柑橘罐头, 新昌丰岛食品有限公司, 马口铁包装, 净含量525 g, 固形物含量≥ 55%。

抗坏血酸标准品, Sigma公司, 纯度≥ 99%; 5-HMF标准品, 北京百灵威科技有限公司; 葡萄糖标准品, Sigma公司。其余药品均为分析纯。

Color Quest^® XE色差仪, 美国Hunter Lab公司; 801 Stirrer自动电位滴定仪, 瑞士万通集团; UV1800紫外分光光度计, 日本岛津公司; DS-1高速组织捣碎机, 上海标本模型厂; KQ-500 DB型数控超声波清洗器, 昆山市超声仪器有限公司; TDL-5-A低速大容量离心机, 上海安亭科学仪器厂。

1.3.1 样品贮藏与前处理

将柑橘罐头随机分为3组, 分别置于5、25、40 ℃的恒温培养箱中贮藏。取不同温度贮藏条件下的柑橘罐头样品匀浆, 用双层200目的滤布过滤, 收集滤液以备检测。

1.3.2 色差测量

接通主机电源预热30 min后, 打开工作站, 选择透射光谱吸收模式, 进行黑板和白板校正后测量样品, 记录L^* 、a^* 和b^* 值, 每个样品测量3次取平均值, 以贮藏0 d的柑橘罐头为标准样, 按式(1)计算总色差(Δ E)。

Δ E= L* -L0* 2+a* -a0* 2+b* -b0* 2。 (1)

式(1)中:Δ E, 总色差; L^* , 待测样品亮度值; a^* , 待测样品红色值; b^* , 待测样品黄色值; L0*、 a0*和 b0*分别为标准样的亮度值、红色值和黄色值。

1.3.3 褐变指数测量

准确移取5 mL柑橘罐头滤液于50 mL离心管中, 加入15 mL无水乙醇, 混匀, 4 000 r· min^-1离心15 min, 取上清液, 测定420 nm波长下吸光值^[8]。

1.3.4 V_C含量测定

取10 g柑橘罐头样液, 用50 g· L^-1三氯乙酸提取10 min, 取2 mL提取液, 分别加入2 mL三氯乙酸、2 mL无水乙醇、1 mL 0.4%的磷酸乙醇溶液、2 mL邻菲罗啉和1 mL 0.3 g· L^-1的三氯化铁, 样品中的抗坏血酸可将三氯化铁中的Fe³⁺还原为Fe²⁺, 亚铁离子与邻菲罗啉反应生成在510 nm有最大吸收峰的红色螯合物^[9], 测定该波长下吸光值。

1.3.5 类胡萝卜素含量测定

类胡萝卜素的提取参照郭琳琳^[10]检测方法, 稍有改动。取5 mL柑橘罐头浆液, 加15 mL含0.5% BHT的丙酮溶液, 超声振荡30 min后4 000 r· min^-1离心15 min, 吸取上清液, 沉淀部分用丙酮继续提取直至无色, 合并提取液, 用丙酮定容至50 mL, 测定453 nm波长下的吸光值。

1.3.6 氨基酸态氮含量测定

采用甲醛值法测定:取10 mL柑橘罐头样液, 用蒸馏水稀释至50 mL, 加入5滴30%过氧化氢溶液, 用0.1 mol· L^-1 NaOH溶液调节pH至7.5左右, 再用0.05 mol· L^-1 NaOH溶液将样液pH调至8.1, 加入10 mL中性甲醛溶液, 静置1 min, 用0.05 mol· L^-1 NaOH溶液滴定, 记录当样品pH为8.1时消耗的NaOH溶液体积, 折算氨基酸态氮含量。

1.3.7 还原糖含量测定

采用3, 5-二硝基水杨酸比色法^[11], 结果以葡萄糖表示。

1.3.8 5-HMF含量测定

样品中的5-HMF与巴比妥酸和对甲苯胺作用, 在550 nm波长处测定吸光值^[12]。

1.3.9 动力学模型拟合分析

对不同温度贮藏条件下柑橘罐头的色泽和褐变度等指标分别进行零级、一级和复合动力学模型拟合, 形式分别如式(2)~(4)所示。

C_t=C₀-k₀t; (2)

