澄清處理對黑加侖果汁物理化學特性的影響

趙玉紅,劉瑞穎,張立鋼

(1. 東北林業大學林學院,黑龍江哈爾濱 150040;2. 林下經濟資源研發與利用協同創新中心,黑龍江哈爾濱 150040;3. 東北農業大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

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澄清處理對黑加侖果汁物理化學特性的影響

趙玉紅1,2,劉瑞穎1,張立鋼3,*

(1. 東北林業大學林學院,黑龍江哈爾濱 150040;2. 林下經濟資源研發與利用協同創新中心,黑龍江哈爾濱 150040;3. 東北農業大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

本文研究了冷凍澄清、酶解澄清、熱凝聚澄清和自然澄清處理對黑加侖原果汁物理化學特性的影響。采用色差儀測定顏色變化,采用Folin-Ciocalteu法、pH示差法、Folin-Denis 法分別測定果汁中多酚、花色苷、單寧含量,用清除DPPH自由基活性方法評價抗氧化性。實驗結果表明:澄清使果汁顏色變暗;使果汁濁度大幅減小,其中酶解澄清和熱凝聚澄清的澄清效果比自然澄清和冷凍澄清更好;不同澄清處理對果汁pH沒有顯著影響(p>0.05);不同澄清處理使果汁總酚含量、單寧含量、花色苷含量明顯減少(p<0.05);四種澄清處理后果汁的DPPH自由基清除率明顯下降(p<0.05)。澄清處理影響黑加侖果汁物理化學特性。

黑加侖果汁,澄清處理,物理化學特性

黑加侖(Blackcurrant),學名黑穗醋栗(RibesnigrumL.),俗名黑豆果,是一種生長于我國北方寒冷地帶的多年生灌木,在黑龍江、吉林、遼寧等地有較大面積的栽培[1]。目前,黑加侖主要被加工成果汁和濃縮汁,進一步加工產品有果酒、果醬和作為食品加工配料。

黑加侖果實中含有較高的酚類化合物[2],主要有花青素、黃酮醇和酚酸等,其中花青素的主要成分為飛燕草素-3-蕓香糖苷、飛燕草素-3-葡萄糖苷、矢車菊素-3-蕓香糖苷和矢車菊素-3-葡萄糖苷[3],其總花青素含量為560～4450 μg/g鮮果[4]。

黑加侖中的酚類物質和花青素具有強抗氧化活性,除此之外還具有抗炎、抗癌、抗真菌等功能[5-6]。Borges研究了黑加侖中各種活性成分含量和抗氧化活性,其中的花色苷在總抗氧化能力中占重要地位[7]。目前抗氧化活性的測定有DPPH法、TEAC法、ORAC法、TRAP法和FRAP等方法[8],而清除DPPH活性分析方法被認為是抗氧化劑篩選的主要方法[9]。Amakura等[10]研究了黑加侖等九種漿果提取物的自由基清除能力,發現黑加侖清除DPPH自由基的能力在九種漿果中位居第二。

果汁加工業面臨的一個主要問題是加工中易引起果汁的物理化學性質變化,澄清處理作為果汁生產中的一道關鍵工序,對果汁穩定性提高、貯藏期延長和果汁品質具有重要作用。目前,澄清處理對黑加侖果汁的pH、顏色、渾濁度等物理特性的影響、多酚和花色苷等生物活性成分的含量變化及其抗氧化性等的研究尚未見報道。本論文研究了黑加侖果汁加工中冷凍澄清、酶解澄清、熱凝聚澄清和自然澄清法對黑加侖果汁物理特性、生物活性成分含量變化及DPPH自由基清除活性的影響,旨在揭示黑加侖果汁的品質與生物活性變化規律,為提高黑加侖果汁及相關果汁的質量提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

黑加侖凍果由黑龍江哈爾濱市本色集團提供。

沒食子酸為標品級Sigma公司；果膠酶酶活力500 U/mg,上海寶曼生物科技有限公司；福林酚試劑、單寧、無水碳酸鈉、氯化鉀、無水醋酸鈉、無水甲醇、鹽酸、DPPH、鎢酸鈉、磷鉬酸、磷酸均為國產分析純。

