邱偉芬，汪海峰，陶婷婷

(南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省糧油品質(zhì)控制及深加工技術(shù)重點實驗室，江蘇 南京 210003)

超高壓協(xié)同中溫處理對番茄汁中番茄紅素和總VC含量的影響

邱偉芬，汪海峰，陶婷婷

(南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省糧油品質(zhì)控制及深加工技術(shù)重點實驗室，江蘇 南京 210003)

探討超高壓協(xié)同中溫加工對番茄汁中番茄紅素和總VC含量的影響。番茄汁在溫度為33.5℃，壓力為469.2MPa，時間為14.0min的條件下處理，番茄紅素含量顯著增加，但番茄紅素順反異構(gòu)體變化不明顯；VC 含量變化不顯著。

超高壓；中溫；番茄汁；番茄紅素；順反異構(gòu)物；V C

番茄是一種世界性蔬菜，含有豐富的番茄紅素(lycopene)，番茄紅素是一類重要的類胡蘿卜素，它的防癌抗癌能力使番茄已成為很多食品加工中寶貴的原料[1]。番茄紅素是一種由11個共軛及2個非共軛碳碳雙鏈組成的直鏈型碳?xì)浠衔铮瑥睦碚撋蟻碚f，它應(yīng)該有2048種異構(gòu)體，然而，由于立體位阻作用，只有72種異構(gòu)體，研究表明，在番茄和人體血清中，存在全反式和許多順式番茄紅素，如：5-順、9-順、13-順、15-順。全反式和順式番茄紅素的化學(xué)性質(zhì)和在人體內(nèi)的生物利用率是不一樣的，關(guān)于順反異構(gòu)體的生物利用率狀況，不同學(xué)者的研究結(jié)果分歧很大。Stahl等[2]認(rèn)為順式番茄紅素由于更容易被生物體吸收而具有更大的生物活性，而Shi等[3]認(rèn)為反式異構(gòu)體具有最大的生物活性，而順式最低。由于天然存在的番茄紅素主要是全反式的，占79%～91%[4]，而在人體血清中順式占所有番茄紅素的50%以上[2,4]。順式番茄紅素很可能是在加工和儲藏中異構(gòu)形成的。

番茄很受歡迎的另一原因是它含豐富的VC。VC的強(qiáng)還原性使得它在生物體中表現(xiàn)出多種生理活性，但人體由于缺少合成VC的古洛內(nèi)酯氧化酶，故不能合成VC。新鮮水果和果汁是人體補(bǔ)充維生素的重要來源。

番茄屬多汁漿果，可加工成番茄系列產(chǎn)品，番茄汁已被認(rèn)為是功能性果蔬飲料。常規(guī)的番茄汁加工是熱殺菌，采用冷藏、凍藏、化學(xué)保藏的方法，番茄紅素和VC容易降解而失去應(yīng)有的生理功能。食品超高壓加工，即將食品物料以某種方式包裝完好后，放入液體介質(zhì)(通常是食用油、甘油、油與水的乳液)中，在100～1000MPa壓力下作用一段時間后，使之達(dá)到滅菌要求。超高壓技術(shù) ( UHP、HPP、HHP ) 屬現(xiàn)代食品高新技術(shù)，在國外一些食品加工領(lǐng)域中得到了應(yīng)用[5]。

超高壓技術(shù)的最大優(yōu)點在于不破壞食品的天然風(fēng)味和營養(yǎng)，改善食品品質(zhì)，有效地殺滅微生物。超高壓食品具有更長的貨架期和新鮮口味。

果汁的超高壓殺菌效果與諸多因素有關(guān)，包括壓力大小和加壓時間、施壓方式、處理溫度、微生物種類、食物本身的組成和添加物、p H值、水分活度等，適當(dāng)提高溫度對高壓殺菌有促進(jìn)作用。高壓下進(jìn)行熱處理,其效果會由于壓力作用而放大，控制好溫度，則可以減少加工時間和降低加工壓力[6-7]。基于這一研究思路，本實驗主要研究超高壓處理時，在取得較好的殺菌效果前提下，即溫度為33.5℃(＜70℃的中溫條件)，壓力469.2MPa，時間14.0min條件下[8]，番茄汁中番茄紅素和VC的變化，特別是番茄紅素的順反異構(gòu)體的變化，本研究可為超高壓技術(shù)在番茄汁(果蔬汁)加工中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

普通番茄：新鮮成熟，顏色深紅(總固形物為(7.0 ± 0.5)%，大小為5個500g左右，購于南京龍江小區(qū)農(nóng)貿(mào)市場； 番茄紅素對照品(純度為 85.0%) 自制。

