,

(1. 光明乳業(yè)股份有限公司光明乳業(yè)研究院,上海 200436;2. 乳業(yè)生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200436;3. 嘉吉投資(中國(guó))有限公司,上海 200333)

果汁飲料中的維生素C是人體日常所需的重要營(yíng)養(yǎng)成分之一,但由于其不穩(wěn)定,易受到存放環(huán)境例如溫度、光照以及果汁內(nèi)部體系pH等條件的影響[1-2],從而引起氧化反應(yīng),產(chǎn)生大量的自由基,因而造成維生素C的氧化分解。赤蘚糖醇作為近年來倍受推廣的一種新型天然甜味劑,由于其甜味純正,并且無不良苦后味,同時(shí)擁有熱量低、耐受量高、體內(nèi)代謝不引起血糖波動(dòng)等生物學(xué)特性,因此,被廣泛地應(yīng)用于飲料、糖果等食品工業(yè)中[3-4]。同時(shí)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)[5],赤蘚糖醇還可作為抗氧化劑,能有效地清除自由基并抑制其生成。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于赤蘚糖醇在飲料中的研究主要側(cè)重于其作為新型甜味劑的應(yīng)用,但對(duì)于赤蘚糖醇的抗氧化功能在飲料中的研究還沒有相關(guān)報(bào)道。因此,本文以檸檬汁飲料作為實(shí)驗(yàn)材料,通過建立維生素C熱降解動(dòng)力學(xué)模型[6-10]來探究赤蘚糖醇對(duì)檸檬汁飲料中維生素C的保護(hù)作用。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

蔗糖 上海耐金實(shí)業(yè)有限公司;檸檬酸 上海大鷹生物科技有限公司;濃縮檸檬汁 Cargill;赤蘚糖醇 山東保齡寶生物股份有限公司;2,6-二氯靛酚 Johnson Matthey;草酸、抗壞血酸 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

電子天平PL3000 梅特勒-托利多儀器有限公司;手持式攪拌機(jī)HR1364 飛利浦電子香港有限公司;超高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)Q56834 阿姆菲爾德有限公司;恒溫培養(yǎng)箱LHS-250SC 上海一恒科技有限公司;pH計(jì)DELTA320 梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 檸檬汁飲料的制備 將濃縮檸檬汁240g溶解于溫水中,依次加入蔗糖850g和檸檬酸16g配制成基礎(chǔ)溶液10L,然后加入不同量的赤蘚糖醇,制備成濃度分別為0%、1%、2%、3%的4桶原料,在100℃、5s的條件下經(jīng)UHT高溫滅菌后,分別灌裝于250mL的塑料瓶中,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求在不同溫度下貯藏。

1.2.2 檸檬汁飲料中維生素C熱降解動(dòng)力學(xué)研究 將不添加赤蘚糖醇的試樣分為三組,每組11個(gè)試樣,分別置于20、30、40℃的環(huán)境下貯藏,選擇不同時(shí)間分別隨機(jī)取樣,測(cè)定其維生素C的含量,采用三組平行實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 赤蘚糖醇對(duì)維生素C降解速率的影響 將含有1%～3%不同赤蘚糖醇濃度的試樣放置于一定溫度下,以赤蘚糖醇的濃度分為三組,每組11個(gè)試樣,選擇不同時(shí)間測(cè)定各組試樣中維生素C的含量,采用三組平行實(shí)驗(yàn)。

1.2.4 降解動(dòng)力學(xué)方程 食品在加工和貯藏的過程中,其大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都會(huì)受到各類因素的影響而造成降解。經(jīng)研究證實(shí)[11],這些成分發(fā)生降解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程基本符合零級(jí)或一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型,相關(guān)方程分別為:

f(c)=f(c0)-kt

f(c)=f(c0)exp(-kt)

式中,f(c)為反應(yīng)物在時(shí)間為t時(shí)刻的質(zhì)量濃度;f(c0)為反應(yīng)物在t=0時(shí)的質(zhì)量濃度;k為在相應(yīng)貯藏條件下反應(yīng)物的降解速率常數(shù);t為反應(yīng)時(shí)間。

Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式[8]是反映不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k隨溫度變化規(guī)律的方程,即:

k=A·exp(-Ea/RT)

式中,A為指前因子;Ea為活化能;R為理想氣體常數(shù);T為絕對(duì)溫度。對(duì)于指定反應(yīng),A和Ea是既與反應(yīng)物質(zhì)量濃度無關(guān),也與反應(yīng)溫度無關(guān)的常數(shù)。

1.2.5 維生素C濃度的測(cè)定 參考文獻(xiàn)[12]的方法。

2 結(jié)果與討論

2.1 檸檬汁飲料中維生素C熱降解動(dòng)力學(xué)研究

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,得到不同溫度下檸檬汁飲料中維生素C含量隨時(shí)間的變化趨勢(shì),并對(duì)其進(jìn)行擬合,擬合結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同溫度對(duì)檸檬汁飲料中維生素C濃度變化的影響 Fig.1 Effect of temperature on vitamin C concentration in lemon juice

