无核白葡萄热风干制过程非酶褐变的研究

王文文，马锦陆，宋生建，郑伟，曹雪琴

1.新疆维吾尔自治区分析测试研究院（乌鲁木齐 830011）；2.新疆维吾尔自治区农药检定所（乌鲁木齐 830049）；3.新疆维吾尔自治区科技项目服务中心（乌鲁木齐 830011）

无核白葡萄是世界最主要的制干品种，占葡萄干产量的95%，主产于我国吐鲁番、哈密及南疆部分地区，是新疆著名特产之一[1]。新疆无核白葡萄以其碧绿的色泽和独特的风味享誉世界，其产业瓶颈就是干果果粒的绿级品率，平均只有60%[2]。

新疆无核白葡萄干主要依靠自然晾房荫制而成，但受条件和技术的制约，存在卫生质量差、晾晒周期长、褐变严重、质量不均等问题[3-5]。因此，葡萄干的工业化生产更倾向于热风干燥。热风干燥的干燥效率高，有助于提高无核白绿级品率，提高产品质量，但也无法避免完全不褐变。肖超男等[6]比较无核白葡萄的自然荫干与烘箱干制2种脱水方式，结果发现热风制干处理对褐变有一定抑制作用。杨嘉鹏等[7]研究无核白葡萄箱式热风干燥特性，通过比较4种干燥模型的拟合情况发现，Parabolic模型最能描述葡萄干燥过程水分比的变化规律。

葡萄干制过程中因原料及干制工艺的差异，存在着不同类型的褐变。酶促褐变是果品干制过程中的主要褐变类型之一，有关无核白干制过程中发生的酶促褐变，近年来有了较为深入的研究[8-10]。侯旭杰等[11]研究无核葡萄干护色保绿技术，结果表明葡萄制干期间温度升高可明显缩短制干时间，但温度升高到40 ℃以上，褐变率升高20%左右，一般应控制在35 ℃以下为宜，这主要是温度超过40 ℃，发生酶褐变和非酶褐变的可能性均大幅提高。非酶褐变也是果品加工过程中的主要褐变类型之一[12]，主要包括美拉德反应、焦糖化作用、抗坏血酸氧化等。绿色葡萄干在相对较低的温度下风干而成，干制过程中对其发生的非酶褐变认识尚不一致。Frank等[13]研究葡萄干贮藏过程中的非酶褐变，通过游离氨基酸的监测，证明精氨酸介导的美拉德（Maillard）反应的存在。相关研究[14-16]表明，在葡萄干的加工及贮藏过程，存在不同程度的美拉德反应。宋艳超等[17]研究发现无核白葡萄晒干工艺过程的美拉德反应显著高于晾干工艺，且主要发生于样品干基率大于62%。

试验根据无核白绿色葡萄的干制特性，采用悬挂式热风干燥的方式进行制干，分别设定2个干燥温度，分别在30 ℃和40 ℃条件下进行热风干燥，对热风干燥过程中非酶褐变相关指标进行动态检测，初步探索热风干燥过程中的无核白葡萄非酶褐变的存在形式及作用规律，以期为新疆绿色葡萄热风干燥过程的褐变机理及防褐变工艺研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

无核白葡萄（2019年购自乌鲁木齐市北园春市场），选取葡萄颗粒、色泽较均匀一致，品质成熟，无病虫害及腐烂果。

CR-10手持色差计（日本柯尼卡美能达）；AL204-IC电子天平（瑞士梅特勒-托利多公司）；TGL-16gR冷冻离心机（上海安亭科学仪器厂）；T6型分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 制干方法

采用悬挂式热风干燥的方式进行制干，分别设定2个干燥温度：（30±4）℃和（40±4）℃。在水分比0.15时，制干结束。

1.2.2 分析检测方法

1.2.2.1 糖测定方法

还原糖，采用斐林试剂法GB/T 15038—2006；糖组分，采用高效液相色谱检测。糖测定条件：色谱柱Inertsil NH2柱（4.6 mm×250 mm，3 μm），流动相为乙腈-水（3∶1，V/V），流速0.8 mL/min，柱温40℃，进样量10 μL。

1.2.2.2 氨基酸测定方法

AccQ-Tag柱前衍生反相高效液相色谱法[18]。

1.2.2.3 氨基酸态氮测定方法

采用甲醛值法[19]。

1.2.2.4 其他理化指标

干燥速率，采用称量法；色差，采用手持色差计进行测定，每次随机测定10粒，取平均值；还原糖，采用GB/T 15038—2006中斐林试剂法；VC，采用2,6-二氯靛酚法。

