吳振,李紅,王勇德,譚紅軍,楊勇*,詹永,王福強(qiáng)
1(重慶市中藥研究院,中藥健康學(xué)重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶,400065)2(重慶市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院,重慶,401121)3(四川省廣元市旺蒼縣農(nóng)業(yè)局,四川 廣元,628200)
藍(lán)莓(VacciniumcorymbosumL.)屬于杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬(Vaccinium)藍(lán)漿果亞屬(Cyanococcus)小漿果植物的果實(shí)。2017年中國(guó)藍(lán)莓種植面積已經(jīng)達(dá)到46 000 hm2,果實(shí)產(chǎn)量達(dá)到11.5萬(wàn)t,約占世界總產(chǎn)量的第6位。藍(lán)莓富含多酚、黃酮、花色苷和原花青素等功效成分,大量攝入能預(yù)防癌癥、心臟病、中風(fēng)、肥胖及其相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值普遍高于柑橘、葡萄等大宗水果[1-2];聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織將其列為五大健康食品之一,被稱為“世界第3代水果之王”。2018年研究發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)期食用富含藍(lán)莓膳食(24 g/d,相當(dāng)于一杯鮮藍(lán)莓果汁,90 d)可有效改善老年人的行動(dòng)和認(rèn)知能力[7]。
目前,藍(lán)莓仍以鮮食為主,約占總產(chǎn)量的75%。藍(lán)莓屬小漿果,果實(shí)采后易變軟腐爛,如對(duì)采后藍(lán)莓及時(shí)進(jìn)行深加工,則便于其保藏和食用[8]。藍(lán)莓粗加工仍多以冷藏或凍藏為主,均可導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)成分嚴(yán)重流失,限制其深加工利用[9-10]。同時(shí)由于藍(lán)莓種植的季節(jié)性限制,尋找保留、保護(hù)和穩(wěn)定藍(lán)莓活性成分的潛在方法(或深加工技術(shù))已成為解決藍(lán)莓收購(gòu)季節(jié)短、易腐爛(同時(shí)導(dǎo)致農(nóng)戶難以銷售)的問(wèn)題,同時(shí)也是提高附加值、促進(jìn)藍(lán)莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵[11-12]。市場(chǎng)已有的鮮榨藍(lán)莓果汁、藍(lán)莓果汁飲料、藍(lán)莓乳飲料等產(chǎn)品頗受消費(fèi)者歡迎,但藍(lán)莓產(chǎn)品在加工過(guò)程中涉及到高溫、pH值、空氣和光照等會(huì)加速生物活性成分(如多酚和原花青素等)的降解,導(dǎo)致藍(lán)莓產(chǎn)品保健功效下降、口感降低以及其他負(fù)面影響,如何解決這一問(wèn)題成為制約藍(lán)莓果汁飲品發(fā)展的瓶頸。熱處理是果汁加工中的關(guān)鍵工序,能夠使果汁中的酶失活,破壞其中的微生物及致病菌,對(duì)提高果汁的安全性和保質(zhì)期具有重要的作用[13-14]。一般來(lái)說(shuō),低酸性果汁(pH>4.6)的熱處理溫度需高于100 ℃,才能實(shí)現(xiàn)“滅菌”,而酸性果汁(pH值<4.6)僅需要100 ℃以下的熱處理[15]。熱殺菌處理的溫度和時(shí)間是控制果汁的安全性、保質(zhì)期和品質(zhì)的重要因素。LANGER等[16]通過(guò)代謝組學(xué)研究藍(lán)莓全果與藍(lán)莓果汁對(duì)人體藍(lán)莓代謝產(chǎn)物的影響,9名健康受試者食用了250 g新鮮藍(lán)莓或等量藍(lán)莓果汁,結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者有著相似的代謝特征。目前,對(duì)藍(lán)莓果汁在熱處理過(guò)程中品質(zhì)和抗氧化成分的變化未見(jiàn)報(bào)道。因此,研究不同熱處理溫度對(duì)藍(lán)莓果汁在冷藏過(guò)程中其主要功效成分(即總多酚、總黃酮、花色苷和原花青素)含量的影響,以及應(yīng)用動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)熱殺菌藍(lán)莓果汁在冷藏過(guò)程中其主要功效成分的變化規(guī)律,為藍(lán)莓果汁殺菌溫度的選擇、冷藏特性及其品質(zhì)綜合分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。
鮮藍(lán)莓,購(gòu)買于當(dāng)?shù)爻?品種為高叢藍(lán)莓安娜,VacciniumcorymbosumL.vs Anna),可溶性固形物為(9.50±0.16)°Brix、可滴定酸為(2.28±0.42)%和pH值為2.91±0.01。
