黃敏，張盼盼，張麗芬，陳復(fù)生，賴少娟，楊宏順*

（1.新加坡國立大學蘇州研究院，江蘇 蘇州 215000；2.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南 鄭州 450052）

葡萄屬于漿果類非呼吸躍變型水果，富含糖、有機酸、維生素、礦物質(zhì)和酚類等多種營養(yǎng)物質(zhì)，深受廣大群眾的喜愛[1-2]。但由于葡萄柔軟多汁，在采后貯運過程中極易因蒸騰作用、代謝活動以及微生物的侵害發(fā)生萎縮、軟化、褐變和腐爛，嚴重影響其食用和商用價值[3-4]。隨著人們對食品安全和營養(yǎng)要求的提高，探尋綠色高效的果蔬保鮮方法依舊是當前研究的熱點。

真空浸漬是近年發(fā)展起來的一種非熱高效的物理保鮮技術(shù)，可將浸漬溶液中的特定組分浸入到果蔬組織中，從而達到改變果蔬產(chǎn)品理化性質(zhì)和感官屬性的目的；同時，也可通過真空浸漬浸入益生菌、維生素、鈣等對果蔬產(chǎn)品進行營養(yǎng)強化[5-9]。真空浸漬過程是由機械作用引起的壓力差造成的流體動力學和變形松弛現(xiàn)象而導(dǎo)致的傳質(zhì)過程，主要表現(xiàn)為果蔬內(nèi)部的水分損失和固體增益，取決于樣品的特性和真空浸漬操作條件，如：菠菜狹窄的氣孔和相對有限的體積變化使其所需的真空浸漬壓力比蘋果高；哈密瓜在真空浸漬120 s時達到最大增重，延長浸漬時間樣品增重不再明顯增加[10-12]。因此，通過模擬預(yù)測不同真空浸漬條件下的傳質(zhì)過程，可以更好地調(diào)控真空浸漬過程中的物質(zhì)傳遞以達到最大收益。

真空浸漬中浸漬溶液的選擇至關(guān)重要，不同的浸漬溶液保鮮效果各異。例如鈣鹽浸漬可增加果蔬硬度，酶促褐變抑制劑可維持果蔬色澤[13-14]。茶多酚是茶葉中提取出來的天然多酚類物質(zhì)的總稱，具有抗氧化、抑菌、防突變等多種生物活性。研究表明，茶多酚可以顯著抑制采后果蔬的呼吸作用，減緩果實貯藏期間色素的降解，延緩衰老[15-16]。此外，茶多酚能夠抑制果蔬中多聚半乳糖醛酸酶的活性，從而抑制原果膠的降解，保持果蔬良好質(zhì)地和品質(zhì)特性[17]。因此，本研究以巨峰葡萄為原料，通過研究真空協(xié)同茶多酚浸漬過程中葡萄果實物質(zhì)傳遞規(guī)律和浸漬特性，并結(jié)合果實品質(zhì)特性的變化，建立葡萄真空協(xié)同茶多酚浸漬傳質(zhì)模型，確定葡萄的最優(yōu)真空浸漬條件，為真空浸漬技術(shù)在采后葡萄保鮮中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

巨峰葡萄（Vitis labruscana Kyoho）：采摘于河南省新密市葡萄種植莊園。

食品級茶多酚：河南東順化工產(chǎn)品有限公司；食品級抗壞血酸：石藥集團維生藥業(yè)（石家莊）有限公司；食品級蔗糖：天津市科密歐化學試劑有限公司；福林酚：北京索萊寶科技有限公司；沒食子酸、鄰苯二酚、愈創(chuàng)木酚、L-苯丙氨酸：上海源葉生物科技有限公司；硼酸、硼砂、氫氧化鈉、碳酸鈉、鹽酸、甲醇：洛陽昊華化學試劑有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT2i質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro Systems公司；PAL-α自動數(shù)顯折射儀：日本愛拓有限公司；CR-410色差儀：日本柯尼卡美能達有限公司；TAS990原子吸收分光光度計：北京普析儀器有限公司；GL-10000C高速冷凍離心機：上海安亭科學儀器廠；DC-2006節(jié)能型智能恒溫槽：寧波新芝生物科技股份有限公司；FY-1H-N真空泵：浙江飛越機電有限公司；雙層玻璃恒溫器：鄭州恒美達玻璃加工有限公司。

