國內外藍莓加工技術與功能性成分研究進展

李 斌， 謝 旭， 孫希云， 田金龍， 王月華， 束 弛， 孟憲軍

(沈陽農業大學 食品學院/國家漿果加工技術研發專業中心/遼寧省健康食品營養與創制重點實驗室， 遼寧 沈陽 110161)

藍莓屬于越橘屬(Vaccinium)植物，含有豐富的蛋白質、碳水化合物、維生素、礦物質、多酚類化合物[1]，其中多酚類化合物，如花青素、黃烷-3-醇、原花青素和黃酮醇等[2]，具有抗衰老[3]、減少心腦血管疾病、抗癌[4-5]等功效。全世界藍莓種類有400多種，種植面積達到34.5萬hm2，年總產量約30萬t，主要分布于北美、南美、東南亞、歐洲等地區[6]。我國近幾年藍莓種植產業發展迅速，總種植面積達1.49萬hm2，總產量約為1.23萬t。但是，與其他漿果一樣，藍莓的貯藏和運輸性能差，且隨著消費者對健康食品要求的提高，食品行業創新技術發展迅速，更安全和更健康的加工產品已成為傳統加工產品的替代品，然而與國外相比，加工關鍵技術存在的瓶頸問題導致我國藍莓加工工業發展相對緩慢[7]。本文概述了近年藍莓果汁、藍莓果酒、藍莓干燥技術、功能成分提取等加工技術與功能性成分提取技術的研究進展，以期為藍莓深加工產業提供理論依據。

1 藍莓果汁加工技術與功能性成分變化

1.1 熱加工藍莓果汁

巴氏殺菌和高溫滅菌是藍莓制汁最傳統的加工方式，但加熱的幅度和持續時間對花青素的穩定性有很大影響，若果汁被加熱超過安全系數，則可能導致嚴重的質量和營養損失。謝國芳等[8]研究了巴氏殺菌(90 ℃、30 s)和超高溫瞬時滅菌(121 ℃、5 s)加工藍莓果汁，與未經殺菌的果汁相比，巴氏殺菌和超高溫瞬時滅菌藍莓果汁的DPPH自由基清除率顯著低于對照組。Brownmiller等[9]研究發現，與新鮮藍莓果實相比，高溫熱燙(95 ℃、3 min)與巴氏殺菌相結合將藍莓加工成果汁導致總單體花色素苷損失43%，而聚合物顏色值從1%增加到12%，這表明熱不穩定因素可以加速花青素的破壞。Ludikhuyze等[10]指出果汁加工中的額外漂燙步驟可能是至關重要的技術環節，除殺菌外漂燙會使多酚氧化酶失活，酶的失活有助于花青素的穩定性。總的來說，單獨的熱加工技術無法同時保證藍莓果汁的安全性和高質量[11]。

1.2 超高壓加工藍莓果汁

超高壓技術源自材料科學，處理壓強高于100 MPa，近年來發展成為一種用于微生物和酶滅活的非熱食品加工技術，對營養和質量參數的影響較小[12]。超高壓是一種優良的食品加工技術，具有保留植物食品中具有保健特性的功能成分的潛力。經過超高壓處理的食品保留了更多的新鮮特性，一般在市場上的價格高于熱加工食品的價格。Indrawati等[13]研究發現超高壓可保留藍莓的營養價值，室溫下的超高壓處理對藍莓的花青素等酚類化合物含量無顯著影響。Francisco等[14]研究了超高壓(600 MPa、42 ℃、5 min)處理后4 ℃冷藏儲存56 d期間藍莓果汁的質量變化，發現與未處理的藍莓果汁相比，加工后的果汁花青素含量無明顯變化。在冷藏儲存56 d后，未加工的藍莓果汁花青素損失50%，而超高壓處理的藍莓果汁僅損失了31%。研究還發現了超高壓(200～600 MPa)處理藍莓果汁中維生素C保留良好。另一方面，發現200 MPa處理的果汁總酚含量增加，400 MPa處理15 min的藍莓果汁單體花青素高于新鮮果汁16%，且與新鮮果汁相比，200 MPa處理5～15 min的抗氧化能力值保持良好[15]。

