付瑞鵬 王 華 ，2，3* 張 昂 李 華 ，2，3

（1 西北農林科技大學葡萄酒學院 陜西楊凌 712100

2 陜西省葡萄與葡萄酒工程研究中心 陜西楊凌 712100

3 西北農林科技大學葡萄與葡萄酒（合陽）試驗站 陜西合陽 715300

4 秦皇島出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心 河北秦皇島 066004）

葡萄籽是葡萄酒產業(yè)的主要固體廢棄物，占葡萄鮮果質量的5%～10%[1-3]。葡萄籽含油量達6%～22%，其中不飽和脂肪酸含量高達90%[4]，而且葡萄籽油還含有多種微量元素、脂溶性維生素和抗氧化物質，營養(yǎng)豐富，具有多種生理作用，如抗氧化，抗炎癥，預防心腦血管疾病等[5-6]，因此葡萄籽主要用于葡萄籽油加工。在生產葡萄酒過程中，葡萄籽主要從葡萄皮渣中分離而得，含有大量的水分、糖和微生物[7]。葡萄籽表面微生物大量繁殖，使得葡萄籽腐敗變質，造成巨大的經濟損失[8]。干燥是食品行業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，不僅可以延長食品的貯藏期，還具有殺菌效果[9-10]。食品工業(yè)普遍采用對流干燥法加工物料，然而對流干燥存在能耗大，能源利用率和干燥速率低，終產物品質差等問題[11]。

對于微生物的滅菌，普遍采用高溫蒸汽法，然而該方法存在加工時間長，能耗大，產品質量不高等缺點[12]。而紅外輻射滅菌技術具有輻射效率高，加熱時間短，熱傳遞速率高，產品質量高等優(yōu)點[13]，尤其是先進的催化式紅外技術已廣泛應用于食品干燥、護色和殺菌[14-16]。目前對葡萄籽的滅菌研究還未見報道。紅外輻射技術是利用輻射傳熱的方式加熱，當紅外輻射頻率與照射物料中的水分熱運動頻率一致時，紅外輻射會被吸收轉化成水分子的熱運動，導致物料溫度升高，水分損失[17]。本文利用天然氣催化式紅外輻射技術進行葡萄籽的滅菌處理，對滅菌效果進行分析，并對處理后葡萄籽的顏色及葡萄籽油的品質和產量進行評價，以期對后續(xù)葡萄籽油提取的優(yōu)化試驗提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗在美國加州大學戴維斯分校進行。葡萄籽（葡萄品種 ‘赤霞珠’），美國Santa Rosa的Sonomaceutical葡萄酒公司。葡萄籽的初始含水量和粗脂肪含量分別為11.43%和13.93%（d.b）。

1.2 試驗試劑

平板瓊脂計數(shù)培養(yǎng)基、n-正己烷（色譜純試劑）、氫氧化鉀、三氯甲烷、冰乙酸、碘化鉀、硫代硫酸鈉標準液、四氯甲烷（均為分析純試劑），美國Sigma-Aldrich公司。

1.3 試驗儀器與設備

催化式紅外發(fā)生器，美國Catalytic Drying Technologies公司；手持紅外測溫儀，美國Fluke公司；PG2002-S電子天平，美國Mettler Toledo公司；CR-400 Konica Minolta色彩色差儀，日本Minolta公司；植物粉碎機，美國Steinlit公司；磁力攪拌器，美國Corning公司；真空泵，美國Welch公司；R-205旋轉蒸發(fā)儀，美國Buchi分析公司；637G電熱鼓風干燥箱，美國Colorado Springs公司；C24KC溫控搖床，美國Edison公司；5804 R Eppendorf離心機，美國Government Scientific Source公司。

1.4 試驗方法

1.4.1 紅外輻射處理 開啟系統(tǒng)的天然氣開關之前，需要先對紅外發(fā)生裝置進行預熱，使溫度達到天然氣進行催化反應所需要的溫度。預熱30 min后開啟天然氣開關進行通氣反應，利用天然氣催化式紅外線對葡萄籽進行單面紅外輻射。紅外處理條件：物料距紅外輻射距離為18 cm。將葡萄籽均勻平鋪在物料盤中進行試驗。

