超高壓聯合酶解處理對紅棗汁品質的影響

朱俊喆，蔡文超，張振東，單春會，郭 壯,

（1.湖北文理學院湖北省食品配料工程技術研究中心，湖北襄陽 441053；2.石河子大學食品學院，新疆石河子 832000）

紅棗是種原產于中國的傳統名優特產[1]，含有豐富的蛋白質、脂肪、糖類和纖維素等營養物質[2?3]，在遠古時期就被人們發現并利用。史書記載，西周時期紅棗汁就被用來釀酒，作為上乘貢品備受人們喜愛。新疆和田地區所生長的和田紅棗，營養和保健價值極高，維生素C和維生素P的含量在水果中名列前茅，被譽為“天然的維生素丸”[4]。近年來，隨著與紅棗相關研究逐漸增多，人們發現紅棗不僅口感松軟、純正香甜，還具有極強的藥用價值[5]，在增強機體免疫力、抗腫瘤、保護肝臟和降血糖等方面均具有一定的作用[6?7]。新鮮紅棗的儲藏期較短，且容易出現氧化變質等現象，不利于紅棗的對外銷售[8]。因此，對新鮮紅棗進行一定程度的深加工，并最大程度地保留其營養價值和延長儲藏期就顯得十分必要。

紅棗汁作為紅棗深加工利用的一種常見形式，通常由酶解法獲得[9]，其不僅可以直接飲用，還可用于生產果酒、果醋和果凍等產品[10]。在紅棗汁的生產中，工藝條件優化對產品品質提升尤為重要。近年來，大多數關于紅棗汁的研究主要集中在抗氧化活性[11]、發酵工藝[12]、復合飲料和澄清工藝等方面[13]，而針對提升紅棗汁酶解效率和品質的研究相對較少。隨著科學技術的逐漸發展，越來越多的設備被應用到食品領域中。崔艷敏等[14]發現超高壓處理復合蘋果汁能顯著改善其品質，鄧紅等[15]發現超高壓處理非濃縮蘋果汁能明顯提升其貯藏期。可見，超高壓設備能輔助改善果汁品質。同時仿生設備的迅速發展也為其輔助效果的評價提供了必要手段。相關報道顯示，電子舌[16]、電子鼻[17]和色度儀[18]作為感官品質評價的主要設備已廣泛應用于食品生產的各個領域，其不僅能準確對食品品質進行數字化的評價，還能排除人為因素的干擾，可重復性高。

本研究使用超高壓技術輔助酶解，并結合電子舌、電子鼻和色度儀對紅棗汁的感官品質進行數字化的評價，最后基于多元統計學分析對紅棗汁的整體品質進行了研究，以期為我國新疆地區紅棗汁加工產業的工藝改良和品質改良提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新疆駿棗 市售；果膠酶（酶活力5 萬 U/g）湖北糖柜股份有限公司；氯化鈉（分析純）國藥集團化學試劑有限公司；蔗糖（食品級）云南綾悅軒食品有限公司；陰離子溶液、陽離子溶液、內部溶液、參比溶液和預處理溶液（分析純）日本Insent公司；無水乙醇（分析純）天津市鼎盛鑫化工有限公司；硅藻土（食品級）河南安然食品生物科技有限公司。

HPP.L2-700/1 型超高壓設備 天津華泰森淼生物工程技術股份有限公司；SA 402B電子舌 日本Insent公司；PEN3 電子鼻 德國Airsense公司；Ultra Scan PRO色度儀 美國Hunter Lab公司；PHS-25 型數顯pH計 上海儀電科學儀器股份有限公司；101-3B恒溫鼓風干燥箱 上海力辰邦西儀器科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 紅棗汁制備工藝 首先將干紅棗洗凈去核，按紅棗與水的比例為1:4（125 g駿棗，500 mL純水）進行混合，打漿機打漿30 s后取出備用（分別制作33 份）[19]。分別對打漿后的紅棗漿進行處理，其處理步驟如下：（a）對照組（僅酶解），取3 份紅棗漿（編號為CK1～CK3），加入0.15 g果膠酶在45 ℃酶解2 h；（b）先超高壓再酶解組，取15 份紅棗漿（編號為CM1～CM5）分別在100、200、300、400 和500 MPa下進行5 min高壓（每個壓力3 個平行），加入0.15 g果膠酶在45 ℃酶解2 h；（c）先酶解再超高壓組，取15 份紅棗漿（編號為MC1～MC5），加入0.15 g果膠酶在45 ℃酶解2 h，分別在100、200、300、400 和500 MPa下進行5 min高壓（每個壓力3 個平行）。所有樣品10000 r/min離心6 min后抽濾得到澄清紅棗汁。