1.3 樣品處理

挑選成熟度適中、無病蟲害和無機械損傷的葡萄串，采后立即運回實驗室，然后挑選著色和大小均一、顆粒飽滿、果蒂新鮮牢固的葡萄進行修剪，每4～5顆果實一枝，隨機分為26組，每組800 g左右，其中1組不做任何處理用于空白對照，剩余25組用于真空協(xié)同茶多酚浸漬處理。

1.4 真空協(xié)同茶多酚浸漬處理

真空協(xié)同茶多酚浸漬在雙層玻璃恒溫器中進行，外連真空泵和恒溫水浴槽。處理條件：固液質(zhì)量比1∶3，真空度5 kPa，復(fù)壓處理15 min；處理溫度分別為15、20、25、30、35 ℃，真空時間分別為 5、10、15、20、25 min。試驗結(jié)束后，將樣品取出，蒸餾水沖洗干凈后用吸水紙吸干，測定相應(yīng)指標。

1.5 硬度測定

采用質(zhì)構(gòu)分析測定硬度，探頭型號為P35，參數(shù)設(shè)置：測前速度3mm/s，測試速度1mm/s，測后速度1mm/s，形變量為25%，兩次壓縮間隔時間3 s，觸發(fā)力10 g。每組測定20個樣品[18]。

1.6 色澤測定

采用色差儀進行測定。每組隨機選取10個果實并隨機選取3個不同的位置進行測量，記錄L*、a*、b*參數(shù)[19]。

1.7 茶多酚含量測定

茶多酚含量測定參照GB/T 31740.2—2015《茶制品第2部分：茶多酚》[20]。

1.8 花色苷含量測定

花色苷含量測定參照Rolle等[21]的方法。

1.9 酶活測定

多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）、過氧化物酶（peroxidase，POD）活性和苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）活性測定參照Yingsanga等[22]的方法。取5.0 g樣品，加入5.0 mL提取緩沖液于研缽中冰浴研磨成勻漿，4℃、12 000×g離心30 min后取上清液，加入反應(yīng)溶液，以蒸餾水為參照分別測定其在420、470 nm和290 nm處吸光度值，計算可得PPO、POD和PAL酶活性。

1.10 浸漬特性

葡萄果實的真空浸漬特性[浸漬體積分數(shù)（X）、體積形變系數(shù)（γ）、有效孔隙度（εe）]根據(jù) HDM-DPR 模型中的相關(guān)公式計算得到[23-24]。用分析天平測定樣本浸漬前后的質(zhì)量，記為m0和mt。浸漬前樣本的體積V0為質(zhì)量m0與密度ρ0的比值（密度采用比重瓶法以蒸餾水為標準溶液進行測定）；浸漬后的樣本體積Vt為mt與浸漬后樣本密度ρt的比值。

式中：ρIS為浸漬溶液密度，kg/m3；P1為真空度，mbar；P2為大氣壓力，mbar；Pc為毛細管壓力，mbar；r為壓縮比。

1.11 傳質(zhì)動力學模型

1.11.1 水分損失與固形物獲取

真空浸漬過程中，葡萄果實的水分損失（△Mw）和固形物獲?。ā鱉s）公式如下[25]。

式中：m0為樣品初始質(zhì)量，g；mt為真空協(xié)同茶多酚浸漬后樣品質(zhì)量，g；x0為樣品初始含水量，g/g；xt為真空協(xié)同茶多酚浸漬后樣品含水量，g/g；xs0為樣品初始固形物含量，g/g；xst為真空協(xié)同茶多酚浸漬后樣品固形物含量，g/g。

