基于焓松弛行为芒果玻璃态冻藏β-胡萝卜素稳定性研究

The characteristic temperatures of mangoes containing freezable water obtained by the state diagram can be a standard for predicting mango’s stability. However, our research shows that the changes in the quality of mango still happen, ever when it is stored at temperatures below glass transition temperature. The stability of β-carotene can stand for the stability of mango system, since β-carotene is the representative bioactive compound in mango. The main objective of this study is to reveal the mechanism of change of β-carotene affected by water state and ice crystals during frozen storage in the glassy state. The change rule of water state will be monitored by LF-NMR and LF-NMRI techniques. And ESEM and X-ray CT techniques will be used to analyze the change rule of ice crystals at different characteristic temperatures, which can reveal the relationship between the water state, ice crystal and the β-carotene content in mango. Moreover, the kinetic model describing the degradation of β-carotene affected by water state and ice crystals will be developed. In order to further understand the reason of change of β-carotene in the glassy state, the deep research is required on enthalpy relaxation of mango system at these different characteristic temperatures. The research of enthalpy relaxation may explain the molecular mobility, molecular rearrangements and structural changes in the glassy matrix. Therefore, it can reveal the possible mechanism of change of β-carotene affected by water state and ice crystals at these different temperatures.

芒果特征玻璃化转变温度被认为是判断其品质稳定性的重要依据，但经申请人研究表明芒果在玻璃态冻藏过程中仍会发生品质显著下降。β-胡萝卜素作为芒果代表性的生物活性物质，研究其玻璃态下的稳定性可以表征芒果体系的稳定性。本项目主要目的是揭示玻璃态冻藏过程中β-胡萝卜素随水状态与冰晶变化的机理。首先拟采用低场核磁共振（LF-NMR）、低场磁共振成像（LF-NMRI）和环境扫描电镜（ESEM）、X-射线CT成像技术分别对不同特征温度下水状态和冰晶的变化规律进行分析，揭示二者对β-胡萝卜素的影响，并建立二者与β-胡萝卜素降解反应的函数关系预测模型。为进一步了解玻璃态下β-胡萝卜素不稳定的原因，进而从焓松弛角度深入研究，分析不同特征温度下芒果体系的焓松弛行为，表征玻璃态体系的分子流动性、分子重排及结构演变，揭示不同特征温度下β-胡萝卜素受水状态和冰晶影响的变化机理。

芒果特征玻璃化转变温度被认为是判断其品质稳定性的重要依据，但经申请人前期研究表明：芒果在玻璃态冻藏过程中仍会发生品质的显著下降。维生素C作为芒果代表性的生物活性物质，其在玻璃态下的稳定性可以表征芒果体系的稳定性。本项目首先研究了芒果在冻藏过程中的不同特征温度（Tg' ，Tg'' 和 Tm'）下品质（维生素C）、水状态和冰晶的变化规律，研究结果表明在玻璃态下冷冻芒果的水分子的移动性降低，冻结水含量较小，从而冰晶尺寸较小，因此冰晶对芒果组织的损伤程度较低，使得玻璃态下芒果的品质较好。通过对不同特征温度下芒果中水分子的移动性与冰晶之间的关系的研究，揭示了在玻璃态冻藏过程中芒果品质（维生素C含量）随水状态、冰晶变化的机理。此外，本项目建立了维生素C在玻璃态冻藏过程中的降解动力学模型，该模型可预测芒果维生素C含量的变化。在此基础上，进一步从焓松弛角度深入研究，芒果体系分别在低于玻璃化转变温度5、10和15 ℃下进行老化实验，老化时间为6到96 h。由此得到芒果体系的非指数焓松弛行为可以采用Kohlrausch–Williams–Watts （KWW）方程拟合，结果表明：当贮藏温度比玻璃化转变温度低更多时，其平均松弛时间越长，分子松弛水平越慢，从而芒果体系的理化降解反应速率越慢。对于焓松弛行为的研究，能够揭示芒果体系在玻璃态贮藏过程中品质（维生素C）变化的机理。