C_t=C₀exp(-k₁t); (3)

C_t=k₀/k₁-(k₀/k₁-C₀)exp(-k₁t); (4)

式(2)~(4)中:C_t为各个贮藏周期相关指标的测定值; C₀为标准样相关指标的测定值; t为时间(周期); k₀为零级反应动力学反应常数; k₁为一级反应动力学反应常数。

反应活化能公式为

k=k₀exp -EaRT。(5)

式(5)中:k为反应速率常数; k₀为平衡常数; E_a为反应活化能(kJ· mol^-1); R为气体常数(8.314 J· mol^-1· K^-1); T为绝对温度(K)。

每个测试样品进行3次重复测定。所有数据在Excel 2010和SPSS 19.0软件平台下进行整理和分析。

2.1.1 色差参数

如图1所示, 柑橘罐头在贮藏过程中L^* 值逐渐减小, 且降低的速率随温度升高而增加。这是由于柑橘罐头在贮藏过程中, 内部缓冲体系被破坏, 导致部分物质沉淀, 而且非酶褐变产物的生成也会使L^* 值减小。当贮藏温度为5、25 ℃时, 柑橘罐头在贮藏过程a^* 值整体呈下降趋势; 但当贮藏温度为40 ℃时, a^* 值先下降后上升。a^* 值下降主要是由于色素的分解造成的, 上升则与褐变产物的生成有关。贮藏前期, 柑橘罐头未发生明显的褐变, 因此a^* 值持续下降; 但在高温条件下, 当褐变速率大于色素的分解速率时, a^* 值上升。如在25、40 ℃贮藏条件下, 柑橘罐头中的b^* 值均出现了先上升后下降的趋势。这是因为b^* 值主要与类胡萝卜素含量有关, 贮藏前期抗坏血酸的氧化分解产物与氨基酸反应生成黄色素, 故b^* 值增加, 但当抗坏血酸开始无氧分解、类胡萝卜素的降解速度加快时, b^* 值下降, 且类胡萝卜素的降解速度与温度呈正相关, 因此贮藏温度越高, b^* 值降低得越快。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 柑橘罐头L* 、a* 、b* 值在贮藏周期内的变化Fig.1 Changes of L* , a* and b* value of canned citrus during storage

总色差(Δ E)是反映柑橘罐头在贮藏过程中色差变化的重要指标。大部分研究都将Δ E=2作为视觉分辨的界限^{[13, 14]}:当Δ E< 2时, 人眼视觉不易察觉到色差的变化, 样品仍具有商品价值; 当2≤ Δ E< 4时, 肉眼可看到较明显的色泽变化, 但仍属可接受范围。由图2可知, 5、25 ℃下柑橘罐头在贮藏过程中未发生明显的色变, 而40 ℃下, 当柑橘罐头贮藏180 d时已经可肉眼观察到明显的色泽变化(Δ E> 2), 随着贮藏时间延长, 色泽变化加剧, 当贮藏时间达360 d时, Δ E高达3.695, 已接近不可接受边缘。

图2

Fig.2

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	图2 柑橘罐头贮藏中色差的变化Fig.2 Changes of color difference of canned citrus during storage

2.1.2 褐变指数和5-HMF含量

褐变指数可直接反映柑橘罐头在贮藏过程中的褐变程度。5-HMF是美拉德反应、焦糖化反应, 以及V_C氧化分解等非酶褐变的共同中间体, 可作为衡量柑橘罐头褐变程度的间接指标, 当食品中5-HMF积累到一定量时会对人体健康产生潜在的危害。由图3可知, 随着贮藏时间延长, 褐变指数和5-HMF含量均呈上升趋势, 且增加速度均与贮藏温度呈正相关。在40 ℃下, 褐变指数和5-HMF含量的增加速度先快后慢, 这与柑橘罐头中的还原糖与氨基酸作用发生美拉德反应有关:贮藏前期, 柑橘罐头中抗坏血酸含量较高, 大量参与非酶褐变, 因此反应速度不断上升, 随着抗坏血酸的不断氧化分解, 以及还原糖和氨基酸的消耗, 非酶褐变速度逐渐下降, 但柑橘罐头中的总糖会在酸性条件下分解产生还原糖, 与残留的氨基酸继续反应使褐变程度进一步增加。相比40 ℃, 5、25 ℃条件下柑橘罐头的褐变指数增速持续上升:一方面是由于在这样的温度条件下抗坏血酸的分解速率较慢, 损失量相对较少, 可持续参与分解反应; 另一方面是因为柑橘罐头中的酸性条件有利于5-HMF在较低温度下的形成, 同时也加剧了柑橘罐头的褐变反应, 使褐变指数的增加速度提高。

