郭曉君,縱　偉,趙光遠(yuǎn),張麗華,王曉媛,吳順紅

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院,河南鄭州 450002)

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超高壓微射流對鐵棍山藥汁物理穩(wěn)定性的影響

郭曉君,縱偉*,趙光遠(yuǎn),張麗華,王曉媛,吳順紅

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院,河南鄭州 450002)

為探究超高壓微射流對山藥汁物理穩(wěn)定性的影響,研究不同壓力(40～200 MPa)和不同次數(shù)(1、2、3、4次)對山藥汁可溶性固形物含量、粒徑、Zeta電位、色澤、濁度和非酶褐變度的影響。結(jié)果表明,山藥汁經(jīng)超高壓微射流處理后,可溶性固形物含量無顯著變化;山藥汁亮度L*值顯著增大,40、80、120、160、200 MPa壓力下處理1次后,亮度值較未處理樣品分別增加了0.2%、21.4%、30.5%、52.4%、53.9%,而a*值、b*值呈減小趨勢;Zeta電位隨著壓力的增加,電位絕對值有所下降,在-32.2至-23.7 mV之間變化;山藥汁中顆粒平均粒徑顯著減小(p<0.05);濁度和非酶褐變度逐漸降低。表明超高壓微射流處理可以改善山藥汁的物理穩(wěn)定性,為消費(fèi)者提供高質(zhì)量的蔬菜汁。

超高壓微射流，鐵棍山藥，物理穩(wěn)定性

山藥(RhizomaDioscoreae,yam)又名山薯,為薯蕷科植物薯蕷的塊莖。鐵棍山藥為山藥中的一種,主要分布于河南焦作、溫縣、博愛等地。鐵棍山藥富含蛋白質(zhì)、淀粉、多糖、脂肪酸及其他營養(yǎng)物質(zhì),具有調(diào)節(jié)腸胃、抗氧化、降血糖、降血脂和抗腫瘤等作用[1]。目前,對鐵棍山藥有效成分及藥理作用的研究較多[2-5],但對其加工利用方面的研究較少,將鐵棍山藥加工成山藥汁,不僅可以使鐵棍山藥類產(chǎn)品多樣化,而且可提高經(jīng)濟(jì)效益。

果蔬汁加工過程中,物理穩(wěn)定性是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要問題之一。如何在加工過程中提高物理穩(wěn)定性是研究者關(guān)注的問題。超高壓微射流(High-Pressure Microfluidization,HPM)是一種新興的高壓均質(zhì)技術(shù)。HPM技術(shù)主要運(yùn)用于生物大分子的改性、乳化均質(zhì)以及輔助殺菌方面[6-9];其作用機(jī)理主要是分子的高速撞擊作用、強(qiáng)剪切粉碎、空穴作用等[10]。與傳統(tǒng)高壓均質(zhì)不同,HPM處理過程中,物料受壓時(shí)間短,壓力變化率大,能在相對較低的壓力下達(dá)到高壓均質(zhì)的效果。目前,HPM對果蔬汁穩(wěn)定性的研究已有報(bào)道,研究表明,HPM能提高果蔬汁的物理穩(wěn)定性及品質(zhì)。Calligaris[11]等研究了HPM對香蕉汁的影響,經(jīng)過HPM處理,香蕉汁色澤變亮,粘度降低;Kubo等[12]研究了HPM對番茄汁影響,通過HPM處理,粒徑減小,濁度降低,提高了番茄汁物理穩(wěn)定性;Betoret E[13]等研究HPM對橘子汁的影響,通過HPM處理,粒徑減小,亮度增加,濁度減小,提高了橘子汁的品質(zhì)。但HPM對鐵棍山藥汁穩(wěn)定性的研究,目前還少見報(bào)道。因此,本文以鐵棍山藥汁為對象,應(yīng)用HPM對山藥汁進(jìn)行處理,研究不同壓力和次數(shù)處理對鐵棍山藥汁物理穩(wěn)定性的影響,為HPM技術(shù)在山藥汁中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