1.11.2 傳質(zhì)動力學模型

滲透脫水過程中的水分含量和固形物含量變化分別用Azura模型、Penetration模型和Magee模型進行預(yù)測，具體模型方程[26-28]如下。

式中：△M為物質(zhì)質(zhì)量變化，g/g（包括△Mw和△Ms）；△M∞為平衡時的水分損失/固體增益，g/g；t為真空浸漬時間，min；s為傳質(zhì)速率常數(shù)，min-1。

式中：△M為物質(zhì)質(zhì)量變化，g/g（包括△Mw和△Ms）；t為真空浸漬時間，min；k、K 為傳質(zhì)速率常數(shù)，min-1；A為常數(shù)。

1.12 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用 Excel 2010，SPSS 20和 GraphPad Prism 5進行處理，結(jié)果表示為平均值±標準偏差。

2 結(jié)果與討論

2.1 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄硬度的影響

真空浸漬技術(shù)可以將外部浸漬溶液滲入果實內(nèi)部組織細胞中，對葡萄果實的結(jié)構(gòu)和機械性質(zhì)產(chǎn)生影響。真空協(xié)同茶多酚浸漬對葡萄果實硬度的影響如圖1所示。

圖1 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄硬度的影響Fig.1 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on hardness of Kyoho grapes

由圖1可知，與對照組相比，真空協(xié)同茶多酚浸漬有助于葡萄果實硬度的提高。在真空協(xié)同茶多酚浸漬15min時，葡萄果實硬度達到最大值。但是長時間的真空處理會導(dǎo)致果實組織形成不可逆損傷，引起果實硬度下降。20℃時真空協(xié)同茶多酚浸漬15 min，葡萄果實硬度顯著高于其他浸漬溫度。結(jié)果表明，20℃真空協(xié)同茶多酚浸漬處理15 min，葡萄果實硬度最高且質(zhì)地較好。

2.2 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄色澤的影響

真空協(xié)同茶多酚浸漬對葡萄果實色澤（L*、a*和b*）的影響如圖2所示。

圖2 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄色澤的影響Fig.2 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on colour of Kyoho grapes

如圖2a～圖2b所示，隨著真空浸漬時間的延長，葡萄果實a*先增加后降低、b*先降低后增加，均在15min時達到最值，葡萄果實形成鮮艷的紫紅色。葡萄果實L*隨真空浸漬時間的增加呈現(xiàn)緩慢降低后增加的趨勢，L*的降低可能是由于葡萄果實顏色變深導(dǎo)致亮度降低。相較于其它溫度處理組，20℃真空協(xié)同茶多酚浸漬處理組的a*較高，這是由于此溫度下花色苷相關(guān)合成酶的活性較高，花色苷含量增加，導(dǎo)致果實色澤變化[29-30]。結(jié)果表明，20℃真空協(xié)同茶多酚浸漬處理15 min，葡萄果實色澤較好。

2.3 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄茶多酚含量的影響

真空協(xié)同茶多酚浸漬對葡萄果實茶多酚含量的影響如圖3所示。

圖3 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄茶多酚含量的影響Fig.3 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on tea polyphenols content of Kyoho grapes

真空浸漬處理將茶多酚引入到葡萄果實內(nèi)部組織中，從而對葡萄果實品質(zhì)產(chǎn)生影響。由圖3可知，隨真空浸漬時間的延長，浸入果實中的茶多酚含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，在15 min時達到最大值。與其它溫度處理組相比，20℃真空浸漬處理組的茶多酚含量較高，這與真空浸漬對葡萄果實硬度的影響一致。這是由于此條件葡萄達到最大浸漬水平，浸入葡萄果實中的茶多酚較多。30、35℃真空浸漬25 min時，葡萄果實中的茶多酚含量略有下降，可能由于此條件下導(dǎo)致相關(guān)代謝酶（PPO和POD）活性增加，酚類物質(zhì)消耗增加導(dǎo)致含量減少。

