吸氧型阻隔包裝材料對橙汁品質的影響

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(1.北京印刷學院印刷與包裝材料重點實驗室,北京102600;2.天津科技大學包裝與印刷學院,天津 300222)

柑橘類果汁因其優美的色澤、口味和豐富的營養,是世界上最受歡迎的果汁產品之一。果汁飲料的營養比較豐富,熱量不高。柑橘類果汁主要包括甜橙汁、葡萄柚汁、檸檬汁等多種類型,其中橙汁飲料因為色澤鮮艷,甜酸適口,更因其含有豐富的營養物質,如維生素C、類胡蘿卜素、葉酸和類黃酮等,而成為果實市場消費量最大的果汁[1]。

果汁飲料的包裝材料主要有塑料瓶、金屬罐、玻璃瓶、紙盒等幾種包裝形式,其中復合紙盒與塑料包裝材料的使用比例較高。備受關注的功能性吸氧包裝材料在橙汁中的應用也呈現了較好的保鮮效果[2-6]。與傳統的果汁包裝材料相比,吸氧包裝材料可以降低包裝內的氧氣含量及果汁中的溶解氧含量,進一步使包裝袋內形成無氧環境,有效地抑制維生素C分解,延緩果汁的褐變和風味的改變。

本研究以橙汁飲料為實驗對象,自制的復合吸氧薄膜為包裝材料,復合阻隔薄膜為對照包裝材料,在室溫條件下貯存,研究吸氧包裝材料在貯存期內對橙汁飲料保鮮的影響。主要研究了貯存期內橙汁的維生素C(VC)、總酸(TA)、可溶性固形物(TSS)、褐變指數(BI)、感官評價和包裝袋內氧氣濃度的變化。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市售橙汁 購買于當地超市,購買時出廠20d;KOPP膜(20μm) 氧氣透過率是14.2cm3/(m2·atm·24h),水蒸汽透過率是5.9g/(m2·24h),鄭州衛華包裝有限公司提供;LDPE,LD100-AC 中國石化北京燕山分公司提供;EVA樹脂 國外進口;EVA樹脂改性LDPE膜(25μm) 氧氣透過率是3486.0cm3/(m2·atm·24h),水蒸汽透過率是14.8g/(m2·24h),實驗室自制;吸氧劑 實驗室自制;PU主劑(YH501S)、PU固化劑(YH10S) 北京高盟新材料股份有限公司;95%的乙醇、氫氧化鈉 北京化工廠提供,分析純;草酸、2,6-二氯靛酚、抗壞血酸 天津光復精細化工研究所提供,分析純。

PAC CHECK? 650型頂空氣體分析儀 美國MOCON公司;PR-101型數字式手持折光儀 日本ATAGO公司;TG16-WS型高速離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司;UV-2501PC型紫外可見光分光光度計 日本SHIMADZU公司;DZ-280/2SD型真空封口機 上海星田包裝機械有限公司;DT-2008型電子計數天平 常熟市金羊砝碼儀器有限公司。

1.2 吸氧薄膜的制備

以KOPP膜為外層,LDPE/EVA共混薄膜為內層,中間層為粘結層(雙組份聚氨酯膠黏劑),同時也是吸氧層,由不同比例的吸氧劑和聚氨酯膠黏劑組成,采用干式復合方法制得三層結構的復合吸氧薄膜。以未添加吸氧劑的復合薄膜為OBF膜,根據吸氧劑添加比例的不同制成復合吸氧薄膜,記為OSF-1、OSF-2、OSF-3。

1.3 實驗設計

以市售橙汁為實驗對象,實驗室制復合薄膜為包裝材料,氧阻隔薄膜(KBOPP/PU/LDPE)作為對照組(OBF),吸氧薄膜為實驗組(OSF-1、OSF-2、OSF-3),將薄膜裁成230mm×150mm大小,消毒后制成100mm×120mm的小袋,灌裝100mL橙汁后熱封。將制得的包裝樣品放在25℃的環境中進行貯藏實驗,每隔7d分別取出樣品,測定樣品的理化性質及感官評價,重復實驗3次,取平均值。

1.3.1 包裝袋內氧氣濃度的測定 使用PAC CHECK? 650型號的頂空氣體分析儀(Mocon Inc.,USA)測定包裝袋內的O2和CO2濃度。完成氣體分析后,打開包裝測試其它性質。

