全 文 ：食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 食品开发
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番薯含有丰富的糖、蛋白质、纤维素和多种
维生素以及脱氢表雄酮，其中β-胡萝卜素和Vc含
收稿日期：2012-09-26 *通讯作者
作者简介：何凤林(1987—)，女，湖北随州人，硕士研究生，主要从事食品化学与营养的研究工作。
量较多[1]。研究表明，β-胡萝卜素和Vc是有效的
生物抗氧化剂，能猝灭单线态氧、捕获体内自由
何凤林，刘晓娟，赵力超，刘 欣*
(华南农业大学食品学院，广州 510642)
摘要：研究了强化抗氧化性番薯干在贮藏过程中，抗氧化剂茶多酚和葛根黄酮的含量与贮藏温
度、贮藏时间的关系。建立了这2种抗氧化剂的热降解动力学模型，为强化抗氧化性番薯干的
贮藏温度和保质期预测提供了科学依据。结果表明：茶多酚和葛根黄酮的热降解均符合动力学
一级反应，茶多酚的降解反应活化能Ea=84.24 kJ/(mol·K)，反应常数K0=2.21×1011；葛根黄酮
的降解反应活化能Ea=74.19 kJ/(mol·K)，反应常数K0=5.41×109。
关键词：抗氧化番薯干；茶多酚；葛根黄酮；动力学模型
中图分类号：TS 215 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2013)04-0085-04
Thermal degradation kinetics of tea polyphenols and pueraria
fl avonoids in sweet potato slices of antioxidant-fortifi ed during storage
HE Feng-lin, LIU Xiao-juan, ZHAO Li-chao, LIU Xin*
(College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642)
Abstract: In order to lay a theoretical basis for optimizing the storage temperature and predicting the
storage time of sweet potato slices of antioxidant-fortifi ed, the relationships among storage temperature,
storage time and contents of tea polyphenols and pueraria flavonoids were studied. And the kinetics
model of degradation was established. The results show that the degradation of tea polyphenols and
pueraria fl avonoids are all followed fi rst-order reaction kinetics and the thermal degradation activation
energy (Ea) of tea polyphenols is 84.24 kJ/mol, and the rate constant (K0) is 2.21×10
11 while the thermal
degradation activation energy (Ea) of pueraria fl avonoids is 74.19 kJ/mol, and the rate constant (K0) is
5.41×109.
Key words: sweet potato slices of antioxidant-fortifi ed; tea polyphenols; pueraria fl avonoids; kinetic model
强化抗氧化性番薯干中茶多酚和
葛根黄酮的热降解动力学研究
DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2013.04.011
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基，进而减少机体的氧化损伤，是良好的抗氧化
剂[2-3]。虽然由于β-胡萝卜素和Vc的存在，使得
番薯具有一定的抗氧化作用，但是这两种物质在
加工过程中容易被氧化分解，使以番薯为原料加
工的产品抗氧化性减弱。
研究发现，抗氧化剂之间常具有抗氧化协同
作用。由于协同作用的存在，不仅使得抗氧化效
果显著，抗氧化剂之间还可以彼此保护，抗氧化
剂的损失也会减少[4]。天然的黄酮类化合物和茶多
酚提取物不仅本身抗氧化性很好，且目前许多研
究表明它们与许多天然抗氧化剂有协同作用。王
