大櫻桃汁維生素C熱降解動力學(xué)研究

呼麗萍+張玲玲+高義霞

摘要：研究了大櫻桃汁貯藏、加熱過程中還原型維生素C（AA）、氧化型維生素C（DHA）的降解及加熱溫度、貯藏溫度與貯藏時間的關(guān)系，建立其降解動力學(xué)模型。結(jié)果表明，還原型維生素C降解符合零級反應(yīng)動力學(xué)，氧化型維生素C降解符合一級反應(yīng)動力學(xué)。隨著溫度的升高還原型維生素C含量逐漸減少，而氧化型維生素C含量逐漸增加。AA、DHA活化能分別為10.741 6、1.824 0 kJ/mol。

關(guān)鍵詞：大櫻桃汁；維生素C；熱降解；動力學(xué)

中圖分類號： TS275.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）11-0293-03

大櫻桃色艷味美、營養(yǎng)豐富、成熟期早、需求量大，是北方落葉果樹中上市最早、效益最高的水果[1]。每100 g大櫻桃維生素C含量為10～15 mg[2]。維生素C是一種人體必需的營養(yǎng)元素，水果和蔬菜中的維生素C具有抗氧化作用，有利于防止人體衰老[2-3]、促進(jìn)膠原蛋白合成、提高機(jī)體免疫力等重要生理功能。相關(guān)研究表明，維生素C能有效預(yù)防心臟病、神經(jīng)系統(tǒng)病變和癌癥[4]，并對動脈硬化癥引起的原發(fā)性高血壓和非胰島素依賴性糖尿病有較好的緩解和抑制作用[5]，有關(guān)維生素C研究日益受到人們的普遍關(guān)注。然而，由于維生素C極不穩(wěn)定，貯藏過程中易導(dǎo)致維生素C降解[6]，因此，深入研究水果中維生素C的降解規(guī)律及相關(guān)動力的變化機(jī)制對控制水果加工中維生素C 損失具有重要意義。維生素C包括還原型維生素C（ascorbic acid，AA）和氧化型維生素C（dehydroascorbic acid，DHA）2種形式，這2種維生素C在不同水果中所占比例有較大差別，且AA與DHA能逆轉(zhuǎn)化。DHA具有AA 80%的生理活性[7-8]。維生素C降解易受溫度的影響，其降解速度與溫度密切相關(guān)[9-10]。目前，維生素C的降解動力學(xué)研究主要集中在對AA含量變化的分析上[11-14]，而且大多集中在獼猴桃汁[15-16]、草莓汁[17]、山楂汁[18]、橘汁[19]等的研究上，對大櫻桃汁中維生素C的熱降解規(guī)律未見報道。本試驗通過研究不同加熱溫度以及不同貯藏溫度對大櫻桃汁貯藏過程中AA、DHA的影響，建立大櫻桃渾濁汁貯藏過程中AA、DHA降解動力學(xué)模型，為有效控制大櫻桃渾濁汁貯藏中AA、DHA的降解過程并為延長其貯藏期提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

大櫻桃采自植物園，品種：拉賓斯。貯藏1個月后進(jìn)行試驗。

1.2 試劑

硫酸、2，4-二硝基苯肼、草酸、硫脲、維生素C、活性炭、淀粉、鹽酸、碘酸鉀等，均為分析純。

1.3 儀器與設(shè)備

AL204型電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）、UV-9600紫外分光光度計（北京瑞利分析儀器有限公司）、榨汁機(jī)等。

1.4 方法

1.4.1 不同溫度對大櫻桃維生素C降解速率的影響

挑選大小均勻一致的新鮮大櫻桃果實，去核后，分別稱取70 g果肉，加入70 mL 2%草酸溶液磨成漿，分別迅速倒入150 mL的錐形瓶中置于常溫及30、40、50、60、70 ℃的水浴鍋中，分別于30、60、120、180、240 min后測定大櫻桃汁中總維生素C（TAA）的含量。再分別稱取40 g果肉，加入適量2%鹽酸溶液磨成漿后定容于250 mL的容量瓶中，分別迅速倒入 500 mL 的錐形瓶中置于常溫及30、40、50、60、70 ℃的水浴鍋中，于30、60、120、180、240 min后測定大櫻桃汁AA的含量。所有試驗均重復(fù)3次，數(shù)據(jù)取其平均值。

1.4.2 貯藏溫度對大櫻桃維生素C降解的影響

如“1.4.1”節(jié)制備大櫻桃汁分別保存于4、10、25、35 ℃的溫度下，每隔2 d后測定1次大櫻桃汁中TAA、AA的含量。所有試驗均重復(fù)3次，數(shù)據(jù)取其平均值。

1.4.3 維生素C測定方法

TAA測定采用2，4-二硝基苯肼法[20]；AA測定采用碘量法[21]；DHA含量測定方法：DHA含量=TAA含量-AA含量。

2 動力學(xué)理論

2.1 動力學(xué)方程

在食品貯藏和加工過程中，很多的營養(yǎng)成分會受到各種因素的影響而發(fā)生降解，這些降解反應(yīng)的模型基本上符合零級或一級動力學(xué)模型，下面2個式子可以用來描述此模型。公式（1）為零級動力學(xué)模型，公式（2）為一級動力學(xué)模型[22-24]。