沒(méi)食子酸(gallic acid,GAE)、蘆丁(rutin)、矢車菊素-3-葡萄糖苷(cyanidin-3-O-glucoside,COG)和兒茶素(catechin,Cat),美國(guó)Sigma-Aldrich公司;普通化學(xué)試劑(分析純),成都科龍?jiān)噭S。
UV-2450紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),日本島津公司;JYL-C022E九陽(yáng)料理機(jī),九陽(yáng)股份有限公司;DK-8D電熱恒溫水浴鍋,上海齊欣科學(xué)儀器有限公司;DHG-9240A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司。
1.2.1 不同溫度殺菌處理的藍(lán)莓果汁及其制備方法
藍(lán)莓果汁的制備方法:藍(lán)莓→清洗→打漿、均質(zhì)處理(100 g藍(lán)莓)→裝袋→熱殺菌→4 ℃貯藏保存,具體如圖1所示。將已處理的藍(lán)莓果汁采用高溫塑料瓶封口(50 mL/瓶),然后于60、70、80、90 ℃分別殺菌30 min,殺菌后立即進(jìn)行恒溫貯藏試驗(yàn)(4±0.5 ℃),分別于0、1、2、4、6、8、10、12、14、16周取樣分析。

圖1 藍(lán)莓果汁制備過(guò)程及不同溫度熱處理的樣品Fig.1 The prepared procedure and samples of different thermal-treated blueberry juice
1.2.2 藍(lán)莓果汁中主要功效成分測(cè)定方法
(1)前處理方法:取10 g藍(lán)莓果汁,加入100 mL 75%乙醇(體積分?jǐn)?shù)),超聲提取30 min(功率70 W),5 000 r/min條件下離心10 min(4 ℃),將上清液置于-4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
(2)總多酚含量測(cè)定:采用Folin-Ciocalteu法測(cè)定[17]。取0.4 mL樣液加入2 mL Folin-Ciocalteu試劑,反應(yīng)5 min后,加入1.8 mL Na2CO3溶液(75 g/L),常溫下避光反應(yīng)1 h后,以蒸餾水為空白對(duì)照,測(cè)定吸光值A(chǔ)765 nm;以GAE乙醇溶液(100~300 mg/L)做標(biāo)準(zhǔn)曲線,藍(lán)莓果汁中總多酚含量以每100 mg新鮮果汁中含有的GAE當(dāng)量來(lái)表示(mg GAE/100 mgFw)。
(3)總黃酮含量采用三氯化鋁比色法測(cè)定[18],取0.05 mL樣液,依次加入0.5 mL蒸餾水、0.04 mL 50 g/L Na2CO3溶液,搖勻,待5 min后加入0.04 mL 100 g/L Al(NO3)3溶液,定容至1 mL。在室溫下反應(yīng)15 min后于510 nm處測(cè)定吸光值。總黃酮含量以每100 g新鮮果汁含有的蘆丁當(dāng)量來(lái)表示(mg Rutin/100 gFw)。
(4)花色苷含量采用pH值示差法測(cè)定[19],樣品分別用pH 1.0的KCl(0.025 mol/L,采用0.2 mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)pH)緩沖液和pH 4.5的CH3COONa(0.4 mol/L)稀釋相同的倍數(shù),混勻,室溫下避光靜置30 min,測(cè)定每個(gè)樣品在520和700 nm波長(zhǎng)下的吸光值,藍(lán)莓果汁中花色苷含量以每100 g新鮮果汁含有的COG當(dāng)量來(lái)表示(mg COG/100 gFw),按公式(1)計(jì)算:
(1)
式中:A,吸光度,A=(A510-A700)pH 1.0-(A510-A700)pH 4.5;MW,COG的相對(duì)分子質(zhì)量(449.2 g/mol);DF,新鮮藍(lán)莓果汁樣品的稀釋倍數(shù);ε,COG的摩爾消光系數(shù)(26900 L/(mol·cm))。
(5)原花青素含量采用香草醛-鹽酸法測(cè)定[20],取0.05 mL樣品液,依次加入0.05 mL蒸餾水、0.6 mL 4%香草醛甲醇溶液、0.3 mL濃HCl,于20 ℃水浴中反應(yīng)30 min,測(cè)定500 nm處的吸光值。藍(lán)莓果汁中原花青素含量以每100 g新鮮果汁含有的Cat當(dāng)量表示(mg Cat/100 g Fw)。
1.2.3 降解動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)方法
(1)果汁中絕大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)成分在貯藏過(guò)程中均會(huì)發(fā)生降解,其降解基本符合零級(jí)或一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型[21-22]。分別采用零級(jí)、一級(jí)動(dòng)力學(xué)和“零級(jí)+一級(jí)”結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型擬合藍(lán)莓果汁中總多酚、總黃酮、花色苷和原花青素變化,如公式(2)、(3)和(4)所示:
