橙汁饮料中维生素C动态吸氧的研究

1、2008年第卷第期115摘要:为了更好地研究饮料中维生素C 有氧降解机理,以橙汁饮料为试验材料,在一定温度下构成流通环境,通过促使维生素C 有氧降解的方法,得到橙汁饮料中维生素C 在流通环境下的降解情况。研究结果表明,维生素C 的降解符合一级反应模型,溶液中的溶解氧在前3d 急剧增加,之后趋于平稳;同时还得到了在有顶空气体存在的情况下,橙汁溶液中溶解氧浓度和气体中氧气浓度的变化关系,在一定温度下两者符合线性规律。关键词:维生素C ;分解;吸氧;溶解氧;橙汁中图分类号:TS275.5文献标识码:A基金项目:印刷包装材料与技术,北京市重点实验室开放基金项目(编号:KF200704。收稿日期2008

2、-04-17作者简介尚远(1982-,男,山东淄博人,包装工程专业硕士研究生,研究方向:食品包装。通讯作者卢立新(1966-,男,江苏宜兴人,教授,博导,博士,主要从事农产品、食品包装与贮运技术、包装工艺与机械等研究。橙汁饮料中维生素C 动态吸氧的研究尚远1,卢立新1,2,林朝荣3(1江南大学包装工程系,江苏无锡241122;2国家轻工业包装制品质量监督检测中心,江苏无锡214122;3浙江工贸职业技术学院,浙江温州325003维生素C 是果汁饮料的主要营养成分之一,影响维生素C 分解的主要因素有温度、pH 、光照、氧气以及一些离子,其中温度、光照和氧气是影响包装果汁中维生素C 分解的主要因素

3、。目前,国内外对维生素C 降解动力学的研究主要集中在温度、氧气和光照对维生素C 的影响。Wanninger 1发现用阿伦尼乌斯定律表征食物体系中由温度而引起的抗坏血酸氧化最准确。Laing 2研究维生素C 在高温下的分解动力学和水份活性,得出活性能和水分活性。Corradini 3得出光照强度和在无热量存储过程中维生素C 的降解非线性模型,并用非阿伦尼乌斯定律得出相关方程。朱丹4应用非均相反应动力学模型对绿茶中维生素C 氧化进行研究,得出绿茶中维生素C 的降解动力学方程。史焱5分析氧气和温度影响下维生素C 溶液有氧降解动力学方程。目前,还未见针对橙汁中维生素C动态吸氧的报道。本文以橙汁饮料为试

4、验材料,在流通环境下测定维生素C 有氧降解情况,探讨橙汁饮料中维生素C 的降解速率和溶液中溶解氧的变化,同时做了溶解氧与顶空气体关系的相关试验,为预测包装中维生素C 损失提供理论依据,同时为该类产品的保质包装提供技术基础。1理论基础1.1分解速率常数的表征一般地,食物中维生素C 在存储过程中的动力学方程符合以下定律3:df (c dt =-k x f m(c (1式中,k x 为在某一溶解氧浓度和温度下维生素C 的降解速率常数,f (c 为维生素C 浓度,m 为相关反应级数。1.2恒温下溶解氧浓度对反应速率常数的影响恒温条件下不同溶解氧浓度对维生素C 的降解速率方程可表示为10:ln(A (B

5、!"=(A -(B !"k 0t+ln(A 0(B !"(2式中,(A 、(B 分别为任意时刻的维生素C 和溶解氧浓度值,(A 0、(B 0分别为初始维生素C 浓度和初始溶解氧浓度,k 0为恒温下某一初始溶解氧浓度下维生素C 的降解速率常数,t 为存储时间。42008年第卷第期1152材料与方法2.1材料试样:“酷儿Qoo ”橙汁维C 饮料(可口可乐公司产品,于无锡某大型超市购买(已出厂15d 。试剂:2,6!二氯靛酚钠,(A.Johnson M atthey 公司产品;草酸、维生素C (国药集团化学试剂有限公司产品。2.2主要仪器设备药物稳定仪(天津药典标准仪器

6、厂,WD-A ;电子天平(梅特勒-托利多仪器(上海有限公司,PL3000-S ;JPB-607型溶解氧测定仪(上海精密科学仪器有限公司;CYES-型氧气、二氧化碳测定仪(上海市嘉定学联仪器厂。2.3溶液的配制9称取10g 草酸,倒入烧杯中用480ml 蒸馏水溶解。称取2,6!二氯靛酚钠50mg 倒入250ml 的烧杯中充分溶解,然后移入500ml 的容量瓶,用蒸馏水定容,过滤后盛于棕色试剂瓶内,保存在冰箱中待用。称取维生素C 约50mg (±0.1mg ,用2g/dL 的草酸溶液溶解,移入500ml 容量瓶中,并加草酸溶液稀释至刻度线。计算出每毫升溶液中维生素C 的质量(mg 。吸取

