真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄品质和浸渍特性的影响

黄敏，张盼盼，张丽芬，陈复生，赖少娟，杨宏顺*

（1.新加坡国立大学苏州研究院，江苏 苏州 215000；2.河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450052）

葡萄属于浆果类非呼吸跃变型水果，富含糖、有机酸、维生素、矿物质和酚类等多种营养物质，深受广大群众的喜爱[1-2]。但由于葡萄柔软多汁，在采后贮运过程中极易因蒸腾作用、代谢活动以及微生物的侵害发生萎缩、软化、褐变和腐烂，严重影响其食用和商用价值[3-4]。随着人们对食品安全和营养要求的提高，探寻绿色高效的果蔬保鲜方法依旧是当前研究的热点。

真空浸渍是近年发展起来的一种非热高效的物理保鲜技术，可将浸渍溶液中的特定组分浸入到果蔬组织中，从而达到改变果蔬产品理化性质和感官属性的目的；同时，也可通过真空浸渍浸入益生菌、维生素、钙等对果蔬产品进行营养强化[5-9]。真空浸渍过程是由机械作用引起的压力差造成的流体动力学和变形松弛现象而导致的传质过程，主要表现为果蔬内部的水分损失和固体增益，取决于样品的特性和真空浸渍操作条件，如：菠菜狭窄的气孔和相对有限的体积变化使其所需的真空浸渍压力比苹果高；哈密瓜在真空浸渍120 s时达到最大增重，延长浸渍时间样品增重不再明显增加[10-12]。因此，通过模拟预测不同真空浸渍条件下的传质过程，可以更好地调控真空浸渍过程中的物质传递以达到最大收益。

真空浸渍中浸渍溶液的选择至关重要，不同的浸渍溶液保鲜效果各异。例如钙盐浸渍可增加果蔬硬度，酶促褐变抑制剂可维持果蔬色泽[13-14]。茶多酚是茶叶中提取出来的天然多酚类物质的总称，具有抗氧化、抑菌、防突变等多种生物活性。研究表明，茶多酚可以显著抑制采后果蔬的呼吸作用，减缓果实贮藏期间色素的降解，延缓衰老[15-16]。此外，茶多酚能够抑制果蔬中多聚半乳糖醛酸酶的活性，从而抑制原果胶的降解，保持果蔬良好质地和品质特性[17]。因此，本研究以巨峰葡萄为原料，通过研究真空协同茶多酚浸渍过程中葡萄果实物质传递规律和浸渍特性，并结合果实品质特性的变化，建立葡萄真空协同茶多酚浸渍传质模型，确定葡萄的最优真空浸渍条件，为真空浸渍技术在采后葡萄保鲜中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

巨峰葡萄（Vitis labruscana Kyoho）：采摘于河南省新密市葡萄种植庄园。

食品级茶多酚：河南东顺化工产品有限公司；食品级抗坏血酸：石药集团维生药业（石家庄）有限公司；食品级蔗糖：天津市科密欧化学试剂有限公司；福林酚：北京索莱宝科技有限公司；没食子酸、邻苯二酚、愈创木酚、L-苯丙氨酸：上海源叶生物科技有限公司；硼酸、硼砂、氢氧化钠、碳酸钠、盐酸、甲醇：洛阳昊华化学试剂有限公司。以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TA-XT2i质构仪：英国Stable Micro Systems公司；PAL-α自动数显折射仪：日本爱拓有限公司；CR-410色差仪：日本柯尼卡美能达有限公司；TAS990原子吸收分光光度计：北京普析仪器有限公司；GL-10000C高速冷冻离心机：上海安亭科学仪器厂；DC-2006节能型智能恒温槽：宁波新芝生物科技股份有限公司；FY-1H-N真空泵：浙江飞越机电有限公司；双层玻璃恒温器：郑州恒美达玻璃加工有限公司。

1.3 样品处理

挑选成熟度适中、无病虫害和无机械损伤的葡萄串，采后立即运回实验室，然后挑选着色和大小均一、颗粒饱满、果蒂新鲜牢固的葡萄进行修剪，每4～5颗果实一枝，随机分为26组，每组800 g左右，其中1组不做任何处理用于空白对照，剩余25组用于真空协同茶多酚浸渍处理。