JA-2003分析天平上海良品儀器儀表有限公司;HR2004榨汁機Philips有限公司;DK-S12電熱恒溫水浴鍋上海森信實驗儀器有限公司;TDL-5W臺式低速離心機湖南星科科學儀器有限公司;pHS-25型pH計Sartorius儀器(北京)有限公司;TV-1810紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限責任公司;YP2001N臺秤上海精密科學儀器有限公司;BCD-215KS電冰箱Haier有限公司;NH300色差儀深圳三恩馳儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1原料預處理黑加侖果汁加工工藝流程[3]:

黑加侖果→挑選→破碎→榨汁→澄清→過濾→殺菌→冷卻→黑加侖果汁

主要工藝操作:

原料:以黑加侖凍果為原料,去除腐爛、病害的果實。

破碎:用打漿機將洗凈的黑加侖果實打漿破碎,破碎有利于可溶性成分的抽提。

澄清處理:粗濾后的果汁進行澄清處理,可有效去除果汁中的沉淀及高分子含量物質,是生產過程中的重要環節,分別用以下四種方式根據文獻[11]進行澄清并根據預實驗進行修改:自然澄清:15 ℃靜置24 h。冷凍澄清:將果汁置于-4～-5 ℃,4 h,再于室溫下解凍。熱凝聚:煮鍋中加熱到80～82 ℃,時間為80～90 s。酶解澄清:在果汁中加入果膠酶量為3 g/L,溫度為55 ℃,時間為1 h。

果汁經過濾得到原果汁。

殺菌:黑加侖果汁灌裝到玻璃瓶中,采用沸水浴加熱殺菌。

1.2.2渾濁度的測定采用分光光度計測定果汁在700 nm的吸光值(OD700 nm)[12]。

1.2.3pH的測定采用pHS-25型酸度計測定。

1.2.4顏色的測定色差值改變利用CIEL*a*b*體系[13]表示。L*(亮度),L*越大,表示亮度越高,反之越低;+a*為紅色,-a*為綠色;+b*為黃色,-b*為青色。實驗過程中用色差儀記錄每次測量前果汁顏色變化,取3 次測量值的平均值。

1.2.5多酚含量的測定采用Folin-Ciocalteu法測定總酚含量[14]。

1.2.5.1標準液的配制精確稱取0.005 g沒食子酸標準樣品,蒸餾水溶解并定容至50 mL。該標準液濃度為0.1 mg/mL。

1.2.5.2標準曲線的建立準確量取上述標準液 0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL于50 mL容量瓶中,各加30 mL水,搖勻,再加2.5 mL福林酚試劑,充分搖勻。1 min之后,加入碳酸鈉溶液(20%)7.5 mL,混勻定容。水浴 75 ℃下反應10 min,于760 nm波長下比色,測定吸光度,以吸光值為縱坐標,沒食子酸含量為橫坐標,建立沒食子酸標準曲線。

1.2.5.3樣品的測定用移液管精確量取制備好的樣品溶液 0.5 mL于50 mL 容量瓶中,加入 30 mL 蒸餾水,搖勻,再加入2.5 mL福林酚試劑,7.5 mL 20% Na2CO3溶液,用蒸餾水定容至刻度,混勻,水浴75 ℃下反應10 min,冷卻后在760 nm處測定其吸光度。

1.2.6單寧含量的測定

1.2.6.1試劑制備Folin-Denis(F-D)試劑配制:700 mL水中加入鎢酸鈉100 g,磷鉬酸20 g及磷酸50 mL,回流2 h,冷卻后加水稀釋至1000 mL[15]。單寧標準溶液配制:準確稱取單寧 50 mg于 50 mL容量瓶中,加蒸餾水溶解并定容至刻度,混勻。再用水稀釋10倍即為 0.1 mg/mL標準溶液。

