超聲處理對樹莓干紅酒抗氧化活性的影響

申 遠(yuǎn),馮 印,王 襲,宋 云,程玉江,何 鑫,莫 言,張嘉寧

(1.陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院,陜西西安 710119;2.長春科技學(xué)院,吉林長春 130600;3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)規(guī)劃建設(shè)處,吉林長春 130118)

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超聲處理對樹莓干紅酒抗氧化活性的影響

申 遠(yuǎn)1,馮 印2,*,王 襲1,宋 云1,程玉江1,何 鑫1,莫 言2,張嘉寧3

(1.陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院,陜西西安 710119;2.長春科技學(xué)院,吉林長春 130600;3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)規(guī)劃建設(shè)處,吉林長春 130118)

為提高樹莓干紅酒的抗氧化活性,對樹莓干紅酒進行超聲處理,以處理后樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性為評價指標(biāo),考察了超聲處理功率,超聲處理時間,超聲處理溫度對樹莓干紅酒抗氧化活性的影響。通過單因素實驗和正交實驗,得出最佳處理條件為超聲處理功率150W,超聲處理時間15min,超聲處理溫度50℃。在最優(yōu)化條件超聲處理下,樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性為79.16%,與未經(jīng)超聲處理比較,樹莓干紅酒酚類物質(zhì)含量,DPPH自由基清除活性,羥基自由基清除活性和還原能力增長率分別為13.70%,21.11%,22.64%,21.78%。實驗結(jié)果表明,超聲處理可顯著提高樹莓干紅酒抗氧化活性。

樹莓干紅酒,抗氧化活性,超聲波

樹莓(RubusL.)為多年生果樹,其果實為漿果,酸甜可口,其果實含有豐富的蛋白質(zhì),礦質(zhì)元素,維他命C和纖維素等,食用有助于防治心腦血管疾病、降低血液總膽固醇和糖尿病,此外還能降低血液中二氧化碳含量,維持血糖,是營養(yǎng)保健的新興水果[1-2]。而目前市面所見樹莓酒大多數(shù)為配制酒,釀造樹莓酒在市面上極罕見,王志同等[3]于不久前成功研發(fā)了樹莓干紅酒,口感、風(fēng)味方面俱佳,預(yù)計樹莓干紅酒投放市場前景較好。樹莓干紅酒作為一種新生產(chǎn)品,其理化改性和陳釀催熟方面鮮有研究,距離其投入生產(chǎn)、投放市場還有一定技術(shù)空當(dāng)。

超聲波是指頻率為20kHz及以上的聲波,可通過其空化作用的熱效應(yīng),機械效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)對食品內(nèi)生物活性物質(zhì)產(chǎn)生影響,從而改變其生理活性[4],超聲波作為一種低成本,零污染和零添加的綠色加工技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域[5]。超聲波技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)被證實可以應(yīng)用于某些釀造酒和果汁品質(zhì)改良[6-8]。Aadil等[9]、Abid等[10]與Bhat等[11]研究發(fā)現(xiàn)超聲波處理能使果汁抗氧化活性顯著增強,Masuzawa等[12]研究發(fā)現(xiàn)超聲處理后紅酒中酚類物質(zhì)含量顯著上升,因果酒和果汁DPPH自由基清除活性與其酚類物質(zhì)含量呈高度相關(guān)性[13-15],故紅酒中酚類物質(zhì)含量的顯著升高也必定使得其抗氧化活性增強。本文以超聲波處理樹莓干紅酒,研究超聲處理對樹莓干紅酒抗氧化活性的影響,為超聲波在樹莓干紅酒工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅樹莓:品種為豐滿紅 購于長春市新立城鎮(zhèn)樹莓基地;市售食用白砂糖;市售食品級果膠酶;葡萄酒專用酵母 安琪酵母股份有限公司;DPPH自由基 福林酚試劑 Sigma-Aldrich公司;沒食子酸,無水乙醇,磷酸氫二鈉,磷酸二氫鈉,三氯化鐵,鐵氰化鉀,三氯乙酸,二氯化鐵,過氧化氫,水楊酸,三羥甲基氨基甲烷,鄰苯三酚,鹽酸,水楊酸,L-抗壞血酸均為分析純 國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

