NFC蘋果濁汁褐變與品質相關性研究

沈雨思， 朱丹實， 潘 越， 曹雪慧， 劉 賀， 勵建榮

(渤海大學 食品科學與工程學院/生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心/遼寧省食品安全重點實驗室/遼寧省高等學校生鮮食品產業技術研究院， 遼寧 錦州 121013)

蘋果是世界范圍內普遍種植的水果，也是最常食用的水果之一[1]。蘋果營養豐富，含有多種維生素、礦物質、多酚和黃酮類物質[2]。近年來，“最小加工”和“清潔標簽”這兩個新興概念使得更天然、更純粹的非濃縮還原(not from concentrate，NFC)果汁逐漸成為飲料行業的主流產業。NFC蘋果濁汁在加工過程中完全采用鮮果壓榨，能更好地保持蘋果風味和營養。研究表明，NFC蘋果濁汁不僅具有比濃縮蘋果汁更高的果肉纖維、多酚和果膠含量，而且口味更加柔和[3]。但是，由于NFC蘋果濁汁具有易發生褐變和沉淀的特性，產品和工藝還有許多需要改善的空間。

褐變是對消費者視覺感官最直觀的影響因素，它不僅影響食品的感官特性，也通常伴隨著食品營養品質的下降[4-5]。果蔬制品褐變原因主要有酶促褐變和非酶褐變兩種[6]。NFC果汁加工過程中的熱殺菌使得制品中包括多酚氧化酶在內的多種氧化酶類失活或鈍化，因此，在其貯藏過程中非酶褐變起主導性作用[7-8]。NFC蘋果濁汁貯藏過程中非酶褐變的影響因素主要包括溫度、氨基酸、多酚、維生素C等[9-10]。環境溫度是較為明顯的影響因素，溫度越高，果汁中的組分越容易發生反應，褐變指數變化越明顯[11]。Paravisini等[12]分別對4℃和35℃貯藏10周的蘋果汁進行分析，發現冷藏明顯延緩了果汁褐變指數的增長。Cao等[13]對冷藏和常溫貯藏6個月的超高壓草莓汁研究發現，常溫貯藏果汁的褐變度和總色差值更高。

目前，果汁長期貯藏的褐變機理以及控制手段已經有一定的研究，但果汁產品開封后短期貯藏過程中非酶褐變與營養、風味等品質指標的變化關系研究較少。本研究以富士蘋果為原料，制備NFC蘋果濁汁。模擬果汁飲料開封后短期貯藏的自然褐變過程，將殺菌后的蘋果汁旋蓋開口后利用保鮮膜封口，在4 ℃和20 ℃兩種溫度下考察果汁褐變過程中營養和風味指標的變化情況。本研究旨在探究蘋果濁汁褐變過程與果汁營養和風味變化的關系，為有針對性地開發蘋果濁汁的品質保持技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

富士蘋果(Malusdomestica)，錦州市水果批發市場，挑選無損傷、無病蟲害的果實作為實驗材料。

食品級D-異抗壞血酸鈉，江西省百勤異VC鈉(集團)有限公司；無水乙醇、氫氧化鈉，天津市風船化學試劑科技有限公司；草酸，天津市天力化學試劑有限公司；抗壞血酸、酚酞，天津市大茂化學試劑廠；2,6-二氯靛酚鈉，天津市光復精細化工研究所；碳酸氫鈉、碳酸鈉，天津市化學試劑批發公司；沒食子酸，天津市科密歐化學試劑有限公司；福林酚，北京索萊寶科技有限公司。以上化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

PL303型電子天平，梅特勒- 托利多儀器有限公司；JP719型打漿機，浙江蘇泊爾電器有限公司；HWS- 24型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學儀器有限公司； KQ- 250E型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；Allegra 64R型離心機，美國貝克曼庫爾特公司；2WAJ型阿貝折光儀，上海申光儀器儀表有限公司；CR- 400型色差儀，上海光學儀器生產廠；L6S型紫外可見分光光度計，北京儀電分析科技有限公司；PEN- 3型電子鼻，德國Aisense科學儀器公司。