1.4 真空协同茶多酚浸渍处理

真空协同茶多酚浸渍在双层玻璃恒温器中进行，外连真空泵和恒温水浴槽。处理条件：固液质量比1∶3，真空度5 kPa，复压处理15 min；处理温度分别为15、20、25、30、35 ℃，真空时间分别为 5、10、15、20、25 min。试验结束后，将样品取出，蒸馏水冲洗干净后用吸水纸吸干，测定相应指标。

1.5 硬度测定

采用质构分析测定硬度，探头型号为P35，参数设置：测前速度3mm/s，测试速度1mm/s，测后速度1mm/s，形变量为25%，两次压缩间隔时间3 s，触发力10 g。每组测定20个样品[18]。

1.6 色泽测定

采用色差仪进行测定。每组随机选取10个果实并随机选取3个不同的位置进行测量，记录L*、a*、b*参数[19]。

1.7 茶多酚含量测定

茶多酚含量测定参照GB/T 31740.2—2015《茶制品第2部分：茶多酚》[20]。

1.8 花色苷含量测定

花色苷含量测定参照Rolle等[21]的方法。

1.9 酶活测定

多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）、过氧化物酶（peroxidase，POD）活性和苯丙氨酸转氨酶（phenylalanine ammonia-lyase，PAL）活性测定参照Yingsanga等[22]的方法。取5.0 g样品，加入5.0 mL提取缓冲液于研钵中冰浴研磨成匀浆，4℃、12 000×g离心30 min后取上清液，加入反应溶液，以蒸馏水为参照分别测定其在420、470 nm和290 nm处吸光度值，计算可得PPO、POD和PAL酶活性。

1.10 浸渍特性

葡萄果实的真空浸渍特性[浸渍体积分数（X）、体积形变系数（γ）、有效孔隙度（εe）]根据 HDM-DPR 模型中的相关公式计算得到[23-24]。用分析天平测定样本浸渍前后的质量，记为m0和mt。浸渍前样本的体积V0为质量m0与密度ρ0的比值（密度采用比重瓶法以蒸馏水为标准溶液进行测定）；浸渍后的样本体积Vt为mt与浸渍后样本密度ρt的比值。

式中：ρIS为浸渍溶液密度，kg/m3；P1为真空度，mbar；P2为大气压力，mbar；Pc为毛细管压力，mbar；r为压缩比。

1.11 传质动力学模型

1.11.1 水分损失与固形物获取

真空浸渍过程中，葡萄果实的水分损失（△Mw）和固形物获取（△Ms）公式如下[25]。

式中：m0为样品初始质量，g；mt为真空协同茶多酚浸渍后样品质量，g；x0为样品初始含水量，g/g；xt为真空协同茶多酚浸渍后样品含水量，g/g；xs0为样品初始固形物含量，g/g；xst为真空协同茶多酚浸渍后样品固形物含量，g/g。

1.11.2 传质动力学模型

渗透脱水过程中的水分含量和固形物含量变化分别用Azura模型、Penetration模型和Magee模型进行预测，具体模型方程[26-28]如下。

式中：△M为物质质量变化，g/g（包括△Mw和△Ms）；△M∞为平衡时的水分损失/固体增益，g/g；t为真空浸渍时间，min；s为传质速率常数，min-1。

式中：△M为物质质量变化，g/g（包括△Mw和△Ms）；t为真空浸渍时间，min；k、K 为传质速率常数，min-1；A为常数。

1.12 数据处理

试验数据用 Excel 2010，SPSS 20和 GraphPad Prism 5进行处理，结果表示为平均值±标准偏差。

2 结果与讨论

2.1 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄硬度的影响

真空浸渍技术可以将外部浸渍溶液渗入果实内部组织细胞中，对葡萄果实的结构和机械性质产生影响。真空协同茶多酚浸渍对葡萄果实硬度的影响如图1所示。

图1 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄硬度的影响Fig.1 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on hardness of Kyoho grapes

由图1可知，与对照组相比，真空协同茶多酚浸渍有助于葡萄果实硬度的提高。在真空协同茶多酚浸渍15min时，葡萄果实硬度达到最大值。但是长时间的真空处理会导致果实组织形成不可逆损伤，引起果实硬度下降。20℃时真空协同茶多酚浸渍15 min，葡萄果实硬度显著高于其他浸渍温度。结果表明，20℃真空协同茶多酚浸渍处理15 min，葡萄果实硬度最高且质地较好。

2.2 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄色泽的影响

真空协同茶多酚浸渍对葡萄果实色泽（L*、a*和b*）的影响如图2所示。

图2 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄色泽的影响Fig.2 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on colour of Kyoho grapes

