劉鳳霞,王永濤,廖小軍
(1.華中農業(yè)大學食品科學技術學院,湖北 武漢 430070;2.中國農業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院,北京 100083)
高壓和熱處理對芒果漿粒度及水溶性果膠的影響
劉鳳霞1,2,王永濤2,*,廖小軍2
(1.華中農業(yè)大學食品科學技術學院,湖北 武漢 430070;2.中國農業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院,北京 100083)
芒果漿黏度影響加工過程中產品輸送阻力及產品口感,本研究探討高壓和熱處理后芒果漿粒度大小、果膠組成及含量對芒果漿黏度的影響,以期更好地指導芒果漿及相關復配產品的生產。實驗分別以新鮮和經熱燙處理(1 min)的芒果漿為對象,研究高壓(high pressure processing,HPP,400 MPa、5 min和600 MPa、1 min)和高溫短時(high-temperature short-time,HTST,110 ℃、8.6 s)處理后芒果漿粒度、水溶性果膠含量、酯化度、分子質量的變化。結果表明:HPP處理后芒果漿粒度分布、果膠分子質量分布與處理前相比無顯著變化,而果膠半乳糖醛酸含量、酯化度均下降,低酯化的果膠易發(fā)生交聯(lián)反應生成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結構,導致體系黏度增大;HTST處理后芒果漿粒度分布有增大的趨勢,可溶性果膠半乳糖醛酸含量增加,導致體系黏度增大。
高壓;高溫短時;芒果漿;粒度;果膠
芒果屬于漆樹科(Anacardiaceae)芒果屬(Mangifera indica L.),是重要的熱帶水果之一,因其果肉細膩、風味獨特、營養(yǎng)豐富,深受人們喜愛,素有“熱帶果王”之譽[1-6]。由于芒果采收期短,且鮮果極易腐爛變質,因此芒果除供鮮食外,還被加工成各種產品,其中芒果漿是目前芒果深加工的主要產品形式[7-12]。加工過程中微生物污染是引起果蔬制品變質最常見的原因之一,傳統(tǒng)的熱加工方法可有效地殺滅果蔬制品中的微生物,但由于芒果的熱敏性較強,高溫可能會對產品營養(yǎng)、感官品質等造成破壞[13]。
超高壓技術(high pressure processing,HPP)由于處理溫度低,可在殺滅食品中微生物的同時有效地保持產品的品質,被廣泛地應用于果漿、果汁及其他果蔬制品的加工研究中[14-15]。然而也有研究報道,一些直接影響著果蔬加工產品品質的內源酶(如多酚氧化酶(polyphenol oxidase,PPO)、過氧化物酶(peroxidase,POD)等)對壓力有較高的耐受性甚至在高壓下被激活[15-16],這可能引起超高壓產品在貯藏過程中品質的劣變。
蒸汽熱燙是一種有效地用于鈍酶的預處理手段[13,17]。實驗組前期研究中發(fā)現(xiàn)蒸汽熱燙(1 min)結合HPP處理可有效鈍化芒果漿中的PPO和POD,解決了HPP處理不能完全鈍化芒果中內源酶問題;且熱燙處理后芒果漿中VC、類胡蘿卜素及糖含量變化不顯著,總酚含量及抗氧化性顯著上升,總色差ΔE<2,表明選用的熱燙條件能夠在最大程度鈍化酶的同時保持芒果的營養(yǎng)和顏色品質[18-19]。然而對芒果漿流變特性的研究中發(fā)現(xiàn),HPP處理后樣品的黏度增大[20]。芒果漿中果肉顆粒豐富,加上體系中大分子物質(主要是可溶性組分果膠)的存在,形成了芒果漿特有的流變特性。芒果漿粒度大小、果膠組成及含量的變化是影響芒果漿黏度品質的重要因素。前人的研究表明,HPP處理會引起番茄漿粒度增加[21]。另外,de Roeck等[22]的研究發(fā)現(xiàn),HPP處理后胡蘿卜中可溶性果膠的甲酯化程度降低,低酯果膠易發(fā)生鈣交聯(lián)生成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結構導致體系表觀黏度增加。然而,對HPP處理后芒果漿黏度變化相關因素的研究報道相對較少。本實驗主要研究HPP處理對芒果漿粒度和可溶性果膠含量的影響,以高溫短時(high-temperature short-time,HTST)處理為對照,以期闡釋芒果漿粒度和可溶性果膠含量在芒果漿黏度特性變化中起到的作用。
1.1 材料與試劑
成熟芒果(臺農一號),2014年3月采收于海南省,由海南方椰農產品加工有限公司協(xié)助提供,芒果可溶性固形物含量為(15.90±0.02) °Brix,pH值為3.95±0.01。