1.3 實驗方法

1.3.1果汁制作流程

選擇成熟度適中的富士蘋果，清洗后去核切塊，放入組織破碎機中打漿2 min，并按果塊質量的0.1%加入維生素C進行打漿護色[14]。然后用300目的濾布對果漿進行過濾，將灌裝好的蘋果汁用保鮮膜封口并留出脫氣的孔洞置于超聲清洗器中，設置超聲時間5 min進行超聲脫氣。脫氣后的果汁置于85 ℃恒溫水浴鍋中，殺菌10 min，最后使用多層保鮮膜和橡皮圈將冷卻好的蘋果汁封口，再分別將蘋果汁置于4 ℃和20 ℃的恒溫培養箱中分別貯藏7 d和4 d，直到果汁顏色完全褐化。保鮮膜的作用是透氣并防止微生物或者外界雜質引入果汁中。

1.3.2檢測方法

1.3.2.1 色差測定

使用CR- 400型色差儀對果汁顏色進行測定，測量L*值(亮度)、a*值(紅綠色)和b*值(黃藍色)?？偵瞀*的計算見式(1)[15-16]。

(1)

1.3.2.2 褐變指數測定

參照Paravisini等[12]的方法測定，吸取5.0 mL果汁至離心管中，12 000 r/min離心5 min。離心后小心吸取上清液移入比色皿中，進行吸光度測量。以蒸餾水為對照在420 nm處測量樣品的吸光度，進行3次平行實驗。

1.3.2.3 可溶性固形物測定

利用阿貝折光儀進行測定，單位為°Brix。

1.3.2.4 可滴定酸測定

根據NaOH的消耗量計算出蘋果濁汁中可滴定酸的含量[17]，其中蘋果酸的折算系數為0.067。

1.3.2.5 維生素C含量測定

采用GB/T 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測定》[18]中的2,6-二氯靛酚滴定法進行測定。

1.3.2.6 總酚測定

采用福林酚法測定總酚含量[19-20]。以沒食子酸為標準品，得出沒食子酸的質量濃度(X，mg/mL)與吸光度(Y)的線性關系：Y=0.269 9X-0.015 0，R2=0.997 4。

1.3.2.7 電子鼻檢測

揮發性風味的測定參考Zhu等[21]的方法，使用PEN- 3型電子鼻對兩種貯藏溫度下的果汁樣品進行檢測。取15 mL蘋果濁汁注入測量瓶中，測量瓶用3層塑料膜進行密封，在室溫下放置30 min后再使用PEN- 3型電子鼻進行檢測，每個樣品需重復測量3次。檢測采用隔天測量的方式對果汁內的風味成分進行測量， 4 ℃貯藏的蘋果濁汁在第0、1、3、5、7天進行測量，20 ℃貯藏的蘋果濁汁在第0、1、3、4天進行測量。

1.4 數據處理

實驗中各個指標均重復測定3次，使用IBM SPSS 20.0處理數據，實驗結果以平均值±標準差表示，使用Origin 9繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同貯藏溫度對蘋果濁汁顏色和褐變程度的影響

2.1.1不同貯藏溫度下顏色的變化

顏色是果蔬汁最重要的品質特征之一，極大地影響產品的市場價值和消費者購買行為[22]。通過對果汁色差的測量，能夠直觀地看出果汁顏色的變化趨勢。在冷藏和常溫條件下，對蘋果濁汁貯藏過程中的色差值變化進行了追蹤，結果見表1。隨著貯藏時間的增加，在4 ℃和20 ℃貯藏的果汁都呈現出L*值和b*值減小，而a*值增大的趨勢，說明貯藏期間果汁顏色變暗，黃綠色減少，產生一定程度的褐變。但是冷藏條件下的果汁從第2天以后，L*值、b*值和a*值才發生顯著變化(P<0.05)，而常溫貯藏下果汁色差值第1天就開始發生顯著變化。另外，根據ΔE*值的不同，可以估計處理后樣品與未處理樣品之間的色差：0<ΔE*≤0.5為不明顯，0.5<ΔE*≤1.5為略明顯，1.5<ΔE*≤3.0為明顯，3.0<ΔE*≤6.0為清晰可見[23]。在4 ℃貯藏的果汁總色差值從第5天開始顏色變化清晰可見(ΔE*>3.0)，而20 ℃貯藏的果汁總色差值從第2天就已經顏色變化清晰可見。研究結果表明，4 ℃貯藏延緩了果汁顏色的變化。

