超高壓協同中溫處理對番茄汁中番茄紅素和總VC含量的影響

邱偉芬，汪海峰，陶婷婷

(南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇省糧油品質控制及深加工技術重點實驗室，江蘇 南京 210003)

超高壓協同中溫處理對番茄汁中番茄紅素和總VC含量的影響

邱偉芬，汪海峰，陶婷婷

(南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇省糧油品質控制及深加工技術重點實驗室，江蘇 南京 210003)

探討超高壓協同中溫加工對番茄汁中番茄紅素和總VC含量的影響。番茄汁在溫度為33.5℃，壓力為469.2MPa，時間為14.0min的條件下處理，番茄紅素含量顯著增加，但番茄紅素順反異構體變化不明顯；VC 含量變化不顯著。

超高壓；中溫；番茄汁；番茄紅素；順反異構物；V C

番茄是一種世界性蔬菜，含有豐富的番茄紅素(lycopene)，番茄紅素是一類重要的類胡蘿卜素，它的防癌抗癌能力使番茄已成為很多食品加工中寶貴的原料[1]。番茄紅素是一種由11個共軛及2個非共軛碳碳雙鏈組成的直鏈型碳氫化合物，從理論上來說，它應該有2048種異構體，然而，由于立體位阻作用，只有72種異構體，研究表明，在番茄和人體血清中，存在全反式和許多順式番茄紅素，如：5-順、9-順、13-順、15-順。全反式和順式番茄紅素的化學性質和在人體內的生物利用率是不一樣的，關于順反異構體的生物利用率狀況，不同學者的研究結果分歧很大。Stahl等[2]認為順式番茄紅素由于更容易被生物體吸收而具有更大的生物活性，而Shi等[3]認為反式異構體具有最大的生物活性，而順式最低。由于天然存在的番茄紅素主要是全反式的，占79%～91%[4]，而在人體血清中順式占所有番茄紅素的50%以上[2,4]。順式番茄紅素很可能是在加工和儲藏中異構形成的。

番茄很受歡迎的另一原因是它含豐富的VC。VC的強還原性使得它在生物體中表現出多種生理活性，但人體由于缺少合成VC的古洛內酯氧化酶，故不能合成VC。新鮮水果和果汁是人體補充維生素的重要來源。

番茄屬多汁漿果，可加工成番茄系列產品，番茄汁已被認為是功能性果蔬飲料。常規的番茄汁加工是熱殺菌，采用冷藏、凍藏、化學保藏的方法，番茄紅素和VC容易降解而失去應有的生理功能。食品超高壓加工，即將食品物料以某種方式包裝完好后，放入液體介質(通常是食用油、甘油、油與水的乳液)中，在100～1000MPa壓力下作用一段時間后，使之達到滅菌要求。超高壓技術 ( UHP、HPP、HHP ) 屬現代食品高新技術，在國外一些食品加工領域中得到了應用[5]。

超高壓技術的最大優點在于不破壞食品的天然風味和營養，改善食品品質，有效地殺滅微生物。超高壓食品具有更長的貨架期和新鮮口味。

果汁的超高壓殺菌效果與諸多因素有關，包括壓力大小和加壓時間、施壓方式、處理溫度、微生物種類、食物本身的組成和添加物、p H值、水分活度等，適當提高溫度對高壓殺菌有促進作用。高壓下進行熱處理,其效果會由于壓力作用而放大，控制好溫度，則可以減少加工時間和降低加工壓力[6-7]。基于這一研究思路，本實驗主要研究超高壓處理時，在取得較好的殺菌效果前提下，即溫度為33.5℃(＜70℃的中溫條件)，壓力469.2MPa，時間14.0min條件下[8]，番茄汁中番茄紅素和VC的變化，特別是番茄紅素的順反異構體的變化，本研究可為超高壓技術在番茄汁(果蔬汁)加工中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

普通番茄：新鮮成熟，顏色深紅(總固形物為(7.0 ± 0.5)%，大小為5個500g左右，購于南京龍江小區農貿市場； 番茄紅素對照品(純度為 85.0%) 自制。

甲醇、乙腈、四氫呋喃、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、乙醇胺為HPLC級；包裝材料為PE。

1.2 儀器與設備

超高壓機(壓力范圍0～800MPa) 內蒙古包頭市五十二所研制；FR-900型多功能薄膜封口機 上海麥爾多食品機械有限公司；均質機 上海科學技術大學機電廠；CDEL-23D 多功能食品粉碎機 京達電器制造公司；高效液相色譜儀(Waters 2487 雙波長檢測器、Nova-pak C18色譜柱(150mm×3.9 mm) Waters公司。