乙醇、濃硫酸-四硼酸鈉、間苯基苯酚、硝酸鈉(均為分析純) 北京藍弋化學試劑公司;果膠、D-半乳糖醛酸 美國Sigma-Aldrich公司。
1.2 儀器與設備
HPP-650超高壓處理設備(7 L) 包頭科發(fā)高壓科技有限責任公司;FT74X UHT/HTST加熱交換處理器英國Armfield公司;BT124S電子分析天平 賽多利斯科學儀器有限公司;JYDZ-31B打漿機 九陽股份有限公司;2000D型超純水器 北京長風儀器儀表公司;FT-01B型溶劑過濾器 北京友儀四方科技發(fā)展有限公司;Asahipak NH2P-50 4E糖柱 美國Water公司;UV-762紫外分光光度計 上海精密科學儀器有限公司;CR21GIII低溫高速離心機 日本日立公司;LGJ-10型冷凍干燥機 軍事醫(yī)學科學院實驗儀器廠。
1.3 方法
1.3.1 芒果漿的制備
芒果經清洗、去皮、去核后,切成3 mm厚的薄片,混勻后平均分成兩部分。為了同時考慮芒果中內源酶對結果可能產生的影響,其中一部分芒果片平鋪在蒸鍋中經蒸汽熱燙處理1 min以鈍化芒果中的內源酶,另一部分不作熱燙處理。兩種芒果樣品分別打漿,用膠體磨均質混勻2 min后分別裝于尼龍聚乙烯復合袋中,并冷藏于4 ℃冰箱中于12 h內進行HPP或HTST處理,未經HPP和HTST處理的樣品分別作為未熱燙和熱燙芒果漿的對照組。所得的芒果漿pH值為3.90±0.01,可溶性固形物含量為13 °Brix。
1.3.2 芒果漿的HPP處理
熱燙和未熱燙的芒果漿經包裝后分放入HPP容器中,設定壓力和保壓時間,在室溫條件下進行。根據(jù)前期的研究結果,處理條件分別為400 MPa、5 min和 600 MPa、1 min時可殺死芒果中的微生物并保證貯藏期芒果漿的微生物指標安全性[20](菌落總數(shù)<100 CFU/mL、霉菌和酵母未檢出,符合國家GB 19297—2015《果、蔬汁飲料衛(wèi)生標準》),因此本實驗選用此條件進行。HPP設備升壓方式為階梯式,平均升壓速率為60 MPa/min,卸壓時間小于3 s。
初始溫度為(20±1) ℃,加壓過程會引起溫度升高,傳壓介質為水時,壓力每升高100 MPa溫度升高3 ℃[18],因此HPP處理過程中樣品的溫度始終低于(38±1) ℃,溫度效應引起的芒果漿品質變化可以忽略不計。
1.3.3 芒果漿的HTST處理
參照Liu Fengxia等[18]的方法對芒果漿進行HTST處理,處理條件為110 ℃、8.6 s,流速為17.4 L/h,之后冷卻到20 ℃,無菌灌裝。
1.3.4 芒果漿粒度分布測定
采用激光粒度分析儀測定樣品的粒度分布(particle size distribution,PSD)。Ls230激光粒度儀選大粒徑模式測定。系統(tǒng)通過波長為750 nm的激光衍射后,通過對顆粒散射光強度及散射角大小的測量來計算粒徑為0.4~2?000.0?μm的顆粒大小及分布。
測量之前先用蒸餾水清洗內部光學儀器3 次,再用蒸餾水注滿樣品池,之后開始自動調參過程,包括:偏移測量、自動較正、背景測量、載荷測量。結束后將樣品加入樣品池直到顯示體積分數(shù)為8%左右,開始進行測量。利用粒度儀Ls v3.29操作軟件進行數(shù)據(jù)處理,記錄樣品的PSD、體積平均粒徑(D4,3)和表面積平均粒徑(D3,2)。
1.3.5 可溶性果膠-半乳糖醛酸含量的測定
按照Rose等[23]的方法提取芒果漿中的不溶性醇物質。稱取芒果漿10 g,加入95%乙醇30 mL,勻漿,再用相同體積的乙醇洗凈攪碎機,將混合物一并放入100 ℃的水浴鍋中煮20 min,冷卻至室溫后用G4沙芯漏斗過濾,不溶物用95%煮沸乙醇沖洗,最后得到均一、白色粉末狀固體,于35 ℃烘箱中干燥至恒質量。
稱取80 mg芒果不溶性醇物質,經30 mL去離子水提取得到水溶性果膠,提取液于12 000 r/min離心15 min,收集上清液并用去離子水定容至100 mL,按照比色法測定果膠含量[24]。1 mL樣品加入至6 mL、0.0125 mol/L濃硫酸-四硼酸鈉溶液后立刻放入冰水浴中,避免溫度上升過快。用混合器混合后,放在100 ℃水浴中加熱5 min,反應后立刻放入冰水浴中,直到達到室溫。加入0.1 mL的0.15%間苯基苯酚溶液,混合后于520 nm波長處測定吸光度。
標準曲線制作:準確稱取半乳糖醛酸標準品50 mg用超純水溶解并定容至50 mL的容量瓶中,配制成1 mg/mL的半乳糖醛酸標準品儲備液。將上述溶液稀釋成10、20、40、60、80、100、120?μg/mL的半乳糖醛酸溶液,按上述比色法測定吸光度,制作標準曲線,建立線性方程y=0.009x+0.038(R2=0.999)。