鐵棍山藥河南省焦作市;檸檬酸、抗壞血酸均為分析純。

KYH-777樂創(chuàng)多功能食品料理機(jī)佛山市順德區(qū)樂創(chuàng)科技有限公司;JMS-300膠體磨廊坊市廊通機(jī)械有限公司;HC-3618R高速冷凍離心機(jī)安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司;SFP“Bench-top”高壓納米均質(zhì)機(jī)英國SFP公司;Malvern Zetasizer Nano-ZS90激光粒度儀英國Malvern公司;752紫外分光光度計(jì)上海菁華科技儀器有限公司;PAL-1手持糖度計(jì)北京陽光億事達(dá)貿(mào)易有限公司;SC-80C全自動(dòng)色差計(jì)北京康光光學(xué)儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1鐵棍山藥汁的制備選擇無病蟲、無機(jī)械損傷的鐵棍山藥,清洗、削皮,切成厚度2～3 cm的片段,放入0.5%檸檬酸和0.5%抗壞血酸的護(hù)色溶液里浸泡,1 h后用蒸餾水將山藥表面沖洗干凈,100 ℃加熱1 min,然后按山藥∶水=1∶9的比例放入打漿機(jī)中打漿,打漿后,過3次膠體磨,磨隙20 μm,得山藥渾濁汁。

1.2.2超高壓微射流處理山藥汁在高壓納米均質(zhì)機(jī)中以不同的壓力(40、80、120、160、200 MPa)和不同次數(shù)(1、2、3、4次)處理,同時(shí)以未經(jīng)處理的山藥汁做對照。

1.3指標(biāo)及測定方法

1.3.1可溶性固形物含量測定采用手持糖度計(jì)測定。

1.3.2粒徑與Zeta電位的測定采用激光粒度儀分別測定。

1.3.3色澤測定樣品在經(jīng)過處理后,立即采用色差儀測定色澤參數(shù)L*、a*、b*,其中L*代表亮度,值越大表明樣品亮度越大,a*值代表紅綠值,正值高,傾向于紅色,負(fù)值絕對值越大,傾向于綠色;b*代表黃藍(lán)色,正值越高,傾向于黃色,負(fù)值絕對值越大,傾向于藍(lán)色。

1.3.4濁度取適量樣品,3000 r/min離心8 min,取上清液并充分混勻后,放入2 cm比色皿中在660 nm下測其OD值,以蒸餾水對照。OD值越高,濁度越大。

1.3.5非酶褐變度樣品在經(jīng)過處理后,立即將樣品在轉(zhuǎn)速4000 r/min離心30 min,取其上清液,在420 nm測定吸光值大小。以吸光度作為非酶褐變指數(shù),吸光度越高,非酶褐變度越大。

1.4數(shù)據(jù)處理

每組數(shù)據(jù)重復(fù)測3次,采用Origin7.0軟件作圖,DPS7.0.5.8軟件進(jìn)行方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1HPM處理對山藥汁可溶性固形物含量的影響

可溶性固形物是評價(jià)果蔬汁品質(zhì)的重要參數(shù)。如圖1所示,40、80、120、160、200 MPa分別進(jìn)行1、2、3、4次處理后,可溶性固形物含量變化不顯著(p>0.05),經(jīng)HPM處理的山藥汁,可溶性固形物含量有減小現(xiàn)象,可能因?yàn)榭扇苄怨绦挝镏猩倭康目扇苄缘鞍捉?jīng)HPM處理后,蛋白的疏水性結(jié)構(gòu)暴露,產(chǎn)生更多疏水性區(qū)域,影響蛋白的溶解性[14],從而使可溶性固形物含量減少。

圖1　HPM處理對山藥汁可溶性固形物含量的影響Fig.1　Effect of HPM treatment on the soluble solids content of yam juice注：標(biāo)注不同字母表示差異顯著(p<0.05),圖3～圖9同。

2.2HPM處理對山藥汁粒徑大小的影響

粒徑的大小可以表征果蔬汁的穩(wěn)定性。從圖2中可以看出,未處理樣品中粒徑大小的分布范圍在190～2700 nm之間,隨著壓力的增加,粒徑呈減小趨勢,200 MPa下處理的粒徑分布范圍在58～1500 nm之間。粒徑減小,可能是山藥汁進(jìn)入反應(yīng)器時(shí),在很小的空間內(nèi)被強(qiáng)烈撞擊,撞擊過程中瞬間產(chǎn)生巨大能量,產(chǎn)生了壓力降,大顆粒物質(zhì)高度破碎[15]。這與 Sentandreu[16]等對橙汁處理以及Silva[17]等對菠蘿汁處理的結(jié)論類似。

圖2　山藥汁經(jīng)HPM不同壓力處理后粒徑大小的分布Fig.2　Effect of HPM treatment on the particle size distribution of yam juice after different pressure

