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(1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306; 2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193)

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熱處理對桃濁汁流變及果膠結(jié)構(gòu)特性的影響

王淑珍1,2,劉璇2,畢金峰2,寧喜斌1,*,薛玉潔1,2

(1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306; 2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193)

本研究采用不同熱處理鮮榨桃濁汁,考察了桃濁汁流變學(xué)及果膠結(jié)構(gòu)的變化特性。處理方式包括:65 ℃、30 min,95 ℃、5 min的巴氏殺菌和110 ℃、3 s的高溫瞬時(shí)殺菌(UHT)。結(jié)果表明:與未處理相比，熱處理65 ℃、30 min處理后桃濁汁的粘度增大，95℃、5 min和UHT處理之后粘度減??；與未處理相比，三種熱處理下濁度發(fā)生了顯著性變化(p<0.05)，懸浮穩(wěn)定性沒有顯著的變化(p>0.05)，桃濁汁中果膠酯化度顯著增大，由82.87%升至96.17%(p<0.05)，分子量在UHT處理之后由267.17 kDa增至331.08 kDa，桃濁汁的濁度和懸浮穩(wěn)定性與果膠的分子量、酯化度以及果膠甲基酯酶(PME)酶活間均表現(xiàn)出不同程度的相關(guān)性。果膠的特征官能團(tuán)在發(fā)生了變化,其中COO-的振動(dòng)增強(qiáng)。SEM結(jié)果表明熱處理后果膠微觀形態(tài)為均一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),PME酶活由0.041 U/mL降至0.018 U/mL。熱處理使桃濁汁流變學(xué)特征指標(biāo)、果膠結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,為鮮榨桃濁汁加工技術(shù)研發(fā)和品質(zhì)提升提供依據(jù)。

熱處理,桃濁汁,流變學(xué),果膠,結(jié)構(gòu)

我國是桃種植和生產(chǎn)大國,約占世界桃產(chǎn)量的一半以上。桃味美多汁,含有糖類、蛋白質(zhì)、果膠、膳食纖維和多種維生素等營養(yǎng)物質(zhì)[1]。由于受采摘成熟度、微生物和內(nèi)源酶等的影響,不耐貯運(yùn)。桃加工產(chǎn)業(yè)可有效緩解鮮銷壓力,延長供應(yīng)貨架期,拉動(dòng)桃產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增值,并延長產(chǎn)業(yè)鏈[2]。我國桃加工以制汁和罐頭加工為主,桃汁產(chǎn)品形式有高濃度的濁汁、清汁以及低濃度的桃汁飲料等。隨著人們生活水平和健康意識的提升,高品質(zhì)、純天然、營養(yǎng)豐富、少加工且極大保留新鮮果蔬汁風(fēng)味的鮮榨汁越來越受到消費(fèi)者的青睞[3]。然而,鮮榨桃濁汁主要的問題之一是其混濁穩(wěn)定性較難保持,貨架期內(nèi)容易分層,影響其感官品質(zhì)。前期研究報(bào)道,影響濁汁混濁穩(wěn)定性的主要物質(zhì)是蛋白質(zhì)、果膠、纖維素等大分子,以及酚類、單糖類小分子物質(zhì)的存在。其中果膠、酚類、單糖類為主要的可溶性成分[4]。但是果膠因?yàn)槠鋸?fù)雜的結(jié)構(gòu),易與其它物質(zhì)發(fā)生交聯(lián)聚合反應(yīng)[5],導(dǎo)致果汁的穩(wěn)定性發(fā)生變化。