1.3 脈沖電場加工藍莓果汁

脈沖電場處理是將高壓脈沖(通常為20～80 kV/cm、短時間<1 s)應用于放置在兩個電極之間的流體食物[16]。實驗證實脈沖電場對各種致病、腐敗微生物和酶都有效，且沒有明顯的風味、顏色和生物活性成分如花青素的損失[17]。Elez-martínez等[18]通過脈沖電場(1.2～3.0 kV/cm)從紅樹莓中純化的錦葵色素-3-葡萄糖苷證明了查耳酮的形成，開放吡喃環和查爾酮形成被認為是花青素降解的第一步。如β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和過氧化物酶等部分酶的失活也可能導致脈沖電場加工藍莓果汁貯存過程中花青素的降解[19]。Tiwari等[20]通過脈沖電場(2 kV/cm)處理藍莓果汁樣品，發現脈沖電場預處理的藍莓果汁樣品和非脈沖電場預處理的藍莓樣品之間總酚、抗氧化活性、花青素和主要酚酸和黃酮醇的無顯著差異(P>0.05),脈沖電場預處理的藍莓樣品的微生物數量低于未進行脈沖電場預處理的樣品。得出脈沖電場處理提高了藍莓的微生物質量，而不影響其營養品質的結論。Tony等[21]使用脈沖電場實現了果汁中大腸桿菌和李斯特菌減少3個數量級、菌落總數減少2個數量級。脈沖電場處理不會導致藍莓的顏色和外觀發生任何變化，而且脈沖電場處理后，藍莓中的花青素和酚類化合物分別增加了10%和25%。結果表明，脈沖電場應用能增強水果及其衍生產品的安全性并改善其質量和營養價值。

1.4 超聲波加工藍莓果汁

超聲波被美國食品藥物監督管理局認定為食品加工熱處理的替代技術，它可保證加工后果汁中大腸桿菌落總數減少5個數量級[22-23]。Fathima等[24]研究了連續超聲波處理對藍莓果汁微生物，化學和物理特性的影響。發現連續較高強度的超聲處理顯著減少了果汁微生物數量；與未處理和對照的果汁樣品相比，在高流速(93.5 mL/min)超聲處理條件下實現了總需氧菌的減少，良好地保留了藍莓果汁的花青素和顏色。Zhu等[25]研究對比了傳統的熱處理，超聲處理結合溫和熱處理和壓力處理分別可以使多酚氧化酶失活23.36%和10.91%，花青素保留率為98.48%和97.49%。同時，兩種處理方法均可有效破壞大腸桿菌細胞。因此，超聲處理下，高壓和溫和熱處理組合使得藍莓果汁的安全性得以保持，而不會妨礙所需抗氧化劑化合物的保留。

2 藍莓果酒加工技術與功能性成分變化

藍莓肉嫩多汁適用于果酒等飲料加工。薛桂新等[26]確定了提取藍莓果汁的最佳酶解工藝：果膠酶添加量為0.3 mL/kg、溫度為35 ℃、時間150 min，出汁率為78.43%。在藍莓果酒發酵加工過程中，易出現沉淀、渾濁、營養成分損失等現象，針對此問題，辛秀蘭等[27]研究對比了明膠、殼聚糖、硅藻土3種澄清劑的澄清效果，得出了殼聚糖是一種理想的單一澄清劑，最佳用量為0.2 g/L，最終產品透光率為96.43%。由明膠、單寧與殼聚糖組成的復合澄清劑效果更好，最佳用量為明膠0.55 g/L、單寧1.45 g/L、殼聚糖 2.5 g/L，最終產品透光率可達到 97.21%。Mins等[28]研究了花青素、總酚含量及其抗氧化活性在藍莓果酒、藍莓果醋加工中的變化，結果表明，在發酵過程中，花青素、總酚含量和抗氧化活性都有顯著提高。而在酸化過程中，花青素、總酚含量和抗氧化活性顯著下降。為了有效保留果酒中的功能成分，Sun等[29]研究了不同含量甘露糖蛋白對藍莓果酒的影響，結果表明，甘露糖蛋白處理抑制了藍莓果酒中花青素含量的降低，總酸含量的降低，酒精含量的增加，保持了藍莓果酒的色澤，改善了藍莓果酒的口感。

3 藍莓干燥技術與功能性成分變化

藍莓果茶、果脯、果粉等產品是采用不同的干燥技術制備而成的藍莓深加工產品。藍莓的主要干燥方式有熱風干燥、微波干燥、冷凍干燥、真空干燥、噴霧干燥、紅外干燥、熱風- 微波真空聯合干燥等。