1.3.2 貯存期內果汁維生素C的測定 從一個試樣中取出10mL,用2%的草酸定容至100mL,充分搖勻,吸取樣品液10mL于錐形瓶中,用已標定的2,6-二氯靛酚鈉溶液滴定,至桃紅色15s不褪為止,記下染料用量[7]。VC含量按下式計算:

式中:V為滴定樣液時消耗染料溶液的體積,mL;V0為滴定空白時消耗染料溶液的體積,mL;T為2,6-二氯靛酚染料滴定度,我們測出為0.086mg/mL;A為稀釋倍數;W為樣品體積,mL。

1.3.3 貯存期內果汁總可溶性固形物的測定 TSS是指液體或流體食品中所有溶解于水的化合物的總稱,主要指可溶性糖類,包括單糖、雙糖、多糖等。使用PR-101數字折射儀測定貯存期內橙汁中可溶性固形物含量。

1.3.4 貯存期內果汁總酸的測定 根據酸堿中和原理,用堿液滴定試樣中的酸,以酚酞指示劑確定滴定終點,按堿液的消耗量計算食品中總酸的含量[8]:

式中,c為氫氧化鈉標準滴定溶液濃度,mol/L;V1為滴定試液時消耗氫氧化鈉標準滴定液的體積,mL;V2為空白實驗時消耗氫氧化鈉標準滴定溶液的體積,mL;K為酸的換算系數,取0.07(檸檬酸);F為稀釋倍數；W為試樣的體積,mL。

1.3.5 貯存期內果汁褐變指數的測定 將貯存期內的橙汁樣品5mL與等體積95%乙醇混合,混合均勻后在7200r/min條件下離心20min取上清液,采用紫外-可見光分光光度計測定上清液的吸光度。95%的乙醇做參比,以420nm處的吸光度A420nm表示褐變指數BI[9-10]。

1.3.6 感官評價 參照NY/T290-1995[11]和GB/T21731-2008[12]方法處理。

1.3.7 數據統計分析 本實驗所得數據采用軟件Excel和Origin 8進行處理分析。

2 結果與討論

2.1 貯存期內包裝袋內O2含量的變化

橙汁是一種對氧氣敏感的飲料。包裝體系中的氧氣能加速果汁中營養物質的損耗,促進果汁的褐變,同時不能抑制好氧細菌的繁殖。有研究報道橙汁的褐變和VC的損失與最初氧氣的濃度線性相關[13]。降低包裝體系中的氧氣濃度是延長橙汁保質期的重要方法之一。貯存期內包裝袋內的氧氣濃度隨時間的變化如圖1所示。吸氧薄膜組的氧氣濃度下降的較快,OSF-1、OSF-2、OSF-3三個實驗組下降速度依次增加,在第8～12d時,達到無氧狀態,主要是由于吸氧薄膜能夠及時清除包裝袋內的氧氣。OBF組的氧氣濃度下降較緩慢,在第2周的時候穩定在2.3%左右,主要是由于VC的有氧裂解反應導致氧氣濃度下降,當VC下降到零時,氧氣濃度就不再發生變化,這與VC含量的變化結果一致。

圖1 貯存過程中包裝袋內O2含量的變化 Fig.1 Change of O2 concentration of package during storage

2.2 貯存過程中果汁維生素C含量的變化

VC是橙汁飲料中的主要營養成分之一,因兼具酸性及還原性,故極易氧化裂解[14]。貯存期內果汁VC含量的變化趨勢如圖2所示。OBF包裝的橙汁中VC含量下降很快,經歷兩周貯存時間，由初始的387.9mg/L下降到0mg/L，主要是因為VC經歷了有氧裂解反應形成去氫抗壞血酸,再經脫水、去羧基產生木糖醛酮,最終產生還原酮[14]。吸氧薄膜組果汁中VC的含量也會下降,因為在無氧或氧氣濃度較低時,VC會發生厭氧性裂解。在第5周時,OSF-1、OSF-2和OSF-3的果汁VC含量分別為137.92、224.12、241.36mg/L,與初始的387.9mg/L比,橙汁中VC保留率分別為35.56%、57.78%和62.24%。因此,OSF-2和OSF-3可以通過降低包裝袋內的氧氣濃度達到抑制VC裂解的目的。