1.3 方法

1.3.1 番茄汁的制取

對番茄進行挑選，剔除傷爛果，用自來水將番茄洗凈除去果蒂，用多功能食品粉碎機將其粉碎，用均質機進行均質，壓力為 15MPa，過濾。分裝于PE袋中，每袋質量為30g左右。

1.3.2 超高壓處理

高壓容器的溫度通過其夾套內恒溫水浴來控制。將循環水泵打開，將試樣提前幾分鐘放入超高壓容器內的介質中，將高壓容器完全密封，待樣品溫度與高壓介質達到平衡后，瞬間升壓到所設定的壓力，保壓一定的時間，然后卸壓。打開密封蓋，得到超高壓番茄汁。本實驗采用Design Expert實驗設計軟件，通過響應面法(RSM)建立的超高壓殺滅枯草芽孢桿菌的(B.subtilis) AS1.1380關鍵因子的二次多項數學模型所得到的實驗條件來對番茄汁進行殺菌處理。

從表3可以看出，醫護工作者職業認同程度分層中，高認同組在職業情感、認識、價值觀、期望、技能、意志6個維度的得分均高于一般認同組和低認同組。

1.3.3 HPLC法對番茄紅素總量和順反異構體的測定

流動相為甲醇-乙睛-四氫呋喃體積比70: 25: 5，流速：1.2mL/min，柱溫：32℃； 檢測波長：472nm，柱壓：800psi，進樣量：10μL。每個樣品測3次，求番茄紅素總量的平均值，測量數據的變異系數均小于6.0%。

流動相為甲醇-甲基叔丁基醚-乙酸乙酯體積比50: 40:10，流速為1.5mL/min，溫度為25℃，可有效地分離番茄紅素順反異構體。

1.3.4 HPLC法對VC含量進行測定

流動相：甲醇-20mmol/L乙醇胺體積比5:95；流速：0.7mL/min；柱溫：32℃；波長：254nm；每個樣品測3次，求平均值，測量數據的變異系數均小于6.0%。

2 結果與分析

2.1 超高壓殺菌條件的確定

利用響應曲面法優化番茄汁的超高壓保鮮條件，對影響超高壓保鮮番茄汁的3個關鍵因子壓力、溫度、保壓時間進行最佳水平的優化，建立超高壓殺滅耐壓性枯草芽孢桿菌AS1.1380的二次多項數學模型，利用模型的響應面及其等高線對影響超高壓殺菌的關鍵因子及其相互作用進行了深入的研究與探討。通過上述軟件，對此模型解逆矩陣即可求得：殺滅番茄汁中6個數量級枯草芽孢桿菌AS1.1380的工藝參數溫度為33.5℃、壓力469.2MPa、時間14.0min[8]。在此條件下對塑料瓶裝中番茄汁進行殺菌處理，處理后的番茄汁在(4±1)℃下保存 6個月后，其外觀較好。高壓后番茄汁其微生物指標能達到國家食品衛生標準要求。高壓后的番茄汁在4℃冰箱中保存6個月后，仍保持新鮮番茄汁外觀，而對照組10d后，就出現了分層，番茄汁應有的風味也明顯減少，并出現了可嗅到的發酵酒味，進一步儲藏，色澤逐漸變淡，風味進一步惡化，顯然此滅菌條件切實可行。

2.2 超高壓前后番茄紅素的變化

超高壓殺菌前后番茄汁中番茄紅素的含量變化如表1所示，番茄紅素含量有顯著增加，增加6%，高壓會破壞番茄細胞組織的細胞壁，使番茄紅素與其他組織的結合力減弱，從而番茄紅素更易得到。番茄中含有的一些大分子物質也可能保護番茄紅素，超高壓也可能使番茄中含有的其他一些抗氧化物質(如：其他類胡蘿卜素、抗壞血酸、酚類物質)釋放出來，這些活性物質也能保護番茄紅素使之不易降解。目前，大多數番茄汁加工是熱殺菌，Takeoka等[9]研究得出，生產番茄醬時熱處理可能使番茄紅素含量降低9%～28%。Hayashi等[10]研究得出，常規加工會使番茄紅素損失達30%。在常規的熱殺菌中，如加熱時間長，番茄紅素就不穩定。

表1 超高壓對番茄汁主要營養組分的影響±s，n=5)Table 1 Effect of ultra-high hydrostatic pressure on compositions of tomato juice (±s，n=5)

表1 超高壓對番茄汁主要營養組分的影響±s，n=5)Table 1 Effect of ultra-high hydrostatic pressure on compositions of tomato juice (±s，n=5)