2 结果与分析

2.1 不同干燥温度下的干燥速率变化

葡萄在干燥过程中，通过等时取样称量重量的方法，计算葡萄含水率，干燥水分比MR和干燥速率DR在不同脉动参数及干燥温度下随干燥时间的变化，并绘制出曲线。无核白葡萄的干燥水分比由式（1）计算。

式中：MR为水分比；Mt为任意时刻无核白葡萄的干基含水率，g/g；Me为终止干基含水率，g/g；M0为初始干基含水率，g/g。由于终止干基含水率Me远小于M0和Mt，公式可以简化为式（2）。

由图1可以看出，制干过程中葡萄的水分逐渐损失。水分比0.15时，制干结束，此时葡萄的水分约15%。40 ℃干燥条件下葡萄的失水速度明显快于30 ℃，8 d时其水分比已降至0.6以下。2种不同的干燥温度条件下，葡萄在制干前期和中期水分散失较快，后期逐渐变慢。

图1 无核白葡萄热风干燥过程水分的变化

30 ℃热风干制条件下，无核白葡萄需要32 d才能成干，时间较长。使用促干剂可使葡萄在8～9 d成干，从而有效降低褐变率[20]。

2.2 不同干燥温度下葡萄的颜色变化

L、a、b所记录的颜色系统中，L*是亮度值，从0～100对应从黑到白；a*是红值，从负到正对应从绿到红，0为中性色；b*为黄值，从负到正对应从蓝到黄，0为中性色。试验采用日本柯尼卡美能达CR-10色差计进行测定，以黑板为0值进行校正。

由图2（a）可知，从色度值的变化来看，无核白的L*在干燥的整个过程中总体呈下降趋势，说明葡萄在2种制干温度下均出现颜色加深的情况，表明其出现一定程度褐变。40 ℃条件下L值从39.9到26.4，下降13.5。30 ℃条件下L值从40.1到29.7，下降10.4。40℃条件下制干后的L值更接近于0，说明更接近黑色，其发生褐变程度较为严重。在8～12 d时，2种制干温度下L值均出现明显的降低，说明葡萄发生较为明显褐变，该阶段出现的褐变可能与酶促褐变有关[21]。

图2（b）变化表明，葡萄制干过程出现由绿色向红色的转变，在干燥过程中，葡萄a*值总体呈现上升趋势，表明葡萄表面出现绿色向红色方向的颜色转变。其中，40 ℃条件下变化幅度较大，说明有褐变发生。40 ℃条件下，a值在14～18 d时变化剧烈，由-4.2升至1.1，上升5.3。第14～18 d是葡萄开始由绿色变为红褐色的主要时期；至第20 d时，果皮变成红褐色，说明其发生较大程度的褐变。30 ℃条件下，制干前期a值有一定程度升高，后期逐渐变缓。有关研究表明，干制后无核白葡萄干的褐变度与a*极显著正相关[20]。

图2（c）所示，葡萄制干过程在黄蓝轴方向发生由黄向蓝的颜色变化。2种干制条件在制干中期-中后期均出现b*值明显变化，制干后期变化幅度趋缓，成干后b*值差值不大。

图2 无核白葡萄热风干燥过程色差变化

从L、a、b色差变化综合分析看出，40 ℃的干制温度相较于30 ℃，无核白葡萄发生更为明显的褐变。董艳华[22]研究也表明30 ℃热风干燥制得的葡萄干色泽明显优于40 ℃。

2.3 不同干制温度条件下的美拉德反应

2.3.1 糖含量变化

2.3.1.1 还原糖含量变化

从图3可以看出，无核白葡萄热风干燥过程中还原糖含量（干基计）呈现持续下降趋势，变化幅度相对较小。30 ℃条件下的变化幅度小于40 ℃，从72.4%下降到68.9%；下降3.5%。40 ℃条件下从72.4%降至67.1%，下降5.3%。还原糖的少量损失可能与制干过程的非酶褐变及呼吸代谢与氧化反应有关[23]。40 ℃条件下，在葡萄干制后期还原糖含量又出现较30 ℃更为明显降低，表明这一时期可能存在美拉德反应。

图3 无核白葡萄热风干燥过程还原糖的变化

2.3.1.2 糖组分含量变化

由图4（a）可知：无核白葡萄热风干燥过程中果糖含量呈现持续下降趋势。从图4（a）可以看出：30 ℃条件下的下降幅度小于40 ℃，从42.05%下降到40.02%，下降2.03%；40 ℃条件下从42.05%降至39.38%，下降2.67%；其中，40 ℃条件下变化幅度较30 ℃要明显，在14～18 d时变化最为剧烈，由40.28%降至39.51%，下降0.77%。