7、标准维生素C 溶液10ml ,用2,6!二氯靛酚钠溶液滴定,被滴定溶液至桃红色并15s 内不褪即为滴定终点。根据已知标准维生素C 溶液和2,6!二氯靛酚钠的用量,计算出每毫克维生素C需要的2,6!二氯靛酚钠染料溶液的量。吸取滤液10ml 于锥形瓶中,用已标定的2,6!二氯靛酚钠溶液滴定,至桃红色15s 不褪为止,记下染料的用量(V 。吸取2g/dL 的草酸溶液10ml ,用染料作空白滴定并记下用量(V 1。2.4试验设计与方法存在气体交换时橙汁饮料的降解速率试验将等量的橙汁装入10ml 的比色管中,充入果汁时,充满时用薄膜封口(PE 薄膜,用氮气作为保护气体,保证比色管中无氧,构成动态流通环境

8、,放于25无光环境下,每隔一天测定维生素C 的浓度值和溶液中溶解氧浓度值。系试验将100ml 果汁冲入有效长度为20cm ,有效宽度为10cm 的包装袋中,带的材料选择阻隔性能优良的复合材料(PET/Al/ONY/PE ,冲入空气并封口,总体积控制在800ml 左右,同时准备三组对比试验。放置在25环境下,每隔12h 时测定顶空氧气浓度和溶解氧浓度一次。维生素C 的测定从一个试样中取出5ml ,用2g/dL 的草酸定容到100ml ,充分摇匀,吸取样品液10ml 于锥形瓶中,用已标定的2,6!二氯靛酚钠溶液滴定,至桃红色15s 不褪为止,记下染料用量(D 。每1ml 样品中维生素C 含量W (

9、#g/ml 的计算式为4:W=2D ×1V-V 1×1000(33结果与讨论3.1动态流通环境下橙汁中维生素C 的降解经过试验测定得到在温度为25,动态流通环境试样中维生素C 含量随时间变化情况,如图1所示。可以看到橙汁中维生素C 浓度随时间延长逐渐降低,并且在前3d 浓度下降低的比较快;溶液中溶解氧浓度的变化,如图2所示,前3d 浓度增加很快,最后几天浓度变化很小,成波动状态,说明溶解的氧气与被维生素C 消耗的溶解氧几乎是相等的。320300280260240200220180246810存储时间(d 维生素C 浓度W (!g /m l 图1动态环境下维生素C 随时间变化

10、拟合图溶解氧浓度(m g /m l 存储时间(d 3.502468103图2动态环境下溶解氧浓度随时间变化图对图1中的数据点进行观察可以看到,符合指数下降规律,既是符合公式(1,当m=1时方程为52008年第卷第期115C=C 0exp(-kt (4式中,C 为t 时刻维生素C 的浓度,C 0为维生素C 起始时的浓度,k 为在该温度下维生素C 的反应速率常数,t 为存储时间。由上图我们可以计算在该条件下的降解速率,(k=0.0589mol L -1d -1,再应用公式(2我们可以预测该流通环境下维生素C 的存储期限。3.2溶解氧浓度与顶空气体中氧气浓度的关系饮料瓶实际应用中会存在气体,讨论溶解

11、氧浓度与袋中顶空氧气质量分数之间的关系对实际应用会提供方便。从表1可以看到,顶空气体氧气浓度和溶解氧浓度随时间变化的趋势都是下降的,虽然袋子表1顶空氧气浓度与溶解氧关系试验相关数据存储时间(h 袋子体积(ml 顶空气体氧气浓度(%溶解氧浓度(mg/L 87016.84.1的体积有所差异但是袋中氧气质量分数差别不大,可以忽略不计,同时在36h 、60h 和72h 分别准备了两个同体积的包装袋做了对比试验,36h 的顶空气体中氧气浓度为18.6%、18.6%,溶解氧浓度为5.7mg/L 、5.8mg/L ;60h 的顶空气体氧气浓度为17.6%、17.7%,溶解氧浓度为4.9mg/L 、4.9mg

12、/L ;72h 的顶空气体氧气浓度为17.2%、17.2%,溶解氧浓度为4.4mg/L 。从这些数据可以说明顶空气体中氧气的浓度与溶解氧浓度是存在一定关系的,顶空气体氧气浓度和溶液中溶解氧浓度变化如图3、图4所示。1920406080预空氧气质量分数(%存储时间(d 图3顶空氧气随时间变化6.520406080预氧气浓度(m g /L 存储时间(d 图4溶液中溶解氧浓度随时间变化从图3和图4可以看到,顶空气体中氧气含量在下降,并且溶液中溶解氧的含量也在下降,同时还可以看到它们的下降趋势符合线性规律,也即是说溶液中维生素C 吸收溶解氧的同时顶空气体中的氧气也会逐渐溶解在溶液中,形成动态过程,但溶