DHP-500型電熱恒溫培養(yǎng)箱 金壇市城東欣瑞儀器廠;生化培養(yǎng)箱 上海申賢恒溫設(shè)備廠;JA12002型電子天平 上海科儀廠;臺式高速離心機 無錫市瑞江分析儀器有限公司;T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司;PHS-3B型精密pH計 上海雷諾儀器廠;KQ-250DE型數(shù)控超聲波清洗機 昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樹莓干紅酒的制備 按照文獻[3]方法進行制備,工藝流程為:樹莓→揀選→破碎→酶解→成分調(diào)整→發(fā)酵→固體液體分離→后發(fā)酵→陳釀→澄清→過濾→殺菌→成品。其中,酶解條件為:果膠酶添加量為0.08%,在30℃下酶解3h;以50%糖漿調(diào)整成分,調(diào)整后樹莓汁含糖量為20%,總酸為0.9%;發(fā)酵條件為:接種量0.04%,pH3.2,溫度28℃;后發(fā)酵條件為:添加50mg/kg SO2，在15～20℃下發(fā)酵15d;陳釀步驟為:先在50℃下處理25d,然后急速冷卻至-6℃處理7d。

1.2.2 超聲處理功率對樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性的影響 取樹莓干紅酒50mL置于100mL小燒杯中,在超聲處理溫度40℃條件下分別于功率75、100、125、150、175、200、250W處理20min,之后分別測定每個樣品的DPPH自由基清除活性。

1.2.3 超聲處理時間對樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性的影響 取樹莓干紅酒50mL置于100mL小燒杯中,在超聲處理功率為125W、超聲處理溫度40℃條件下分別處理5、10、15、20、25、30min,之后分別測定每個樣品的DPPH自由基清除活性。

1.2.4 超聲處理溫度對樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性的影響 取樹莓干紅酒50mL置于100mL小燒杯中,在超聲處理功率為125W條件下,分別于20、30、40、50、60、70℃下處理15min,之后分別測定每個樣品的DPPH自由基清除活性。

1.2.5 超聲處理條件的確定 以超聲處理后的樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性為評價指標(biāo),根據(jù)所得到的單因素實驗結(jié)果,以超聲處理功率(A),超聲處理時間(B)和超聲處理溫度(C)為考察因素,分別選取3個水平進行L9(34)正交實驗,確定超聲處理的最佳工藝條件,并用F檢驗來對各個因素進行方差分析(α=0.01)。

正交實驗因素與水平設(shè)計見表1。

表1 正交實驗因素與水平設(shè)計Table1 The factors and levels in design

1.2.6 DPPH自由基清除活性測定方法 參考Zhang等[16]人的方法,以100μg/mL VC水溶液為陽性對照。

1.2.7 總酚測定方法 參考Rapisarda等[17]人的方法。

1.2.8 羥基自由基清除活性測定方法 參考Li等[18]人的方法,以100μg/mL VC水溶液為陽性對照。

1.2.9 還原能力測定方法 參考Rodriguez Vaquero等[19]人的方法,以100μg/mL VC水溶液為陽性對照。

1.2.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 采用Microsoft Excel,IBM SPSS等軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗

Chang[6]和Starley[20]研究認(rèn)為,20kHz超聲波設(shè)備具有成本較低、易得、應(yīng)用普遍等優(yōu)點并且此頻率超聲波已被實驗證實可充分提供相關(guān)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生所需形式的能量,與其他頻率超聲波相比較,此頻率超聲波應(yīng)用性更強,故本實驗使用20kHz超聲波進行研究。

2.1.1 超聲處理功率對DPPH自由基清除活性的影響 超聲處理功率對樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性的影響結(jié)果如圖1所示。

圖1 超聲處理功率對DPPH自由基清除活性的影響Fig.1 Effect of ultrasound power on DPPH free radical scavenging activity