圖3為在40、80、120、160、200 MPa 分別進(jìn)行1、2、3、4次處理后樣品的平均粒徑。由圖3中可得,不同壓力下,處理的山藥汁粒徑大小與對照組相比顯著下降;40～160 MPa之間,隨著壓力的增加,平均粒徑呈減小趨勢,200 MPa下平均粒徑又有增大趨勢,160 MPa和200 MPa處理的山藥汁粒徑大小之間沒有顯著差異(p>0.05),可能因?yàn)樘幚砗蟮玫降牧Ｗ痈?體系的表面能增大,穩(wěn)定性降低,顆粒為了降低體系的自由能而自動(dòng)聚集,形成較大顆粒,因此,平均粒徑增大。在同一壓力下,不同處理次數(shù)的樣品與對照組相比,粒徑大小也顯著降低。這與KaracamH[18]等研究的奧斯曼草莓結(jié)果一致。根據(jù)Stockes定律,顆粒的沉降的速率和顆粒的大小成正比,超高壓微射流處理可以降低山藥汁懸浮顆粒粒徑的大小,從而提高了山藥汁的穩(wěn)定性。

圖3　HPM對山藥汁不同次數(shù)處理下平均粒徑的影響Fig.3　Effect of HPM treatment on the average particle size of yam juice after different times processing

2.3HPM處理對山藥汁Zeta電位的影響

Zeta電位是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。從圖4中可以看出,電位在-32.2至-23.7 mV之內(nèi)變化。經(jīng)HPM處理的山藥汁電位絕對值有減小趨勢,對照組與處理樣品之間,電位值之間有顯著性差異(p<0.05),在160 MPa下,不同處理次數(shù)對電位影響較大,并且1、2、3、4次處理電位絕對值與對照組相比,分別減少了22.9%、23.3%、27.3%、10.6%。除160 MPa處理1、2、3次的Zeta電位絕對值小于25 mV以外,其余均大于25 mV。電位絕對值減小,可能是由于在此壓力處理下小顆粒數(shù)目增多,比表面積增大,形成凝結(jié),導(dǎo)致電位變化。一般Zeta電位絕對值大于50 mV的體系非常穩(wěn)定,Zeta電位絕對值在25～50 mV之間的體系比較穩(wěn)定,而Zeta電位絕對值小于25 mV的體系不太穩(wěn)定[19]。超高壓微射流處理對山藥汁Zeta電位有一定影響,但山藥汁仍處于較穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4　HPM流處理對山藥汁Zeta電位的影響Fig.4　Effect of HPM treatment on the Z-potential of yam juice

2.4HPM處理對山藥汁色澤的影響

色澤是果蔬汁感官品質(zhì)的重要指標(biāo)。從圖5中可以看出隨著壓力的增加,亮度值呈增大趨勢。與對照組相比,壓力對亮度值大小的影響具有顯著性差異(p<0.05),在相同次數(shù)處理下,經(jīng)不同壓力處理的部分樣品間差異性顯著(p<0.05),在1次處理下,40、80、120、160、200 MPa 的亮度值分別增加了0.2%、21.4%、30.5%、52.4%、53.9%。圖6表示HPM處理后a*值的變化,隨壓力增大，a*呈減小趨勢,但40 MPa時(shí)a*值比對照組高,說明40 MPa處理使山藥汁紅色有增加趨勢。圖7表示超高壓微射流處理后b*值的變化,b*值的變化趨勢逐漸降低,與對照組相比,160 MPa下出現(xiàn)減小現(xiàn)象,并且處理1、2、3、4次之間差異顯著(p<0.05)。亮度值是小顆粒吸收散射光得到的數(shù)值,亮度值增大,是由于小顆粒數(shù)量增多,這與前文粒徑得到的數(shù)據(jù)一致。Calligaris[11]等對香蕉汁的研究也得到相同結(jié)果。從以上可以看出超高壓微射流對山藥汁的亮度有影響。