1.2.6.2標準曲線繪制分別吸取單寧標準溶液 0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL注入裝有30 mL蒸餾水的50 mL容量瓶中,各加入2 mL F-D試劑,10 mL Na2CO3溶液,搖勻定容,放置 30 min后比色。以吸光值與標樣濃度作標準曲線,并建立標準曲線方程。取提取液0.5 mL,分別置于盛有25 mL蒸餾水的50 mL容量瓶中,加入2 mL F-D試劑和 10 mL Na2CO3溶液,搖勻定容,靜置30 min后,在波長為720 nm處比色測定。

1.2.7花色苷含量的測定吸光值的測定:移取1 mL樣液2份,分別用0.025 mol/L氯化鉀緩沖液(pH1.0)和0.4 mol/L醋酸鈉緩沖液(pH4.5)定容至10 mL。置于暗處平衡2 h,以空白樣(取1 mL蒸餾水,分別用pH1.0、pH4.5的緩沖液定容至10 mL)作對照,用分光光度計分別在510 nm和700 nm下測定吸光值[16]。計算花色苷含量:

花色苷含量C(mg/100 g)=(A/εL)×Mw×DF×V/Wt×100

式中:A-吸光度;ε-矢車菊花素-3-葡萄糖苷的消光系數,26900;DF-稀釋因子;Mw-矢車菊花素-3-葡萄糖苷的分子量,449.2;V-最終體積,mL;Wt-產品重量,mg;L-光程,1 cm;

A=(A510 nm pH1.0-A700 nm pH1.0)-(A510 nm pH4.5-A700 nm pH4.5)

用A700 nm來消除樣液混濁的影響。

1.2.8DPPH自由基清除能力的測定準確稱取6.4 mg DPPH固體,用甲醇定容到100 mL,配制成DPPH-甲醇溶液。取0.2 mL多酚提取液到小離心管內,加入2.8 mL現配的DPPH-甲醇溶液。搖勻后于室溫下避光靜置60 min,以甲醇溶液做空白對照,測定其在517 nm處的吸光值樣品A[17]。另測0.2 mL甲醇溶液和2.8 mL現配的DPPH-甲醇溶液混合溶液在517 nm處的吸光值對照A0。0.2 mL樣品液和2.8 mL 甲醇混合后的吸光值Ab。

按照下列公式進行計算抗氧化物質果汁的清除率:

清除率(%)=[1-(A-Ab)/A0]×100

2　結果與討論

2.1總酚標準曲線和單寧標準曲線的建立

以吸光值為縱坐標,沒食子酸含量為橫坐標,建立沒食子酸標準曲線,得標準曲線方程為:y=0.1356x,R2=0.9935。以吸光值為縱坐標,單寧含量為橫坐標,建立單寧標準曲線,得標準曲線方程為:y=0.0699x+0.0189,R2=0.9973。從相關系數可以看出兩方程均擬合較好,可以用于總酚和單寧含量計算。

2.2不同澄清方法對果汁顏色的影響

不同澄清方式下的黑加侖果汁的色差值L*、a*、b*值變化見圖1。

圖1　不同澄清方式對黑加侖果汁色差值(L*,a*,b*值)的影響Fig.1　Effect of different clarification treatment on color difference value(L*,a*,b*-value)of blackcurrant juice注：不同字母表示差異顯著(p<0.05)，圖2～圖7同。

由圖1可知,冷凍澄清條件下的果汁的L*值和a*值最高分別為43.4和59.6,而b*值最低為29.1,自然澄清條件下的果汁的L*,a*值最低分別為39.8和56.4,而b*值最高為33.7。總體上澄清使得果汁的L*值、a*值下降,b*值增大,果汁顏色變暗,亮度和紅色度逐漸降低,黃色度逐漸增加。在四種澄清工藝中,冷凍澄清對果汁L*值、a*值和b*值的影響較為不顯著(p>0.05),其它三種澄清工藝對果汁L*值、a*值和b*值的影響較為顯著(p<0.05)。果汁顏色的變化,是由于發生了酶促和非酶促褐變,而在冷凍澄清的低溫狀態下,降低了酶的活性,從而褐變減少,對顏色的影響也就最小;自然澄清是由于時間較長,熱凝聚和酶解澄清是由于溫度升高,都加速了果汁褐變,使果汁顏色變化更為明顯。