1.2.2 穩定性試驗

1.2.2.1 熱處理試驗 取澄清劑處理前后的樣品各10 mL，90 ℃水浴6 h，冷卻至室溫，分別測定熱處理前后的濁度（可見光分光光度計在波長660 nm處測定），計算濁度增加量（（熱處理后濁度-熱處理前濁度）/熱處理前濁度×100%）。

1.2.2.2 乙醇-濁度試驗 取澄清劑處理前后的樣品各10 mL，加入5 mL無水乙醇，振蕩混勻，2 h后測定濁度，計算酒精添加前后濁度增加量。強制老化試驗：取澄清劑處理前后的樣品各10 mL，0 ℃放置12 h后80 ℃放置12 h為一個循環，3 個循環后冷卻至室溫測定濁度并計算濁度變化量[20]。

1.2.3 紅棗汁滋味品質評價 準確量取50 mL澄清紅棗汁與100 mL蒸餾水混合均勻后10000 r/min離心10 min，取上清液進行抽濾后，將濾液倒入電子舌專用測試杯中待測。參照楊成聰[21]關于蘇打水滋味品質測定的方法進行分析，選取CK1 為對照值，每份樣品平行測定4 次，取后3 次結果的平均值為本樣品的最終測試至用于后續試驗分析。

1.2.4 紅棗汁風味品質評價 準確吸取20 mL澄清紅棗汁于10000 r/min離心8 min，取上清液裝入電子鼻樣品瓶中。樣品瓶首先置于50 ℃保溫30 min，并放置于室溫平衡15 min后上機測試。具體參數設置參照代程洋等[22]對泡菜水風味品質研究中所約束的條件。每份紅棗汁的風味測定時間為120 s，所用樣品的風味曲線均在40 s后達到平臺期，選取69、70 和71 s時響應值的平均值為該樣品的測試值進行后續分析。不同電極的性能描述如下：W1C（對芳香類物質靈敏）、W5S（對氮氧化物靈敏）、W3C（對氨氣、芳香類物質靈敏）、W6S（對氫氣有選擇性）、W5C（對烷烴、芳香類物質靈敏）、W1S（對甲烷靈敏）、W1W（對有機硫化物、萜類物質靈敏）、W2S（對乙醇靈敏）、W2W（對有機硫化物靈敏）和W3S（對烷烴靈敏）。

1.2.5 紅棗汁色澤品質評價 準確量取250 mL澄清紅棗汁于10000 r/min離心8 min后進行抽濾，取150 mL濾液于10 mm×50 mm色度儀專用比色皿中待測。首先使用白板和黑板對色度儀進行校準后進行紅棗汁色澤品質的數字化測定。參考周書楠等[23]對酸漿水色澤品質的測定條件進行設置，本研究選擇反射模式對每個樣品不間斷測定3 次，讀數以CIE1976 色度空間值L*（暗→亮:0→100），a*（綠→紅+），b*（藍→黃+）表示。

1.3 數據處理

使用Wilcoxon tests對不同方式制備的紅棗汁品質指標之間的差異進行分析；采用主成分分析（Principal componentanalysis，PCA）、Meta-Storm距離分析、典范對應分析（Canonical correspondence analysis，CCA）、聚類分析（Clusteranalysis，CA）、冗余分析（Redundancy analysis，CA）和多元方差分析（Multivariate analysis of variance，MANOVA）對不同方式制備的紅棗汁品質差異進行分析；除雙序圖使用canoco4.5 軟件繪制外，其他圖均由Origin 2017 軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 紅棗汁感官品質整體結構的差異性分析

本研究在使用電子舌、電子鼻和色度儀等仿生設備對紅棗汁的多個感官指標進行評價的基礎上，首先采用了PCA對紅棗汁品質的整體結構進行了分析。基于PCA紅棗汁整體感官品質的因子得分圖如圖1 所示。