绍美等人[5]研究了茶多酚和Vc在猪油乳化体系中
的协同抗氧化性，结果表明它们具有协同抗氧化
作用；E Marinonv等人[6]研究了α-生育酚和杨梅酮
(一种黄酮)在葵花籽油甘油三酯自氧化中的协同抗
氧化性，结果表明它们具有协同抗氧化作用。因
此，为了保护番薯产品的抗氧化功能，减少抗氧
化成分的损失，可以在加工过程中加入一定的抗
氧化剂。
强化抗氧化性番薯干是指将以番薯为原料，
在加工过程中加入其他天然抗氧化剂制而成的一
种番薯产品。在笔者的实验里，添加的抗氧化剂
为茶多酚和葛根黄酮，在实验过程中发现，这两
种抗氧化剂能够与番薯的乙醇提取物存在协同作
用，减少番薯干中抗氧化成分的损失，增强番薯
干的抗氧化功能，对番薯干的抗氧化效果有着很
大的影响，因此研究添加的抗氧化剂在番薯干中
的降解至关重要。本实验通过加速试验来研究这
两者的热稳定性，推导其热降解动力学模型，为
强化抗氧化性番薯干的储藏提供理论依据。
1 降解动力学理论[7-11]
食品品质的优劣可以用品质因子(如色泽、硬
度及固形物含量等)的变化速率(损失率)描述，而
品质因Q可以表示为：
-d[Q]/dt=K[Q]n⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)
式中：[Q]为食品品质因子经过t时间后浓度；
N为反应级数；
K为变化速率常数；
t为贮藏时间。
大多数食品的质量与时间关系表现出零级或
一级的反应，即n＝0或1。其动力学方程分别为：
零级反应：[Q]=-Kt+[Q0]⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)
一级反应：ln[Q]=-Kt+ln[Q0] ⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3)
式中：[Q0]为食品品质因子在贮藏(加工)开始
时的浓度。
而变化速率常数K值与温度的关系一
般符合Arrhenius方程形式：
K=K0·exp(-Ea/RT)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(4)
式中：K0为方程常数；
Ea为活化能；
R为气体常数(8.314 J/(mol·K))；
T为绝对温度。
通过公式的转换，可得食品贮藏过程中的品
质变化通用动力学模型：
F(Q)=Kt=K0·exp(-Ea/RT)·t⋯⋯⋯⋯⋯⋯(5)
即可利用此模型，通过研究几个较高的温度
下物质的降解规律，来推导实际贮藏温度下物质
的降解方程。
2 材料与方法
2.1 材料与仪器
新鲜番薯：品种为广薯95-145，长湴综
合市场；茶多酚(纯度≥98%)、葛根黄酮(纯度
≥50%)：福州日冕科技开发有限公司。
LSC-600智能水分测定仪：沈阳龙腾电子有
限公司；DHG-9070电热鼓风干燥箱：上海齐欣科
学仪器有限公司；UV-1800PC型紫外可见分光光
度计：上海美谱仪器有限公司。
2.2 试验方法
将新鲜番薯经护色、蒸煮、打浆后加入蔗
糖和卡拉胶等辅料进行糖渍，糖渍温度约为100
℃，待温度降至70 ℃时，加入茶多酚和葛根黄
酮，搅拌均匀，待其冷却凝固后置于55 ℃烘箱
中烘约12 h，使其水分含量约为18%，得番薯干
产品。将番薯干产品分别置于40、50、60 ℃下贮
藏，40 ℃下贮藏15 d，每3 d测定一次各项指标，
50、60 ℃下贮藏12 d，每2 d测定一次各项指标，
每组3次重复。
2.3 测定指标及方法
2.3.1 茶多酚含量的测定 准确称取1 g番薯干，加
入适量沸水研磨，使样品中的茶多酚充分浸出，
然后沸水浴10 min，冷却并过滤，取滤液定容到
50 mL。然后参考钮伟民等人[12]的方法进行标准曲
线制作及样品测定。
2.3.2 葛根黄酮含量的测定 称取1 g番薯干，溶
在50 mL70%的乙醇溶液中，研碎后室温下超声波
辅助提取30 min，过滤，收集滤液定容到50 mL。
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用移液枪精密吸取提取液1 mL，置于50 mL容量瓶
中，用95%乙醇稀释至刻度，摇匀，作为供试品
溶液。同时取95%乙醇作为空白对照溶液，分别
取上述溶液于250 nm处测定吸光度，根据标准曲
线方程计算葛根黄酮含量。标准曲线的制作参考
陈宗保[13]的试验。
3 结果与分析
3.1 反应级数(n)的确定
以茶多酚浓度保存率的对数的负值-ln(C/C0)
(C0为开始贮藏时茶多酚的浓度，C为经过t d后茶
多酚的浓度)对贮藏时间t作图(见图1) ，分别进行
线性回归，得回归方程和相关系数，可知ln(C/
C0)和t成线性相关关系，其决定系数R2分别为
0.9760、0.9821、0.9551，由式(3)可知其反应级数
(n)为1，所以番薯干中的茶多酚降解符合一级反
应模型；同样地，以葛根黄酮浓度保存率对数的
负值-ln(C/C0)(C0为开始贮藏时葛根黄酮的浓度，C
为经过t d后葛根黄酮的浓度)对贮藏时间t作图(见