1.3.6 可溶性果膠分子質量的測定
按照Linden等[25]的方法,采用體積排阻色譜(high performance size exclusion chromatography,HPSEC)法測定可溶性果膠分子質量。將0.5%果膠溶液和標準品經過0.45 μm的微孔濾膜后進行色譜分析。以分子質量5 900、9 600、21 100、47 100、107 000、200 000、344 000、708 000 D的多糖標準品制作標準曲線。
色譜條件:Shodex SB-804 HQ凝膠色譜柱連接在保護柱上,流動相為0.05 mol/L NaNO3,流速:0.5 mL/min,柱溫35??C,示差檢測器,進樣量10 μL[26]。
標準溶液的配制:稱取不同分子質量的多糖標品各約2 mg于1 mL超純水中。根據(jù)不同多糖標品HPSEC圖保留時間與其對應分子質量的對數(shù)lgMp作出相應的標準曲線,建立線性方程y=4.956-0.268x(R2=0.998)。
1.3.7 可溶性果膠甲基酯化度的測定
按照Klavons等[27]的方法,使用乙醇氧化酶將溶液中的甲醇氧化成為甲醛后,用2,4-戊二酮濃縮成為黃色物質,在412 nm波長處測量吸光度。
試劑準備:試劑A:稀釋后的乙醇氧化酶,酶活性1 U/mL;試劑B:0.02 mol/L 2,4-戊二酮溶于2 mol/L醋酸銨和0.05 mol/L冰醋酸。
質量分數(shù)為0.5%的果膠用稀釋的磷酸調至pH 7.5,再用0.1 mol/L磷酸鈉緩沖液(pH 7.5)將體積稀釋到2 倍。果膠溶液25 ℃水浴放置15 min達到平衡。向1 mL果膠樣品或標準溶液中加入1 mL酶溶液,25 ℃水浴保溫15 min。再將2 mL試劑B加入反應體系, 58 ℃水浴作用15 min。冷卻后于412 nm波長處測定吸光度。以磷酸鈉緩沖液和酶溶液的混合液為空白。
標準溶液:甲醇溶于0.1 mol/L磷酸鈉緩沖液(pH 7.5),配制體積分數(shù)分別為0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%、2.0%、2.2%、2.4%,橫坐標x是甲醇體積分數(shù),縱坐標y是吸光度,繪制標準曲線,建立線性方程y=0.048x-0.025(R2=0.998)。
1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析
2.1 不同處理方式對芒果漿粒度分布的影響
由圖1可知,未熱燙處理的芒果漿樣品顆粒粒度分布范圍在2~1 822 μm之間,在177 μm和653 μm左右處各有一個明顯的峰;熱燙處理的芒果漿樣品粒度分布圖中也呈現(xiàn)177 μm和653 μm兩個明顯的峰,但177 μm處的峰值較未熱燙芒果漿減小,653 μm處的峰值增大,表明熱燙芒果漿粒徑較未熱燙芒果漿有增大的趨勢。由表1可知,熱燙處理的芒果漿的D4,3和D3,2顯著高于未熱燙處理的芒果漿(P<0.05)。Zhou Linyan等[28]在研究胡蘿卜汁及Baron等[29]在研究蘋果汁熱處理時發(fā)現(xiàn)了相似現(xiàn)象。一般認為,樣品中小顆粒會因為布朗運動而聚集,在一定的條件下這些顆粒會進一步聚合凝聚成更大的顆粒簇,而溫度的升高能夠增加這種聚集的可能性,從而造成樣品粒徑的增大;另一方面,研究認為蛋白質的熱凝聚也可能是導致熱處理果汁懸濁顆粒聚集的原因[30]。
對未熱燙和熱燙處理芒果漿而言,HPP處理均沒有顯著改變芒果漿的粒度分布,Baron等[29]的研究也發(fā)現(xiàn),壓力與處理時間對蘋果汁的粒度分布均無顯著影響。然而HTST處理后芒果漿粒徑有增大的趨勢。有研究認為樣品中粒徑增大可能引起樣品表觀黏度的增大[10],這也可以部分解釋HTST處理后芒果漿黏度增大的現(xiàn)象。
表 1 HPP和HTST處理對未熱燙和熱燙芒果漿D3,2和D4,3的影響Table 1 Effects of HPP and HTST on D3,2and D4,3values in mango pulp
2.2 不同處理對芒果漿中可溶性果膠半乳糖醛酸含量的影響
圖 2 不同處理對芒果漿中半乳糖醛酸含量的影響Fig. 2 Effects of HPP and HTST treatments on water-soluble pectin levels in un-blanched and blanched mango pulp
