不同脫氣溫度下溶解氧含量對非濃縮還原橙汁品質(zhì)的影響

蔡德萍，談安群，孫志高，黃林華*，竇華亭*

1(西南大學柑桔研究所，中國農(nóng)業(yè)科學院柑桔研究所，重慶，400712)2(國家柑桔工程技術(shù)研究中心，重慶，400712)

橙汁是全球貿(mào)易量最大的柑桔果汁[1]。近年來，我國橙汁加工總量有明顯增長[2]，這得益于一種不同于傳統(tǒng)加工方式的新型橙汁，即非濃縮還原(not from concentrate，NFC)橙汁的迅速發(fā)展。NFC橙汁是將成熟鮮果榨汁過濾得果汁，經(jīng)巴氏殺菌后直接進行無菌灌裝，在冷鏈條件下貯運銷售，極大限度地保留了橙汁的營養(yǎng)和風味[3]，深受廣大消費者喜愛。NFC橙汁保留了原果中豐富的功能性成分，對促進人體健康具有重要意義。橙汁中的Vc、酚類化合物及類胡蘿卜素等物質(zhì)具有抗氧化[4-8]、抑菌[8-9]、抗腫瘤[10]等生理作用；其中，類胡蘿卜素還是動物體內(nèi)重要VA原[11-12]。但研究發(fā)現(xiàn)，在加工和貯藏過程中，橙汁中Vc、酚類化合物以及類胡蘿卜素等營養(yǎng)物質(zhì)會在環(huán)境因素的作用下氧化降解，導(dǎo)致橙汁品質(zhì)降低，而O2則是使營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生氧化降解的主要因素[13]。空氣中的氧氣濃度較高，可通過擴散作用溶解在果汁中，形成溶解氧(dissolved oxygen，DO)[14]。橙汁中的DO通常以分子或雙自由基的三線態(tài)氧形式存在，三線態(tài)氧是能量較低的基態(tài)氧，但當光線和光催化劑存在時，三線態(tài)氧受到激發(fā)會轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉€態(tài)氧[15-16]，處于激發(fā)態(tài)的單線態(tài)氧極易與食品基質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。有研究發(fā)現(xiàn)，橙汁中DO濃度直接決定著Vc等營養(yǎng)物質(zhì)的氧化降解速率[17]，導(dǎo)致橙汁營養(yǎng)品質(zhì)下降。因此，減少橙汁中的DO含量是提高NFC橙汁品質(zhì)的有效途徑之一。

關(guān)于O2含量對果汁品質(zhì)影響的研究，前期主要集中在貯藏過程[18-19]，近年來有學者開始轉(zhuǎn)向加工過程，如蘋果汁的加工過程[20]；但關(guān)于橙汁的加工過程，特別是脫氣工藝中O2含量的控制對橙汁品質(zhì)的影響研究較少。鮮榨橙汁在過濾及管道流動過程中長時間曝氣，管道空氣中的O2不斷地溶解到橙汁中，在精濾工序結(jié)束后，橙汁中的DO含量幾近飽和。大量DO的存在很可能會在后續(xù)的加工和貯藏過程中造成橙汁營養(yǎng)流失和品質(zhì)下降，因此，橙汁加工中的脫氣環(huán)節(jié)尤為重要。本文以加工過程中的橙汁為實驗對象，研究不同脫氣溫度下DO含量對橙汁品質(zhì)的影響，以期為優(yōu)化NFC橙汁加工工藝、提高橙汁品質(zhì)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

1.1.1 原料

北碚447錦橙，購買于重慶市北碚區(qū)歇馬鎮(zhèn)農(nóng)戶果園。

1.1.2 試劑

NaOH、酚酞、鄰苯二甲酸氫鉀、草酸、L-抗壞血酸、NaHCO3、2，6-二氯靛酚溶液、Folin-Ciocalteu試劑、Na2CO3、檸檬酸、一縮二乙醇、乙酸乙酯、甲基叔丁基醚(均為分析純)；甲醇、冰乙酸(色譜純)；橙皮苷、沒食子酸、綠原酸、對羥基苯甲酸、咖啡酸、對香豆酸、阿魏酸、蕓香柚皮苷、蘆丁、香蜂草苷、橘皮素(標準品，純度≥98%)；重慶川東化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

S9溶氧儀，梅特勒托利多(上海)有限公司；KENWOOD榨汁機，德龍比荷盧股份公司；Color i5色差儀，瑞士Gretag Macbech公司；TU-1901紫外分光光度計，普析通用儀器有限責任公司；Ultimate 3000高效液相色譜，戴安(中國)有限公司；WAY-2S阿貝折光儀，上海精密科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 橙汁樣品處理

