慕萨莱思酿造过程中的色变动力学关系

张蒙蒙，张志杨，朱丽霞

（塔里木大学，新疆兵团南疆特色农产品深加工重点实验室/生命科学学院，新疆阿拉尔843300）

慕萨莱思是新疆维吾尔族人民酿制成的一种天然酒精性饮料，其酿造工艺悠久，流传千年，有古代西域葡萄酒的美称，是刀郎文化的精髓与灵魂[1]。慕萨莱思具有与普通葡萄酒不同的独特工艺。其基本工艺为：先将葡萄榨成汁，然后进行浓缩，形成慕萨莱思起始发酵液，等自然冷却至室温后，入缸自然发酵而成。加工过程中有时会添加一些当地出产的大芸、白杏、桑椹、红花、枸杞、鸽子、雪鸡、鹿血，甚至是新疆的烤全羊，使其具有保健功效及丰富文化底蕴的原生态饮品[2-3]。现随着我国葡萄酒业的迅速发展，人们的生活水平不断提高，市场需求量持续增加，及消费者对葡萄酒选择具有多样化及高要求化等标准[4]，传统天然无污染的慕萨莱思为其提供了更多选择。

褐变反应广泛存在果汁、果酒和罐头加工行业，会导致产品颜色变暗[5]，王成荣等[6]对梨汁的非酶褐变研究中发现，糖是影响非酶褐变的重要因素，糖度增加，非酶褐变加快；Buedo等[7]在对浓缩桃汁的研究中发现，当温度一定时，随着糖度的增加，吸光度反而降低；吴惠玲[8]等对美拉德反应因素的研究表明，在反应物浓度，羰基化合物种类，氨基化合物种类，一定的条件下，温度越高、时间越长，美拉德反应越强烈、颜色越深；以及青梅酒发酵中温度，氧化剂，还原剂，总糖等对色泽具有显著影响[9]。近些年国内外研究者通过研究与非酶褐变有关的主要致褐因子指标的动力学模型，例如：Hariklia Vaikousi等[10-11]认为果汁等非酶促褐变反应动力学模型有零级、一级、抛物线、威布尔和罗吉斯特模型等多种模型，Burduriu和Karadeniz发现浓缩苹果汁在储藏过程中的非酶褐变动力学符合零级动力学反应[12]，杨槟煌等[13]表明余甘果汁加热浓缩过程中的 L*值、a*值、b*值、△E 值（总色差）、褐变度（A420）的变化符合零级动力学反应，C*值、褐变指数BI值的变化符合一级动力学反应；以及梁莎等[14]对媚丽汽酒在发酵过程中前7天的褐变度（A420）符合零级动力学模型，并可以判断褐变速率快慢。

色泽是葡萄酒的重要感官指标，在葡萄酒的品质评价与控制中持续受到关注[15-19]。色度计和CIELAB色彩空间为目标色彩测量和分析研究人员的主要选择。分光光度计法为葡萄酒色泽分析的常规方法，在420 nm和520 nm下分别测定吸光度，用色度（A420+A520）和色调（A420/A520）来反应葡萄酒的颜色特征。此方法缺陷为不能全面分析酒体色彩[20]。而王宏等[21]对干红葡萄酒陈酿期各颜色参数之间进行主成分分析后，证明了CIELAB颜色空间可以有效的作为葡萄酒颜色的评价体系。因此，该试验用色差计直接测量色度相关参数值L*、a*、b*，计算褐变指数（BI）、彩度（C*）、色相角（H°）、白色指数（WI）和黄度指数（YI），全面分析慕萨莱思酿造过程中色彩指标与还原糖及酿造时间之间的动力学关系，进行相关模型拟合，分析出对产品色泽影响的重要因素及可控指标，从而为慕萨莱思加工过程中色泽控制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

测试样品取自刀郎慕萨莱思有限公司2015年9月慕萨莱思酿制过程中的样品。其中浓缩过程样为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个批次，采样顺序从混合汁（9.7 H），到开锅样（9.7 K），之后为每隔半小时取样一次（9.7Tim1），最后为冷却汁（9.7Col），取样个数分别为18、22、20个；发酵过程样分别是9月9日（2号罐-2fj）、9月 10日（5号罐-5fj）、9月 13日（9号罐-9fj）起始发酵样品，每隔一天取样，其取样个数分别为19、18、15 个。

1.2 仪器与设备

UltraScan PRO色彩色差仪：HuntetLab公司。

1.3 方法

测定方法[22]：采用色彩色差仪CIE-LAB颜色体系，进行色度值：L*（亮度），a*（红绿度），b*（黄蓝度）的测定，光源为C/2，选择TTRAN-总透射模式。测定前用黑卡、参比溶液、白板进行校正，选择浊度模式进行测定，用光阱和白板进行校正。将样品用10mm玻璃皿盛装放置在透射口靠拢球的位置测定分析。

1.4 色泽指标计算

①褐变指数（Browning index）定义为棕色纯度，用于表征褐变颜色的总体变化。是食品中最常见的褐变指标之一，计算公式如下[23]。

②彩度（Chrom）是描述色彩离开相同明度中性灰色程度的色彩感觉属性，由色度决定来体现颜色鲜艳程度的值，数值越大表明物体颜色越鲜艳，即饱和度越高（＞60均视已饱和），反之则越暗淡[24]。

③色相角度（Hue angle）指能够确切地表示某种颜色色调的名称。色彩的成分越多，其色相越不鲜明，一个角度0°、360°代表红色，而90°的角度，180°和 270°代表黄色、绿色和蓝色色调[12]。