由圖2可知,不同HPP條件下,未熱燙和熱燙芒果漿中可溶性果膠半乳糖醛酸含量均顯著下降。de Roeck等[22]在研究HPP處理對胡蘿卜中可溶性果膠含量的影響時也發(fā)現(xiàn)了相同的結果。HPP處理后芒果漿中果膠含量的變化一方面可能是由于果膠甲基酯酶(pectin methylesterase,PME)的耐壓性,處理過程中殘余酶引起可溶性果膠的降解而導致可溶性果膠含量的下降;另一方面,可能是由于高壓作用促進了PME與底物的結合[22],從而加速了PME催化降解可溶性果膠。
HTST處理后芒果漿中可溶性果膠半乳糖醛酸含量顯著提高,這主要是由于高溫促進了芒果漿中胞間或細胞壁中果膠的水解,這一結果可能導致HTST處理芒果漿表觀黏度的增加。張甫生[26]研究發(fā)現(xiàn),熱處理使堿溶性果膠和螯合性果膠含量顯著降低,水溶性果膠含量明顯升高。
2.3 不同處理對芒果漿中可溶性果膠甲基酯化度的影響
圖 3 不同處理對芒果漿水溶性果膠甲基酯化度的影響Fig. 3 Effects of different treatments on the degree of esterif i cation of water soluble pectin in mango pulp
由圖3可知,熱燙1 min處理后芒果漿中的果膠甲基酯化度變化不顯著,HPP處理后果膠甲基酯化度顯著下降,而HTST處理后的樣品中甲基酯化度變化不顯著。de Roeck
等[22]研究報道,HPP處理可顯著降低胡蘿卜中果膠的甲基酯化度,這可能是由于HPP處理后PME活性較高,從而引起果膠的脫甲氧基反應。本研究中,HPP處理后高酯果膠可能在殘余PME作用下脫甲氧基生成低酯果膠,而后者易發(fā)生鈣交聯(lián)生成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結構導致體系表觀黏度的增加。
2.4 不同處理對芒果漿中可溶性果膠分子質量分布的影響
圖 4 芒果漿可溶性果膠分子質量分布色譜圖Fig. 4 Change in molar mass distribution of water soluble pectin from mango pulp
可溶性果膠分子質量分布是評價果膠理化性質和分子結構的重要指標[31],本研究應用HPSEC法分析不同處理對未熱燙和熱燙芒果漿中可溶性果膠分子質量的影響。
由圖4可知,芒果漿中可溶性果膠分子質量分布較寬,且不同處理的樣品中可溶性果膠分子質量分布范圍基本一致,主要集中在12~20 min(分子質量為2.14×103~4.55×105D),且在這一范圍內的分子質量分布較為均勻。HPP處理對樣品可溶性果膠分子質量都沒有顯著影響,而HTST處理后則向低分子質量方向發(fā)展,因為保留時間為18.2 min(6.61×103D)和20.5 min(1.48×103D)處果膠分子質量響應值顯著提高。這一結果可能是由于HTST處理過程中的高溫導致芒果漿中的果膠發(fā)生β-消除降解,導致分子質量下降[22]。
芒果漿粒徑大小、果膠組成及含量的變化是影響芒果漿黏度變化的重要因素。本研究結果表明,HPP和HTST處理后芒果漿黏度增大的機制不同。HPP處理后芒果漿粒徑無顯著變化,但果膠發(fā)生脫甲氧基反應導致果膠酯化度下降,低酯化的果膠易發(fā)生交聯(lián)反應生成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結構導致體系黏度增大。然而,HTST處理后芒果漿的粒徑顯著增大,果膠半乳糖醛酸含量增加,最終導致體系黏度增大。
另外,HPP處理后芒果漿中果膠酯化度下降而分子質量沒有發(fā)生顯著變化,表明HPP能夠在促進果膠低酯化的同時抑制果膠主鏈發(fā)生解聚,這也為高品質低酯果膠的HPP制備提供了可能,但仍需要進一步研究。
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Effect of High Pressure Processing and High-Temperature Short-Time Treatment on Particle Size and Water Soluble Pectin of Mango Pulp
LIU Fengxia1,2, WANG Yongtao2,*, LIAO Xiaojun2
