濃縮蘋果清汁加工過程中色值穩定性研究

曲昆生,蔡 晉,郝亞斌,于東華,孟秀芹,張 濤,包 振,曲天波,陳芹芹,李景明

(1.煙臺北方安德利果汁股份有限公司,山東煙臺 264100;2.中國農業科學院農產品加工研究所,北京 100193;3.中國農業大學食品科學與營養工程學院,北京 100083)

我國是蘋果生產大國,據中國統計局數據顯示,2017年我國蘋果產量達到了4139萬噸,居世界產量第一位[1]。濃縮蘋果汁是蘋果的主要加工產品形式[2-5],其加工及貯運過程中仍然存在一些問題,如濃縮蘋果汁的褐變、芳香成分逸散、營養損失及貯藏及流通后期的后渾濁等[6-8]。其中褐變使得果汁顏色變暗,風味下降,同時易導致果汁的后渾濁發生[9-13]。色值是影響濃縮蘋果清汁質量和出口的重要技術指標,加工過程中色值控制不當會導致到岸色值低于客戶需求[9,14]。色值的高低與原料品種、成熟度、加工工藝及貯藏條件等因素有關[15-16]。目前,文獻中報道的色值控制技術主要集中在原料成熟度、超濾、反滲透及樹脂吸附技術等相關研究[17-25]。在實際產業化生產中,濃縮蘋果汁的加工企業主要采用酶解、在酶解工序添加助劑吸附及樹脂脫色這些技術手段來穩定產品色值,提高生產效率。然而采用上述方式加工的濃縮蘋果清汁再儲存后,色值穩定性差,顏色變深,色值降低快,同樣對清汁的內在質量存在嚴重影響。

蘋果中富含果膠組分,在傳統的蘋果濃縮清汁加工過程中,僅使用蘋果果膠酶對濃縮果汁進行酶解處理,這種處理方式最終得到的成品色值穩定性差,造成該問題的原因是蘋果果膠包含由α-D-吡喃半乳糖醛酸組成的平滑區和由α-L-鼠李半乳糖醛酸組成的毛發區,通過前期實驗研究發現,傳統的蘋果汁果膠酶僅僅將平滑區的果膠進行了分解,而毛發區的果膠未能被完全分解,因此導致殘留的毛發區的果膠降解產物在成品中造成色值變化的問題。

本文以產自山東省煙臺市的富士蘋果與產自陜西省白水縣、山西省永濟市的秦冠蘋果為原料,采用復合果膠酶處理,在果汁生產線上進行在線取樣研究,明確復合果膠酶對濃縮蘋果清汁色值穩定性的影響,以期為濃縮蘋果汁實際產業化生產過程中色值的有效控制提供應用參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

富士蘋果 山東省煙臺市牟平區;秦冠蘋果 陜西省白水縣及山西省永濟市;蘋果汁 取樣于煙臺北方安德利果汁股份有限公司生產車間;果膠酶PA(酶活力600 PLU/g) 德國WeissBioTech公司;果膠酶PP(酶活力110000 MPLU/g) 上海嘉衡生物技術有限公司;淀粉酶GA(酶活力400500 U/mL) 諾維信(中國)生物技術有限公司;樹脂LSA-900系列 西安藍曉科技有限公司。

FWC-4破碎機 德國BELLMER公司;BFRU2500LR榨汁機 德國FLOTTWEG公司;酶解及樹脂罐 煙臺永盛金屬結構有限公司;超濾機 南京凱米科技有限公司;全自動無菌灌裝機 意大利FBR-ELPO公司;TU-1810紫外分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 濃縮蘋果清汁生產工藝流程 原料果→清洗、破碎→果漿→壓榨→鮮榨汁→巴氏殺菌→酶解→超濾→樹脂吸附→濃縮→無菌灌裝→濃縮蘋果清汁→低溫貯藏。

其中,巴氏殺菌溫度為≥98 ℃,殺菌時間≥30 s;在酶解工序添加果膠酶PA和淀粉酶GA進行澄清,以提高果汁色值及其穩定性、超濾通量。果膠酶PA及淀粉酶GA的使用量以果膠、淀粉檢測為陰性結果為標準。果汁酶解溫度為50～55 ℃;超濾膜孔徑0.02～0.2 μm,截留不溶物含量<35%,允許可溶性固形物含量<18%;在常溫下于8 m3的樹脂罐中,添加8 m3食品級大孔吸附樹脂進行吸附,流量為3～5 BV/h;灌裝殺菌溫度為98～102 ℃,時間 ≥ 45 s;灌裝冷卻后溫度為18～23 ℃;低溫貯藏溫度為4 ℃。