表1 蘋果濁汁貯藏過程中色差的變化Tab.1 Changes in color difference of cloudy apple juice during storage

2.1.2不同貯藏溫度下褐變指數的變化

通常420 nm處的吸光度能很好地表示水溶性褐色素物質的產生，這一波長下的吸光度被認為是果汁非酶褐變程度的一項重要指標[24-26]。蘋果濁汁貯藏過程中褐變指數變化情況如圖1。4 ℃貯藏下的果汁在3 d后褐變指數開始顯著升高(P<0.05)，在第7天上升至0.92；而20 ℃貯藏下的果汁在貯藏1 d后褐變指數就開始明顯上升，并在第4天上升至1.62，最終的吸光度也明顯高于4 ℃貯藏的果汁。果汁貯藏過程中的主要非酶褐變是多酚類物質和維生素C的氧化。在未密閉的狀態，果汁與外界少量的氧接觸，加速了果汁中多酚和維生素C的氧化，且溫度越高，反應越易發生。

不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖1 貯藏過程中蘋果濁汁褐變指數的變化Fig.1 Changes on browning index of cloudy apple juice during storage

2.2 不同貯藏溫度對蘋果濁汁營養物質的影響

2.2.1不同貯藏溫度下總酚含量的變化

不同貯藏溫度下蘋果濁汁總酚含量變化如圖2。隨著果汁貯藏時間的增加，兩種貯藏溫度下果汁的總酚含量均不斷下降。20 ℃貯藏的果汁幾乎呈線性下降的趨勢，而4 ℃貯藏初期果汁的總酚含量下降較為緩慢。酚類物質的氧化聚合導致果汁中的酚類物質含量減少，產生急劇下降的原因可能是果汁瓶頂隙中的氧氣，導致酚類氧化聚合反應增強，隨著氧容量的降低反應趨于平緩[27]。4 ℃貯藏可以有效延緩非酶褐變，減少酚類物質的損失。

不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖2 貯藏過程中蘋果濁汁總酚含量的變化Fig.2 Changes on total phenol content of cloudy apple juice during storage

2.2.2不同貯藏溫度下維生素C含量的變化

維生素C由于其酸性和還原性，很容易被氧化和分解，在貯藏過程中也容易氧化生成有色物質，導致果汁顏色加深。4 ℃和20 ℃貯藏過程中蘋果濁汁維生素C含量的變化如圖3。4 ℃的貯藏條件下，0～5 d維生素C含量顯著降低(P<0.05)，從70.11 mg/100 g下降至3.63 mg/100 g；而在貯藏5 d后果汁的維生素C含量并無顯著性差異。20 ℃貯藏的果汁維生素C含量的變化趨勢與4 ℃的貯藏情況相似，0～3 d維生素C含量驟減，從70.11 mg/100 g急劇下降至5.55 mg/100 g；而在貯藏3 d后果汁的維生素C含量無顯著性差異。由圖3可知，NFC蘋果濁汁無論在何種狀態下貯藏，其維生素C都因在貯藏過程中的反應而被不斷消耗。這些反應包括維生素C的有氧降解和無氧降解，在有氧的條件下維生素C降解反應速率高于無氧環境下的降解速率[28]。因此，在果汁貯藏過程中，維生素C含量在貯藏初期驟減，當降低到一定程度后緩慢下降，但4 ℃的貯藏條件相較于20 ℃，降低了維生素C的損失速度，故低溫貯藏在一定程度上能延緩維生素C的降解。開封后果汁貯藏期間褐變的主要原因是多酚和維生素C的氧化作用，并且不同溫度的貯藏條件下，褐變程度也不同，冷藏明顯延緩了蘋果濁汁的褐變。

不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖3 貯藏過程中蘋果濁汁維生素C含量的變化Fig.3 Changes on vitamin C content of cloudy apple juice during storage

2.3 不同貯藏溫度對蘋果濁汁風味的影響

2.3.1不同貯藏溫度下口味的變化

不同字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖4 貯藏過程中蘋果濁汁口味的變化Fig.4 Changes in taste of cloudy apple juice during storage