隨機取出適量新鮮的錦橙果實，清水沖洗干凈，自然晾干，用刀將果實切分成均勻的兩部分，使用手動榨汁機進行壓榨，雙層紗布過濾制得鮮榨橙汁。實驗組：模擬工廠脫氣溫度，用500 mL錐形瓶分別取400 mL鮮榨橙汁置于水浴鍋中，將果汁溫度分別保持在10、20和30℃。利用數(shù)顯真空泵、水浴磁力攪拌器和密閉三口燒瓶組裝成簡易脫氣裝置，三口燒瓶分別接上溶氧儀探頭、脫氣閥和氮氣閥。將鮮榨橙汁置于三口燒瓶內(nèi)，瓶內(nèi)真空度控制在10 kPa，通過控制脫氣時間和溶氧儀實時測量，設(shè)定橙汁中的DO質(zhì)量濃度，脫氣結(jié)束后向燒瓶頂空充入適量高純N2，不同溫度下DO質(zhì)量濃度設(shè)定如表1。將設(shè)置好DO含量的橙汁樣品置于滅菌鍋中，采用巴氏殺菌，于95℃下保持30 s殺菌。隨后立即取出，于冷水浴中冷卻至室溫待測。空白對照組：取400 mL鮮榨橙汁于500 mL錐形瓶中，置于4℃冰箱中備用。

表1 脫氣溫度及DO含量設(shè)定表Table 1 Degassing temperature and DO content setting

注：*表示橙汁樣品在此溫度條件下溶解氧接近飽和；“-”表示無法檢出。

1.3.2 測定指標

1.3.2.1 可溶性固形物(TSS)的測定

采用阿貝折光儀測定，打開蓋板用擦鏡紙擦凈棱鏡，滴1～2滴蒸餾水于棱鏡表面，合上蓋板進行校正，校正結(jié)束后測定樣品，結(jié)果以%表示。

1.3.2.2 色澤的測定

Color i5色差儀開機后選擇光源C-02，設(shè)定測試參數(shù)L*、a*、b*值，用黑白板進行校正，校正結(jié)束后每個樣品平行測定5次，并計算ΔE值和BI值。ΔE和BI的計算公式(1)、(2)和(3)如下：

(1)

式中：ΔE，樣品與空白對照間的色差；L*，亮度；a*，紅綠值；b*，黃藍值；L0、a0、b0，空白對照樣品的測定值。

式中：BI，褐變指數(shù)；L*，亮度；a*，紅綠值；b*，黃藍值。

(2)

(3)

式中：BI，褐變指數(shù)。

1.3.2.3 抗壞血酸(Vc)的測定

根據(jù)國標第三法——2，6-二氯靛酚法[21]進行測定，結(jié)果以每100 g橙汁所含L-抗壞血酸毫克數(shù)表示(mg/100 g)。

1.3.2.4 總酚含量的測定

參照Folin-Ciocalteu法[22]加以修改進行測定。總酚標準曲線繪制：以沒食子酸作為標準品，制得不同濃度的標準溶液并測定吸光值，得回歸方程：Y=11.754X-0.105，方程中Y為質(zhì)量濃度，X為吸光度，R2=0.996 8。

1.3.2.5 總黃酮含量的測定

根據(jù)行業(yè)標準NY/T 2010—2011[23]的方法進行測定。以橙皮苷為標準品，根據(jù)行業(yè)標準中的方法制作標準曲線，所得回歸方程：Y=176.13X+0.039，方程中Y為質(zhì)量濃度，X為吸光度，R2=0.998 9。

1.3.2.6 類黃酮特征單體(蘆丁、橙皮苷和香蜂草苷)的測定

稱取2份平行試樣6 g于50 mL離心管中，加入8 mL乙酸乙酯，渦旋混勻5 min，于8 000 r/min條件下離心10 min，收集上清液，重復(fù)上述操作1次，合并上清液，氮吹濃縮至干， 50%甲醇溶液定容至2 mL，經(jīng)0.22 μm微孔有機濾膜過濾后上機檢測。將蘆丁、橙皮苷和香蜂草苷標品配制成不同濃度梯度的混合溶液上機檢測，制得3種類黃酮單體的標準曲線回歸方程，見表2。

檢測條件：色譜柱：AcclaimTM120 C18分析柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)；流動相：1%冰乙酸(A)和甲醇(B)；梯度洗脫程序：0 min,75% A，25% B；30 min,55% A，45% B；50 min,0% A，100% B；60 min,75% A，25% B；75 min,75% A，25 %B；流速：1 mL/min；柱溫：30 ℃；檢測波長：283 nm。