由圖1可知,超聲處理功率在75～250W時,超聲處理后樹莓干紅酒的DPPH自由基清除活性隨超聲處理功率的增加呈現(xiàn)先增強后減弱的趨勢,超聲處理功率為125W時,超聲處理后的樹莓干紅酒呈現(xiàn)最強的DPPH自由基清除活性65.70%。有文獻報道,在一定范圍內(nèi),增加超聲功率對提高酚類物質(zhì)含量有積極作用,超聲功率增加可導(dǎo)致酚類物質(zhì)含量的顯著增加[21],從而導(dǎo)致DPPH自由基清除活性的增強。這可能由于超聲波的高壓剪切作用導(dǎo)致細(xì)胞破碎而釋放出更多的酚類物質(zhì),同時超聲波誘導(dǎo)產(chǎn)生的羥基自由基也會作用于酚類物質(zhì)的芳香環(huán),使酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,而暴露出更多的抗氧化活性基團從而導(dǎo)致抗氧化活性的增強[10];當(dāng)超聲處理功率過大時,超聲波功率密度迅速增加會導(dǎo)致水分子裂解產(chǎn)生自由基濃度迅速增加并與抗氧化活性基團快速反應(yīng)使其失去活性,同時亦會使酚類物質(zhì)降解[22]。

2.1.2 超聲處理時間對DPPH自由基清除活性的影響 超聲處理時間對DPPH自由基清除活性的影響見圖2。

圖2 超聲處理時間對DPPH 自由基清除活性的影響Fig.2 Effect of ultrasound time on DPPH free radical scavenging activity

由圖2可知,超聲處理時間為5～15min時,樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性隨時間的增長而增強;超聲處理時間超過15min時,DPPH自由基清除活性呈現(xiàn)下降趨勢。超聲處理時間在15min以內(nèi)時抗氧化活性隨時間延長而增強可能是由于在適當(dāng)時間的超聲波處理時,超聲波會通過其空化、剪切等物理和化學(xué)作用使酚類物質(zhì)增加而導(dǎo)致其抗氧化活性的增強[11];而超聲處理時間過長時,超聲波誘導(dǎo)產(chǎn)生的自由基則會使得其抗氧化活性物質(zhì)大量降解從而導(dǎo)致抗氧化活性的降低[22]。

2.1.3 超聲處理溫度對DPPH自由基清除活性的影響 超聲處理溫度對樹莓干紅酒DPPH 自由基清除活性的影響見圖3。

圖3 超聲處理溫度對DPPH自由基清除活性的影響Fig.3 Effect of ultrasound bath temperature on DPPH free radical scavenging activity

由圖3可以看出,超聲處理后的樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性隨著超聲處理溫度的增加呈先增強后減弱趨勢。超聲處理溫度為40℃時,DPPH自由基清除活性達到最大為66.12%。

有研究表明,高溫?zé)崽幚頃?dǎo)致酚類物質(zhì)的降解[23-24]。DPPH自由基清除活性呈現(xiàn)了減弱趨勢,可能是由于在處理溫度過高時,一方面樹莓干紅酒內(nèi)自然氧化速率增加,加速導(dǎo)致了其抗氧化活性成分的自然降解[22],另一方面超聲處理過程中溫度若過高,則易造成酚類物質(zhì)的降解[25-26],進而導(dǎo)致樹莓干紅酒抗氧化活性的降低。

2.2 正交實驗結(jié)果與方差分析

超聲處理樹莓干紅酒正交實驗結(jié)果與分析見表2,正交實驗方差分析見表3。

表2 正交實驗設(shè)計與結(jié)果Table2 The orthogonal experimental design and results

表3 正交實驗方差分析Table3 Variance analysis of orthogonal experiment

由表2中結(jié)果得知,超聲波處理樹莓干紅酒的最優(yōu)條件組合為A3B2C3,即超聲處理功率為150W,超聲處理時間為15min,超聲處理溫度為50℃。

如表3所示,超聲處理功率對樹莓干紅酒抗氧化活性有顯著影響。對最優(yōu)條件組合進行驗證,在此組合條件下,經(jīng)過超聲處理的樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性為79.16%。