甲醇、乙腈、四氫呋喃、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、乙醇胺為HPLC級；包裝材料為PE。

1.2 儀器與設(shè)備

超高壓機(jī)(壓力范圍0～800MPa) 內(nèi)蒙古包頭市五十二所研制；FR-900型多功能薄膜封口機(jī) 上海麥爾多食品機(jī)械有限公司；均質(zhì)機(jī) 上?？茖W(xué)技術(shù)大學(xué)機(jī)電廠；CDEL-23D 多功能食品粉碎機(jī) 京達(dá)電器制造公司；高效液相色譜儀(Waters 2487 雙波長檢測器、Nova-pak C18色譜柱(150mm×3.9 mm) Waters公司。

1.3 方法

1.3.1 番茄汁的制取

對番茄進(jìn)行挑選，剔除傷爛果，用自來水將番茄洗凈除去果蒂，用多功能食品粉碎機(jī)將其粉碎，用均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)，壓力為 15MPa，過濾。分裝于PE袋中，每袋質(zhì)量為30g左右。

1.3.2 超高壓處理

高壓容器的溫度通過其夾套內(nèi)恒溫水浴來控制。將循環(huán)水泵打開，將試樣提前幾分鐘放入超高壓容器內(nèi)的介質(zhì)中，將高壓容器完全密封，待樣品溫度與高壓介質(zhì)達(dá)到平衡后，瞬間升壓到所設(shè)定的壓力，保壓一定的時間，然后卸壓。打開密封蓋，得到超高壓番茄汁。本實驗采用Design Expert實驗設(shè)計軟件，通過響應(yīng)面法(RSM)建立的超高壓殺滅枯草芽孢桿菌的(B.subtilis) AS1.1380關(guān)鍵因子的二次多項數(shù)學(xué)模型所得到的實驗條件來對番茄汁進(jìn)行殺菌處理。

從表3可以看出，醫(yī)護(hù)工作者職業(yè)認(rèn)同程度分層中，高認(rèn)同組在職業(yè)情感、認(rèn)識、價值觀、期望、技能、意志6個維度的得分均高于一般認(rèn)同組和低認(rèn)同組。

1.3.3 HPLC法對番茄紅素總量和順反異構(gòu)體的測定

流動相為甲醇-乙睛-四氫呋喃體積比70: 25: 5，流速：1.2mL/min，柱溫：32℃； 檢測波長：472nm，柱壓：800psi，進(jìn)樣量：10μL。每個樣品測3次，求番茄紅素總量的平均值，測量數(shù)據(jù)的變異系數(shù)均小于6.0%。

流動相為甲醇-甲基叔丁基醚-乙酸乙酯體積比50: 40:10，流速為1.5mL/min，溫度為25℃，可有效地分離番茄紅素順反異構(gòu)體。

1.3.4 HPLC法對VC含量進(jìn)行測定

流動相：甲醇-20mmol/L乙醇胺體積比5:95；流速：0.7mL/min；柱溫：32℃；波長：254nm；每個樣品測3次，求平均值，測量數(shù)據(jù)的變異系數(shù)均小于6.0%。

2 結(jié)果與分析

2.1 超高壓殺菌條件的確定

利用響應(yīng)曲面法優(yōu)化番茄汁的超高壓保鮮條件，對影響超高壓保鮮番茄汁的3個關(guān)鍵因子壓力、溫度、保壓時間進(jìn)行最佳水平的優(yōu)化，建立超高壓殺滅耐壓性枯草芽孢桿菌AS1.1380的二次多項數(shù)學(xué)模型，利用模型的響應(yīng)面及其等高線對影響超高壓殺菌的關(guān)鍵因子及其相互作用進(jìn)行了深入的研究與探討。通過上述軟件，對此模型解逆矩陣即可求得：殺滅番茄汁中6個數(shù)量級枯草芽孢桿菌AS1.1380的工藝參數(shù)溫度為33.5℃、壓力469.2MPa、時間14.0min[8]。在此條件下對塑料瓶裝中番茄汁進(jìn)行殺菌處理，處理后的番茄汁在(4±1)℃下保存 6個月后，其外觀較好。高壓后番茄汁其微生物指標(biāo)能達(dá)到國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。高壓后的番茄汁在4℃冰箱中保存6個月后，仍保持新鮮番茄汁外觀，而對照組10d后，就出現(xiàn)了分層，番茄汁應(yīng)有的風(fēng)味也明顯減少，并出現(xiàn)了可嗅到的發(fā)酵酒味，進(jìn)一步儲藏，色澤逐漸變淡，風(fēng)味進(jìn)一步惡化，顯然此滅菌條件切實可行。