1.3.2.7 酚酸特征單體(阿魏酸、對香豆酸和咖啡酸)的測定

稱取2份平行試樣6 g于50 mL離心管中，加入5 mL 8 mol/L的NaOH溶液，渦旋混勻反應(yīng)1 h；8 mol/L的HCl調(diào)節(jié)pH至2.0，加入8 mL乙酸乙酯和甲基叔丁基醚(體積比1∶1)混合液，于10 000 r/min條件下離心10 min，收集上清液，重復(fù)上述操作1次，合并上清液，氮吹濃縮至干，50%甲醇溶液定容至2 mL，經(jīng)0.22 μm微孔有機濾膜過濾后上機檢測。將阿魏酸、對香豆酸和咖啡酸標品配制成不同濃度梯度的混合溶液上機檢測，制得3種酚酸單體的標準曲線回歸方程，見表2。

檢測條件：色譜柱：AcclaimTM120 C18分析柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)；流動相：1%冰乙酸(A)和甲醇(B)；梯度洗脫程序：0 min 80% A，20% B；22 min，70% A，30% B；52 min，0% A，100% B；60 min，80% A，20% B；66 min，80% A，20% B；流速：1 mL/min；柱溫：30 ℃；檢測波長：260 nm和320 nm。

表2 酚酸及類黃酮特征單體的標準曲線回歸方程Table 2 Standard curve regression equation for the characteristic monomer of phenolic acids and flavonoids

1.4 數(shù)據(jù)處理

本實驗所有樣品平行測定3次，測試結(jié)果以“平均值±標準差”表示。使用Origin 8.5進行相關(guān)圖表的繪制，利用SPSS 11.5統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行兩因素交互方差分析，采用Duncan法比較平均值之間的差異性，P<0.01表示差異極顯著，P< 0.05表示差異顯著，P> 0.05表示無顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下DO對TSS含量的影響

可溶性固形物(TSS)的含量對橙汁的風味品質(zhì)具有重要影響，圖1是不同溫度下DO質(zhì)量濃度對TSS的影響情況。從圖1可知，在3種不同的溫度條件下，隨著DO質(zhì)量濃度的增加，TSS的含量呈小幅下降。溫度和DO存在交互作用，通過兩因素交互方差分析發(fā)現(xiàn)，這種交互作用對TSS含量具有顯著性影響(P<0.05)。可能原因是TSS主要是指可溶性糖類，羥自由基可與糖類以109mol/(L·s)的速率反應(yīng)[24]；羥自由基從葡萄糖中提取氫并形成葡萄糖基，再與三線態(tài)氧反應(yīng)形成糖的過氧基，隨后糖的過氧基被分解并產(chǎn)生低分子質(zhì)量羰基化合物和超氧陰離子[25]，從而使TSS含量降低。

圖1 不同溫度下DO對TSS含量的影響Fig.1 Effect of DO on TSS content at different temperatures

2.2 不同溫度下DO對NFC橙汁色澤的影響

色澤是評價橙汁感官品質(zhì)的重要指標之一，良好的橙汁色澤有助于激發(fā)消費者的購買欲。由表3可知，在3種不同溫度條件下，除a*值外，其他指標均呈下降趨勢，30℃加工條件下變化尤其明顯；通過兩因素交互方差分析發(fā)現(xiàn)，二者的交互作用對NFC橙汁各色澤指標影響差異極顯著(P< 0.01)。在3種不同溫度下，亮度L*均隨DO質(zhì)量濃度的升高而降低，即橙汁的亮度逐漸降低，說明褐變逐漸加重。表中a*值隨樣品中DO質(zhì)量濃度的變化均為正值，說明橙汁樣品都偏紅色。b*值隨DO質(zhì)量濃度的升高呈顯著下降趨勢，指標b*主要受橙汁中類胡蘿卜素的影響；溫度和DO質(zhì)量濃度越高，類胡蘿卜素的異構(gòu)化和氧化反應(yīng)導(dǎo)致黃度降低，從而使得b*逐漸減小[26]。ΔE表示經(jīng)處理的橙汁樣品與空白對照之間的色差，隨著DO質(zhì)量濃度增加，ΔE逐漸增大，且在30℃條件下，當DO質(zhì)量濃度≥6 mg/L時，橙汁樣品與空白對照之間存在極顯著差異(P< 0.01)。褐變指數(shù)(BI)越大，表示褐變越嚴重，而表中BI隨DO質(zhì)量濃度增加而顯著下降，可能是由于BI值取決于L*、a*和b*值，橙汁中b*值主要受黃色色素影響，黃色色素氧化降解則b*值下降，BI值也隨之下降。