桃汁的加工技術(shù)相對成熟,其中殺菌處理是保證果汁貨架期安全品質(zhì)的必要且重要的操作單元。目前主要采用了巴氏殺菌和高溫瞬時(shí)殺菌(UHT),兩種殺菌處理可有效殺滅微生物和鈍化酶的活性,延長果汁貨架期品質(zhì)。然而,以流變學(xué)為基礎(chǔ)及果膠變化為核心內(nèi)容,以熱殺菌為主要手段的鮮榨桃濁汁沉降穩(wěn)定性品質(zhì)形成機(jī)理報(bào)道較少。果汁的流變特性、濁度、懸浮穩(wěn)定性的指標(biāo)可用于表征果汁穩(wěn)定性品質(zhì)[6]。果膠在食品工業(yè)中主要作為增稠劑和穩(wěn)定劑使用,粘度是衡量果膠增稠或穩(wěn)定效果的一個(gè)重要指標(biāo),果膠的濃度,理化性質(zhì)(酯化度、分子量等)與濁汁的流變特性等穩(wěn)定性品質(zhì)指標(biāo)密切相關(guān)[7]。果汁流變性指標(biāo)與果汁感官、口感等食用品質(zhì)直接相關(guān),其變化特性對鮮榨果汁加工技術(shù)改進(jìn)、創(chuàng)新具有重要的指導(dǎo)意義。

本研究以中國北方的白桃主栽品種為原料制備鮮榨桃濁汁,采用傳統(tǒng)巴氏殺菌和UHT處理,研究鮮榨桃濁汁流變學(xué)、沉降穩(wěn)定性等特征指標(biāo)、果膠結(jié)構(gòu)及與其相關(guān)的果膠甲基酯酶(PME)酶活性變化,為鮮榨桃濁汁加工技術(shù)創(chuàng)新和品質(zhì)提升提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

晚24號桃 采于北京市平谷區(qū),外觀完整且無機(jī)械損傷;蘋果果膠(DE:70%～75%) 諾維信(中國)生物技術(shù)有限公司;氫氧化鈉、無水乙醇 均為分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

HR1876榨汁機(jī) 飛利浦公司;3K15離心機(jī) 德國Sigma公司;UV1800紫外可見分光光度計(jì) 日本島津公司;穩(wěn)定性分析測試儀 法國Formulaction公司;Physica MCR301流變儀 奧地利安東帕有限公司;ICS-300 Bio-LC system離子色譜 美國戴安公司;Tensor27傅立葉紅外光譜 德國Bruker公司;1100 HPLC 安捷倫科技(中國)有限公司;S-570掃描電子顯微鏡 日本日立公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料制備 新鮮的桃清洗,切塊,液氮速凍,置于-40 ℃下保存。冷凍的桃塊解凍,榨汁,使用60目濾布過濾,分裝,得到桃濁汁樣品,于4 ℃下冷藏[2]。

1.2.2 殺菌方式 巴氏殺菌:溫度為65 ℃,時(shí)間為30 min;溫度為95 ℃,時(shí)間為5 min;UHT殺菌:溫度為110 ℃,時(shí)間為3 s;空白組為CK。水循環(huán)使其降溫到室溫,待測。

1.2.3 果膠的提取方法 醇不溶性物質(zhì)(AIR)的提取:量取果汁100 mL,加入95%乙醇600 mL靜置。將提取液放入100 ℃沸水浴中煮20 min,冷卻至室溫用G4砂芯漏斗(孔徑5～15 μm)過濾。不溶物依次用煮沸95%乙醇沖洗、氯仿與甲醇混合液(V∶V=1∶1)沖洗、最后用丙酮沖洗脫得到白色、均一的粉末,于35 ℃烘箱中干燥到恒重[8]。

水溶性(WSP)果膠的提取:量取0.5 g AIR,在60 mL 40 ℃蒸餾水中混合30 min?；旌弦涸?0000 r/min條件下離心25 min,分離上清液和沉淀。沉淀重新在60 mL 40 ℃蒸餾水中混合1 h,離心。將兩次離心后的上清液混合后抽濾去除雜質(zhì),透析48 h,凍干后放置在干燥器中備用[9]。