2.2 超高壓前后番茄紅素的變化

超高壓殺菌前后番茄汁中番茄紅素的含量變化如表1所示，番茄紅素含量有顯著增加，增加6%，高壓會破壞番茄細(xì)胞組織的細(xì)胞壁，使番茄紅素與其他組織的結(jié)合力減弱，從而番茄紅素更易得到。番茄中含有的一些大分子物質(zhì)也可能保護(hù)番茄紅素，超高壓也可能使番茄中含有的其他一些抗氧化物質(zhì)(如：其他類胡蘿卜素、抗壞血酸、酚類物質(zhì))釋放出來，這些活性物質(zhì)也能保護(hù)番茄紅素使之不易降解。目前，大多數(shù)番茄汁加工是熱殺菌，Takeoka等[9]研究得出，生產(chǎn)番茄醬時熱處理可能使番茄紅素含量降低9%～28%。Hayashi等[10]研究得出，常規(guī)加工會使番茄紅素?fù)p失達(dá)30%。在常規(guī)的熱殺菌中，如加熱時間長，番茄紅素就不穩(wěn)定。

表1 超高壓對番茄汁主要營養(yǎng)組分的影響±s，n=5)Table 1 Effect of ultra-high hydrostatic pressure on compositions of tomato juice (±s，n=5)

表1 超高壓對番茄汁主要營養(yǎng)組分的影響±s，n=5)Table 1 Effect of ultra-high hydrostatic pressure on compositions of tomato juice (±s，n=5)

番茄汁組分對照組超高壓處理組番茄紅素含量/ (mg/100g)5.16 ± 0.125.68 ± 0.26 VC含量/ (mg/100g)36.43 ± 0.2936.59 ± 0.18總固形物/%7.11 ± 0.157.23 ± 0.15

2.2.2 超高壓前后番茄紅素順反異構(gòu)體的變化

番茄紅素對照品在高壓后，形成了幾種異構(gòu)物，其中出峰時間在9.0min 的13-順式番茄紅素變化最明顯，其他順式異構(gòu)物含量低或變化很小，據(jù)Zechmeister[11]報道，β-胡蘿卜素在中間位的雙鍵比其他位置的雙鍵異構(gòu)化要小。 Lee 等[12]也證實番茄紅素也有此現(xiàn)象，番茄紅素變化時13-順式結(jié)構(gòu)物變化最快，然后才是其他順式異構(gòu)物。所以本實驗中將13-順式結(jié)構(gòu)物作為主要順式異構(gòu)物來考察。圖1、2分別表示了未高壓處理和469.2 MPa高壓處理的番茄紅素對照品HPLC圖譜，可以明顯看出，對照品469.2 MPa處理后總量的減少和13-順式結(jié)構(gòu)物的顯著增加。而研究469.2MPa 高壓處理番茄汁后，番茄汁中13-順式結(jié)構(gòu)物的比例為(2.88±0.04)%，對照組(2.80±0.04)%，沒有顯著差異。原因可能是番茄中的其他基質(zhì)物質(zhì)對它的保護(hù)作用。

圖1 未高壓處理的番茄紅素對照品的HPLC圖譜Fig.1 HPLC chromatogram of lycopene standard solution

圖2 469.2MPa處理后番茄紅素對照品的HPLC圖譜Fig.2 HPLC chromatogram of lycopene standard solution after treatment at the pressure of 469.2 MPa

2.3 超高壓前后VC含量的變化

超高壓殺菌前后番茄汁中VC的含量變化如表 1所示， VC含量沒有顯著變化。Knorr等[13]研究了用完全能殺菌的400MPa，15min、30℃條件來處理草莓汁，經(jīng)分析其中VC保存率為88.68%，VC損失不顯著。VC又稱抗壞血酸，在果蔬中存在形式有結(jié)合態(tài)和游離態(tài)。其分子中的第2 和第3碳位上2個相鄰的烯二醇結(jié)構(gòu)，容易以各種方式降解，主要有需氧氧化和無氧降解，受多種因素影響，如溫度、p H值、氧、酶、金屬離子、糖類等等。高壓處理對番茄汁VC影響不顯著的主要原因是高壓不會破壞共價鍵，也可能是番茄基質(zhì)對VC的保護(hù)作用[14]。其中中溫對VC影響也不顯著，主要是因為溫度不夠高，溫度效應(yīng)不強(qiáng)；可能是高壓有助于VC的提取，可將部分結(jié)合態(tài)的VC 變?yōu)橛坞x態(tài)VC，從而抵消了由于溫度升高而使VC損失，也可能是高壓鈍化了其中促使VC氧化降解的酶。