如图2a～图2b所示，随着真空浸渍时间的延长，葡萄果实a*先增加后降低、b*先降低后增加，均在15min时达到最值，葡萄果实形成鲜艳的紫红色。葡萄果实L*随真空浸渍时间的增加呈现缓慢降低后增加的趋势，L*的降低可能是由于葡萄果实颜色变深导致亮度降低。相较于其它温度处理组，20℃真空协同茶多酚浸渍处理组的a*较高，这是由于此温度下花色苷相关合成酶的活性较高，花色苷含量增加，导致果实色泽变化[29-30]。结果表明，20℃真空协同茶多酚浸渍处理15 min，葡萄果实色泽较好。

2.3 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄茶多酚含量的影响

真空协同茶多酚浸渍对葡萄果实茶多酚含量的影响如图3所示。

图3 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄茶多酚含量的影响Fig.3 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on tea polyphenols content of Kyoho grapes

真空浸渍处理将茶多酚引入到葡萄果实内部组织中，从而对葡萄果实品质产生影响。由图3可知，随真空浸渍时间的延长，浸入果实中的茶多酚含量呈现先增加后降低的趋势，在15 min时达到最大值。与其它温度处理组相比，20℃真空浸渍处理组的茶多酚含量较高，这与真空浸渍对葡萄果实硬度的影响一致。这是由于此条件葡萄达到最大浸渍水平，浸入葡萄果实中的茶多酚较多。30、35℃真空浸渍25 min时，葡萄果实中的茶多酚含量略有下降，可能由于此条件下导致相关代谢酶（PPO和POD）活性增加，酚类物质消耗增加导致含量减少。

2.4 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄花色苷含量的影响

葡萄色泽是人们比较葡萄品质最直观的指标之一，也是决定葡萄价格与销量的重要因素。葡萄果皮颜色主要由所含花色苷的成分和含量来决定。真空协同茶多酚浸渍对葡萄果实花色苷含量的影响如图4所示。

图4 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄花色苷含量的影响Fig.4 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on anthocyanin content of Kyoho grapes

由图4可知，葡萄果实中的花色苷含量随着浸渍时间的延长先增加后降低，在15min时达最大值13.63mg/100gFW。20℃处理组葡萄的花色苷含量相较于其它温度处理组较高，这是由于20℃时花色苷相关合成酶活性最高，花色苷合成增加导致含量增加。较高的花色苷含量对应较好的葡萄外观色泽[31]。

2.5 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄酶活性的影响

多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）作用于酚类化合物，将其氧化生成醌类物质，醌类物质再进一步发生聚集形成深色物质，导致果蔬褐变。花色苷合成的最初前体物质为苯丙氨酸，苯丙氨酸转氨酶（PAL）是催化苯丙烷类第一步代谢反应的酶，也是苯丙氨酸代谢途径的关键酶和限速酶，可以作用于L-苯丙氨酸，解氨生成反式肉桂酸，进一步影响花色苷类物质的合成[32-33]。PPO、POD和PAL综合作用，影响葡萄果实酚类物质及花色苷含量，进而影响葡萄的色泽。真空协同茶多酚浸渍处理对葡萄果实酶活性的影响如图5所示。

图5 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄酶活性的影响Fig.5 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on enzyme activities of Kyoho grapes

由图5a可知，多酚氧化酶（PPO）活性随浸渍时间的延长大体呈现先降低后升高趋势，在真空浸渍15 min时达到最低值。20℃真空浸渍处理组果实的PPO活性整体显著低于其它温度处理组，表明20℃真空浸渍处理可以有效抑制果实PPO活性。由图5b可知，随浸渍时间的延长，POD活性先降低后升高，10 min～15 min达到短暂平衡。与其它温度处理组相比，20℃真空浸渍处理组果实的POD活性整体较低。由图5c可知，PAL活性随真空浸渍时间的延长呈现先升高后降低趋势，并在真空浸渍处理15 min时达到最大。与对照组相比，真空浸渍处理组PAL活性均显著提高，表明真空浸渍处理能够有效提升葡萄果实的PAL活性。20℃真空浸渍处理组的PAL活性显著高于其它温度处理组，表明20℃真空浸渍处理时可有效提高PAL活性[34-35]。结果表明，20℃真空协同茶多酚浸渍处理15 min，葡萄果实PAL活性最高，有利于葡萄花色苷物质的合成。