番茄汁組分對照組超高壓處理組番茄紅素含量/ (mg/100g)5.16 ± 0.125.68 ± 0.26 VC含量/ (mg/100g)36.43 ± 0.2936.59 ± 0.18總固形物/%7.11 ± 0.157.23 ± 0.15

2.2.2 超高壓前后番茄紅素順反異構體的變化

番茄紅素對照品在高壓后，形成了幾種異構物，其中出峰時間在9.0min 的13-順式番茄紅素變化最明顯，其他順式異構物含量低或變化很小，據Zechmeister[11]報道，β-胡蘿卜素在中間位的雙鍵比其他位置的雙鍵異構化要小。 Lee 等[12]也證實番茄紅素也有此現象，番茄紅素變化時13-順式結構物變化最快，然后才是其他順式異構物。所以本實驗中將13-順式結構物作為主要順式異構物來考察。圖1、2分別表示了未高壓處理和469.2 MPa高壓處理的番茄紅素對照品HPLC圖譜，可以明顯看出，對照品469.2 MPa處理后總量的減少和13-順式結構物的顯著增加。而研究469.2MPa 高壓處理番茄汁后，番茄汁中13-順式結構物的比例為(2.88±0.04)%，對照組(2.80±0.04)%，沒有顯著差異。原因可能是番茄中的其他基質物質對它的保護作用。

圖1 未高壓處理的番茄紅素對照品的HPLC圖譜Fig.1 HPLC chromatogram of lycopene standard solution

圖2 469.2MPa處理后番茄紅素對照品的HPLC圖譜Fig.2 HPLC chromatogram of lycopene standard solution after treatment at the pressure of 469.2 MPa

2.3 超高壓前后VC含量的變化

超高壓殺菌前后番茄汁中VC的含量變化如表 1所示， VC含量沒有顯著變化。Knorr等[13]研究了用完全能殺菌的400MPa，15min、30℃條件來處理草莓汁，經分析其中VC保存率為88.68%，VC損失不顯著。VC又稱抗壞血酸，在果蔬中存在形式有結合態和游離態。其分子中的第2 和第3碳位上2個相鄰的烯二醇結構，容易以各種方式降解，主要有需氧氧化和無氧降解，受多種因素影響，如溫度、p H值、氧、酶、金屬離子、糖類等等。高壓處理對番茄汁VC影響不顯著的主要原因是高壓不會破壞共價鍵，也可能是番茄基質對VC的保護作用[14]。其中中溫對VC影響也不顯著，主要是因為溫度不夠高，溫度效應不強；可能是高壓有助于VC的提取，可將部分結合態的VC 變為游離態VC，從而抵消了由于溫度升高而使VC損失，也可能是高壓鈍化了其中促使VC氧化降解的酶。

3 結 論

3.1 超高壓具有很好的殺菌效果，高壓與中溫協同加工是番茄汁高溫滅菌的一種很好的替代法，它可有效避免加熱導致的食品品質的降低。超高壓番茄汁的突出優點是保持了果汁原有的外觀、營養和風味。

3.2 作為番茄汁，最重要的營養品質評價指標之一就是其番茄紅素與VC的含量。實驗表明，在優化的高壓處理條件下，即溫度為33.5℃、壓力469.2MPa、時間14.0min能有效地保持番茄汁中的番茄紅素總量，其順反異構體變化也不明顯，而且VC含量保持穩定，然而VC在通常的熱加工中損失很大，因而超高壓技術是一種十分優異的番茄汁滅菌保藏方法。

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Effect of Combinatorial Treatment between Ultra-high Hydrostatic Pressure and Moderate Temperature on Lycopene and Vitamin C in Tomato Juice

QIU Wei-fen，WANG Hai-feng，TAO Ting-ting
(Key Laboratory of Grain and Oils Quality Control and Deep-Utilizing Technology of Jiangsu Province, College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210003, China)

Effect of combinatorial treatment between ultra-high hydrostatic pressure and moderate temperature on the contents of lycopene and vitamin C in tomato juice was investigated. Results indicated that the treatment with temperature of 33.5 ℃, pressure of 469.2 MPa and pressure-holding time of 14.0 min could result in the increase of lycopene content when compared with the control, while the isomers of lycopene remained unchanged; in contrast, vitamin C content did not exhibit an obvious change.

ultra-high hydrostatic pressure；moderate temperature；tomato juice；lycopene；isomers；vitamin C

TS 205

A

1002-6630(2010)23-0093-03

2010-11-14

江蘇省自然科學基金項目(BK2008364)；江蘇省高校自然科學研究資助項目(07KJB550033)

邱偉芬(1965—)，女，教授，博士， 研究方向為食品分析及天然產物提取。E-mail：weifenqiu@yahoo.com.cn