图3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图3 柑橘罐头贮藏中褐变指数和5-HMF含量的变化Fig.3 Changes of browning index and 5-HMF content during storage

以褐变指数为自变量(x)、5-HMF含量为因变量(y)进行相关性分析, 关系式如下:

5 ℃, y=0.0294x+0.2209;

25 ℃, y=0.0238x+0.2085;

40 ℃, y=0.0093x+0.2383。

以上3个回归模型的相关系数分别为0.952 7、0.953 9和0.962 3, 且贮藏温度越高, 相关系数越大, 这与Martí 等^[15]的研究结果一致, 即5-HMF的含量可作为衡量柑橘罐头褐变的指标, 同时根据相应贮藏温度下柑橘罐头的褐变指数可预测5-HMF的含量。

2.1.3 类胡萝卜素和V_C

由图4可知, V_C和类胡萝卜素含量均随贮藏时间延长呈明显下降趋势, 且与贮藏温度呈正相关。随贮藏时间延长, V_C的下降速率逐渐降低, 这主要与其降解方式有关^[16]。贮藏前期, 由于柑橘罐头中溶解氧和马口铁顶部气体中存在氧气, V_C主要以有氧降解为主, 当氧气消耗殆尽或浓度不足时, V_C转为无氧降解, 降解速度远远小于有氧降解。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 柑橘罐头贮藏中VC和类胡萝卜素含量的变化Fig.4 Changes of VC and carotenoids contents during storage

类胡萝卜素在低温条件下性质较稳定, 当温度升高时, 降解速率加快。V_C对类胡萝卜素有一定的保护作用^[17], V_C浓度降低可抑制类胡萝卜素的降解, 待V_C消耗过多时降低了其耗氧能力, 因此类胡萝卜素在贮藏周期内的下降速度呈现出先下降后上升的趋势。

2.1.4 还原糖和氨基酸态氮

由图5可知, 柑橘罐头中还原糖含量在贮藏期内先增加后下降。柑橘罐头体系呈酸性, 可促进总糖分解为还原糖, 在贮藏前期, 还原糖的生成大于消耗, 因此出现了增加的趋势, 随着贮藏时间延长, 柑橘罐头中的酸逐渐下降, 美拉德反应加剧, 还原糖的消耗量升高, 大于分解反应的生成量, 因此整体呈现下降趋势。柑橘罐头中氨基酸态氮的含量在整个贮藏期内呈现下降趋势, 且下降速度与贮藏温度呈正相关。氨基酸态氮的降低与其参与美拉德反应有关, 同时, 氨基酸态氮也会与其他物质结合促进褐变, 如与V_C结合生成红色和黄色色素, 以及与糠醛类物质反应生成黑色素等。

图5

Fig.5

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	图5 柑橘罐头贮藏中还原糖和氨基酸态氮含量的变化Fig.5 Changes of reducing sugar and amino acid nitrogen contents during storage