表3 不同溫度下DO對色澤的影響Table 3 Effect of DO on color at different temperatures

2.3 不同溫度下DO對Vc含量的影響

Vc是橙汁中重要的營養(yǎng)成分之一，具有預(yù)防壞血病、抗腫瘤、抗氧化等生理功能[27]，還具有保護橙汁中多酚等營養(yǎng)物質(zhì)的作用[28]；但其化學性質(zhì)不穩(wěn)定，對光、熱和O2極其敏感。在有O2存在時，Vc進行有氧降解形成脫氫抗壞血酸，經(jīng)一系列反應(yīng)后最終生成還原酮，還原酮再參與美拉德反應(yīng)生成黑褐色物質(zhì)[18]。圖2是不同溫度下橙汁中DO質(zhì)量濃度對Vc的影響趨勢，由圖可知，隨著DO質(zhì)量濃度的增加，3種溫度條件下的Vc含量均顯著下降，說明Vc受橙汁中的DO影響嚴重。

圖2 不同溫度下DO對Vc含量的影響Fig.2 Effect of DO on Vc content at differenttemperatures

在10 ℃條件下，Vc含量減少約10%，20 ℃時Vc含量約減少16%，30 ℃時氧化反應(yīng)相當迅速且Vc減少量達21%，這表明溫度越高，對Vc的損害越大。通過兩因素交互方差分析發(fā)現(xiàn)，溫度和DO質(zhì)量濃度的交互作用對Vc含量的影響差異極顯著(P<0.01)，即溫度和DO質(zhì)量濃度越高，Vc的降解量越大。這一結(jié)果與姚剛[20]對蘋果清汁加工中Vc的變化研究結(jié)論一致。

2.4 不同溫度下DO對總酚含量的影響

圖3顯示的是DO對總酚含量的影響情況，由圖3可知，在3種不同溫度條件下，隨DO質(zhì)量濃度的增加整體呈逐漸下降的趨勢，總酚含量減少。這可能是由于橙汁中的多酚氧化酶在殺菌完成前未被滅活，易發(fā)生酶促氧化反應(yīng)，即橙汁中的酚類化合物與DO在多酚氧化酶的催化下，迅速氧化生成醌類物質(zhì)，醌類物質(zhì)迅速聚合形成深褐色聚合物[29]；DO質(zhì)量濃度越高，反應(yīng)越迅速，總酚減少量越大。10℃和20℃，總酚含量降幅較小，30℃總酚含量降幅較大，約為8%，其原因可能是多酚氧化酶的最適作用溫度是30℃，在此溫度條件下氧化速率加快，導(dǎo)致總酚含量減少量增多。通過方差分析可知，溫度和DO的交互作用對總酚含量的影響差異極顯著(P<0.01)，即在一定范圍內(nèi),隨著溫度升高和DO質(zhì)量濃度的增加，總酚減少量越大，這與對Vc含量的影響具有一致性。

圖3 不同溫度下DO對總酚含量的影響Fig.3 Effect of DO on total phenolic contentat different temperatures

2.5 不同溫度下DO對總黃酮含量的影響

總黃酮是一類含有2個酚羥基的酚類化合物，其氧化反應(yīng)與總酚相似，在多酚氧化酶被滅活前，主要發(fā)生酶促氧化反應(yīng)。圖4表示不同溫度下DO對總黃酮的影響情況。

圖4 不同溫度下DO對總黃酮含量的影響Fig.4 Effect of DO on total flavonoids contentat different temperatures

由圖4可以看出，總黃酮的量隨DO質(zhì)量濃度的增加而呈下降趨勢，但總體變化幅度不明顯；通過方差分析發(fā)現(xiàn)，雖然溫度和DO質(zhì)量濃度的交互作用不顯著，但溫度對總黃酮含量的影響極顯著(P<0.01)；在10℃和20℃時，總黃酮含量的減少幅度較小，但在30℃時，總黃酮含量減少了12%。該結(jié)果與劉漢珍等[30]研究貯藏條件對滁菊中總黃酮含量的影響結(jié)果一致，即溫度越高，總黃酮的含量越低。