1.4.2 保溫處理 微生物在瞬間加熱后抗熱性會變強，而在較高溫度下維持一段時間可以達到更好的滅菌效果[16]。為了研究保溫處理對葡萄籽品質和滅菌效果的影響，將紅外處理后的樣品迅速裝入無菌瓶中，置于60℃和75℃條件下分別保溫10，20，60 min。每個試驗重復3次。

1.4.3 紅外輔助法提取葡萄籽油工藝 通過前期預試驗，獲得葡萄籽油最佳提取條件：葡萄籽粒度0.8～1.0 mm，料液比為1∶5 g/mL，提取溫度 50℃，磁力攪拌器轉速200 r/min，提取時間60 min。稱取紅外輻射處理后葡萄籽30.0 g，粉碎后置于圓底燒瓶中，以n-正己烷為提取溶劑，按照上述條件進行提取。

1.5 指標測定方法

1.5.1 微生物測定 依據(jù)Erdogdu等[8]所述的方法對葡萄籽中細菌總數(shù)進行測定，結果以每克葡萄籽（干重）所含細菌總數(shù)的對數(shù)值來表示（lg CFU/g）。

1.5.2 顏色測定 采用色差分析儀測定樣品顏色指標。為考察滅菌處理前、后葡萄籽的色澤變化，分別對原料和處理后樣品進行測定。試驗重復3次，取其平均值。試驗選用Lab表色系統(tǒng)[16]，其中L*值表示亮度，數(shù)值越大，顏色越亮；a*值表示綠色/紅色值，數(shù)值越大表示顏色越紅；b*值表示藍色/黃色值，數(shù)值越大顏色越黃；△E值表示顏色變化。

1.5.3 葡萄籽油酸值、過氧化值和碘值的測定 按照AOAC所述方法測定葡萄籽油得率[18]。按照AOCS所述方法分別測定葡萄籽油酸值、過氧化值和碘值[19]。

1.6 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

每個試驗重復3次，采用Excel錄入試驗數(shù)據(jù)。利用SPSS Statistics 17軟件統(tǒng)計，平均值顯著水平為5%。

2 結果與分析

2.1 紅外輻射聯(lián)合保溫處理滅菌效果分析

未處理的葡萄籽中細菌總數(shù)（Total aerobic bacterial counts，TAB）的對數(shù)值為4.89 lg CFU/g。由圖1a可見，隨著保溫溫度升高、保溫時間延長，葡萄籽中細菌總數(shù)逐漸降低，然而總體殺菌效果較差。由圖1b可見，單獨進行紅外輻射處理（IR），隨著輻射時間延長，葡萄籽中細菌總數(shù)迅速降低，殺菌效率比單純保溫處理高。紅外輻射使物料表面瞬時達到高溫，破壞物料表面微生物細胞的DNA、RNA、核糖體、細胞膜和蛋白質等結構，從而殺滅細菌；另外，紅外輻射屬于分子轉動光譜，微生物在輻射源下產生劇烈的轉動效應，破壞其營養(yǎng)細胞或酶系統(tǒng)，進而造成其死亡[10]。延長紅外輻射處理時間能夠增強滅菌效果，然而長時間處理會導致物料表面溫度過高，破壞物料品質。有研究表明，100℃以上高溫短暫時間處理脫水蔬菜，再于較高溫度下保溫處理一段時間，可以提高細菌的死亡率[16]。

本試驗利用紅外輻射和后續(xù)保溫進行聯(lián)合處理葡萄籽，既要殺滅細菌，又要盡量減少對葡萄籽品質的破壞。在不同保溫溫度和保溫時間下，測定葡萄籽中細菌總數(shù)對數(shù)值（圖1b）。葡萄籽在紅外輻射處理后，分別置于60℃或75℃保溫10，20，60 min，結果顯示保溫處理后葡萄籽中細菌總數(shù)顯著降低。其中當紅外輻射98 s、75℃保溫60 min（處理記為IR-H（75℃）-60 min）時，葡萄籽中細菌總數(shù)降到最低，為1.66 lg CFU/g，比單獨輻射處理的物料細菌總數(shù)降低43.14%，比單獨保溫處理的物料細菌總數(shù)降低57.65%，比未處理的物料細菌總數(shù)降低65.99%。隨著前期紅外輻射時間延長，后期保溫溫度升高和保溫時間延長，殺菌效果也顯著增強。物料經過前期紅外輻射處理，瞬時高溫殺死不耐熱的微生物，對耐熱的微生物也造成損傷，再通過后期的高溫保溫處理，可以有效阻止其恢復[20]。