圖5　HPM處理對山藥汁L*值的影響Fig.5　Effect of HPM treatment on L* value of yam juice

圖6　HPM處理對山藥汁a*值的影響Fig.6　Effect of HPM treatment on a* value of yam juice

圖7　HPM處理對山藥汁b*值的影響Fig.7　Effect of HPM treatment on b* value of yam juice

2.5HPM處理對山藥汁濁度的影響

濁度可以反映果蔬汁穩(wěn)定性。從圖8中可以看出隨著壓力的增加,吸光度呈減小趨勢,對照組的濁度為0.613,HPM處理對山藥汁的濁度有顯著性影響(p<0.05),160 MPa與200 MPa下的第2、3、4次處理之間差異性不顯著(p>0.05)。吸光度是懸浮粒子吸收輻射平行光而得到的數(shù)值[12],從粒徑分布圖上可以看出粒徑減小,懸浮粒子吸收的光減少,所以濁度值也減小。這與Kubo等[12]研究的番茄汁以及Betoret[13]等研究的橘子汁結(jié)果相似。

圖8　HPM處理對山藥汁濁度的影響Fig.8　Effect of HPM treatment on the turbidity of yam juice

2.6HPM處理對山藥汁非酶褐變度的影響

果蔬汁加工過程中,容易產(chǎn)生褐變現(xiàn)象,褐變又分為酶促褐變和非酶促褐變,由于山藥汁加工過程中有加熱處理,所以褐變主要以非酶褐變?yōu)橹?。圖9是超高壓處理后山藥汁褐變度的變化情況,從圖中可以看出隨著壓力和次數(shù)的增加,褐變度呈現(xiàn)降低趨勢,相同次數(shù)處理下,40、80、120、160、200 MPa非酶褐變度顯著性減小,非酶褐變度降低,可能是因?yàn)閴毫ι?抑制類黑精的游離自由基生成,從而抑制非酶褐變反應(yīng)。這與Tamaoka[20]等研究壓力對美拉德反應(yīng)過程的結(jié)果相似,壓力增大,非酶褐變度減小。因此處理壓力越高,山藥汁褐變程度越低,穩(wěn)定性越好。

圖9　HPM處理對山藥汁非酶褐變度的影響Fig.9　Effect of HPM treatment on the non-enzymatic browning degree of yam juice

3　結(jié)論

山藥汁經(jīng)超高壓微射流處理以后,可溶性固形物含量無顯著變化;色澤中L*值的變化非常明顯,呈現(xiàn)增大趨勢,但是a*值、b*值有減小的趨勢;山藥汁中粒徑大小顯著減小,粒徑的減小可以提高山藥汁的穩(wěn)定性;經(jīng)HPM處理后,山藥汁Zeta電位絕對值減小,但在山藥汁的穩(wěn)定范圍之內(nèi);隨著壓力的增加,濁度與非酶褐變度有下降趨勢。超高壓微射流應(yīng)用于山藥汁中,可以改善山藥汁的穩(wěn)定性,可為HPM技術(shù)在果蔬汁應(yīng)用中提供基礎(chǔ)。

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Effect of high pressure microfluidization(HPM) on the physical stability of yam juice

GUO Xiao-jun，ZONG Wei*，ZHAO Guang-yuan，ZHANG Li-hua，WANG Xiao-yuan，WU Shun-hong

(School of Food and Engineering,zhengzhou university of light industry,Zhengzhou 450002,China)

The fresh yam was processed in different condition by the high pressure microfluidization,the effect of different pressure(40～200 MPa)and passes(1、2、3and 4 passes)on the soluble solids content,average particle size,Z-potential,color,turbidity and non-enzymatic browning degree was evaluated,and the effect of high pressure microfluidization on the physical stability of yam juice was also analyzed. The result showed that yam juice exhibited no effect on the soluble solids content after high pressure microfluidization treatment. TTheL*value was increased,brightness was increased by 0.2%,21.4%,30.5%,52.4%,53.9% after first processed.a*value andb*value of the juice was decreased with the increasing of pressure used. The values of the Z-potential was decreased with the increasing of pressure used,and the values were from-32.2 to-23.7 mV.The average particle size was significantly reduced(p<0.05). Urbidity and non-enzymatic browning degree was decreased with the increasing of pressure. The results indicated that HPM could be used to improve the physical stability in the yam juice,such as increasing color,and affecting average particle size positively resulting in a desirable high quality juice for the consumer.

high-pressure microfluidization;yam juice;physical stability

2016-03-16

郭曉君(1990-),女，在讀研究生，從事果蔬加工研究，E-mail:Guo xiao jun 1990@126.com。

縱偉(1965-)，男，博士，教授，從事果蔬加工研究，E-mail:zongwei1965@126.com。

河南省創(chuàng)新型科技團(tuán)隊(duì)(C20150024);河南省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)(16IRTSTHN010)。

TS201.1

A

1002-0306(2016)17-0125-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.015