2.3不同澄清方法對果汁濁度的影響

通過測定黑加侖果汁在700 nm處的OD值,研究不同澄清方法對果汁濁度的影響,結果如圖2。

由圖2可知,果汁分別經過自然澄清、冷凍澄清、酶解澄清、熱凝聚澄清四種澄清工藝后,果汁在700 nm處的吸光值都變小,由原來的0.885分別降到0.728、0.714、0.693、0.684,果汁變得更為澄清且澄清效果都較為顯著(p<0.05),其中酶解澄清和熱凝聚澄清的澄清效果比自然澄清和冷凍澄清更好。在體系粘度一定時,果汁中懸浮顆粒的尺寸減小有助于果汁渾濁穩定性的提高,酶解澄清中酶可以將果膠等物質分解從而使果汁得到澄清;自然澄清方法是使果汁中的大分子物質沉降,果汁變得澄清,這個過程較為緩慢;熱凝聚和冷凍澄清都可以使果汁中的某些蛋白變性沉降,達到澄清效果。

圖2　不同澄清方式對黑加侖果汁濁度變化的影響Fig.2　Effect of different clarification treatment on turbidity of blackcurrant juice

圖3　不同澄清方式對黑加侖果汁pH的影響Fig.3　Effect of different clarification treatment on pH of blackcurrant juice

2.4不同澄清方法對果汁pH的影響

由圖3可知,自然澄清、冷凍澄清、酶解澄清和熱凝聚澄清對果汁pH都沒有明顯影響(p>0.05);酶解澄清后,果汁的pH略有減小,果汁酸度有略微增大趨勢,但差異不顯著(p>0.05)。綦菁華等[18]認為,這種現象是由于果膠酶Pectinex含有聚半乳糖醛酸酶、果膠酯酶等,可促使果膠完全水解為半乳糖醛酸,使果汁酸度增加,但由于是弱酸,因此增加趨勢不大。

圖4　不同澄清方式對黑加侖果汁總酚含量的影響Fig.4　Effect of different clarification treatment on polyphenol content of blackcurrant juice

2.5不同澄清方法對果汁總酚含量的影響

由圖4可知,冷凍澄清后果汁的總酚含量變化不明顯(p>0.05),而自然澄清、熱凝聚澄清和酶解澄清過后果汁總酚含量變化較為顯著(p<0.05),由原來的70.65 mg/L分別減少到47.46、53.753、68.55 mg/L。酚類在加工中由于酶促褐變和非酶促褐變而氧化減少,自然澄清過后使總酚含量下降是由于在長時間靜置過程中,果汁中的多酚氧化酶與過氧化物酶活性增加,這兩種酶使總酚含量下降[19],而冷凍澄清時的低溫可以抑制多酚氧化酶與過氧化物酶的活性,從而果汁中總酚含量下降不明顯;熱凝聚過后果汁中總酚含量下降的原因是過高的溫度破壞了一部分酚類物質,酶解澄清使果汁中總酚含量下降是由于酶解時的溫度適于多酚氧化酶與過氧化物酶,使它們的活性增強,酚類物質由于氧化而減少。

2.6不同澄清方法對果汁單寧含量的影響

由圖5可知,四種澄清方法都使果汁中的單寧含量明顯減少(p<0.05)。冷凍澄清、酶解澄清、熱凝聚澄清和自然澄清四種澄清方法可使果汁中單寧含量由澄清前的57.73 mg/L分別降到56.15、44.81、42.29、37.41 mg/L。這可能是因為果汁的酸性比較強,酸、堿性環境均可促進單寧的水解,從而降低單寧的含量,而熱凝聚澄清和酶解澄清過程中都經過加熱的處理,溫度升高可加速溶劑分子的運動,促進單寧的溶出,單寧降解的也就更多。

圖5　不同澄清方式對黑加侖果汁單寧含量的影響Fig.5　Effect of different clarification treatment on tannin content of blackcurrant juice