果汁的風味會受到糖類、氨基酸和揮發性芳香族物質的影響，這些糖和酸組成的平衡會影響果汁的口味[29]。圖4表明了4 ℃和20 ℃貯藏過程中可溶性固形物含量、可滴定酸含量和糖酸比的變化。由圖4(a)可以看出，在4 ℃下可溶性固形物含量從0 d的12.9°Brix下降至7 d的12.0°Brix，貯藏過程中可溶性固形物含量整體變化較為緩慢。在20 ℃的貯藏條件下，蘋果濁汁中的可溶性固形物含量從12.9°Brix下降至11.9°Brix，且貯藏過程中可溶性固形物含量下降速度較快。從圖4(b)可以看出，在4 ℃和20 ℃貯藏期間，蘋果濁汁的可滴定酸含量逐漸增加，且20 ℃貯藏的果汁酸度增加速率明顯高于4 ℃的果汁。結果表明，在蘋果濁汁的貯藏期間，貯藏溫度對糖度和酸度的變化也有一定的影響。圖4(c)為4 ℃和20 ℃貯藏時果汁糖酸比的變化，糖酸比由果汁中的糖度與酸度的比值計算得出。果汁在4 ℃下貯藏0～3 d時，糖酸比并無顯著性變化，而在20 ℃貯藏時，果汁的糖酸比在第2天就與對照果汁(第0天)的糖酸比存在顯著性差異(P<0.05)。這說明4 ℃貯藏的果汁在前3 d存放過程中口味并無顯著性變化，但隨著貯藏時間的延長口味逐漸酸化，并且貯藏溫度越高，果汁口味劣變越快。

2.3.2不同貯藏溫度下揮發性風味物質的變化

電子鼻主要是模擬人體嗅覺系統，它包含10個金屬氧化物傳感器，每個傳感器對不同氣味的敏感程度不同，可以通過對應的雷達圖來識別揮發性氣味[30]。使用便攜式PEN- 3型電子鼻分析了蘋果濁汁的氣味特征，每個傳感器的響應特性為R1(芳香族化合物)、 R2(氮氧化合物)、R3(氨和芳香族化合物)、 R4(氫化物)、 R5(烯烴和芳香族化合物)、 R6(碳氫化合物)、 R7(無機硫化物)、 R8(醇類和醛酮類化合物)、 R9(芳香族化合物和有機硫化物)、 R10(烷烴類和脂肪族)。

圖5 4 ℃貯藏條件下蘋果濁汁的風味變化Fig.5 Flavor changes of cloudy apple juice with 4 ℃ storage

圖5為4 ℃貯藏下蘋果濁汁的主成分分析和傳感器雷達圖。由圖5(a)可知，果汁在4 ℃貯藏期間，第一主成分和第二主成分的總貢獻率為97.62%，其中第一主成分的貢獻率為85.23%，第二主成分的貢獻率為12.39%。圖5(a)中橢圓形代表不同貯藏天數的果汁數據采集點[31]，數據采集點之間的分散程度越大，組間的區分越明顯。由圖5(a)可知，不同貯藏時間的蘋果濁汁之間揮發性風味數據收集點可以被較好地區分，說明隨著貯藏時間的增加，濁汁的揮發性風味已經發生了變化。由圖5(b)可知，樣品果汁在4 ℃貯藏下的風味輪廓隨著貯藏時間的增加是先減小后增大的，這說明果汁在貯藏前期風味物質是減少的，而在貯藏后期大幅度增加。在貯藏后期，芳香族化合物(R1)、氨和芳香族化合物(R3)、碳氫化合物(R6)、無機硫化物(R7)、醇類和醛酮類化合物(R8)、烷烴類和脂肪族(R10)6個傳感器的值增加，說明貯藏過程中這些風味物質是逐漸增加的，其中包括R1和R8這些對風味有較好影響的芳香族化合物，但也包含對風味有負面影響的風味物質，如無機硫化合物。但是在貯藏過程中氮氧化物(R2)、烯烴和芳香族化合物(R5)和有機硫化物(R9)這些風味物質變化并不大。