圖1 不同條件處理后葡萄籽中細菌總數(shù)的對數(shù)值Fig.1 Effects of infrared radiation with heat insulation treatments on the total bacterial counts in grape seeds

2.2 紅外輻射聯(lián)合保溫處理對葡萄籽顏色的影響

顏色是葡萄籽油的重要品質指標之一，是感觀評價最直接的標準。葡萄籽的質量決定了葡萄籽油的品質。未處理的葡萄籽L*為31.74，a*為10.50，b*為12.89。經過不同紅外輻射保溫處理后，葡萄籽的顏色變化如圖2所示。

由圖2a可知，經過紅外輻射處理后，葡萄L*值略有降低，但差異不顯著，表明處理前、后葡萄籽的亮度無明顯變化。由圖2b和圖2c可見，葡萄籽經過紅外輻射和保溫處理后，a*值和b*值隨著紅外輻射時間延長而增加，處理后的葡萄籽a*值和b*值分別為12.31～13.48和13.22～14.47，分別提高了17.24%～28.38%和2.56%～12.26%。葡萄籽a*值和b*值主要受紅外輻射處理的影響，保溫處理的溫度相對較低，對葡萄籽的顏色影響小。葡萄籽的色素成分主要是花青素，屬于熱敏性成分，高溫可以使花青素結構在短時間就遭到破壞[17]；紅外輻射時間越長，葡萄籽的溫度越高，花青素的降解越嚴重。E值反映處理前、后物料色澤的差異，色差值越小，表明處理后色澤保留越好。司旭等[17]采用紅外干燥樹莓，干燥產品的色差E值為9.93～13.47。在本試驗中，葡萄籽經過處理后的色差 E值變化范圍為2.14～5.26，這與張鑫等[16]采用紅外輻射對菠菜色澤影響相同，表明紅外輻射保溫處理對葡萄籽顏色的影響小，有利于保持葡萄籽的原色澤。

2.3 紅外輻射對葡萄籽油產量的影響

試驗將不同條件處理的葡萄籽分別提取葡萄籽油，研究不同紅外輻射處理對葡萄籽油產量的影響。由圖3可知，經過不同紅外輻射處理后，葡萄籽油得率隨著紅外輻射時間延長而升高。紅外輻射產生的瞬時高溫，破壞了細胞壁結構，有利于細胞內油脂溢出[21]。紅外輻射處理葡萄籽后，其葡萄籽油得率隨著保溫溫度升高和保溫時間延長而提高。 其中葡萄籽經過 IR-H（75℃）-（60 min）處理后，其葡萄籽油得率最高，達到10.39%（d.b.），產油量提高了46.96%。葡萄籽油產量的提高可能與紅外輻射聯(lián)合保溫處理降低葡萄籽中水分有關。研究發(fā)現(xiàn)物料水分含量低，能夠促進油脂溶解于有機溶劑中，從而提高溶劑法提取油脂的效率[22]。當種子中的水分含量大于7.5%時，種子的產油量隨著水含量的升高而降低[23]。

圖2 紅外輻射聯(lián)合保溫處理對葡萄籽品質的影響Fig.2 Effects of infrared radiation coupled with heat insulation treatments on the quality of grape seeds

圖3 紅外輻射聯(lián)合保溫處理對葡萄籽油得率的影響Fig.3 Effects of infrared radiation coupled with heat insulation treatments on the oil yield of grape seeds

2.4 葡萄籽油的理化性質

酸值（AV）、過氧化值（PV）和碘值（IV）是衡量油脂新鮮度、飽和度的主要指標[24]。由圖4a可知，葡萄籽經過紅外輻射處理后，其所提取的葡萄籽油AV值呈上升趨勢。短時間單獨紅外輻射處理對葡萄籽油AV值影響較小，隨著輻射時間延長，AV值逐漸升高。當輻射處理98 s時，葡萄籽油AV值達到最高，為1.27 mg KOH/g，比未處理葡萄籽提高了15.45%。當紅外輻射聯(lián)合保溫處理葡萄籽時，其葡萄籽油AV值升高得更快。隨著輻射和保溫時間延長，保溫溫度的升高，葡萄籽油AV值也相應提高。 其中 IR-H（75℃）-（60 min）處理的葡萄籽所提取的油脂AV值達到最大，為1.48 mg KOH/g，比未處理葡萄籽提高了34.55%。試驗所提取的葡萄籽油酸值均小于4.0 mg KOH/g，符合聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織（FAO）對初榨葡萄籽油制定的標準。Al-Bachir[25]用γ射線輻射處理胡桃，處理后其酸值提高了約2倍。Tan等[26]用微波加熱處理大豆和玉米，處理后大豆和玉米所提取油脂的酸值也顯著增加。本試驗采用輻射聯(lián)合保溫處理葡萄籽后，葡萄籽油的酸值也升高，表明熱處理會改變物料的酸成分和含量。

