慕薩萊思釀造過程中的色變動力學關系

張蒙蒙，張志楊，朱麗霞

（塔里木大學，新疆兵團南疆特色農產品深加工重點實驗室/生命科學學院，新疆阿拉爾843300）

慕薩萊思是新疆維吾爾族人民釀制成的一種天然酒精性飲料，其釀造工藝悠久，流傳千年，有古代西域葡萄酒的美稱，是刀郎文化的精髓與靈魂[1]。慕薩萊思具有與普通葡萄酒不同的獨特工藝。其基本工藝為：先將葡萄榨成汁，然后進行濃縮，形成慕薩萊思起始發酵液，等自然冷卻至室溫后，入缸自然發酵而成。加工過程中有時會添加一些當地出產的大蕓、白杏、桑椹、紅花、枸杞、鴿子、雪雞、鹿血，甚至是新疆的烤全羊，使其具有保健功效及豐富文化底蘊的原生態飲品[2-3]。現隨著我國葡萄酒業的迅速發展，人們的生活水平不斷提高，市場需求量持續增加，及消費者對葡萄酒選擇具有多樣化及高要求化等標準[4]，傳統天然無污染的慕薩萊思為其提供了更多選擇。

褐變反應廣泛存在果汁、果酒和罐頭加工行業，會導致產品顏色變暗[5]，王成榮等[6]對梨汁的非酶褐變研究中發現，糖是影響非酶褐變的重要因素，糖度增加，非酶褐變加快；Buedo等[7]在對濃縮桃汁的研究中發現，當溫度一定時，隨著糖度的增加，吸光度反而降低；吳惠玲[8]等對美拉德反應因素的研究表明，在反應物濃度，羰基化合物種類，氨基化合物種類，一定的條件下，溫度越高、時間越長，美拉德反應越強烈、顏色越深；以及青梅酒發酵中溫度，氧化劑，還原劑，總糖等對色澤具有顯著影響[9]。近些年國內外研究者通過研究與非酶褐變有關的主要致褐因子指標的動力學模型，例如：Hariklia Vaikousi等[10-11]認為果汁等非酶促褐變反應動力學模型有零級、一級、拋物線、威布爾和羅吉斯特模型等多種模型，Burduriu和Karadeniz發現濃縮蘋果汁在儲藏過程中的非酶褐變動力學符合零級動力學反應[12]，楊檳煌等[13]表明余甘果汁加熱濃縮過程中的 L*值、a*值、b*值、△E 值（總色差）、褐變度（A420）的變化符合零級動力學反應，C*值、褐變指數BI值的變化符合一級動力學反應；以及梁莎等[14]對媚麗汽酒在發酵過程中前7天的褐變度（A420）符合零級動力學模型，并可以判斷褐變速率快慢。

色澤是葡萄酒的重要感官指標，在葡萄酒的品質評價與控制中持續受到關注[15-19]。色度計和CIELAB色彩空間為目標色彩測量和分析研究人員的主要選擇。分光光度計法為葡萄酒色澤分析的常規方法，在420 nm和520 nm下分別測定吸光度，用色度（A420+A520）和色調（A420/A520）來反應葡萄酒的顏色特征。此方法缺陷為不能全面分析酒體色彩[20]。而王宏等[21]對干紅葡萄酒陳釀期各顏色參數之間進行主成分分析后，證明了CIELAB顏色空間可以有效的作為葡萄酒顏色的評價體系。因此，該試驗用色差計直接測量色度相關參數值L*、a*、b*，計算褐變指數（BI）、彩度（C*）、色相角（H°）、白色指數（WI）和黃度指數（YI），全面分析慕薩萊思釀造過程中色彩指標與還原糖及釀造時間之間的動力學關系，進行相關模型擬合，分析出對產品色澤影響的重要因素及可控指標，從而為慕薩萊思加工過程中色澤控制奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

測試樣品取自刀郎慕薩萊思有限公司2015年9月慕薩萊思釀制過程中的樣品。其中濃縮過程樣為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個批次，采樣順序從混合汁（9.7 H），到開鍋樣（9.7 K），之后為每隔半小時取樣一次（9.7Tim1），最后為冷卻汁（9.7Col），取樣個數分別為18、22、20個；發酵過程樣分別是9月9日（2號罐-2fj）、9月 10日（5號罐-5fj）、9月 13日（9號罐-9fj）起始發酵樣品，每隔一天取樣，其取樣個數分別為19、18、15 個。

1.2 儀器與設備

UltraScan PRO色彩色差儀：HuntetLab公司。

1.3 方法

測定方法[22]：采用色彩色差儀CIE-LAB顏色體系，進行色度值：L*（亮度），a*（紅綠度），b*（黃藍度）的測定，光源為C/2，選擇TTRAN-總透射模式。測定前用黑卡、參比溶液、白板進行校正，選擇濁度模式進行測定，用光阱和白板進行校正。將樣品用10mm玻璃皿盛裝放置在透射口靠攏球的位置測定分析。

1.4 色澤指標計算

①褐變指數（Browning index）定義為棕色純度，用于表征褐變顏色的總體變化。是食品中最常見的褐變指標之一，計算公式如下[23]。

②彩度（Chrom）是描述色彩離開相同明度中性灰色程度的色彩感覺屬性，由色度決定來體現顏色鮮艷程度的值，數值越大表明物體顏色越鮮艷，即飽和度越高（＞60均視已飽和），反之則越暗淡[24]。

③色相角度（Hue angle）指能夠確切地表示某種顏色色調的名稱。色彩的成分越多，其色相越不鮮明，一個角度0°、360°代表紅色，而90°的角度，180°和 270°代表黃色、綠色和藍色色調[12]。