零級(jí)反應(yīng):C=C0+(-k0)t
(2)
一級(jí)反應(yīng):C=C0×exp(-k1×t)
(3)
“零級(jí)+一級(jí)”結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型:C=k0/k1-(k0/k1-C0)×exp(-k1×t)
(4)
式中:C,各成分的含量[mg/(100)gFw)];C0,各成分的初始含量;k0和k1,分別為各成分的零級(jí)和一級(jí)反應(yīng)降解速率常數(shù)(w-1);t,貯存時(shí)間(周)。將各個(gè)功效成分評(píng)價(jià)指標(biāo)的冷藏時(shí)間和對(duì)應(yīng)的功效成分含量分別代入零級(jí)反應(yīng)和一級(jí)反應(yīng)方程式中,作C—t圖并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方程擬合,得到各個(gè)動(dòng)力學(xué)模型方程及其擬合曲線。
(2)根據(jù)藍(lán)莓果汁熱處理溫度(T)對(duì)其功效成分降解速度常數(shù)(k)的影響,采用阿倫尼烏斯(Arrhenius)計(jì)算各成分在降解過(guò)程中的熱力學(xué)參數(shù),如公式(5)所示。
(5)
式中:k,藍(lán)莓果汁主要功效成分的降解速率常數(shù)(w-1);Ea,活化能(kJ/mol);k0,頻率因子;R,通用氣體常數(shù)(8.314 J/(mol·K));T,熱殺菌處理的絕對(duì)溫度(K);將各個(gè)功效成分熱處理的1/T和最優(yōu)動(dòng)力學(xué)擬合方程所得的k值分別代入公式(5),作k—1/T圖并計(jì)算擬合參數(shù)。
(3)測(cè)定16個(gè)藍(lán)莓果汁熱處理樣品(每個(gè)溫度4個(gè)樣品)在冷藏過(guò)程中其總多酚、總黃酮、花色苷、原花青素含量,采用最佳動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)藍(lán)莓果汁在16 周冷藏過(guò)程中總多酚、總黃酮、花色苷、原花青素含量變化,通過(guò)分析測(cè)定值和預(yù)測(cè)值的線性關(guān)系,進(jìn)而判斷預(yù)測(cè)效果。
1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

(6)
式中:RSS,殘差平方和;N,數(shù)據(jù)個(gè)數(shù);Cpred,i,預(yù)測(cè)指標(biāo)成分含量;Cexp,i,實(shí)測(cè)指標(biāo)成分含量。
(7)

各試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果均以平均值±SD(n=3)表示,采用SPSS 15軟件(SPSS Inc.,Chicago,IL)進(jìn)行方差分析,采用Origin 8.5軟件(Origin Lab Corporation,USA)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,采用LSD法進(jìn)行多重比較,P<0.05表示差異具有顯著性。
不同熱殺菌溫度(60~90 ℃)處理的藍(lán)莓果汁在4 ℃條件下貯藏16周過(guò)程中總多酚和總黃酮含量的變化曲線如圖2-A和圖2-B所示。未經(jīng)過(guò)熱殺菌處理的鮮藍(lán)莓果汁的總多酚和總黃酮含量分別為(249.5±7.8)mg GAE/(100 g)Fw、(427.1±9.3)mg Rutin/(100 g)Fw。經(jīng)60、70、80和90 ℃處理30 min的藍(lán)莓果汁在4 ℃條件下貯藏16周后,其總多酚和總黃酮保留率分別為73.62%、71.59%、68.43%、68.72%和68.53%、65.78%、67.47%、69.67%,其中溫度對(duì)總黃酮保留率的影響不顯著(P>0.05);與經(jīng)60 ℃殺菌的藍(lán)莓果汁相比,經(jīng)70、80和90 ℃處理30 min的藍(lán)莓果汁的總多酚和總黃酮損失率分別為1.90%、3.49%、6.75%和3.26%、7.89%、12.68%;熱殺菌處理的藍(lán)莓果汁在貯藏初始階段其總多酚和總黃酮迅速下降,10周之后逐漸趨于平穩(wěn);溫度越高,貯藏初始階段其總多酚和總黃酮下降越明顯。近年來(lái),流行病學(xué)研究表明食用富含多酚和黃酮的食品能夠預(yù)防疾病[24-25];多酚和黃酮是藍(lán)莓果汁中重要的抗氧化成分,藍(lán)莓果汁飲料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用主要難點(diǎn)在于,如何防止多酚和黃酮類成分的氧化和降解、提高其保留率[11-12]。