1.2.2 果膠酶PP添加量對蘋果清汁灌裝前后色值的影響 根據果汁中果膠測定為陰性的生產經驗,固定果膠酶PA的用量為25 mL/t,在1.2.1中所述酶解工藝中復合添加果膠酶PP,其添加量分別為0、5、10、15、20、25、30 mL/t,酶解時間為45 min,研究不同添加量的果膠酶PP與PA復合使用對蘋果清汁灌裝前后色值的影響,確定果膠酶PP的適宜添加量。

1.2.3 復合果膠酶的作用時間對蘋果清汁灌裝前后色值的影響 固定果膠酶PA和PP的添加量分別為25 mL/t和10 mL/t,研究復合果膠酶酶解時間分別為20、30、45、60、75、90 min下對蘋果清汁灌裝前后色值的影響,確定復合果膠酶的適宜酶解時間。

1.2.4 復合果膠酶處理對超濾及樹脂吸附的影響 研究蘋果清汁在復合果膠酶(PA為25 mL/t，PP為10 mL/t)酶解60 min條件下,其對超濾通量、超濾后色值變化及樹脂有效運行時間的影響。其中,以樹脂吸附后色值達到80%計算每周期樹脂有效運行時間。

1.2.5 果膠及淀粉定性檢測方法 果膠的定性檢測、淀粉的定性檢測均采用GB/T 18963-2012[26]中所示的方法。

1.2.6 色值測定方法 參照張建新等[10]的方法,將濃縮蘋果清汁稀釋至可溶性固形物為11.5 °Brix,采用分光光度計測定440 nm下的透光率即為色值。

1.2.7 復合果膠酶處理對濃縮蘋果清汁貯藏色值穩定性的影響 將通過復合果膠酶處理后濃縮得到的濃縮蘋果清汁,于4 ℃下冷藏100 d[26],對貯藏前后產品的色值進行測定,計算得到日褐變量。日褐變量的計算公式如下:

ΔT=(Td0-Td100)/100

其中,ΔT為色值日褐變量(%),Td0為濃縮蘋果清汁0 d的色值(%),Td100為濃縮蘋果清汁在4 ℃下冷藏100 d后的色值(%)。

1.3 數據處理

所有實驗重復3次,所得結果表示為均值±標準偏差。采用方差分析(ANOVA)對各因素對產品色值影響的顯著性進行分析;各處理之間的差異分析采用SPSS 17.0統計軟件進行Duncan Multiple Range Test檢驗,p<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 果膠酶PP添加量對不同種蘋果清汁灌裝前后色值的影響

實際生產中,一般將淀粉、果膠定性檢驗為陰性作為酶解完全的標志,但是在長期貯藏過程中,果膠酶解后的寡糖、寡聚糖等組分與果汁中的酚類或者蛋白質組分結合,從而引起貯藏中色值下降的問題。因此,酶制劑的選用至關重要。前期研究表明,傳統的蘋果汁果膠酶PA僅僅將平滑區的果膠結構進行了分解,而毛發區的果膠結構未能被完全分解。本研究中采用果膠酶PP針對果膠毛發區的結構進行分解,研究了PA和PP酶的使用對富士及秦冠蘋果清汁灌裝前后色值的影響,結果分別如表1及表2所示。經統計分析,不同果膠酶品種對蘋果濃縮清汁的色值有顯著影響。僅使用PA進行酶解處理,富士及秦冠濃縮清汁灌裝前后差值最高,達到6.7%～6.9%。隨著PP酶添加量的增加,濃縮蘋果清汁灌裝前后色差值顯著降低。與未添加PP酶相比,當PP酶添加量達到25 mL/t時,其對富士蘋果清汁灌裝前的色值具有顯著影響;而15 mL/t的PP酶對秦冠蘋果清汁的罐裝前色值已有顯著影響,但是其與10 mL/t的PP酶處理之間不存在顯著性差異。當PP酶的添加量為10 mL/t時,兩種蘋果清汁灌裝前后色值差值為3.2%左右,是僅添加PA酶處理的灌裝前后色差值的一半左右,色澤提升效果顯著;當PP的添加量超過20 mL/t時,各處理之間灌裝前色值、灌裝后色值無顯著性差異。綜合復合果膠酶的使用成本及作用效果,在PA添加量為25 mL/t時，選擇PP的添加量為10 mL/t作為蘋果濃縮清汁加工的適宜添加量。

表1 果膠酶PP添加量對富士蘋果清汁灌裝前后色值的影響Table 1 Effect of concentration of pectinase PP on the color value of Fuji apple juice before and after filling

表2 果膠酶PP添加量對秦冠蘋果清汁灌裝前后色值的影響Table 2 Effect of concentration of pectinase PP on the color value of Qinguan apple juice before and after filling