油脂中的過氧化物多為初級氧化代謝產物，是引起油脂酸敗的主要原因[27]。由圖4b可知，葡萄籽經過單獨紅外輻射處理后，其葡萄籽油PV值呈上升趨勢。當紅外輻射處理98 s時，葡萄籽油的PV值為13.75 mmol/kg，比未處理對照提高43.38%。葡萄籽中過氧化氫物質不穩(wěn)定，經過紅外輻射處理后，容易裂變或脫水生成次級氧化物質，使得PV值升高。經過紅外輻射處理的葡萄籽，再進行保溫處理，其葡萄籽油PV值比單獨輻射處理葡萄籽顯著降低（P<0.05）。其中IR-H（75℃）-（10 min）處理的葡萄籽所提取葡萄籽油PV值為7.41 mmol/kg，比未處理葡萄籽降低22.73%。這可能與葡萄籽中含有較高脂溶類抗氧化物質有關，保溫處理可以使更多抗氧化物質溶于油脂中，使得PV值降低[28]。試驗所提取葡萄籽油的PV值均低于FAO對初榨葡萄籽油制定的PV值的標準。

圖4 紅外輻射聯(lián)合保溫處理對葡萄籽油酸值和過氧化值的影響Fig.4 Effects of infrared radiation coupled with heat insulation treatments on the oil acid value and peroxide value of grape seeds

碘值（IV）與油脂不飽和度密切相關。葡萄籽經過紅外輻射處理后，其葡萄籽油的IV值為126.17～148.39 g I2/100 g，符合FAO對初榨葡萄籽油制定的碘值標準。由圖5可知，葡萄籽經過單獨紅外輻射處理后，其葡萄籽油IV值隨著處理時間的延長，先略有上升后迅速下降。當紅外輻射處理98 s時，其葡萄籽油IV值降低到127.31 g I2/100 g，比未處理葡萄籽降低12.93%。保溫處理對葡萄籽油IV值影響不顯著。

3 結論

采用紅外輻射和保溫處理葡萄籽，可有效殺滅葡萄籽中細菌。隨著紅外輻射和保溫時間的延長，保溫溫度升高，葡萄籽中細菌總數(shù)顯著降低。其中紅外輻射98 s、75℃保溫處理葡萄籽 60 min，滅菌的效果最好，葡萄籽中細菌總數(shù)降到1.66 lg CFU/g，比單獨輻射處理的葡萄籽降低43.14%，比未處理的葡萄籽降低65.99%。

圖5 紅外輻射聯(lián)合保溫處理對葡萄籽油碘值的影響Fig.5 Effects of infrared radiation coupled with heat insulation treatments on the oil iodine value of grape seeds

紅外輻射聯(lián)合保溫處理葡萄籽，處理后的葡萄籽a*值和b*值分別為12.31～13.48和13.22～14.47，分別提高了17.24%～28.38%和2.56%～12.26%。然而色差E值小，為2.14～5.26，表明葡萄籽處理前后色澤差異小，從外觀上也看不出明顯差別。

紅外輻射聯(lián)合保溫處理可以提高葡萄籽油得率。葡萄籽油得率隨著保溫溫度升高和保溫時間的延長而提高。其中葡萄籽經過IR-H（75℃）-（60 min）處理后，其葡萄籽油產率最高，達到10.39%（d.b.），比未處理葡萄籽提高了46.96%。葡萄籽經過紅外輻射處理后，其葡萄籽油的AV值和PV值呈上升趨勢，IV值呈下降趨勢；保溫處理促進葡萄籽油AV值升高，有助于降低PV值，對IV值影響不顯著。試驗各處理提取的葡萄籽油AV值、PV值和IV值均符合FAO對初榨葡萄籽油制定的標準。