血酸含量下降，表明可能產(chǎn)生由抗壞血酸引起的非酶褐變。

圖7 無核白葡萄熱風干燥過程VC含量變化

3 結(jié)論

比較30 ℃和40 ℃這2種干制溫度，無核白葡萄在40 ℃下制干時間更短。L、a、b色差表明，40 ℃條件下無核白葡萄的顏色變化幅度更大，其褐變程度高于30 ℃。

以干基計算的還原糖、果糖、葡萄糖、氨基態(tài)氮、VC含量和氨基酸成分在2種干燥溫度下均有不同程度降低，上述指標在40 ℃時的變化幅度明顯高于30℃，說明制干過程中可能存在以美拉德反應(yīng)為主的非酶褐變反應(yīng)。40 ℃條件下，還原糖和氨基態(tài)氮含量在制干后期降低幅度較為明顯，美拉德反應(yīng)可能主要發(fā)生在制干后期。