圖1 基于主成分分析的紅棗汁整體感官品質評價Fig.1 Evaluation of overall sensory quality of jujube juice based on principal component analysis

由圖1 可知，空白對照組（CK）、先超高壓再酶解組（CM）和先酶解再超高壓組（MC）的紅棗汁樣品在空間分布上呈現出明顯的分離聚類趨勢。隸屬于CK組的紅棗樣本之間差異較小，全部位于第一象限；隸屬于MC組的紅棗汁樣本全部位于X軸左側，主要分布在第二象限和第三象限；而隸屬于CM組的紅棗汁樣本之間的差異較大，其在所有象限中均有分布。值得注意的是，盡管CM組和MC組的樣本在空間排布上出現一定的重疊現象，但兩組與CK組之間仍然存在明顯的差異，這說明超高壓輔助紅棗汁的提取能明顯改變紅棗汁的感官品質。同時研究還發現，CM組和MC組中在同一壓強下的紅棗汁樣本似乎具有更小的組內距離，這表明不同的壓強亦能影響紅棗汁的品質，但影響相較于不同處理方式較小。

PCA作為一種無監督的空間排布方法，其在將所有樣本在空間上進行排布時僅僅考慮了樣本之間的相似性，而忽略了樣本的分組信息[24]。因此，本研究進一步使用CCA這一有監督的分析手段，在考慮樣品分組信息的基礎上，重新對33 個紅棗汁樣本在空間上進行了排布，其結果如圖2 所示。

圖2 基于典范對應和聚類分析的紅棗汁整體感官品質評價Fig.2 Evaluation of overall sensory quality of jujube juice based on canonical correspondence and cluster analysis

由圖2 可知，不同方式處理的紅棗汁樣本在空間排布上呈現出明顯的分離聚類趨勢，隸屬于CK組的紅棗汁樣本聚集在一起，全部位于第一象限；而隸屬于CM組和MC組的紅棗汁樣本全部位于空間左側，且兩組亦分別位于空間的上側和下側，呈現出明顯的分離趨勢，這與PCA的結果相一致，證明了超高壓輔助酶解能明顯改變紅棗汁的品質，且不同處理方式對紅棗汁的品質亦有較大影響。同時，本研究進一步采用CA對紅棗汁的整體感官品質驗證，超高壓輔助酶解后的紅棗汁與空白組紅棗汁存在極顯著差異，而不同處理方式獲得紅棗汁品質差異相對較小。由此可見，超高壓技術能明顯改變紅棗汁的品質，這亦進一步驗證了PCA和CCA結果的正確。為了對上述定性分析結果進行驗證，本研究進一步基于Meta-Storm距離對不同順序和壓強對紅棗汁品質的影響進行了定量分析，其結果如圖3 所示。

圖3 Meta-Storms距離分析Fig.3 Meta-Storms distance analysis

由圖3 可知，不同壓強制備的紅棗汁樣品感官品質之間存在極顯著差異（P=0.001），不同處理順序制備的紅棗汁感官品質亦差異極顯著（P=1.60e-12）。值得一提的是，處理順序對紅棗汁感官品質影響的F值要大于壓強。由此可見，處理順序和壓強對紅棗汁感官品質的均具有顯著性影響，且不同處理方式對紅棗汁感官品質的影響大于不同壓強，這亦與PCA、CCA和CA等定性分析結果相一致。

2.2 不同處理方式制備紅棗汁中關鍵感官指標的甄別

由上述分析可知，處理順序和壓強對于紅棗汁的感官品質均存在較大的影響，且不同處理順序的影響遠大于壓強。若進一步評價納入本研究的5 個壓強對紅棗汁感官品質的影響，其對于實際生產的意義有限，因此本研究后續分析中僅對不同處理方式對紅棗汁品質的影響進行評價。基于PCA紅棗汁整體感官品質的因子載荷圖如圖4 所示。

圖4 基于主成分分析的紅棗汁整體感官品質的因子載荷圖Fig.4 Loadingdiagram of overall sensory quality of jujube juice based on principal component analysis