2.4 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄花色苷含量的影響

葡萄色澤是人們比較葡萄品質(zhì)最直觀的指標之一，也是決定葡萄價格與銷量的重要因素。葡萄果皮顏色主要由所含花色苷的成分和含量來決定。真空協(xié)同茶多酚浸漬對葡萄果實花色苷含量的影響如圖4所示。

圖4 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄花色苷含量的影響Fig.4 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on anthocyanin content of Kyoho grapes

由圖4可知，葡萄果實中的花色苷含量隨著浸漬時間的延長先增加后降低，在15min時達最大值13.63mg/100gFW。20℃處理組葡萄的花色苷含量相較于其它溫度處理組較高，這是由于20℃時花色苷相關(guān)合成酶活性最高，花色苷合成增加導(dǎo)致含量增加。較高的花色苷含量對應(yīng)較好的葡萄外觀色澤[31]。

2.5 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄酶活性的影響

多酚氧化酶（PPO）和過氧化物酶（POD）作用于酚類化合物，將其氧化生成醌類物質(zhì)，醌類物質(zhì)再進一步發(fā)生聚集形成深色物質(zhì)，導(dǎo)致果蔬褐變?；ㄉ蘸铣傻淖畛跚绑w物質(zhì)為苯丙氨酸，苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（PAL）是催化苯丙烷類第一步代謝反應(yīng)的酶，也是苯丙氨酸代謝途徑的關(guān)鍵酶和限速酶，可以作用于L-苯丙氨酸，解氨生成反式肉桂酸，進一步影響花色苷類物質(zhì)的合成[32-33]。PPO、POD和PAL綜合作用，影響葡萄果實酚類物質(zhì)及花色苷含量，進而影響葡萄的色澤。真空協(xié)同茶多酚浸漬處理對葡萄果實酶活性的影響如圖5所示。

圖5 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄酶活性的影響Fig.5 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on enzyme activities of Kyoho grapes

由圖5a可知，多酚氧化酶（PPO）活性隨浸漬時間的延長大體呈現(xiàn)先降低后升高趨勢，在真空浸漬15 min時達到最低值。20℃真空浸漬處理組果實的PPO活性整體顯著低于其它溫度處理組，表明20℃真空浸漬處理可以有效抑制果實PPO活性。由圖5b可知，隨浸漬時間的延長，POD活性先降低后升高，10 min～15 min達到短暫平衡。與其它溫度處理組相比，20℃真空浸漬處理組果實的POD活性整體較低。由圖5c可知，PAL活性隨真空浸漬時間的延長呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，并在真空浸漬處理15 min時達到最大。與對照組相比，真空浸漬處理組PAL活性均顯著提高，表明真空浸漬處理能夠有效提升葡萄果實的PAL活性。20℃真空浸漬處理組的PAL活性顯著高于其它溫度處理組，表明20℃真空浸漬處理時可有效提高PAL活性[34-35]。結(jié)果表明，20℃真空協(xié)同茶多酚浸漬處理15 min，葡萄果實PAL活性最高，有利于葡萄花色苷物質(zhì)的合成。

2.6 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄浸漬特性的影響

真空協(xié)同茶多酚浸漬對葡萄有效孔隙度（εe）的影響如表1所示。

表1 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄有效孔隙度的影響Table 1 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on effective porosity of Kyoho grapes

由表1可知，不同溫度浸漬15 min時果實的εe值均達到最大。20℃浸漬15 min時果實的εe值（0.612）顯著高于其它組。浸漬溶液進入葡萄組織內(nèi)部的過程受到溫度的影響。同時研究了20℃條件下不同真空浸漬時間對葡萄果實浸漬體積分數(shù)（X）和體積形變系數(shù)（γ）的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 真空協(xié)同茶多酚浸漬對巨峰葡萄浸漬體積分數(shù)和體積形變系數(shù)的影響Table 2 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on volume fraction and volume deformation coefficient of Kyoho grapes