13、液中的溶解氧与顶空气体中氧气浓度都是在下降的。经过拟合得到的相关浓度变化的表达式,以及相关的系数(表2。表2浓度变化的表达式及相关系数关系式O 20和O0k O 2和k Or顶空氧气浓度O 2=O 20-k O 2t溶液溶解氧浓度O=O0-k 0t表2表格中O 2和O分别为顶空气体氧气质量分数和溶液中溶解氧浓度,O 20和O0为初始值。拟合度很高说明线性规律很好地表达了浓度的下降规律。为了揭示溶解氧浓度与初始气体之间的变化规律做出图表,见图5,表3。6.51717.518.5顶空氧气质量分数(%1819溶解氧浓度(m g /L 图5顶空气体氧气质量分数与溶解氧浓度关系图62008年第卷第期11

14、5Research on dynamic oxygen uptake by Vitamin C in orange juiceSHANG Yuan 1,LU Li-xin1,2,LIN Chao-rong 3(1Department of Packaging Engineering ,Jiangnan University;Wuxi 214122,Jiangsu ,China ;2China National Light Industry Package Quality Supervising and Testing Center ,Wuxi 214122,Jiangsu ,China ;3Z

15、hejiang Industry and Trade Polytechnic ,Wenzhou 325003,Zhejiang ,ChinaAbstract:In order to investigate the kinetics of aerobic degradation of Vitamin C in beverages ,with orange juice as the testing material ,a circulation environment at a certain temperature was formed ,and the methods of promoting

16、 the aerobic degradation of Vitamin C were used to obtain the situation of Vitamin C degradation in orange juice under the circulation environment.The find-ings indicated that the degradation of Vitamin C conformed to a secondary reaction model ,dissolved oxygen in the solution had a sharp increase

17、in the first 3d ,and tended to be stable afterwards.At the same time ,with the presence of top gas ,the variation relationship between dissolved oxygen concentration in orange juice and oxygen density in top gas was also obtained.It conformed to the linear rule at a certain temperature.Key words:Vit

18、amin C;decomposition;oxygen uptake;dissolved oxygen;orange juice表3顶空气体氧气质量分数与溶解氧浓度之间的表达式及相关系数关系式p q r O=pO 2+q 1.023-13.140.9913从表3中我们得到了在25条件下顶空气体氧气浓度与溶解氧浓度之间的关系,它们符合线性关系,拟合度超过0.99。因此通过这个方程我们初步探讨了包装环境下顶空气体氧气的浓度和溶解氧浓度之间的关系,再应用公式(2可以求得存在顶空氧气条件下溶液中维生素C 降解速率。4结语本文探讨了在一定温度下构成流通环境中橙汁饮料维生素C 以及该环境下溶液中溶解氧的变

19、化情况,发现维生素C 的降解符合一次反应模型并求得降解速率,溶液中的溶解氧在前三天急剧增加,之后趋于平稳;同时本文还得到了有顶空气体存在的情况下,橙汁溶液中溶解氧浓度以及顶空气体中氧气浓度的变化,在一定温度下两者符合线性规律,结合公式(2可定量计算出在特定温度和初始氧气浓度下橙汁中维生素C 的降解速率常数,为进一步研究橙汁中维生素C 的降解机理和改进橙汁饮料包装提供技术基础。参考文献1WANNINGE L A.Mathematical model predicts stability of ascorbic acid in food productsJ.Food Technol ,1972(2

20、6:4249.2LAING B M ,SCHLUETER D L and LABUZA T P.Degradation kinetics of ascorbic acid at high temperature and water activityJ.Journal of Food Science ,1978,43(5:14401413.3CORRADINI M G and PELEG M.Prediction of vitamins loss during non-isothermal heat processes and storage with non-linear kinetic mo

21、d-elsJ.Trends in Food Science &Technology ,2006(17:2434.4朱丹,卢立新.绿茶中维生素C 氧化动力学模型研究J.食品与生物技术学报,2007,26(3:6669.5史焱,詹先成,吕太平,等.维生素C 溶液有氧降解动力学J.化学学报,2006,64(11:11891194.6MACK T E ,HELDM D R.Kinetic of Oxygen Uptake in Liquid FoodsJ.Journal of Food Science ,1976(41:309312.7TURGUT T.Influence of Different Light Sources ,Illumination In-tensities and Storage Times on the Vitamin C Content in Pasteurized MilkJ.Turk J Anim Sci ,2005(29:10971100.8POLYDERA A C ,STOFOROS N G.Comparative shelf