慕薩萊思釀造過程中的色變動(dòng)力學(xué)關(guān)系

張蒙蒙，張志楊，朱麗霞

（塔里木大學(xué)，新疆兵團(tuán)南疆特色農(nóng)產(chǎn)品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/生命科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300）

慕薩萊思是新疆維吾爾族人民釀制成的一種天然酒精性飲料，其釀造工藝悠久，流傳千年，有古代西域葡萄酒的美稱，是刀郎文化的精髓與靈魂[1]。慕薩萊思具有與普通葡萄酒不同的獨(dú)特工藝。其基本工藝為：先將葡萄榨成汁，然后進(jìn)行濃縮，形成慕薩萊思起始發(fā)酵液，等自然冷卻至室溫后，入缸自然發(fā)酵而成。加工過程中有時(shí)會(huì)添加一些當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的大蕓、白杏、桑椹、紅花、枸杞、鴿子、雪雞、鹿血，甚至是新疆的烤全羊，使其具有保健功效及豐富文化底蘊(yùn)的原生態(tài)飲品[2-3]?，F(xiàn)隨著我國(guó)葡萄酒業(yè)的迅速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，市場(chǎng)需求量持續(xù)增加，及消費(fèi)者對(duì)葡萄酒選擇具有多樣化及高要求化等標(biāo)準(zhǔn)[4]，傳統(tǒng)天然無(wú)污染的慕薩萊思為其提供了更多選擇。

褐變反應(yīng)廣泛存在果汁、果酒和罐頭加工行業(yè)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品顏色變暗[5]，王成榮等[6]對(duì)梨汁的非酶褐變研究中發(fā)現(xiàn)，糖是影響非酶褐變的重要因素，糖度增加，非酶褐變加快；Buedo等[7]在對(duì)濃縮桃汁的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度一定時(shí)，隨著糖度的增加，吸光度反而降低；吳惠玲[8]等對(duì)美拉德反應(yīng)因素的研究表明，在反應(yīng)物濃度，羰基化合物種類，氨基化合物種類，一定的條件下，溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，美拉德反應(yīng)越強(qiáng)烈、顏色越深；以及青梅酒發(fā)酵中溫度，氧化劑，還原劑，總糖等對(duì)色澤具有顯著影響[9]。近些年國(guó)內(nèi)外研究者通過研究與非酶褐變有關(guān)的主要致褐因子指標(biāo)的動(dòng)力學(xué)模型，例如：Hariklia Vaikousi等[10-11]認(rèn)為果汁等非酶促褐變反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型有零級(jí)、一級(jí)、拋物線、威布爾和羅吉斯特模型等多種模型，Burduriu和Karadeniz發(fā)現(xiàn)濃縮蘋果汁在儲(chǔ)藏過程中的非酶褐變動(dòng)力學(xué)符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)[12]，楊檳煌等[13]表明余甘果汁加熱濃縮過程中的 L*值、a*值、b*值、△E 值（總色差）、褐變度（A420）的變化符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，C*值、褐變指數(shù)BI值的變化符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)；以及梁莎等[14]對(duì)媚麗汽酒在發(fā)酵過程中前7天的褐變度（A420）符合零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，并可以判斷褐變速率快慢。

色澤是葡萄酒的重要感官指標(biāo)，在葡萄酒的品質(zhì)評(píng)價(jià)與控制中持續(xù)受到關(guān)注[15-19]。色度計(jì)和CIELAB色彩空間為目標(biāo)色彩測(cè)量和分析研究人員的主要選擇。分光光度計(jì)法為葡萄酒色澤分析的常規(guī)方法，在420 nm和520 nm下分別測(cè)定吸光度，用色度（A420+A520）和色調(diào)（A420/A520）來(lái)反應(yīng)葡萄酒的顏色特征。此方法缺陷為不能全面分析酒體色彩[20]。而王宏等[21]對(duì)干紅葡萄酒陳釀期各顏色參數(shù)之間進(jìn)行主成分分析后，證明了CIELAB顏色空間可以有效的作為葡萄酒顏色的評(píng)價(jià)體系。因此，該試驗(yàn)用色差計(jì)直接測(cè)量色度相關(guān)參數(shù)值L*、a*、b*，計(jì)算褐變指數(shù)（BI）、彩度（C*）、色相角（H°）、白色指數(shù)（WI）和黃度指數(shù)（YI），全面分析慕薩萊思釀造過程中色彩指標(biāo)與還原糖及釀造時(shí)間之間的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，進(jìn)行相關(guān)模型擬合，分析出對(duì)產(chǎn)品色澤影響的重要因素及可控指標(biāo)，從而為慕薩萊思加工過程中色澤控制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