陳宏毅[30]以藍莓葉、藍莓果和藍莓花瓣干燥后的產品為原料，配置成口感風味俱佳，并具有抗衰老、降低血糖等功效的保健茶。王春榮等[31]將真空干燥、微波干燥和熱風干燥 3 種干燥技術所得的藍莓果脯進行對比研究，發現真空干燥能夠保持藍莓原有的色澤和風味。Shi等[32]針對藍莓體積和表面蠟質層對干燥速度的影響進行了研究，發現藍莓紅外干燥速率隨著藍莓體積的增大而減慢，在93 ℃下處理5 s后能夠破壞藍莓表皮蠟質層，增強表面通透性，從而提高藍莓干燥速率和水分擴散率。Veerachandra等[33]研究了強迫空氣干燥、流化床干燥、氣體流沖擊干燥、改進的氣體流沖擊干燥4種不同干燥技術，以及藍莓品種、成熟度和干燥溫度對藍莓品質的影響。研究表明，從干制品的整體品質上看，氣體流沖擊干燥得到的藍莓干制品品質好于另外3種干燥技術。Lim等[34]研究了藍莓果汁與麥芽糊精的比例、干燥溫度對藍莓果粉品質的影響，研究表明，隨著藍莓與麥芽糊精比例的增大，藍莓抗氧化活性、花青素和多酚的保持率有所增大；噴霧干燥器的進風、出風口溫度對藍莓粉的品質影響較小。Alejandro等[35]研究了藍莓體積、紅外預處理以及真空冷凍干燥和常壓冷凍干燥對藍莓品質產生的影響，經對比分析，選擇體積相對較小的藍莓并采用紅外- 真空冷凍干燥能夠較好的保持藍莓的營養成分。邵春霖等[36]研究了熱風干燥、真空冷凍干燥、中短波紅外干燥、熱風- 微波真空聯合干燥和變溫壓差膨化干燥5種不同干燥方式對藍莓產品物理性質和營養成分的影響。實驗結果表明復水比由大到小依次為:熱風- 微波真空聯合干燥、變溫壓差膨化干燥、真空冷凍干燥、熱風干燥、中短波紅外干燥;硬度由大到小依次為:熱風干燥、中短波紅外干燥、變溫壓差膨化干燥、熱風- 微波真空聯合干燥、真空冷凍干燥;各干燥方式之間色澤變化不顯著。5種干燥方法處理后,藍莓營養成分均有所降低,其中真空冷凍干燥方式除總糖外,其他各營養成分保持率最高。Rodriguez等[37]研究發現與滲透脫水- 微波工藝和對照干燥相比，熱空氣組合微波干燥預處理的藍莓水分含量、干燥速率、力學性能、光學性能、抗氧化能力均優于對照組。Victor等[38]使用具有紅外干燥和常規微波干燥的混合設備進行藍莓葉的干燥。在干燥期間采集葉子樣品以分析總酚含量，使用高效液相色譜法測量在藍莓干葉中的兒茶素含量，發現常規微波干燥比在紅外過程中微波干燥具有更好的濃縮結果。

4 藍莓功能性成分提取技術

4.1 溶劑萃取技術

目前花青素提取技術主要有溶劑萃取法、酶解法、超高壓提取法、微波提取法等[39-40]。馬養民等[41]采用乙醇作為提取溶劑提取藍莓花青素，得出最佳提取工藝為:以體積分數60%乙醇作為提取劑，在溫度為50 ℃，pH值為1，料液比為1∶15(g/mL)條件下提取120 min，提取1次，最終花青素提取量為2.18 g/L。Oancea等[42]研究了不同的提取條件對花青素提取量的影響，結果表明不同提取液對花青素的提取量具有一定的影響，其中體積分數50%乙醇溶液作為提取液時，花青素提取量最大(148.51 mg/100 g);升高溫度有助于提取液中有效成分的擴散和溶解，進而增強提取效果，增加提取量。最終得出提取溫度50 ℃，時間2 h，體積分數50%乙醇為最佳提取工藝。Jeremy等[43]研究了物料均質、提取液的類型、酸的類型對花青素提取的影響。結果表明，采用凍干后研磨的方法均質，實驗重復性好。水和三氟乙酸溶液(體積比70∶30)為最理想的提取液。雖然乙醇、丙酮和甲醇是最有效的藍莓花青素萃取溶劑，但三氟乙酸和鹽酸是最適合的酸化萃取溶劑。