2.7不同澄清方法對果汁花色苷含量的影響

由圖6可知,酶解澄清后果汁中花色苷含量略有下降但不明顯(p>0.05),由澄清前的1870.40 mg/L降到1857.13 mg/L,而冷凍澄清、熱凝聚澄清和自然澄清后果汁中花色苷含量下降更為顯著(p<0.05),分別降到1850.46、1843.31、1827.11 mg/L。花色苷的穩定性較差,易受外部因素如溫度、光照、pH、金屬離子、氧等影響而發生分解,自然澄清時由于果汁長時間與空氣接觸從而導致花色苷氧化分解,花色苷含量下降;熱凝聚澄清時是高溫導致花色苷降解,果汁中花色苷含量下降;酶對花色苷的降解,這可能是導致花色苷減少的原因。

圖6　不同澄清方式對黑加侖果汁花色苷含量的影響Fig.6　Effect of different clarification treatment on anthocyanin of blackcurrant juice

2.8不同澄清方法對果汁DPPH自由基清除率的影響

由圖7可知,經過四種澄清方法澄清后的果汁的DPPH自由基清除率下降明顯(p<0.05),其中熱凝聚澄清對果汁的DPPH自由基清除率的影響顯著(p<0.05),由澄清前的56.71%下降到50.99%。自然澄清由于靜置時間最長,DPPH自由基清除率下降的最多,所以果汁的抗氧化能力的損失越多。果汁在加工過程中由于氧化而造成抗氧化能力的損失,所以澄清后果汁的DPPH自由基清除率都有所下降。

圖7　不同澄清方式對黑加侖果汁DPPH自由基清除率的影響Fig.7　Effect of different clarification treatment on DPPH free radical clearance rate of blackcurrant juice

3　結論

通過對澄清過程中黑加侖物理特性(果汁顏色、渾濁度、pH),生物活性成分含量(多酚、花色苷、單寧)及其DPPH自由基清除能力變化的研究,可以得出:澄清使果汁顏色變暗;酶解澄清和熱凝聚澄清的澄清效果比自然澄清和冷凍澄清更好;四種澄清方法對果汁的pH都沒有顯著影響;四種澄清方法使果汁中總酚、花色苷、單寧含量和DPPH自由基清除率下降。

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Clarification treatment effects on physicochemical properties of blackcurrant juice

ZHAO Yu-hong1,2,LIU Rui-ying1,ZHANG Li-gang3,*

(1.College of Forestry,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China; 2.Forest economy resource development and utilization of Collaborative Innovation Center,Harbin 150040,China; 3.Food Science College,Northeast Agricultrual University,Harbin 150030,China)

To explore the effect of clarification treatment on physical chemical properties and antioxidant activity of blackcurrant juice,frozen clarification,enzyme clarification,thermal condensation and nutural clarification treatment were studied. Color changes were measured by chroma meter. Folin-Ciocalteu,pH differential,Folin-Denis were used to measure polyphenol,anthocyanins and tannin content. DPPH free radical clearance was used to value antioxidant activity. The results showed that the color changed to dark under different clarification treatment. Juice turbidity fell dramatically,the clarification effect of enzyme clarification and thermal condensation clarification were better than natural clarification and freezing clarification. The pH almost had no change significantly under the four clarification treatment(p>0.05). The contents of polyphenols,tannins and anthocyanins were decreased significantly under different clarification treatment(p<0.05). The DPPH free radical clearance were decreased significantly after four clarification treatment(p<0.05). Physicochemical properties of blackcurrant juice were affected by clarification treatment.

blackcurrant juice;clarification treatment;physicochemical properties

2015-09-21

趙玉紅(1968-)，女，博士，副教授，主要從事天然產物化學研究， E-mail：zhaoyuhong08@163.com。

張立鋼(1973-)，男，博士，副教授，主要從事農產品精深加工研究， E-mail：zhang@neau.edu.cn。

哈爾濱市科學技術局科技創新人才計劃項目(2014RFQXJ071)。

TS201.2

A

1002-0306(2016)17-0111-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.013