1.2.4 濁度的測定 3000 r/min,5 min離心后的桃濁汁取上清液,將上清液充分混勻后,以蒸餾水為對照,在660 nm處測定桃濁汁的OD值[10]。

1.2.5 懸浮穩(wěn)定性的測定 將3000 r/min,5 min離心后的桃濁汁,棄沉淀取上清液,將上清液用5000 r/min離心15 min,在660 nm處測定OD值[10]。

1.2.6 穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)曲線的測定 利用穩(wěn)定性分析測試儀(AGS)進(jìn)行分析,將產(chǎn)品放入20 mL的測量池內(nèi)將樣品池放入穩(wěn)定性分析測試儀(LAB)內(nèi)進(jìn)行測量,測量參數(shù)是:溫度為室溫,掃描參數(shù)是每1 h掃描1次,完成樣品池從底到頂部的測量稱為1次掃描,一共掃描20 h[11]。

1.2.7 果汁流變的測定 采用應(yīng)變控制流變儀(Physica MCR301 Anton Paar)進(jìn)行測定,錐板直徑為50 mm,錐角1°。吸取1 mL果膠溶液到流變儀平板上,調(diào)整錐板和平板間距到0.047 mm,然后靜置5 min使果膠溶液溫度平衡后進(jìn)行測定。剪切速率范圍為0～100 s-1[12]。

1.2.8 果膠分子量的測定 準(zhǔn)確稱取桃濁汁果膠0.01 g溶于0.1 mol/L的NaNO3溶液中(1 mg/mL),經(jīng)過24 h充分溶解后,在注射進(jìn)入配有TSKG-4000 PWXL凝膠色譜柱的高效液相色譜儀之前過0.22 μm水系膜。高效液相色譜儀配有多角度激光檢測器、紫外分光光度計(jì)及示差檢測器3個(gè)檢測器。利用高效體積排除色譜法測定果膠的分子量。洗脫液為0.1 mol/L NaNO3溶液,含有0.04%疊氮化鈉作為抑菌劑,洗脫流速為0.5 mL/min。果膠溶液折光指數(shù)dn/dc=0.135 mL/g[13]。

1.2.10 PME酶活性的測定 粗酶液提取:5 mL桃濁汁與10 mL 0.2 mol/L的Tris-HCl緩沖液(pH=7.5,含0.1 mol/L的HCl)混合,在4 ℃下靜置12 h,在10000 r/min,4 ℃下離心10 min,上清液為PME酶提取液[15]。

酶活性測定:5 mL酶液與20 mL 1%果膠溶液(含有0.1 mol NaCl)混合,調(diào)至pH=7.5.加入0.5 mL 0.05 mol/L的NaOH計(jì)時(shí),記錄pH計(jì)讀數(shù)回到7.5所需要的時(shí)間t[15]。酶活性計(jì)算公式為:PMEU=0.5 mL×0.05 mol/L/(5 mL×t)注:(PMEU)代表PME酶活力單位。

1.2.11 果膠結(jié)構(gòu)的測定 將干燥的桃濁汁果膠與溴化鉀(KBr)以質(zhì)量比1∶250混勻研磨后壓片,利用Tensor27傅里葉紅外光譜FT-IR對加壓前后的桃濁汁果膠進(jìn)行紅外掃描。參數(shù)設(shè)定為:掃描分辨率4 cm-1,累計(jì)掃描64次。紅外光譜掃描波數(shù)范圍4000～400 cm-1[16]。

1.2.12 果膠微觀結(jié)構(gòu)的觀察 果膠顯微形態(tài)觀察采用日立S-570型掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEMS)進(jìn)行觀察。經(jīng)過粘臺(tái)和噴金等步驟后,在加速電壓為12 kV的條件下用SEM對果膠樣品進(jìn)行觀察。

1.3統(tǒng)計(jì)分析

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)三次,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,用SPSS 12.0.1統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析,采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),以p<0.05為顯著性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),用Origin 8.0作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1熱處理對桃濁汁濁度和穩(wěn)定性的影響