圖2 貯存過程中果汁VC含量的變化 Fig.2 Change of VCcontent of orange juice during storage

2.3 貯存期內可溶性固形物含量的變化

TSS含量是橙汁的重要質量指標之一,直接影響產品的銷售價格。橙汁中TSS主要反映橙汁中糖含量(葡萄糖、果糖及山梨醇糖)[15]。貯存期內果汁TSS含量的變化趨勢如圖3所示。OBF組從第4周時,TSS含量開始大幅下降,一周后下降至9.3%。貯存至第5周時,OSF-1、OSF-2和OSF-3果汁中TSS的含量分別為9.9%、10.4%和10.2%。貯存期內TSS含量的下降主要是其發生了美拉德反應,其基本反應是還原糖與含氨基化合物(如游離氨基酸、肽、蛋白質等)先進性反應形成羰胺,經過重排或轉位后形成重排(或轉位)化合物[14]。

圖3 貯存過程中果汁TSS含量的變化 Fig.3 Change of TSS content of orange juice during storage

2.4 貯存期內總酸含量的變化

有機酸是影響果汁口感酸味的主要成分,其含量和種類直接影響果汁的品質,含量多以總酸表示。貯存期內果汁TA含量的變化趨勢如圖4所示。貯存期內,對照組和實驗組的TA含量都沒有發生明顯變化。有研究將果汁貯存過程中總酸的相對穩定歸因于果汁自身的緩沖能力[16]。因此,吸氧包裝材料對果汁中總酸的影響并不明確。

圖4 貯存過程中果汁TA含量的變化 Fig.4 Change of TA content of orange juice during storage

2.5 貯存期內果汁褐變指數的變化

果汁褐變是指果汁在貯存過程中顏色發生改變的一種現象。這種顏色的改變,不僅影響果汁的外觀、風味,還會造成營養物質的損失,甚至食品的變質。造成果蔬汁貯藏期間褐變的主要原因是非酶褐變,而引起非酶褐變的主要反應有四種類型,即美拉德反應、焦糖化反應、抗壞血酸降解及酚類化合物的氧化聚合,這些反應均有可能造成果蔬汁的色澤劣變[17]。非酶褐變反應產生的色素在420nm波長處有很強的吸光度,此波長下的吸光度大小可反映褐變的嚴重程度[18]。貯存期內果汁的褐變指數如圖5所示。果汁的褐變指數隨著貯藏時間的延長呈增長趨勢,且吸氧薄膜包裝果汁的褐變指數要低于對照組,這主要與包裝袋內的氧氣濃度、抗壞血酸的降解和TSS的變化有關。OBF組褐變指數的初始值是0.151,兩周后上升到0.3217,增長趨勢較快,主要是由抗壞血酸氧化褐變引起的;吸氧薄膜包裝果汁褐變指數的增長趨勢在前兩周也較快,這主要是因為吸氧薄膜在8～12d可以把包裝袋內的氧氣濃度降低到零,包裝袋內的氧氣濃度影響了前兩周果汁的褐變。因此,吸氧包裝薄膜可以通過降低包裝袋內的氧氣濃度抑制果汁的褐變,且OSF-3吸氧薄膜效果比較明顯。

圖5 貯存過程中果汁褐變指數變化 Fig.5 Change of browning index of orange juice during storage

2.6 感官評價(橙汁貯存期間感官質量評定)

橙汁貯存期間感官質量評定參照NY/T290-1995和GB/T21731-2008,主要從外觀形態、色澤和香氣方面進行評定,結果見表1。普通復合包裝膜包裝的果汁到第2周時就失去橙香氣,到第3周時出現絮狀物、酸敗味并有菌斑飄落。在第5周時,OSF-2、OSF-3吸氧薄膜包裝的果汁濁度較好、顏色正常、橙香氣較好且沒有出現明顯的分層,對果汁的保鮮效果要好于OSF-1薄膜。

表1 橙汁感官質量評定Table 1 The sensory quality evaluation of orange juice

3 結論

貯藏期間,普通復合薄膜包裝果汁的保鮮效果較差,在第2周時,果汁中的VC含量就已經變為零且失去橙汁香氣;吸氧型阻隔包裝膜包裝的橙汁VC含量、TSS含量和感官評價要高于普通復合膜,且褐變指數明顯低于對照組。結果表明,吸氧包裝材料可以有效清除包裝袋內的氧氣,且氧清除速率足以減緩橙汁中VC的降解、延緩橙汁褐變及品質下降,有利于延長橙汁的貨架期。此外,吸氧薄膜的殘余吸氧能力對滲透氧提供持續的屏障,從而延長對果汁氧化降解的保護。

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