測(cè)試樣品取自刀郎慕薩萊思有限公司2015年9月慕薩萊思釀制過程中的樣品。其中濃縮過程樣為9月7日（9.7批次）、9月13日（9.13批次）、9月18日（9.18批次）3個(gè)批次，采樣順序從混合汁（9.7 H），到開鍋樣（9.7 K），之后為每隔半小時(shí)取樣一次（9.7Tim1），最后為冷卻汁（9.7Col），取樣個(gè)數(shù)分別為18、22、20個(gè)；發(fā)酵過程樣分別是9月9日（2號(hào)罐-2fj）、9月 10日（5號(hào)罐-5fj）、9月 13日（9號(hào)罐-9fj）起始發(fā)酵樣品，每隔一天取樣，其取樣個(gè)數(shù)分別為19、18、15 個(gè)。

1.2 儀器與設(shè)備

UltraScan PRO色彩色差儀：HuntetLab公司。

1.3 方法

測(cè)定方法[22]：采用色彩色差儀CIE-LAB顏色體系，進(jìn)行色度值：L*（亮度），a*（紅綠度），b*（黃藍(lán)度）的測(cè)定，光源為C/2，選擇TTRAN-總透射模式。測(cè)定前用黑卡、參比溶液、白板進(jìn)行校正，選擇濁度模式進(jìn)行測(cè)定，用光阱和白板進(jìn)行校正。將樣品用10mm玻璃皿盛裝放置在透射口靠攏球的位置測(cè)定分析。

1.4 色澤指標(biāo)計(jì)算

①褐變指數(shù)（Browning index）定義為棕色純度，用于表征褐變顏色的總體變化。是食品中最常見的褐變指標(biāo)之一，計(jì)算公式如下[23]。

②彩度（Chrom）是描述色彩離開相同明度中性灰色程度的色彩感覺屬性，由色度決定來(lái)體現(xiàn)顏色鮮艷程度的值，數(shù)值越大表明物體顏色越鮮艷，即飽和度越高（＞60均視已飽和），反之則越暗淡[24]。

③色相角度（Hue angle）指能夠確切地表示某種顏色色調(diào)的名稱。色彩的成分越多，其色相越不鮮明，一個(gè)角度0°、360°代表紅色，而90°的角度，180°和 270°代表黃色、綠色和藍(lán)色色調(diào)[12]。

④白色指數(shù)（Whiteness index）是代表食品的整體白度[25]：

⑤黃度指數(shù)（Yellowness index）主要用于量化食品中黃色程度：

⑥動(dòng)力學(xué)模型中的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式[26]：

式中：C為因變量濃度；C0為初始值（即t=0時(shí)的C值）；t為加熱時(shí)間（或自變量）；K0為零級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)；K1為一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)。

以及使用SPSS19軟件分析色澤指標(biāo)與還原糖和總酚相關(guān)性，Excel2003軟件擬合動(dòng)力學(xué)關(guān)系，分析兩者對(duì)色澤指數(shù)貢獻(xiàn)大小。

2 結(jié)果與分析

2.1 慕薩萊思釀制過程的色彩指標(biāo)值及相關(guān)性分析

由表1可知：果汁熱加工中易發(fā)生酶促褐變與非酶褐變，從而促使產(chǎn)品向著褐色系列轉(zhuǎn)變[27-29]。從表 1 可知，濃縮能使葡萄汁的 C*、YI、a*、b*、BI值增大，H°、L*、WI值減小，說明濃縮促使葡萄汁亮度降低，白度下降，黃化加強(qiáng)，且彩度超過60達(dá)到飽和狀態(tài)[30]，整體色澤從青亮色轉(zhuǎn)變成紅褐色或棕黃色；而發(fā)酵結(jié)束后 H°、L*、WI值增大，C*、YI、a*、BI值減小，b*值基本保持不變，說明發(fā)酵促使發(fā)酵液的亮度增加，彩度、白度增加，黃化減弱，從而酒體顏色從紅褐色轉(zhuǎn)變成黃褐色及棕褐色。同時(shí)，濃縮結(jié)束后ΔE均大于發(fā)酵結(jié)束后的ΔE，表示慕薩萊思釀造過程中葡萄汁濃縮對(duì)慕薩萊思色澤貢獻(xiàn)大于發(fā)酵過程的貢獻(xiàn)度，且各指標(biāo)批次之間差異極顯著（P<0.01），說明不同批次對(duì)色澤的變化也有顯著影響，原因可能與不同采收期的葡萄品質(zhì)有關(guān)，例如初始葡萄汁的糖度，總酚種類與含量等[28，30-31]。

表1 葡萄汁濃縮與發(fā)酵過程中色彩指標(biāo)的初始值及結(jié)束值比較分析Table 1 Grape juice concentrate and the initial value and end value of the color index during fermentation comparative Analysis