3 結(jié)果與分析

3.1 貯藏溫度對大櫻桃汁AA、DHA降解的影響

影響果汁營養(yǎng)價值的重要化學(xué)成分是維生素C，大櫻桃汁在不同溫度下貯藏AA、DHA的含量隨時間的變化趨勢見圖1。

在貯藏過程中大櫻桃汁中AA的穩(wěn)定性較差，隨貯藏時間的延長，AA的含量逐漸減少；貯藏溫度越高，AA降解的速度越快（圖1-A）。相反，不同貯藏溫度條件下，大櫻桃汁中DHA的含量隨著時間的延長逐漸增大，貯藏溫度越高，DHA含量增加速度越快（圖1-B）。

3.2 貯藏中AA、DHA的降解速率及反應(yīng)級數(shù)

假設(shè)在本試驗中AA、DHA降解符合零級或一級反應(yīng)規(guī)律，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)由公式（1）、公式（2）計算大櫻桃汁貯藏過程中AA、DHA在相應(yīng)反應(yīng)級數(shù)下的降解速率k，并進(jìn)行線性回歸分析，得相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表1。

在一定溫度下，通過比較AA和DHA相應(yīng)反應(yīng)級數(shù)下的降解速率常數(shù)k來判斷降解反應(yīng)的快慢，比較AA和DHA零級和一級反應(yīng)回歸決定系數(shù)R2來推斷反應(yīng)級數(shù)，回歸決定系數(shù)R2較高的說明反應(yīng)符合此級數(shù)[25]。從表1可以看出，在相應(yīng)溫度下，DHA零級和一級反應(yīng)方程的降解速率常數(shù)k在277、283、298 K時均大于AA的降解速率常數(shù)，所以DHA要比AA降解得快；AA零級反應(yīng)的決定系數(shù)R2均大于其一級反應(yīng)的決定系數(shù)R2，而DHA 零級反應(yīng)的決定系數(shù)R2均小于其一級反應(yīng)的決定系數(shù)R2，所以大櫻桃汁在貯藏過程中AA符合零級反應(yīng)，DHA符合一級反應(yīng)。

3.3 AA、DHA降解反應(yīng)的半衰期（t1/2）活化能（Ea）

由公式（4），按表1中AA的零級反應(yīng)速率常數(shù)計算在貯藏中AA的半衰期，按DHA一級反應(yīng)速率常數(shù)計算在貯藏中DHA的半衰期，結(jié)果見表2。

從表2可以看出，大櫻桃汁貯藏過程中AA的活化能Ea為10.741 6 kJ/mol，DHA的活化能Ea為1.824 kJ/mol。比紅棗汁[5]、獼猴桃汁[15]反應(yīng)活化能小得多，說明大櫻桃汁中維生素C的熱穩(wěn)定性要比紅棗汁、獼猴桃汁中維生素C的熱穩(wěn)定性差。通常情況下，化學(xué)反應(yīng)的活化能Ea在40～400 kJ/mol 的范圍內(nèi)，活化能Ea越小，化學(xué)反應(yīng)越易進(jìn)行。當(dāng)Ea<42 kJ/mol，反應(yīng)速度非常快，Ea>400 kJ/mol，反應(yīng)速度非常慢[9-10]。說明在大櫻桃貯藏過程中AA、DHA均易發(fā)生降解反應(yīng)，而AA要比DHA降解得慢。

式（9）為櫻桃汁AA的降解動力學(xué)模型，式（10）為大櫻桃汁DHA的降解動力學(xué)模型，從公式（9）和公式（10），可以通過大櫻桃汁中AA或DHA的最初含量和殘留量算出貯藏期，也可以通過貯藏時間算出大櫻桃汁中的AA或DHA的殘留量[17]。大櫻桃汁中維生素C的含量少，而且穩(wěn)定性差，這可能是由于本試驗用的櫻桃貯藏時間太長，維生素C損失較多，也有可能是因為大櫻桃本身含的抗氧化物質(zhì)太少。

3.5 不同加熱溫度對大櫻桃汁AA、DHA降解的影響

不同溫度下AA和DHA含量隨時間變化趨勢見圖3。在不同溫度條件下大櫻桃汁中AA的含量隨時間的延長而逐漸降低，隨加熱時間的延長，AA的含量逐漸降低。加熱溫度越高，AA降解的速度越快（圖3-A）。相反，不同加熱溫度條件下，大櫻桃汁中DHA的含量隨著時間的延長逐漸增大，加熱溫度越高DHA含量增加速度越快（圖3-B），原因可能是由于AA降解的速率大于DHA降解的速率所致，所以DHA的含量逐漸增大。

4 結(jié)論

研究表明，大櫻桃濁汁在貯藏過程中AA降解符合零級反應(yīng)方程，而DHA降解符合一級反應(yīng)方程。 貯藏溫度對大櫻桃汁中AA、DHA的降解速率影響顯著，貯藏溫度升高，其降解速率明顯增大，AA降解零級動力學(xué)模型、DHA降解一級動力學(xué)模型可以作為選擇大櫻桃汁貯藏溫度的依據(jù)。不同加熱溫度對大櫻桃汁中AA、DHA的降解速率影響顯著，但其反應(yīng)機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

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