2.6 不同溫度下DO對三種類黃酮單體含量的影響

橙皮苷、蘆丁和香蜂草苷是橙汁中含量較為豐富的3種類黃酮單體，它們具有廣泛的生物活性，包括抑制微生物、抗氧化、抗癌和抗炎等[31]。本實驗利用HPLC測定了橙汁樣品中3種黃酮單體的含量，如圖5所示。隨著DO質(zhì)量濃度和溫度的變化，圖5-a中的橙皮苷含量無明顯變化趨勢；經(jīng)分析，DO質(zhì)量濃度和溫度對橙皮苷的含量均無顯著性影響。經(jīng)查閱文獻[32]，酚羥基的甲基化或糖基化會都降低柑橘酚類物質(zhì)的自由基清除能力，而酚羥基數(shù)目越多，氧化反應(yīng)越強烈，抗氧化活性越強。從橙皮苷的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，其酚羥基數(shù)目僅為2，所以氧化反應(yīng)活性較弱，含量無明顯變化。由圖5-b中可以發(fā)現(xiàn)，隨著DO質(zhì)量濃度和溫度的增加，蘆丁含量降幅明顯，最大減少量達41%；通過分析發(fā)現(xiàn)，DO質(zhì)量濃度和溫度的交互作用對蘆丁含量影響無顯著性差異，但DO含量對蘆丁質(zhì)量濃度影響差異極顯著(P<0.01)。可能原因是雖然蘆丁的C3位具有糖基，但黃酮類化合物C環(huán)上的C3位的羥基似乎氧化活性不大，而且蘆丁所含酚羥基數(shù)目較多，所以蘆丁仍然具有較強的氧化反應(yīng)活性[32]。該結(jié)果說明控制DO質(zhì)量濃度對于保護橙汁中蘆丁成分具有積極作用。由圖5-c可觀察到在DO和溫度的交互作用下，香蜂草苷含量呈逐漸降低趨勢，但DO和溫度的交互作用對香蜂草苷含量無顯著性影響。

a-橙皮苷含量變化;b-蘆丁含量變化;c-香蜂草苷含量變化圖5 不同溫度下DO對類黃酮特征單體的影響Fig.5 Effect of DO on characteristic monomers of flavonoids at different temperatures

2.7 不同溫度下DO對3種酚酸單體含量的影響

酚酸是酚類化合物中的酸性酚，其氧化反應(yīng)機理與總酚相似。圖6是NFC橙汁中3種酚酸單體含量的變化情況。由圖6-a、6-b和6-c可看出，在10℃和20℃條件下，隨著DO質(zhì)量濃度增加，3種酚酸單體含量均無明顯變化；而在30℃條件下隨DO質(zhì)量濃度增加，3種酚酸單體呈不同幅度的下降趨勢，阿魏酸、咖啡酸和對香豆酸的減少量分別為37%、23%和19%。這可能是在酶促氧化反應(yīng)中，30℃是多酚氧化酶的最適反應(yīng)溫度，氧化速率加快的結(jié)果。通過兩因素交互方差分析發(fā)現(xiàn)，溫度和DO質(zhì)量濃度的交互作用對阿魏酸、對香豆酸和咖啡酸含量的影響具有顯著性差異(P<0.01)。3種酚酸特征單體的含量變化與張華等[32]對柑橘酚類物質(zhì)單體的體外抗氧化活性研究結(jié)果具有一致性。

a-阿魏酸含量變化;b-對香豆酸含量變化;c-咖啡酸含量變化圖6 不同溫度下DO對酚酸特征單體的影響Fig.6 Effect of DO on characteristic monomers of phenolic acid at different temperatures

3 結(jié)論

本文通過真空脫氣工藝控制橙汁中DO質(zhì)量濃度，分析了不同脫氣溫度下DO質(zhì)量濃度對NFC橙汁理化性質(zhì)和部分生物活性物質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)“溫度—溶解氧—活性物質(zhì)氧化”與橙汁品質(zhì)劣變高度關(guān)聯(lián)。降低橙汁中的DO質(zhì)量濃度，可減少氧化反應(yīng)所需的活性氧底物，在較大程度上抑制Vc的氧化降解和酚類化合物的氧化反應(yīng)。減少橙汁中的DO質(zhì)量濃度和降低加工溫度，對TSS影響差異顯著；橙汁的色澤受DO質(zhì)量濃度影響嚴重，尤其是在DO和溫度的交互作用下，橙汁樣品與對照樣品相比差異顯著，嚴重影響橙汁的感官品質(zhì)。另外，DO質(zhì)量濃度和溫度的降低，減緩了酶促氧化和酚類化合物的自身氧化聚合反應(yīng)，為酚類化合物單體的穩(wěn)定存在提供了有利條件。所以，降低橙汁加工過程中的DO質(zhì)量濃度和溫度，有助于獲得更高品質(zhì)的NFC橙汁，進而提升橙汁產(chǎn)品的商業(yè)價值，為橙汁生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供科學依據(jù)。