2.2 慕薩萊思釀造過程中色彩指標(biāo)的動(dòng)力學(xué)分析

在糖氨體系的濃縮過程中，還原糖被濃縮而含量增加，伴隨著一系列影響色澤變化的相關(guān)反應(yīng)，比如：羰氨反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、抗壞血酸氧化分解、酚類的氧化聚合等[32-36]；影響褐變速率及產(chǎn)品終了褐變的因素很多，包括還原糖和氨基酸的種類、還原糖和氨基酸的比例、pH值、加熱溫度、緩沖液、反應(yīng)時(shí)間、溶劑等因素的影響[38-39]。葡萄酒發(fā)酵過程中，隨著微生物大量繁殖與生物量增加，菌體蛋白、多糖等大分子物質(zhì)對(duì)成色物質(zhì)的吸附性，同時(shí)小分子的物質(zhì)不斷分泌，影響發(fā)酵液或酒體系中的pH值，氧化還原電勢(shì)等，繼而影響體系的中色澤變化[39-41]。因此慕薩萊思釀造過程中的色澤變化，通過對(duì)比動(dòng)力學(xué)系數(shù)K的正負(fù)及級(jí)別來(lái)判斷其影響因素的大小，如表 2、表 3。

隨著濃縮時(shí)間的增加，還原糖濃度增加，L*、H°、WI與兩者呈現(xiàn)負(fù)向零級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，及隨其增加而成線性減小。a*、b*、C*與兩者呈現(xiàn)正向零級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，即隨兩者增加而成線性增加，BI、YI與兩者呈現(xiàn)正向一級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，隨其增加呈指數(shù)性增加。同理，隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，還原糖濃度減小，L*、H°、WI與兩者分別呈現(xiàn)正向和負(fù)向零級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，及隨發(fā)酵時(shí)間增加和糖度減小而進(jìn)行線性增加，相反a*、b*、C*與兩者分別呈現(xiàn)負(fù)向和正向零級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，即隨發(fā)酵時(shí)間增和糖度下降而進(jìn)行線性減小。BI、YI與兩者呈現(xiàn)分別呈現(xiàn)負(fù)向和正向一級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，即隨發(fā)酵時(shí)間增加和糖度下降而呈現(xiàn)指數(shù)性下降。在濃縮過程中，還原糖與色彩指標(biāo)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)在絕對(duì)值上大于濃縮時(shí)間與各色彩指標(biāo)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)，說明濃縮過程中，還原糖是影響色彩指標(biāo)的重要因子；相反，在發(fā)酵過程中，還原糖與色彩指標(biāo)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)在絕對(duì)值上小于發(fā)酵時(shí)間與各色彩指標(biāo)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)，所以，在發(fā)酵過程中發(fā)酵時(shí)間為影響色彩變化的重要因子，暗含發(fā)酵過程中，對(duì)色彩指標(biāo)的影響因素中，有比還原糖更為重要因子，例如發(fā)酵中隨著微生物大量繁殖及代謝物的不斷分泌，增多發(fā)酵液中大分子物質(zhì)量，降低pH值，及改變的氧化還原電位等。各動(dòng)力學(xué)常數(shù)K在批次之間差異顯著（P<0.05），說明不同批次對(duì)各階段的色彩變化速率也有顯著影響。

表2 色彩指標(biāo)與時(shí)間的動(dòng)力學(xué)模型Table 2 Dynamics Model color indicators and time

表3 色澤指標(biāo)與還原糖的動(dòng)力學(xué)模型Table 3 Color Indicators and Dynamical Models of Reducing Sugar

3 結(jié)論

在慕薩萊思釀造過程中，濃縮使葡萄汁YI作用增強(qiáng)，BI增加，WI減弱，H°由黃色調(diào)轉(zhuǎn)化為紅色調(diào)，C*增強(qiáng)，濁度增加（即透亮度減少）；發(fā)酵能不同程度消弱濃縮葡萄汁的黃化與褐變，使得白度有所回升，色相略回升。在慕薩萊思釀制過程中，還原糖和時(shí)間對(duì)褐變指數(shù)和黃化指數(shù)影響程度呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)動(dòng)力學(xué)關(guān)系，而與其他色彩指標(biāo)呈現(xiàn)線性動(dòng)力學(xué)關(guān)系，由此黃化指數(shù)與褐變指數(shù)為慕薩萊思釀制過程及其成品控制的重要指標(biāo)因子。濃縮過程，還原糖度與各色澤指標(biāo)的動(dòng)力學(xué)速率均大于濃縮時(shí)間的作用速率，確定還原糖為葡萄汁的色變指標(biāo)重要因子。相反，在發(fā)酵過程中發(fā)酵時(shí)間是影響色變的重要因子。不同加工批次對(duì)色彩指標(biāo)具有顯著的影響。本結(jié)果將為慕薩萊思色澤變化的深入研究，及為慕薩萊思釀造過程中色澤控制奠定基礎(chǔ)。

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