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杨梅酒颜色劣变与花色苷降解机理的研究

张正伟  
【摘要】:杨梅酒颜色诱人,口感独特,香气丰富,是一种极具市场潜力的杨梅深加工产品。然而杨梅酒不耐贮藏,货架期较短。用现有工艺酿造的杨梅酒产品在常温下贮藏三个月便发生严重的颜色劣变,商品价值大大降低,极大限制了杨梅酒的运输、贮藏与消费。杨梅酒的颜色劣变是一个复杂的问题,而目前对于杨梅酒颜色劣变原因及控制方法的研究尚处在起步阶段,相关研究较少。花色苷是杨梅酒的主要呈色物质,但其降解机理还未完全阐明。为解决上述问题,本文先分析杨梅酒贮藏过程中与颜色相关组分的变化与颜色劣变的关系,确定颜色劣变的主要原因为杨梅酒主要呈色物质花色苷的降解。然后,围绕花色苷的降解,先后考察氧、有机酸和铁、抗氧化剂三个因素对花色苷降解的影响机制,即氧对杨梅酒颜色劣变和花色苷降解的作用、有机酸存在时铁对花色苷降解的影响和抗氧化剂对花色苷稳定性的影响。上述结果表明花色苷C环2位的水合作用是花色苷氧化降解的主要原因之一,而辅色素可以保护花色苷免受水的亲核攻击,在此基础上进一步探究辅色素对杨梅酒颜色稳定性和花色苷稳定性的影响。主要研究内容及结果如下:杨梅酒中花色苷较不稳定,其降解符合一级动力学模型,在4℃、25℃和37℃时的半衰期分别为138.63 d、26.87 d和9.00 d。随着L*、a*、b*、总花色苷、总酚及总黄酮的降低,小分子聚合色素(SPP)和大分子聚合色素(LPP)的水平与占比逐渐上升,且与温度呈正相关。5-羟甲基糠醛(5-HMF)仅在37℃下出现线性增长,然而即便是在25℃下贮藏的杨梅酒也发生了严重的颜色劣变。杨梅酒色差值(ΔE)与花色苷及SPP呈显著性(p0.001)相关,并且相关系数(r)较高(分别为0.994和0.802),表明花色苷可能在贮藏过程中发生氧化降解并参与SPP的生成,从而导致杨梅酒颜色劣变。包装氧可以加速杨梅酒颜色劣变,加速花色苷的降解,增加乙醛和聚合色素的含量,并且造成总挥发性酯和酸的含量最高分别提高19.74%和41.03%。随着包装氧的增加,贮藏过程中生成的原儿茶酸和降解的花色苷的摩尔比从5.08%逐渐增加到25.14%,表明和花色苷的氧化缩合相比,包装氧更有可能是通过促进花色苷的裂解途径,从而加速花色苷的降解。充氮除氧可以显著降低氧对杨梅酒颜色和花色苷造成的不良影响,并且对风味组成的影响较小,是一种可行的控制杨梅酒颜色劣变的方法。Fe(Ⅱ)在不同有机酸体系中氧化速率从小到大依次为草酸柠檬酸苹果酸酒石酸,但在琥珀酸体系不能被氧化。在琥珀酸体系中,Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)均能和C3G反应生成不稳定的复合物,进而导致C3G的降解,而在柠檬酸体系中该反应被抑制。Fe介导的花色苷降解在不同有机酸体系中的速率从小到大依次为柠檬酸草酸琥珀酸苹果酸酒石酸;当Fe(Ⅲ)浓度为0.16 m M时,C3G在上述有机酸存在时的半衰期分别为23.34 d、9.48 d、6.52 d、5.90 d和4.88 d。利用LC-MS鉴定有机酸存在下铁引发花色苷降解的部分产物为2-(3,4-二羟苯基)-5,6-二羟基苯并呋喃-3-羧酸葡萄糖酯和{2-[(3,4-二羟基苯甲酰基)氧]-4,6-二羟苯基}乙酸,与活性氧导致的花色苷降解产物相同,表明铁可能通过提高杨梅酒中活性氧水平从而促进花色苷降解。