④白色指数（Whiteness index）是代表食品的整体白度[25]：

⑤黄度指数（Yellowness index）主要用于量化食品中黄色程度：

⑥动力学模型中的动力学表达式[26]：

式中：C为因变量浓度；C0为初始值（即t=0时的C值）；t为加热时间（或自变量）；K0为零级动力学常数；K1为一级动力学常数。

以及使用SPSS19软件分析色泽指标与还原糖和总酚相关性，Excel2003软件拟合动力学关系，分析两者对色泽指数贡献大小。

2 结果与分析

2.1 慕萨莱思酿制过程的色彩指标值及相关性分析

由表1可知：果汁热加工中易发生酶促褐变与非酶褐变，从而促使产品向着褐色系列转变[27-29]。从表 1 可知，浓缩能使葡萄汁的 C*、YI、a*、b*、BI值增大，H°、L*、WI值减小，说明浓缩促使葡萄汁亮度降低，白度下降，黄化加强，且彩度超过60达到饱和状态[30]，整体色泽从青亮色转变成红褐色或棕黄色；而发酵结束后 H°、L*、WI值增大，C*、YI、a*、BI值减小，b*值基本保持不变，说明发酵促使发酵液的亮度增加，彩度、白度增加，黄化减弱，从而酒体颜色从红褐色转变成黄褐色及棕褐色。同时，浓缩结束后ΔE均大于发酵结束后的ΔE，表示慕萨莱思酿造过程中葡萄汁浓缩对慕萨莱思色泽贡献大于发酵过程的贡献度，且各指标批次之间差异极显著（P<0.01），说明不同批次对色泽的变化也有显著影响，原因可能与不同采收期的葡萄品质有关，例如初始葡萄汁的糖度，总酚种类与含量等[28，30-31]。

表1 葡萄汁浓缩与发酵过程中色彩指标的初始值及结束值比较分析Table 1 Grape juice concentrate and the initial value and end value of the color index during fermentation comparative Analysis

2.2 慕萨莱思酿造过程中色彩指标的动力学分析

在糖氨体系的浓缩过程中，还原糖被浓缩而含量增加，伴随着一系列影响色泽变化的相关反应，比如：羰氨反应、焦糖化反应、抗坏血酸氧化分解、酚类的氧化聚合等[32-36]；影响褐变速率及产品终了褐变的因素很多，包括还原糖和氨基酸的种类、还原糖和氨基酸的比例、pH值、加热温度、缓冲液、反应时间、溶剂等因素的影响[38-39]。葡萄酒发酵过程中，随着微生物大量繁殖与生物量增加，菌体蛋白、多糖等大分子物质对成色物质的吸附性，同时小分子的物质不断分泌，影响发酵液或酒体系中的pH值，氧化还原电势等，继而影响体系的中色泽变化[39-41]。因此慕萨莱思酿造过程中的色泽变化，通过对比动力学系数K的正负及级别来判断其影响因素的大小，如表 2、表 3。

随着浓缩时间的增加，还原糖浓度增加，L*、H°、WI与两者呈现负向零级动力学关系，及随其增加而成线性减小。a*、b*、C*与两者呈现正向零级动力学关系，即随两者增加而成线性增加，BI、YI与两者呈现正向一级动力学关系，随其增加呈指数性增加。同理，随着发酵时间的增加，还原糖浓度减小，L*、H°、WI与两者分别呈现正向和负向零级动力学关系，及随发酵时间增加和糖度减小而进行线性增加，相反a*、b*、C*与两者分别呈现负向和正向零级动力学关系，即随发酵时间增和糖度下降而进行线性减小。BI、YI与两者呈现分别呈现负向和正向一级动力学关系，即随发酵时间增加和糖度下降而呈现指数性下降。在浓缩过程中，还原糖与色彩指标的动力学常数在绝对值上大于浓缩时间与各色彩指标的动力学常数，说明浓缩过程中，还原糖是影响色彩指标的重要因子；相反，在发酵过程中，还原糖与色彩指标的动力学常数在绝对值上小于发酵时间与各色彩指标的动力学常数，所以，在发酵过程中发酵时间为影响色彩变化的重要因子，暗含发酵过程中，对色彩指标的影响因素中，有比还原糖更为重要因子，例如发酵中随着微生物大量繁殖及代谢物的不断分泌，增多发酵液中大分子物质量，降低pH值，及改变的氧化还原电位等。各动力学常数K在批次之间差异显著（P<0.05），说明不同批次对各阶段的色彩变化速率也有显著影响。

表2 色彩指标与时间的动力学模型Table 2 Dynamics Model color indicators and time

表3 色泽指标与还原糖的动力学模型Table 3 Color Indicators and Dynamical Models of Reducing Sugar

3 结论

在慕萨莱思酿造过程中，浓缩使葡萄汁YI作用增强，BI增加，WI减弱，H°由黄色调转化为红色调，C*增强，浊度增加（即透亮度减少）；发酵能不同程度消弱浓缩葡萄汁的黄化与褐变，使得白度有所回升，色相略回升。在慕萨莱思酿制过程中，还原糖和时间对褐变指数和黄化指数影响程度呈现指数级动力学关系，而与其他色彩指标呈现线性动力学关系，由此黄化指数与褐变指数为慕萨莱思酿制过程及其成品控制的重要指标因子。浓缩过程，还原糖度与各色泽指标的动力学速率均大于浓缩时间的作用速率，确定还原糖为葡萄汁的色变指标重要因子。相反，在发酵过程中发酵时间是影响色变的重要因子。不同加工批次对色彩指标具有显著的影响。本结果将为慕萨莱思色泽变化的深入研究，及为慕萨莱思酿造过程中色泽控制奠定基础。

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