由圖4 可知，PC1 主要由風味指標構成，而PC2 主要有滋味指標和色澤指標構成。在紅棗汁中高度表達的變量將以高權重（遠離原點）投射到該組樣品的方向[25]，本研究亦發現了一些與原點距離較遠的感官品質指標，且這些指標與不同處理方式對紅棗汁的感官品質影響密切相關。將所有變量投影到同一空間，并結合因子得分圖關聯在相同方向上的變量和樣本來觀察每個數據集中與特定觀測值最密切相關的變量。研究發現，造成不同提取方式之間紅棗汁品質差異的主要感官指標分別為a*、b*、L*、芳香型物質、烷烴類物質、酸味和澀味，其在X軸或Y軸的正負端具有較高的權重。而對照圖1 可知，相同象限內的樣品和指標之間呈現明顯的正相關性。由此可見，超高壓輔助酶解能增加紅棗汁中芳香型物質的相對強度，并減少烷烴等不良物質的含量；且不同順序的超高壓輔助亦會造成不同的影響，先超高壓后酶解可能會造成紅棗汁的L*、酸味和澀味等強度的增加，而先酶解后超高壓則會導致紅棗汁的a*和b*強度上升。同時，本研究仍以不同處理順序為分組依據對造成差異的關鍵性指標進甄別，結果如圖5 所示。

圖5 RDA雙序圖Fig.5 RDA biplot

由圖5 可知，在全部21 個感官指標中W1C、W3C、W5C、W1W、W2W、W1S、W3S和W5W等8 個風味指標與RDA排序軸上的樣本具有良好的賦值相關性，因而本研究認為正是這8 個指標導致了CK組、CM組和MC組中紅棗汁整體感官品質存在較大的差異。由圖5 亦可知，芳香型物質指標在MC組正方向上具有較大的投影值，而在其他兩組負方向上具有較大的投影值，而其他風味指標則呈現相反的趨勢，這說明MC組中的紅棗汁的芳香型要強于其他兩組，而其它如烷烴類和硫化物等物質的強度則相對較低。本研究亦進一步對關鍵指標在三組中的顯著性進行了計算，其結果如表1 所示。

表1 不同處理方式紅棗汁中關鍵指標的差異分析Table 1 Difference analysis of key indicators in jujube juice with different treatment methods

由表1 可知，除W3S外的所有RDA甄別出的關鍵指標在MC組和其他兩組之間均存在顯著性差異（P<0.05），且在CM組和CK組之間均不存在顯著性差異（P>0.05）。這不僅證明了RDA結論的正確性，還說明了超高壓技術能明顯改變紅棗汁的風味品質，且先酶解后超高壓處理能顯著提升紅棗汁中芳香型物質的強度。

2.3 超高壓處理對紅棗汁穩定性的影響

在植物蛋白飲料中，穩定性一直是制約其發展的瓶頸。因此本研究在探討了超高壓技術對紅棗汁品質影響的基礎上，進一步探究超高壓處理是否能改變紅棗汁的穩定性，使其品質得到進一步的提升。結果如圖6 所示。

圖6 不同處理方式紅棗汁的穩定性Fig.6 Stability of jujube juice with different treatments

由圖6 可知，本研究采用了3 種方式對紅棗汁的穩定性進行了分析，結果發現在高溫和乙醇環境下，紅棗汁的穩定性會發生較大的變化。在高溫狀態下，所有紅棗汁的穩定性均會下降，且MC組紅棗汁的穩定性相較于其他兩組下降的更為顯著（P<0.001）；而在乙醇處理后，經超高壓制備的紅棗汁的穩定性顯著上升（P<0.05），且先酶解后超高壓處理得到的紅棗汁的穩定性更好。由此可見，經超高壓制備得到的紅棗汁可能在果酒的釀制方面具有較好的應用前景。

3 結論

不同處理方式和壓強對紅棗汁的感官品質均具有明顯影響，且不同處理方式對紅棗汁感官品質的影響大于壓強。芳香類物質、烷烴類物質和硫化物等風味指標是導致空白組、先超高壓后酶解組和先酶解后超高壓組紅棗汁樣品間感官品質存在顯著差異的關鍵指標，經超高壓處理后的紅棗汁整體感官品質較為接近，并以先酶解后超高壓制備的紅棗汁品質為更佳，其次為先超高壓后酶解，而未經超高壓處理的紅棗汁感官品質較差。同時，超高壓處理可以顯著提升紅棗汁的非生物穩定性。