2.2.1 还原糖和氨基酸态氮

假设柑橘罐头贮藏过程中还原糖和氨基酸态氮的变化符合零级、一级或复合动力学模型, 根据相应反应级数的公式对2个指标分别进行回归拟合, 得出反应速率常数和相关系数(R²), 并根据R²选择最佳模型, 结果如表1所示。还原糖和氨基酸态氮的变化均符合零级反应动力学, 且反应速率常数随着贮藏温度的升高而增加, 表明高温可促进还原糖和氨基酸态氮的反应。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 不同贮藏温度下还原糖和氨基酸态氮的动力学反应速率常数及相关系数 Table 1 Kinetic rate constants and correlation coefficient of reducing sugars and amino acid nitrogen under different storage temperature 测定指标 Index T/K 零级反应Zero-order kinetics 一级反应Fist order kinetics 复合反应Complex kinetic k R2 k R2 k0 k1 R2 还原糖 278 0.0093 0.7431 0.0147 0.7249 1.4887 0.00003 0.7174 Reducing sugar 298 0.0238 0.9182 0.0372 0.8877 3.3996 0.00007 0.9100 313 0.0561 0.9569 0.0711 0.9161 5.6596 0.00020 0.9526 氨基酸态氮 278 3.1909 0.9907 0.0377 0.9761 3.1753 0.00018 0.9897 Amino acid nitrogen 298 4.2692 0.9879 0.0533 0.9633 4.2563 0.00017 0.9866 313 5.9562 0.9883 0.0822 0.9421 5.9445 0.00017 0.9786

表1 不同贮藏温度下还原糖和氨基酸态氮的动力学反应速率常数及相关系数 Table 1 Kinetic rate constants and correlation coefficient of reducing sugars and amino acid nitrogen under different storage temperature

以-lnk为应变量对1/T做回归拟合, 求得柑橘罐头还原糖、氨基酸态氮的反应活化能分别为36.99、12.69 kJ· mol^-1。通常认为, 当反应活化能小于40 kJ· mol^-1时, 反应速度极快。由此可知, 柑橘罐头在贮藏过程中极易发生美拉德反应。由于氨基酸态氮的反应速度远高于还原糖, 所以由氨基酸参与的其他褐变反应也较容易发生。Roig等^[18]研究发现, 橙汁中褐变主要由V_C氧化降解产生, 氨基酸和其他氨基化合物增强了非酶褐变, 因此氨基酸发生反应的速度较还原糖更快。

2.2.2 色差和褐变指数

由表2可知, 柑橘罐头的色差变化在278 K(5 ℃), 298 K(25 ℃)和313 K(40 ℃)下复合反应模型拟合的相关系数最高, 可用来模拟柑橘罐头贮藏过程的总色差变化。研究表明, 非酶褐变引起的色泽变化主要包括褐色物质的生成(零级反应动力学)和呈色物质的降解(一级反应动力学)^[5], 因此, 复合反应动力学模型更适于拟合柑橘罐头贮藏过程中复杂的色泽变化。在3个贮藏温度下, 色差的k₀逐渐增大, 而k₁不断降低, 表明高温促进了褐变反应的发生。当贮藏温度为278 K时, k₀< k₁, 即褐变速度小于呈色物质的降解速度, 当贮藏温度为298 K和313 K时, 褐变速度大于呈色物质的降解速度。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 不同贮藏温度下色差和褐变指数的动力学反应速率常数及相关系数 Table 2 Kinetic rate constants and correlation coefficient of color difference and browning index under different storage temperature 测定指标 Index T/K 零级反应Zero-order kinetics 一级反应Fist order kinetics 复合反应Complex kinetic k R2 k R2 k0 k1 R2 色差 278 0.2167 0.9466 0.2197 0.9635 0.0702 0.1226 0.9923 Color difference 298 0.2032 0.9730 0.1923 0.9469 0.1314 0.0751 0.9903 313 0.3557 0.9867 0.1463 0.8777 0.3359 0.0002 0.9853 褐变指数 278 0.0071 0.9163 0.0298 0.9414 0.0095 0.1513 0.9855 Browning index 298 0.0166 0.9677 0.0577 0.9878 0.0203 0.0826 0.9888 313 0.1967 0.9865 0.0729 0.9757 0.0258 0.0145 0.9859

表2 不同贮藏温度下色差和褐变指数的动力学反应速率常数及相关系数 Table 2 Kinetic rate constants and correlation coefficient of color difference and browning index under different storage temperature

褐变指数的变化在298 K时, 一级反应和复合反应模型拟合的相关系数相差无几, 但是当贮藏温度为278和313 K时, 复合反应模型拟合的系数明显更高, 因此, 柑橘罐头贮藏过程中褐变指数的变化也更适宜用复合反应模型进行拟合, 且速率常数变化情况同色差一致。