抗坏血酸(AA)、半胱氨酸(CYS)和还原型谷胱甘肽(GSH)等抗氧化剂在常温下对C3G的紫外可见光谱图无显著影响,但CYS和GSH显著改变了花色苷的循环伏安图。且AA、CYS和GSH在贮藏过程中可以促进花色苷降解,促进作用与抗氧化剂浓度和温度呈正相关。在37℃下p H为3.1时,1 m M AA、CYS和GSH将C3G的半衰期由28.52 d分别降至3.11 d、14.09 d和7.36 d。此外,与甲醇假碱和查尔酮形式相比,C3G以黄烊盐形式存在时,AA、CYS和GSH引起的C3G降解速率较低。1 m M巯基乙醇、CYS和GSH将C3G半衰期降至11.83 d、11.07 d和10.16 d,而相同浓度的二硫苏糖醇则将C3G半衰期降至1.05 d,表明硫醇引起的花色苷降解与巯基密切相关。AA和CYS在杨梅酒体系中并不能将C3G氧化形成的醌(C3GQ)还原回C3G。CYS可以与C3GQ(甲醇假碱或查尔酮形式)发生加成反应,生成花色苷-半胱氨酸加成物——二羟基苯并噻嗪羧酸衍生物,从而导致花色苷的降解。发酵前和发酵后添加没食子酸、阿魏酸和单宁酸对杨梅酒花色苷具有明显的辅色作用,且发酵前后添加辅色素产生的辅色作用存在差异。发酵前添加没食子酸、阿魏酸和单宁酸在贮藏过程中对杨梅酒具有增色效应,杨梅酒最大吸收波长下的吸光度(A_(max))最高分别提高了66%、112%和27%;发酵后添加组A_(max)最高分别提高了56%、70%和22%。而芦丁对杨梅酒具有减色效应,发酵前和发酵后添加芦丁杨梅酒A_(max)最高分别降低了51%和25%。没食子酸、芦丁和单宁酸对杨梅酒花色苷造成红移效应,最大吸收波长(λ_(max))最多分别红移6 nm、8 nm和5 nm。尽管发酵前添加没食子酸、阿魏酸和单宁酸不利于贮藏过程中花色苷稳定性,C3G的半衰期由15.54 d分别降至9.93 d、5.97 d和8.03 d,但对杨梅酒贮藏期间的颜色具有显著的提升作用。综上所述,花色苷的降解和SPP的生成是杨梅酒贮藏过程中颜色劣变的主要原因之一。花色苷可能在贮藏过程中发生氧化降解并参与SPP的生成,最终导致杨梅酒的颜色劣变。影响花色苷降解的因素较多,其中氧可能通过促进花色苷的裂解(而非花色苷的氧化缩合)从而加速花色苷的损失;在杨梅酒有机酸存在时,Fe(Ⅱ)可以被氧氧化为Fe(Ⅲ),从而形成Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化还原循环,提升活性氧的生成,进而促进花色苷降解;AA、CYS和GSH等抗氧化剂不能将C3GQ还原为C3G,反而会表现出促氧化作用,加速C3G降解,其中CYS等硫醇的促进作用依赖巯基基团,推测其通过巯基的氧化还原促进活性氧水平,从而加速C3G降解。此外,CYS与甲醇假碱或查尔酮形式的的C3GQ发生加成反应,生成C3G-CYS加成物,也是其促进花色苷降解的途径之一。最后,发酵前添加辅色素对杨梅酒贮藏过程的颜色具有显著提升作用。这些发现有助于理解杨梅酒颜色劣变和花色苷降解的机理,可以为解决包括杨梅酒在内的果酒颜色劣变问题提供参考。


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