可以從圖1中看到,隨著檸檬汁飲料貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),維生素C的含量逐漸下降;并且伴隨著溫度的升高,其分解速率加快。在20、30、40℃的環(huán)境條件下貯藏16周,維生素C的保存率分別為60.82%、31.98%、8.48%。

擬合結(jié)果表明,檸檬汁飲料中維生素C在不同溫度下的分解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,即:

f(c)=f(c0)exp(-kt)

式(1)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由式(1)計(jì)算維生素C在不同溫度下的分解速率常數(shù)k,并進(jìn)行線性回歸分析,結(jié)果見表1。

表1 不同溫度下檸檬汁飲料中維生素C分解速率常數(shù)和回歸系數(shù)Table1 Values of reaction rate constant and regression coefficient of vitamin C degradation under different temperatures

將Arrhenius方程左右兩邊同時(shí)取對(duì)數(shù)可得:

lnk=lnA-Ea/RT

式(2)

根據(jù)上式(2),對(duì)維生素C一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)的對(duì)數(shù)lnk與貯藏溫度的倒數(shù)1/T作圖,如圖2所示,由直線的斜率和截距分別求得其活化能Ea和指前因子A,結(jié)果見表2。

圖2 lnk與1/T的關(guān)系曲線 Fig.2 Relationship between lnk and 1/T

表2 檸檬汁飲料中維生素C熱降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 2 Kinetic parameters of vitamin C heat degradation in lemon juice

通常認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)的活化能Ea為40～400kJ/mol,活化能Ea越小,反應(yīng)越易進(jìn)行。當(dāng)Ea<42kJ/mol時(shí),反應(yīng)速率非常大;當(dāng)Ea>400kJ/mol時(shí),反應(yīng)速率非常小[6]。從表2可知,檸檬汁飲料在貯藏過程中維生素C易發(fā)生降解反應(yīng)。

表3 不同條件下檸檬汁飲料中維生素C分解速率常數(shù)、活化能和指前因子Table 3 Values of reaction rate constant,activation energy and pre-exponential factor of vitamin C degradation under different conditions

2.2 赤蘚糖醇對(duì)維生素C降解速率的影響

在恒溫條件下,經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定,得到檸檬汁飲料中不同赤蘚糖醇添加量對(duì)維生素C含量隨時(shí)間變化的影響,并對(duì)變化趨勢(shì)進(jìn)行擬合,擬合結(jié)果如圖3～圖5所示。

圖3 赤蘚糖醇添加量對(duì)檸檬汁飲料中維生素C濃度變化的影響(T=20℃) Fig.3 Effect of erythritol addition on vitamin C concentration in lemon juice(T=20℃)

圖4 赤蘚糖醇添加量對(duì)檸檬汁飲料中維生素C濃度變化的影響(T=30℃) Fig.4 Effect of erythritol addition on vitamin C concentration in lemon juice(T=30℃)

圖5 赤蘚糖醇添加量對(duì)檸檬汁飲料中維生素C濃度變化的影響(T=40℃) Fig.5 Effect of erythritol addition on vitamin C concentration in lemon juice(T=40℃)

擬合結(jié)果表明,上述條件下檸檬汁飲料中維生素C隨時(shí)間的降解速率符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型?？梢詮膱D3～圖5中看到,在恒溫條件下,隨著赤蘚糖醇添加量的增多,維生素C的分解速率有所放緩,相比于對(duì)照(無添加),貯藏16周后維生素C的保存率均有不同程度的增長(zhǎng)。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由式(1)和式(2)計(jì)算維生素C在不同條件下的分解速率常數(shù)k以及相應(yīng)的活化能Ea和指前因子A,結(jié)果見表2。

由表2可知,添加赤蘚糖醇后檸檬汁飲料中維生素C發(fā)生降解反應(yīng)的活化能均比未添加赤蘚糖醇的試樣(65.68kJ/mol)高,因此維生素C的降解反應(yīng)與對(duì)照相比較難進(jìn)行,并且隨著赤蘚糖醇添加濃度的提高,活化能基本呈上升趨勢(shì)。其中,當(dāng)赤蘚糖醇添加濃度為2%時(shí),維生素C降解反應(yīng)活化能達(dá)到最大,為75.47kJ/mol,比對(duì)照高出了9.79kJ/mol;但隨著赤蘚糖醇濃度的繼續(xù)增加,反應(yīng)活化能基本不變。綜上所述,在檸檬汁飲料中加入赤蘚糖醇確實(shí)能在一定程度上起到保護(hù)維生素C的作用。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,檸檬汁飲料在貯藏過程中維生素C對(duì)熱不穩(wěn)定,溫度對(duì)維生素C的降解符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,隨著貯藏溫度的升高,維生素C的降解速率明顯增大。赤蘚糖醇作為一種能夠抗氧化的甜味劑,通過建立動(dòng)力學(xué)模型考察維生素C降解過程中的活化能、速率常數(shù)等動(dòng)力學(xué)參數(shù),發(fā)現(xiàn)它的加入確實(shí)能使維生素C的降解速度減緩,提高反應(yīng)活化能,從而對(duì)維生素起到一定的保護(hù)作用。這也為赤蘚糖醇在作為甜味劑的同時(shí),其抗氧化作用在果汁飲料中的研究提供了一定的基礎(chǔ)。

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