由表2可知，真空協(xié)同茶多酚浸漬前后葡萄的γ值為0.02～0.03，真空浸漬對葡萄體積形變系數(shù)無顯著影響。葡萄X值與εe值的變化趨勢一致，這與Kras-aekoopt等[23]對番石榴和木瓜的真空浸漬研究結(jié)果一致。真空浸漬時間增加到15min時，葡萄X值由0.23%增至0.66%，表明流體動力學現(xiàn)象（hydrodynamicme-chanisms，HDM）作用顯著；繼續(xù)延長真空浸漬時間，X值則趨于穩(wěn)定后略有下降。結(jié)果表明，利用真空浸漬技術(shù)可快速高效地將有效組分引入果實組織內(nèi)達到增益目的。

2.7 真空協(xié)同茶多酚浸漬對葡萄物質(zhì)傳遞過程影響研究

真空浸漬過程中物質(zhì)傳遞（水分損失和固形物獲?。┑腁zura模型、Penetration模型和Magee模型擬合如圖6所示。

圖6 真空協(xié)同茶多酚浸漬過程中物質(zhì)傳遞模型擬合圖Fig.6 The fitting of mass transfer in vacuum impregnation combined with tea polyphenol process

由圖6可知，除15℃外，真空協(xié)同茶多酚浸漬過程中葡萄果實的固形物獲取隨溫度升高而降低，這是由于20℃時葡萄果實的有效孔隙度最大，浸漬特性最佳，有利于外部浸漬溶液滲入到葡萄果實內(nèi)部。15℃浸漬溫度下葡萄果實的固形物獲取最低，可能是由于低溫條件葡萄果實發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致細胞壁收縮，浸漬溶液難以浸入細胞組織[36-37]。真空浸漬過程中，葡萄果實的水分損失隨溫度的增加而增高，35℃時尤為明顯，這是由于溫度的升高對葡萄果實的細胞壁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不可逆性的熱損傷導(dǎo)致葡萄果實的細胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，加速了葡萄果實的水分流失[38]。

由圖6可知，真空協(xié)同茶多酚浸漬過程中水分損失的Azura模型擬合系數(shù)（R2）為0.977～0.996。除15℃外，關(guān)于固形物獲取的擬合系數(shù)（R2）均在0.990以上。Magee模型是在Penetration模型的基礎(chǔ)上衍生一個常量參數(shù)對模型進行校正，Penetration模型和Magee模型中水分損失的擬合系數(shù)（R2）分別為0.951～0.996和0.961～0.996，固形物獲取的擬合系數(shù)（R2）分別為0.927～0.993和0.941～0.994。結(jié)果表明，3種模型均能較好的預(yù)測傳質(zhì)過程中葡萄果實的水分損失和固形物獲取。

Azura模型、Penetration模型和Magee模型關(guān)于水分損失和固形物獲取的模型擬合參數(shù)見表3。

表3 不同真空浸漬溫度的模型擬合參數(shù)Table 3 The fitting parameters of different vacuum impregnation temperatures

由表3可知，比較Magee模型和Penetration模型擬合系數(shù)可知，校正前后，模型對葡萄果實真空浸漬過程中的傳質(zhì)預(yù)測能力沒有顯著變化。相較于Magee模型和Penetration模型，Azura模型對真空浸漬過程中葡萄果實的水分損失和固形物獲取預(yù)測能力更好。

3 結(jié)論

20℃真空協(xié)同茶多酚浸漬15 min時巨峰葡萄果實的浸漬水平最佳，此時果實的有效孔隙度和浸漬體積分數(shù)最大，分別為0.612和0.66%。同時，在此浸漬條件下，葡萄果實的硬度最高，多酚氧化酶和過氧化物酶活性最低，苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶活性最高，且茶多酚和花色苷含量最高，葡萄色澤最好，果實品質(zhì)較好。此外，Azura模型、Penetration模型和Magee模型關(guān)于葡萄果實水分損失的擬合系數(shù)（R2）均在0.950以上，關(guān)于固形物獲取的擬合系數(shù)R2均在0.900以上（Azura模型15℃浸漬組除外），擬合度較好。3種模型均能夠較好的預(yù)測葡萄果實真空浸漬過程中的水分損失和固形物獲取。