2.6 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄浸渍特性的影响

真空协同茶多酚浸渍对葡萄有效孔隙度（εe）的影响如表1所示。

表1 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄有效孔隙度的影响Table 1 Effects of vacuum impregnation combined with tea polyphenol on effective porosity of Kyoho grapes

由表1可知，不同温度浸渍15 min时果实的εe值均达到最大。20℃浸渍15 min时果实的εe值（0.612）显著高于其它组。浸渍溶液进入葡萄组织内部的过程受到温度的影响。同时研究了20℃条件下不同真空浸渍时间对葡萄果实浸渍体积分数（X）和体积形变系数（γ）的影响，结果如表2所示。

表2 真空协同茶多酚浸渍对巨峰葡萄浸渍体积分数和体积形变系数的影响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，真空协同茶多酚浸渍前后葡萄的γ值为0.02～0.03，真空浸渍对葡萄体积形变系数无显著影响。葡萄X值与εe值的变化趋势一致，这与Kras-aekoopt等[23]对番石榴和木瓜的真空浸渍研究结果一致。真空浸渍时间增加到15min时，葡萄X值由0.23%增至0.66%，表明流体动力学现象（hydrodynamicme-chanisms，HDM）作用显著；继续延长真空浸渍时间，X值则趋于稳定后略有下降。结果表明，利用真空浸渍技术可快速高效地将有效组分引入果实组织内达到增益目的。

2.7 真空协同茶多酚浸渍对葡萄物质传递过程影响研究

真空浸渍过程中物质传递（水分损失和固形物获取）的Azura模型、Penetration模型和Magee模型拟合如图6所示。

图6 真空协同茶多酚浸渍过程中物质传递模型拟合图Fig.6 The fitting of mass transfer in vacuum impregnation combined with tea polyphenol process

由图6可知，除15℃外，真空协同茶多酚浸渍过程中葡萄果实的固形物获取随温度升高而降低，这是由于20℃时葡萄果实的有效孔隙度最大，浸渍特性最佳，有利于外部浸渍溶液渗入到葡萄果实内部。15℃浸渍温度下葡萄果实的固形物获取最低，可能是由于低温条件葡萄果实发生应激反应导致细胞壁收缩，浸渍溶液难以浸入细胞组织[36-37]。真空浸渍过程中，葡萄果实的水分损失随温度的增加而增高，35℃时尤为明显，这是由于温度的升高对葡萄果实的细胞壁结构产生了不可逆性的热损伤导致葡萄果实的细胞壁结构被破坏，加速了葡萄果实的水分流失[38]。

由图6可知，真空协同茶多酚浸渍过程中水分损失的Azura模型拟合系数（R2）为0.977～0.996。除15℃外，关于固形物获取的拟合系数（R2）均在0.990以上。Magee模型是在Penetration模型的基础上衍生一个常量参数对模型进行校正，Penetration模型和Magee模型中水分损失的拟合系数（R2）分别为0.951～0.996和0.961～0.996，固形物获取的拟合系数（R2）分别为0.927～0.993和0.941～0.994。结果表明，3种模型均能较好的预测传质过程中葡萄果实的水分损失和固形物获取。

Azura模型、Penetration模型和Magee模型关于水分损失和固形物获取的模型拟合参数见表3。

表3 不同真空浸渍温度的模型拟合参数Table 3 The fitting parameters of different vacuum impregnation temperatures

由表3可知，比较Magee模型和Penetration模型拟合系数可知，校正前后，模型对葡萄果实真空浸渍过程中的传质预测能力没有显著变化。相较于Magee模型和Penetration模型，Azura模型对真空浸渍过程中葡萄果实的水分损失和固形物获取预测能力更好。

3 结论

20℃真空协同茶多酚浸渍15 min时巨峰葡萄果实的浸渍水平最佳，此时果实的有效孔隙度和浸渍体积分数最大，分别为0.612和0.66%。同时，在此浸渍条件下，葡萄果实的硬度最高，多酚氧化酶和过氧化物酶活性最低，苯丙氨酸转氨酶活性最高，且茶多酚和花色苷含量最高，葡萄色泽最好，果实品质较好。此外，Azura模型、Penetration模型和Magee模型关于葡萄果实水分损失的拟合系数（R2）均在0.950以上，关于固形物获取的拟合系数R2均在0.900以上（Azura模型15℃浸渍组除外），拟合度较好。3种模型均能够较好的预测葡萄果实真空浸渍过程中的水分损失和固形物获取。