图2)，分别进行线性回归，得回归方程和相关系
数，可知ln(C/C0)和t成线性相关关系，其决定系数
R2分别为0.9710、0.9645和0.9858。由式(3)可知其
反应级数(n)为1，所以番薯干中的葛根黄酮降解符
合一级反应模型。
直线的斜率就是不同温度下的反应速度常数，因
此以茶多酚浓度保存率的对数的负值-ln(C/C0)对贮
藏时间t作图，进行线性分析，可得到不同温度下
的回归方程，进而得到对应温度下的茶多酚降解
反应速度常数见表1。同理可得不同温度下葛根黄
酮降解反应速度常数，见表2。
表1 不同温度下茶多酚降解的回归方程及反应速度常数
温度/℃ 回归方程 反应速度常数K
40 -ln(C/C0)=0.002t-0.001 0.002
50 -ln(C/C0)=0.005t-0.002 0.005
60 -ln(C/C0)=0.014t-0.014 0.014
表2 不同温度下葛根黄酮降解的回归方程及反应速度常数
温度/℃ 回归方程 反应速度常数K
40 -ln(C/C0)=0.002t-0.002 0.002
50 -ln(C/C0)=0.007t-0.006 0.007
60 -ln(C/C0)=0.011t-0.007 0.011
3.2.2 反应活化能(Ea)的确定 将式(4)两边取对
数，得lnK=-Ea/RT+lnK0 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(6)
由上式知lnK与1/T成线性关系。取表1中数
据，对lnK与1/T进行线性回归分析，得回归方程
为：
lnK=-10132/T+26.12 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(7)
计算得茶多酚降解的活化能
Ea=84.24 kJ/(mol·K)，K0=2.21×1011。
同理，取表2中数据，对lnK与1/T进行线性回
归分析，得回归方程为：
lnK=-8924/T+22.41 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(8)
计算得葛根黄酮降解的活化能
Ea=74.19 kJ/(mol·K)，K0=5.41×109。
3.3 贮藏期的降解模型
根基番薯干贮藏过程中茶多酚含量的变化，
由公式(3)、(5)可得：
[Q]=K0·exp(-Ea/RT)·t＝Kt＝ln[Q0]-ln[Q]
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(9)
则：t＝(ln[C0]-ln[C])/K0·exp(-Ea/RT)⋯⋯(10)
将活化能Ea=84.24kJ/(mol·K)、反应常数
K0=2.21×1011、气体常数R=8.314 J/(mol·K)带入
式(10)，可得
t＝(ln[C0]-ln[C])/2.21×1011·exp(-10132/T)
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(11)
式(11)即为番薯干贮藏过程中茶多酚的热降解
预测模型。
同理，将活化能Ea=74.19 kJ/(mol·K)、反应
常数K0=5.41×109、气体常数R=8.314 J/(mol·K)带
图1 不同的储藏温度下茶多酚的-ln(C/C0)与时间t的关系
图2 不同的贮藏温度下葛根黄酮的-ln(C/C0)与时间t的
关系
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ą
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注：C0为开始贮藏时茶多酚的含量，C为经过t天后茶多酚的含量。
注：C0为开始贮藏时葛根黄酮的含量，C为经过t天后葛根黄酮的含量。
3.2 热降解动力学参数的确定
3.2.1 反应速度常数的确定 由式(3)可知，图1中
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入式(10)，可得
t＝(ln[C0]-ln[C])/5.41×109·exp(-8924/T)
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(12)
式(12)即为番薯干贮藏过程中葛根黄酮的热
降解预测模型。
4 结论
利用化学反应动力学原理建立了强化抗氧
化性番薯干中茶多酚和葛根黄酮的热降解数学模
型，这两种物质的降解符合动力学一级反应，
其中茶多酚的降解反应活化能Ea=84.24 kJ/(mol
·K)，反应常数K0=2.21×1011；葛根黄酮的降
解反应活化能Ea=74.19 kJ/(mol·K)，反应常数
K0=5.41×109。通过热降解动力学模型，可根据需
要确定的强化抗氧化性番薯干的贮藏温度，预测
其贮藏期，为生产和贮藏提供指导。
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