不同熱處理溫度對(duì)藍(lán)莓果汁中花色苷和原花青素含量的影響如圖2-C和圖2-D所示。未經(jīng)過(guò)熱殺菌處理的鮮藍(lán)莓果汁的花色苷和原花青素含量分別為(169.7±9.3)mg COG/(100 g)Fw、(101.2±5.9)mg Cat/(100 g)Fw。經(jīng)60、70、80和90 ℃處理30 min的藍(lán)莓果汁在4 ℃條件下貯藏16周后,其花色苷和原花青素保留率分別為55.06%、53.41%、52.20%、57.43%和63.42%、62.98%、64.06%、65.51%。與經(jīng)60 ℃處理樣品相比,經(jīng)70、80和90 ℃處理30 min的藍(lán)莓果汁的花色苷和原花青素?fù)p失率分別為4.37%、12.41%、25.99%和3.33%、8.71%、12.52%;60和70 ℃熱殺菌對(duì)藍(lán)莓果汁中花色苷和原花青素影響不顯著(P>0.05),而高溫處理(>70 ℃)花色苷和原花青素含量的變化影響較大;并且與總多酚和總黃酮相比,熱處理后花色苷和原花青素?fù)p失更大。經(jīng)60和70 ℃處理的藍(lán)莓果汁的花色苷和原花青素含量在10 周之后趨于平穩(wěn),而經(jīng)80和90 ℃處理的藍(lán)莓果汁的花色苷和原花青素含量在8周之后就趨于平穩(wěn)。同時(shí)結(jié)果顯示,60 ℃低溫殺菌處理可有效減緩藍(lán)莓果汁中活性成分的損失,提高其保留率。通常鮮榨果汁富含原花青素和其他多酚類物質(zhì),而商業(yè)殺菌果汁中發(fā)現(xiàn)的原花青素和多酚含量相對(duì)較低[26-27];主要有2個(gè)方面的原因:(1)大多數(shù)商業(yè)殺菌果汁都是經(jīng)過(guò)稀釋的;(2)一般商業(yè)殺菌果汁均需要經(jīng)過(guò)破碎、加熱、酶處理、壓榨、熱殺菌、澄清、過(guò)濾等各種復(fù)雜的加工處理,導(dǎo)致花色苷和多酚類物質(zhì)被氧化降解或破壞,從而降低花色苷和多酚類物質(zhì)的含量[10,28]。通過(guò)測(cè)定不同熱殺菌處理的藍(lán)莓果汁在冷藏過(guò)程中的主要活性成分的變化,結(jié)果表明,鮮榨藍(lán)莓果汁經(jīng)過(guò)60 ℃低溫殺菌處理,冷藏16 周后其功效成分含量損失可以接受。VEGARA等[13,29]研究發(fā)現(xiàn),低溫殺菌結(jié)合制冷有助于降低商業(yè)殺菌石榴汁中原花青素的降解,避免對(duì)其顏色產(chǎn)生顯著影響,并保留了該類生物活性物質(zhì)對(duì)人體健康的有益作用。目前,市場(chǎng)上鮮榨藍(lán)莓果汁較多,而冷藏類藍(lán)莓果汁產(chǎn)品較少,采用60 ℃低溫殺菌+4 ℃冷藏,既能保持鮮榨果汁產(chǎn)品良好的營(yíng)養(yǎng),又能延長(zhǎng)保質(zhì)期。經(jīng)60 ℃低溫殺菌+4 ℃冷藏處理的藍(lán)莓果汁可作為一種冷藏型飲料,具有工業(yè)應(yīng)用和市場(chǎng)推廣價(jià)值。

A-總多酚;B-總黃酮;C-花色苷;D-原花青素圖2 不同熱處理溫度對(duì)藍(lán)莓果汁冷藏過(guò)程中總多酚、總黃酮、花色苷和原花青素降解的影響Fig.2 The effect of different thermal-treated temperatures on degradation of total polyphenols,total flavonoids,anthocyanin and proanthocyanidins of blueberry juice during cold storage注:圖中曲線均為采用聯(lián)合動(dòng)力學(xué)方程擬合。


表1 藍(lán)莓果汁在冷藏過(guò)程中總多酚、總黃酮、花色苷和原花青素的降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 1 Kinetic parameters for the degradation of total polyphenols,total flavonoids,anthocyanin and proanthocyanidins of blueberry juice during cold storage
續(xù)表1

指標(biāo)熱殺菌溫度/℃零級(jí)動(dòng)力學(xué)一級(jí)動(dòng)力學(xué)“零級(jí)+一級(jí)”結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型C0k0RSSR2AdjC0k1RSSR2AdjC0k0k1RSSR2AdjEa/(kJ·mol-1)花色苷60148.74.76139.460.8700153.10.0421.120.9304160.814.820.18000.5140.998170140.84.56362.30.8888145.40.045334.100.9391154.413.270.17641.2000.997680125.24.15671.40.8205130.50.048141.600.8954140.715.080.21630.5120.998590103.22