4.2 超高壓提取技術

潘興橋等[44]利用超高壓技術提取藍莓中黃酮類化合物，得出藍莓中黃酮類化合物的最佳提取工藝為：提取溫度65 ℃，乙醇體積分數70%，料液比1∶40(g/mL)，超高壓強300 MPa，在此工藝條件下黃酮類化合物提取率為3.94%。結果表明超高壓提取藍莓中黃酮類化合物的工藝合理。Lee[45]研發了一種通過超高壓提取工藝改善藍莓提取物的抗氧化活性的方法。將藍莓在60 ℃、300 MPa下用水提取5 min和15 min。通過超高壓提取工藝獲得的提取產率分別為18.48%和19.89%。總多酚含量約為28.39 mg/g和28.9 mg/g，而類黃酮含量分別測量為5.99 mg/g和6.0 mg/g。此外，藍莓的抗氧化活性隨處理時間的延長而增加。因此，超高壓提取的藍莓比常規水提取可獲得更高的抗氧化活性成分。這些結果表明超高壓提取在更高的效率，更短的提取時間和更低的能源成本方面具有明顯的優勢。

4.3 酶法提取技術

李穎暢[46]采用酶解法提取藍莓花青素，結果表明，適當的纖維素酶可以提高花青素提取率，而果膠酶降低花青素提取率。復合使用 2 種酶可以提高花青素提取率，但要低于單一使用纖維素酶的提取率。孟憲軍等[47]研究了將纖維素酶用于從提取花色苷后的藍莓殘渣中提取多糖的工藝,以達到優化工藝的目的。通過單因素實驗和正交試驗,確定了最佳酶解提取工藝為:酶解時間為100 min,酶解溫度為40 ℃,酶的添加量為質量分數0.6%。在此條件下,藍莓多糖的得率為2.3%。 劉剛等[48]研究了在單因素實驗的基礎上,采用響應曲面法的中心組合設計,對果膠酶提取藍莓果汁工藝條件進行優化，結果表明加酶量、酶解溫度、酶解時間對出汁率影響顯著,加酶量和酶解溫度以及酶解溫度和酶解時間的交互作用影響顯著;最佳提取工藝參數為:加酶量為質量分數0.067%、酶解溫度48.5 ℃、酶解時間181 min,實測結果的出汁率為(90.49±0.30)%,與模型預測值基本相符。

4.4 微波提取技術

張玉香等[49]建立了微波提取藍莓中黃酮的二次回歸方程，并以黃酮提取率為響應值繪制響應面圖和等高線圖。考察乙醇體積分數、料液比、溫度、微波功率及時間對黃酮提取率的影響。方差分析結果表明：乙醇體積分數、溫度和微波功率對黃酮提取率影響顯著；最佳工藝條件為提取溫度72 ℃，乙醇體積分數64%，微波功率456 W，在此工藝條件下黃酮提取率為4.2%。Elik等[50]研究了微波輔助提取對藍莓酚類化合物回收的影響，應用響應面法優化提取條件，選擇微波功率、萃取時間和料液比作為萃取參數，自變量范圍為100～300 W的微波功率，2～16 min的提取時間和0.02～0.2 g/mL的料液比，模型的響應是提取產量和總酚含量和總花青素含量提取藍莓粉。基于最大響應水平的最佳條件是287 W的微波功率，13 min的提取時間，40∶1 (mL/g)的溶劑與樣品的比率。在獲得的最佳條件下的最大響應水平是78.35%的提取產率，30.75 mg/g藍莓粉末的總酚和8.92 mg/g藍莓粉末的總花色苷。

5 結論與展望

隨著人們對藍莓保健功能的重視，藍莓深加工產業不斷地發展，生產逐漸規模化、產業化、加工產品多樣化。新型加工技術的發展必定會推動藍莓產業高產、高效、健康可持續發展。藍莓加工技術未來發展方向主要有:1)藍莓果汁加工方面將在非熱加工技術上進行創新，同時多種加工方式結合處理有希望更有效保護果汁生物活性成分。2) 藍莓果酒加工方面，活性成分提取和輔助護色技術將會得到進一步發展。3) 藍莓干燥方面，開展新型、環保、節能提質的聯合干燥技術研究，如中短波紅外- 變溫壓差膨化聯合干燥、熱風- 微波真空聯合干燥等聯合干燥技術，研發新型高效、安全、衛生的藍莓干燥產品勢在必行。4) 藍莓功能成分提取技術方面，將在新型輔助提取技術領域進行進一步拓展。