④白色指數（Whiteness index）是代表食品的整體白度[25]：

⑤黃度指數（Yellowness index）主要用于量化食品中黃色程度：

⑥動力學模型中的動力學表達式[26]：

式中：C為因變量濃度；C0為初始值（即t=0時的C值）；t為加熱時間（或自變量）；K0為零級動力學常數；K1為一級動力學常數。

以及使用SPSS19軟件分析色澤指標與還原糖和總酚相關性，Excel2003軟件擬合動力學關系，分析兩者對色澤指數貢獻大小。

2 結果與分析

2.1 慕薩萊思釀制過程的色彩指標值及相關性分析

由表1可知：果汁熱加工中易發生酶促褐變與非酶褐變，從而促使產品向著褐色系列轉變[27-29]。從表 1 可知，濃縮能使葡萄汁的 C*、YI、a*、b*、BI值增大，H°、L*、WI值減小，說明濃縮促使葡萄汁亮度降低，白度下降，黃化加強，且彩度超過60達到飽和狀態[30]，整體色澤從青亮色轉變成紅褐色或棕黃色；而發酵結束后 H°、L*、WI值增大，C*、YI、a*、BI值減小，b*值基本保持不變，說明發酵促使發酵液的亮度增加，彩度、白度增加，黃化減弱，從而酒體顏色從紅褐色轉變成黃褐色及棕褐色。同時，濃縮結束后ΔE均大于發酵結束后的ΔE，表示慕薩萊思釀造過程中葡萄汁濃縮對慕薩萊思色澤貢獻大于發酵過程的貢獻度，且各指標批次之間差異極顯著（P<0.01），說明不同批次對色澤的變化也有顯著影響，原因可能與不同采收期的葡萄品質有關，例如初始葡萄汁的糖度，總酚種類與含量等[28，30-31]。

表1 葡萄汁濃縮與發酵過程中色彩指標的初始值及結束值比較分析Table 1 Grape juice concentrate and the initial value and end value of the color index during fermentation comparative Analysis

2.2 慕薩萊思釀造過程中色彩指標的動力學分析

在糖氨體系的濃縮過程中，還原糖被濃縮而含量增加，伴隨著一系列影響色澤變化的相關反應，比如：羰氨反應、焦糖化反應、抗壞血酸氧化分解、酚類的氧化聚合等[32-36]；影響褐變速率及產品終了褐變的因素很多，包括還原糖和氨基酸的種類、還原糖和氨基酸的比例、pH值、加熱溫度、緩沖液、反應時間、溶劑等因素的影響[38-39]。葡萄酒發酵過程中，隨著微生物大量繁殖與生物量增加，菌體蛋白、多糖等大分子物質對成色物質的吸附性，同時小分子的物質不斷分泌，影響發酵液或酒體系中的pH值，氧化還原電勢等，繼而影響體系的中色澤變化[39-41]。因此慕薩萊思釀造過程中的色澤變化，通過對比動力學系數K的正負及級別來判斷其影響因素的大小，如表 2、表 3。

隨著濃縮時間的增加，還原糖濃度增加，L*、H°、WI與兩者呈現負向零級動力學關系，及隨其增加而成線性減小。a*、b*、C*與兩者呈現正向零級動力學關系，即隨兩者增加而成線性增加，BI、YI與兩者呈現正向一級動力學關系，隨其增加呈指數性增加。同理，隨著發酵時間的增加，還原糖濃度減小，L*、H°、WI與兩者分別呈現正向和負向零級動力學關系，及隨發酵時間增加和糖度減小而進行線性增加，相反a*、b*、C*與兩者分別呈現負向和正向零級動力學關系，即隨發酵時間增和糖度下降而進行線性減小。BI、YI與兩者呈現分別呈現負向和正向一級動力學關系，即隨發酵時間增加和糖度下降而呈現指數性下降。在濃縮過程中，還原糖與色彩指標的動力學常數在絕對值上大于濃縮時間與各色彩指標的動力學常數，說明濃縮過程中，還原糖是影響色彩指標的重要因子；相反，在發酵過程中，還原糖與色彩指標的動力學常數在絕對值上小于發酵時間與各色彩指標的動力學常數，所以，在發酵過程中發酵時間為影響色彩變化的重要因子，暗含發酵過程中，對色彩指標的影響因素中，有比還原糖更為重要因子，例如發酵中隨著微生物大量繁殖及代謝物的不斷分泌，增多發酵液中大分子物質量，降低pH值，及改變的氧化還原電位等。各動力學常數K在批次之間差異顯著（P<0.05），說明不同批次對各階段的色彩變化速率也有顯著影響。

表2 色彩指標與時間的動力學模型Table 2 Dynamics Model color indicators and time

表3 色澤指標與還原糖的動力學模型Table 3 Color Indicators and Dynamical Models of Reducing Sugar

3 結論

在慕薩萊思釀造過程中，濃縮使葡萄汁YI作用增強，BI增加，WI減弱，H°由黃色調轉化為紅色調，C*增強，濁度增加（即透亮度減少）；發酵能不同程度消弱濃縮葡萄汁的黃化與褐變，使得白度有所回升，色相略回升。在慕薩萊思釀制過程中，還原糖和時間對褐變指數和黃化指數影響程度呈現指數級動力學關系，而與其他色彩指標呈現線性動力學關系，由此黃化指數與褐變指數為慕薩萊思釀制過程及其成品控制的重要指標因子。濃縮過程，還原糖度與各色澤指標的動力學速率均大于濃縮時間的作用速率，確定還原糖為葡萄汁的色變指標重要因子。相反，在發酵過程中發酵時間是影響色變的重要因子。不同加工批次對色彩指標具有顯著的影響。本結果將為慕薩萊思色澤變化的深入研究，及為慕薩萊思釀造過程中色澤控制奠定基礎。

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