.67639.990.7434106.70.058928.830.8150118.315.550.22881.1370.991712.73原花青素6083.151.84240.330.864485.00.028728.250.905091.38.240.1553.1720.98787083.832.11748.340.958484.70.03529.630.974587.67.440.14742.2140.99788074.501.678136.40.889375.50.039103.60.915980.812.180.23472.7080.99759075.951.664226.30.860576.40.0475185.70.885678.616.360.31674.3670.996916.42


A-總多酚;B-總黃酮;C-花色苷;D-原花青素圖3 測(cè)定值和“零級(jí)+一級(jí)”結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)值的線性擬合Fig.3 The linear fitting curves of experimental values and predicted values obtained from combined model of “zero- and first-order”
零級(jí)和一級(jí)動(dòng)力學(xué)被廣泛應(yīng)用于果汁的維生素和多酚類物質(zhì)的降解過(guò)程,其中鮮切果蔬及果汁中Vc的降解符合零級(jí)或一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型已成為共識(shí)[30],而多酚類物質(zhì)降解情況則較為復(fù)雜。曹雪丹等[31]研究了藍(lán)莓果汁花色苷熱降解動(dòng)力學(xué)及抗壞血酸對(duì)其熱穩(wěn)定性的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)花色苷的降解呈現(xiàn)二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征。ZHENG等[21]分別采用零級(jí)、一級(jí)動(dòng)力學(xué)、Weibull和偏最小二乘回歸(partial least squares regression,PLSR)模型擬合和預(yù)測(cè)熱殺菌菠蘿汁在貯藏過(guò)程中總多酚含量及抗氧化活性,結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同的預(yù)測(cè)模型均可以準(zhǔn)確地描述果汁貯藏過(guò)程中總多酚含量及抗氧化活性的具體變化。ROIDOUNG等[32]在研究巴氏殺菌越橘果汁貯藏過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了可預(yù)測(cè)其花色苷變化的模型,不僅引入了創(chuàng)新的統(tǒng)計(jì)技術(shù)來(lái)提高參數(shù)之間的高度相關(guān)性,而且提出了預(yù)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)P汀R虼耍x擇最合適的模型對(duì)預(yù)測(cè)果汁在貯藏過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)成分變化具有重要意義。本研究建立的“零級(jí)+一級(jí)”結(jié)合動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)模型可應(yīng)用于藍(lán)莓果汁在貯藏過(guò)程中主要活性成分總多酚、總黃酮、花色苷、原花青素在熱降解過(guò)程的預(yù)測(cè)和分析。
通過(guò)測(cè)定不同溫度殺菌處理的藍(lán)莓果汁在冷藏16周過(guò)程中多酚和黃酮含量變化,結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著熱殺菌溫度的升高,初始藍(lán)莓果汁中總多酚、總黃酮、花色苷和原花青素含量均呈現(xiàn)不同程度的降低,其中花色苷降低最為顯著;藍(lán)莓果汁在16周貯藏過(guò)程中活性成分含量均明顯下降,冷藏期活性成分降解狀況與熱殺菌溫度呈正相關(guān);且經(jīng)高溫處理后其活性成分降解量增加,各功效成分熱降解更符合“零級(jí)+一級(jí)”結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型,該結(jié)合動(dòng)力學(xué)模型可作為熱殺菌藍(lán)莓果汁在冷藏中功效成分降解的預(yù)判方式。60 ℃低溫殺菌+4 ℃冷藏有利于藍(lán)莓果汁功效成分的保留,可作為產(chǎn)品生產(chǎn)的指導(dǎo)方法。后續(xù)將繼續(xù)研究添加物(如食品抗氧化劑及其他飲料基質(zhì)成分等)對(duì)熱殺菌藍(lán)莓果汁在冷藏中品質(zhì)的影響,全面揭示影響熱殺菌藍(lán)莓果汁的內(nèi)外因素,提高藍(lán)莓果汁品質(zhì)和保質(zhì)期。