2.2 復合果膠酶的酶解時間對蘋果清汁灌裝前后色值的影響

復合果膠酶不同酶解時間(20～90 min)對富士和秦冠蘋果清汁灌裝前后色值的影響如表3及表4所示。結果表明,酶解時間對于蘋果清汁色值具有顯著影響(p<0.05)。隨著酶解時間的延長,富士及秦冠濃縮蘋果清汁灌裝后的色值均有不同程度的增加,且灌裝前后色值差逐漸降低。當酶解時間為60、75及90 min時,秦冠蘋果灌裝前色值無顯著性差異。而對于富士蘋果濃縮清汁來說,75 min的酶解時間于60、90 min之間均無顯著性差異。綜合來講,60 min酶解處理組的灌裝前后色值要顯著高于20～30 min處理組,且在60 min處理下,灌裝前后色值差在3%以下。因此,選擇酶解時間60 min作為復合果膠酶的適宜處理時間。

表3 復合果膠酶的酶解時間對富士蘋果清汁灌裝前后色值的影響Table 3 Effect of enzymatic hydrolysis time on the color value of Fuji apple juice before and after filling

表4 復合果膠酶的酶解時間對秦冠蘋果清汁灌裝前后色值的影響Table 4 Effect of enzymatic hydrolysis time on the color value of Qinguan apple juice before and after filling

2.3 復合果膠酶處理對超濾及樹脂吸附的影響研究

復合果膠酶處理對超濾通量、超濾清汁色值及樹脂有效運行時間的影響如表5所示。

表5 復合果膠酶處理對超濾通量、超濾清汁色值、樹脂有效運行時間的影響Table 5 Effect of couple pectinase treatment on the color value,ultrafiltration flux and resin running time

由表5可知,10 mL/t的PP酶與25 mL/t的PA復合使用,可以顯著提升超濾后蘋果清汁的色值,提高超濾通量,并延長樹脂運行時間。與單獨使用PA酶相比,使用復合果膠酶的富士和秦冠蘋果清汁的色值分別增加2.2%及2.3%;超濾通量分別增加10.4%及9.5%;樹脂運行時間分別提高11.6%和11.1%。

2.4 復合果膠酶處理對濃縮蘋果清汁貯藏色值穩定性的影響

復合果膠酶處理對濃縮蘋果清汁貯藏色值穩定性的影響如表6所示。將濃縮蘋果清汁在4 ℃下貯藏100 d,通過貯藏前后產品色值變化可知,貯藏期間產品色值顯著下降。按照以往的單一PA酶工藝處理,100 d后產品色值下降10%以上,日褐變量ΔT超過0.1%;對于秦冠蘋果汁,貯藏100 d后色值低于70%。而通過加入PP酶的復合處理,貯藏100 d后,其產品色值在80%左右,日褐變量ΔT低于0.05%以下,此條件下可以有效保證產品的品質[9,14]。

表6 復合果膠酶處理對濃縮蘋果清汁貯藏后日褐變量的影響Table 6 Effect of couple pectinase treatment on the stability of color value during storage

2.5 混合蘋果品種色值穩定技術的產業化研究

在富士和秦冠濃縮蘋果清汁色值穩定技術研究的基礎上,將不同品種原料進行混合,確定了濃縮蘋果清汁的產業化工藝技術,復合果膠酶處理對不同蘋果品種加工的濃縮清汁的色值影響如表7所示。結果表明,通過復合果膠酶(PA∶PP=25∶10 mL/t)酶解60 min,與原工藝相比,超濾后色值提高2.2%;灌裝后色值提高4.6%,灌裝前后色值差僅為2.9%;貯藏過程中日褐變量由原工藝的0.11%降至0.05%;且超濾平均通量和樹脂有效運行時間均提高10%。綜合結果表明,將PA與PP酶進行復合使用,可以有效解決濃縮蘋果清汁產業化加工中的色值下降及不穩定的問題,對于提升產品品質具有顯著效果。

表7 不同蘋果品種混合后色值穩定技術的產業化研究Table 7 Industrialization research of color value during apple juice processing with different varieties of apple fruits

3 結論

通過果膠酶PA和PP的復合使用,可以有效提高濃縮蘋果清汁加工過程中的色值,其中優化得到了復合酶解工藝為PA和PP酶的添加量分別為25 mL/t和10 mL/t,于50～55 ℃溫度下酶解60 min。同時,復合果膠酶的使用可以顯著提高濃縮蘋果清汁貯藏過程中的色值穩定性,使其日褐變量可降低至0.05%;同時,超濾平均通量及樹脂有效運行時間可提高10%以上。綜上所述,PA與PP酶的復合使用可有效解決濃縮蘋果清汁產業化加工中的色值下降及不穩定的問題,顯著提升產品的市場競爭力。