(1. College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2. College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)
The viscosity of mango pulp is an important factor that can provide the necessary information for the optimum design of processing units and influence consumers’ acceptability of the product. This study aimed to examine how the particle size and water soluble pectin (WSP) of un-blanched and blanched mango pulps could be affected by high pressure processing (HPP, 400 MPa/5 min or 600 MPa/1 min) and high-temperature short-time (HTST, 110 ℃/8.6 s) treatment and in turn?inf l uence?the?viscosity.?Results?showed?that?HPP?did?not?change?the?particle?size?distribution?of?mango?pulp?and?molar?mass?distribution?of?WSP,?but?it?resulted?in?a?decrease?in?galacturonic?acid?content?and?degree?of?esterif i cation?(DE)?of?WSP.?Pectin with lower DE tended to form a stable network structure with Ca2+bridge easily, leading to increased viscosity of mango?pulp.?However,?HTST?signif i cantly?increased?the?particle?size?distribution?of?mango?pulp?and?WSP?content,?which?may contribute to an increase in the viscosity of HTST-treated mango pulp.
high pressure; high-temperature short-time; mango pulp; particle size; pectin
10.7506/spkx1002-6630-201705023
TS255.3
A
1002-6630(2017)05-0142-06
劉鳳霞, 王永濤, 廖小軍. 高壓和熱處理對芒果漿粒度及水溶性果膠的影響[J]. 食品科學, 2017, 38(5): 142-147.
DOI:10.7506/spkx1002-6630-201705023. http://www.spkx.net.cn
LIU Fengxia, WANG Yongtao, LIAO Xiaojun. Effect of high pressure processing and high-temperature short-time treatment on particle size and water soluble pectin of mango pulp[J]. Food Science, 2017, 38(5): 142-147. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201705023. http://www.spkx.net.cn
2015-09-22
國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)項目(2011AA100801)
中央高?;究蒲袠I(yè)務費專項(2662014BQ055;2662015QC021)
劉鳳霞(1987—),女,講師,博士,研究方向為果蔬加工。E-mail:liufxia@mail.hzau.edu.cn
*通信作者:王永濤(1983—),男,副教授,博士,研究方向為農產品加工與貯藏工程。E-mail:wangyongtao102@163.com