圖6為20 ℃貯藏下蘋果濁汁的主成分分析和傳感器雷達圖。由圖6(a)可知，在20 ℃條件下果汁在貯藏期間的第一主成分和第二主成分的總貢獻率為97.06%，其中第一主成分的貢獻率為80.03%，第二主成分的貢獻率為17.03%。與4 ℃貯藏條件下蘋果濁汁的風味變化類似，不同貯藏時間的果汁揮發性風味都被很好地區分開來。由圖6(b)可知，20 ℃下貯藏的蘋果濁汁仍然顯示了風味輪廓先減小后增大的趨勢，并且芳香族化合物、氨和芳香化合物、碳氫化合物、無機硫化物、醇類和醛酮類化合物、烷烴類和脂肪族也呈現增加的現象。在同樣貯藏至3 d時，20 ℃貯藏果汁檢測出的10個傳感器值均高于4 ℃貯藏的果汁，并且氮氧化合物、氫化物、碳氫化合物、醇類和醛酮類化合物、烷烴類和脂肪族增加較為明顯。因此，與4 ℃貯藏相比，20 ℃貯藏的蘋果濁汁香味和腐敗風味增加速度更快。

圖6 20 ℃貯藏條件下蘋果濁汁的風味變化Fig.6 Flavor changes of cloudy apple juice with 20 ℃ storage

2.4 蘋果濁汁褐變與品質變化的相關性分析

為了更明確地表示褐變與蘋果濁汁品質指標變化的關系，對果汁的口味、營養指標和主要的電子鼻傳感器響應值進行了相關性分析(表2)。在兩種貯藏溫度下，蘋果濁汁的褐變指數與可溶性固形物、可滴定酸、總酚和維生素C含量在0.01水平(雙側)上均呈極顯著負相關。并且口味變化與褐變指數在冷藏條件下相關性更高，而營養物質含量則在常溫條件下與褐變指數的相關性更高。這說明，冷藏條件下褐變程度與濁汁口味的關系更大，而常溫貯藏下褐變程度與濁汁營養物質含量關系更大。貯藏溫度為4 ℃時，褐變指數與芳香族化合物、碳氫化合物、醇醛酮類化合物及烷烴和脂肪族的電子鼻傳感器響應值在0.01水平(雙側)均呈現極顯著正相關，與氨和芳香化合物傳感器響應值在0.05水平呈現顯著正相關；而與無機硫化物基本沒有相關性。貯藏條件為20 ℃時，除了與芳香族化合物和碳氫化合物傳感器的響應值在0.05水平(雙側)上呈現顯著正相關，與其余風味物質響應值均不顯著。這說明，冷藏條件下蘋果濁汁的芳香族化合物、碳氫化合物、醇類和醛酮類化合物、烷烴類和脂肪族等揮發性風味變化與褐變指數的相關性較高，而常溫條件下濁汁的揮發性風味變化對褐變的程度也存在影響，但影響較小。郝菊芳[32]對不同貯藏條件下荔枝汁的研究中發現，冷藏對香氣成分保留率高于常溫貯藏。這說明低溫貯藏有助于香氣成分的保留，可能是由于低溫延緩了貯藏過程中碳水化合物和脂肪酸的分解。

表2 蘋果濁汁褐變與品質變化的相關性分析Tab.2 Correlation analysis of browning and quality change of cloudy apple juice

3 結 論

NFC蘋果濁汁在開封后短時間貯藏過程中色澤會隨著貯藏時間的增加而加深，總酚和維生素C含量逐漸降低，可溶性固形物含量的降低和可滴定酸含量的上升導致了糖酸比下降，致使果汁口味變差。果汁的揮發性風味在貯藏期間變得逐漸濃厚，但是腐敗的風味也在同時增加。溫度是控制貯藏時間的關鍵要素，低溫能在一定程度上減緩果汁的褐變。在4 ℃貯藏前期果汁顏色、褐變指數和口味的變化均不明顯，營養物質含量下降也較為緩慢，并延緩了蘋果濁汁的風味劣變。品質指標與褐變指數之間有很強的相關性，其中冷藏條件下褐變程度與濁汁的風味關系較大，而常溫貯藏下褐變程度與蘋果濁汁營養品質的關系更大。