由图4（b）可知：无核白葡萄热风干燥过程中葡萄糖含量呈现持续下降趋势。从图4（b）可以看出：30 ℃条件下下降幅度小于40 ℃，从29.17%下降到27.61%；下降1.56%；40 ℃条件下从29.17%降至27.37%，下降1.8%；其中，40 ℃条件下葡萄糖含量变化幅度较大，在12～16 d时热风干燥过程中变化剧烈，由28.27%降至27.6%，下降0.67%。后期逐渐变缓。

比较图4中糖组分变化，40 ℃干制温度下果糖与葡萄含量的降低幅度均大于30 ℃。2种干制温度下果糖的变化幅度略高于葡萄糖，说明果糖在美拉德反应中可能起到较为重要的作用[24]。

图4 无核白葡萄热风干燥过程中糖组分含量的变化

2.3.2 氨基酸类物质含量的变化

2.3.2.1 氨基态氮含量的变化

无核白葡萄热风干燥过程中氨基态氮含量的变化如图5所示。在40 ℃条件下，初始含量为0.189%，干燥前8 d损失较慢，8 d以后呈快速下降趋势，干燥22 d时其含量为0.142%，变化幅度较大。在30 ℃条件下，初始含量为0.189%，在12～16 d时氨基态氮含量较快，从0.182%降至0.172%，下降0.01%。干燥32 d时其含量为0.161%。

图5 无核白葡萄热风干燥过程中氨基态氮含量的变化

整体来看，40 ℃干制条件下无核白葡萄氨基态氮含量下降程度明显高于30 ℃。40 ℃干制条件下，无核白葡萄在制干中后期出现较大幅降低，这可能是氨基酸类物质与还原糖发生美拉德反应的结果[25]。在一定温度条件下，温度越高，美拉德反应也越明显[25]。

2.3.2.2 不同氨基酸含量的变化

试验测定2种干制条件下无核白葡萄干的17种氨基酸，结果如图6所示。不同干制条件下，脯氨酸均是无核白葡萄干中最主要的氨基酸。30 ℃干制条件下，含量最高的氨基酸分别为脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、丙氨酸，40 ℃干制条件下，含量最高的氨基酸分别为脯氨酸、精氨酸、谷氨酸、丙氨酸/门冬氨酸。与30 ℃干制条件相比，40 ℃条件下制得的无核白葡萄干中17种氨基酸含量均表现出降低的趋势。其中含量差值最大的依次为脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、苏氨酸、丙氨酸。比较降低幅度，胱氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、亮氨酸、谷氨酸分别降低100%，100%，66%，59%和56%，其中胱氨酸、蛋氨酸含量低于检出限。

图6 热风干燥后葡萄干氨基酸成分变化

不同反应条件下，不同氨基酸因游离状态的不同而参与美拉德反应的程度不同[26-28]，非酶褐变的美拉德反应、抗坏血酸褐变和多元酚缩合都需要游离氨基酸的参与。40 ℃干制条件下，无核白葡萄干氨基酸成分的降低，说明干制过程中可能出现游离氨基酸参与非酶褐变的反应。

2.4 干燥过程VC含量的变化

图7表明：新鲜无核白葡萄中VC含量为14.64 mg/100 g；30 ℃和40 ℃条件下VC在热风干燥过程中均发生较为明显损失，30 ℃条件下从无核白葡萄热风干燥前的14.64 mg/100 g降至制干后的3.53 mg/100 g，下降11.11 mg/100 g。40 ℃条件下则降至2.87 mg/100 g，下降11.77 mg/100 g。可能原因是VC兼具酸性和还原性，在热的作用下，VC极不稳定，极易氧化裂解。抗坏血酸是抗坏血酸氧化褐变的一种呋喃前体，抗坏血酸氧化后成为含双羰基化合物，能进一步发生变化、聚合等反应形成有色物质，氨基酸等含氮化合物能与变化的抗坏血酸发生美拉德反应，从而引起褐变，造成VC损失[29]。抗坏血酸含量下降，表明可能产生由抗坏血酸引起的非酶褐变。

图7 无核白葡萄热风干燥过程VC含量变化

3 结论

比较30 ℃和40 ℃这2种干制温度，无核白葡萄在40 ℃下制干时间更短。L、a、b色差表明，40 ℃条件下无核白葡萄的颜色变化幅度更大，其褐变程度高于30 ℃。

以干基计算的还原糖、果糖、葡萄糖、氨基态氮、VC含量和氨基酸成分在2种干燥温度下均有不同程度降低，上述指标在40 ℃时的变化幅度明显高于30℃，说明制干过程中可能存在以美拉德反应为主的非酶褐变反应。40 ℃条件下，还原糖和氨基态氮含量在制干后期降低幅度较为明显，美拉德反应可能主要发生在制干后期。