2.3 最佳處理條件處理后和未經(jīng)超聲處理的樹莓干紅酒比較

表4 超聲處理后酒樣與未超聲處理酒樣比較Table4 Comparison of wine sample after sonication and untreated wine

由表4可知,超聲處理后樹莓干紅酒酚類物質(zhì)含量和抗氧化活性均顯著提高,雖然超聲前后樹莓干紅酒的DPPH自由基清除活性和羥基自由基清除活性均顯著低于陽性對照(VC水溶液),但超聲處理使其得到了顯著的提高;總還原力在超聲處理前顯著低于陽性對照,超聲處理后得到了提升并顯著高于陽性對照;其中酚類物質(zhì)含量增長率為13.70%,DPPH自由基清除活性增長率為21.11%,羥基自由基清除活性增長率為22.64%,還原力增長率為21.78%。這可能由于適當(dāng)條件的超聲處理,會使酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而暴露出更多的抗氧化活性基團,另外超聲波自身的物理、化學(xué)作用也會使得具有抗氧化活性的酚類物質(zhì)裂解,從而導(dǎo)致酚類物質(zhì)總量增加。

由感官評定員對最佳處理條件處理后的樹莓干紅酒進行感官評定并與未經(jīng)超聲處理之酒樣比較:在此條件下進行超聲處理,未對樹莓干紅酒的透明度、顏色、香氣香味、香氣醋味、總酸度、澀味、苦味和酒體方面產(chǎn)生不良影響。

3 結(jié)論

以超聲處理后樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性為評價指標(biāo),研究確定了超聲處理樹莓干紅酒的最優(yōu)工藝條件組合為超聲處理功率為150W,超聲處理時間為15min,超聲處理溫度為50℃。在此工藝條件下處理后,樹莓干紅酒DPPH自由基清除活性為79.16%,酚類物質(zhì)含量為1245mg/L,與未經(jīng)超聲處理的樹莓干紅酒比較,其總酚含量,DPPH自由基清除活性,羥基自由基清除活性和總還原力分別提高了13.70%,21.11%,22.64%,21.78%。實驗證明適當(dāng)條件超聲處理會使樹莓干紅酒抗氧化活性顯著增強且未對樹莓干紅酒的感官指標(biāo)產(chǎn)生不良影響,為超聲波在樹莓干紅酒生產(chǎn)中應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

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Effect of ultrasound on antioxidant activity of raspberry dry red wine

SHEN Yuan1,FENG Yin2,*,WANG Xi1,SONG Yun1,CHENG Yu-jiang1,HE Xin1,MO Yan2,ZHANG Jia-ning3

(1.School of Food Engineering and Nutrition Sciences,Shaanxi Normal University,Xi’an 710119,China;2.ChangChun University of Science and Technology,Changchun 130600,China;3. Office of Planning and Construction,Jilin Agricultural University,Changchun 130118,China)

Sonication is recognised as a potential technique for food processing. The effect of sonication on the antioxidant activities of raspberry dry red wine was studied. Based on the DPPH free radical scavenging activity after sonication of the wine samples,the effect of ultrasonic power,ultrasonic time and ultrasonic temperature on antioxidant activity of the wine were investigated. The results showed that the optimum conditions by single-factor experiment and orthogonal experiment were 150W of ultrasonic power,15min of ultrasound exposure time and 50℃ of ultrasound bath temperature. After the sonication of optimum conditions,DPPH free radical scavenging activity of sonicated wine was 79.16%. Compared to the untreated wine,the growth rate of concerntration of total phenolic,the DPPH free radical scavenging activity,hydroxyl free radical scavenging activity and reducing power were 13.70%,21.11%,22.64% and 21.78%,respectively. Results showed that there was significant improvement on antioxidant activity of raspberry dry red wine.

raspberry dry red wine;antioxidant;ultrasound

2014-09-03

申遠(yuǎn)(1989-)，男，碩士研究生，研究方向：食品加工高新技術(shù)。

*通訊作者:馮印(1986-)，女，碩士，講師，研究方向：食品微生物與功能性食品。

TS267.2

A

:1002-0306(2015)09-0120-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.09.017