3 結(jié) 論

3.1 超高壓具有很好的殺菌效果，高壓與中溫協(xié)同加工是番茄汁高溫滅菌的一種很好的替代法，它可有效避免加熱導(dǎo)致的食品品質(zhì)的降低。超高壓番茄汁的突出優(yōu)點是保持了果汁原有的外觀、營養(yǎng)和風(fēng)味。

3.2 作為番茄汁，最重要的營養(yǎng)品質(zhì)評價指標(biāo)之一就是其番茄紅素與VC的含量。實驗表明，在優(yōu)化的高壓處理條件下，即溫度為33.5℃、壓力469.2MPa、時間14.0min能有效地保持番茄汁中的番茄紅素總量，其順反異構(gòu)體變化也不明顯，而且VC含量保持穩(wěn)定，然而VC在通常的熱加工中損失很大，因而超高壓技術(shù)是一種十分優(yōu)異的番茄汁滅菌保藏方法。

[1]NGUYEN M L, SCHWARTZ S L. Lycopene: chemical and biological properties[J]. Food Technology, 1999, 53(2): 38-45.

[2]STAHL W, SIES H. Uptake of lycopene and its geometrical isomers is greater from heat-processed than from unprocessed tomato juice in humans [J]. Journal of Nutrition, 1992, 122: 2161-2166.

[3]SHI J, le MAGUER M, KAKUDA Y, et al. Lycopene degradation and isomerization in tomato dehydration[J]. Food Research International, 1999, 32: 15-21.

[4]CLITON S K, EMENHISER C, SCHWARTZ S J. Cis-trans-Lycopene isomers, carotenoids, and retinol in human prostate[J]. Cancer Epidemiol Biomarkers Prevention, 1996, 5: 823-833.

[5]KNORR D. Effects of high-hydrostatic-pressure processes on food safety and quality[J]. Food Technology, 1993, 47: 156-161.

[6]HAYAKAWA I. Oscillatory compared with continuous high pressure sterilization on Bacillus stearothermophilus[J]. Journal of Food Science, 1994, 59(1): 164-167.

[7]邱偉芬, 江漢湖. 食品超高壓殺菌技術(shù)及其研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2001, 22(5): 81-85.

[8]邱偉芬, 高瑀瓏. 超高壓番茄汁殺菌條件的優(yōu)化研究[J]. 食品科學(xué), 2007, 28(2): 59-63.

[9]TAKEOKA G, DAO L, FLESSA S, et al. Processing effects on lycopene content and antioxidant activity of tomatoes[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2001, 49: 3713-3717.

[10]HAYASHI R. Use of high pressure in bioscience and in biotechnology. High pressure bioscience and biotechnology[M]. Amsterdam: Elsevier, 1995: 131-137.

[11]ZECHMEISTER L. Cis-trans isomerization and stereochemistry of carotenoids and diphenylopolyenes[J]. Chemistry Review, 1944, 34(2): 267-344.

[12]LEE M T, CHEN B H. Stability of lycopene during heating and illumination in a model system[J]. Food Chemistry, 2002, 78: 425-432.

[13]KNORR D. Effects of high high hydrostatic pressure process on food safety and quality[J]. Trends in Food Science and Technology, 1994 , 5: 328-332.

[14]RICHARD M S. High-pressure sterilization of foods[J]. Food Technology, 2000, 54 (11) : 67-72.

Effect of Combinatorial Treatment between Ultra-high Hydrostatic Pressure and Moderate Temperature on Lycopene and Vitamin C in Tomato Juice

QIU Wei-fen，WANG Hai-feng，TAO Ting-ting
(Key Laboratory of Grain and Oils Quality Control and Deep-Utilizing Technology of Jiangsu Province, College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210003, China)

Effect of combinatorial treatment between ultra-high hydrostatic pressure and moderate temperature on the contents of lycopene and vitamin C in tomato juice was investigated. Results indicated that the treatment with temperature of 33.5 ℃, pressure of 469.2 MPa and pressure-holding time of 14.0 min could result in the increase of lycopene content when compared with the control, while the isomers of lycopene remained unchanged; in contrast, vitamin C content did not exhibit an obvious change.

ultra-high hydrostatic pressure；moderate temperature；tomato juice；lycopene；isomers；vitamin C

TS 205

A

1002-6630(2010)23-0093-03

2010-11-14

江蘇省自然科學(xué)基金項目(BK2008364)；江蘇省高校自然科學(xué)研究資助項目(07KJB550033)

邱偉芬(1965—)，女，教授，博士， 研究方向為食品分析及天然產(chǎn)物提取。E-mail：weifenqiu@yahoo.com.cn