圖1 熱處理對于桃濁汁濁度的影響Fig.1 Effect of heat treatment on turbidity of cloudy peach juice注:圖上小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05);圖2同。

3種熱處理方式對桃濁汁濁度的影響如圖1所示,與未處理的桃濁汁相比,UHT處理之后差異不顯著,(65 ℃ 30 min和95 ℃ 5 min)處理之后有顯著性的變化(p<0.05)。經(jīng)巴氏殺菌(65 ℃,30 min)處理的果汁的濁度最高,即此時(shí)果汁最渾濁?？赡茈S著溫度的升高,桃濁汁中物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)加快,增強(qiáng)了果膠、蛋白質(zhì)、酚類物質(zhì)等大小分子間交互作用,聚合形成大顆粒,使沉淀加速,與Kirby A分析一致[17]。而在95 ℃和UHT處理下,隨著溫度的增高,果膠、蛋白質(zhì)等大分子之間的聯(lián)結(jié)可能在高溫條件下又發(fā)生了分解。此外,較高的溫度處理加速了大顆粒的沉降,與65 ℃ 30 min處理相比,桃濁汁的濁度降低[6]。

3種熱處理方式對于桃濁汁的懸浮穩(wěn)定性的影響如圖2所示。由圖2可以看出經(jīng)過熱處理,桃濁汁懸浮穩(wěn)定性除95 ℃處理與UHT處理存在顯著性差異外(p<0.05),其他處理間并無顯著變化(p>0.05)。UHT處理溫度相對較高,可能造成了一些大顆粒的加速沉降,與未處理的桃濁汁相比,UHT處理之后懸浮穩(wěn)定性有所降低,這與熱處理對上述桃濁汁濁度影響的結(jié)果是一致的,桃濁汁的懸浮穩(wěn)定性主要是受果汁中果膠、果膠的酯化度以及相對分子質(zhì)量等因素的影響[18]。因此,需要進(jìn)一步研究處理溫度與時(shí)間對果膠的酯化度以及相對分子質(zhì)量的影響,以更好地解釋熱殺菌對桃濁汁懸浮穩(wěn)定性的影響。

圖2 熱處理對于桃濁汁懸浮穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of heat treatment on the suspension stability of cloudy peach juice

3種熱處理方式對于桃濁汁的整體穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)曲線的影響如圖3所示,曲線斜率越大說明光強(qiáng)值變化越大,說明樣品越不穩(wěn)定。由圖3可知,與對照組對比,UHT處理后桃濁汁的穩(wěn)定性有所下降,而65 ℃、95 ℃處理后穩(wěn)定性沒有發(fā)生顯著的變化。得出的結(jié)論與圖2懸浮穩(wěn)定性得出的結(jié)論相一致。由于整體穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)曲線數(shù)據(jù)難以用數(shù)字來具體表征,本文采用OD值來分析相關(guān)性。

圖3 熱處理桃濁汁后20 h的整體穩(wěn)定性動(dòng)力學(xué)曲線Fig.3 The overall stability dynamics curve of cloudy peach juice after 20 h by heat treatment

2.2熱處理對桃濁汁流變特性的影響

圖4可以看出,不同熱處理方式下果汁的流變特性曲線。同一種處理方式而言,剪切應(yīng)力隨剪切速率的增大而增大。Herschel-Buikley模型在研究流變學(xué)特性中使用最廣泛,胡珊珊、方亮等[19-20]在研究果汁的流變特性結(jié)果表明,果汁的流變特性可以用Herschel-Buikley模型更好的擬合。本文將桃濁汁的流變特性數(shù)值用Herschel-Buikley模型τ=τ0+krn進(jìn)行擬合[20],Herschel-Buikley式中,τ0為屈服應(yīng)力(Pa);τ為剪切應(yīng)力(Pa);k為稠度系數(shù)(Pa·sn);r為剪切速率(s-1);n為流態(tài)特性指數(shù)。復(fù)相關(guān)系數(shù)R2表示方程的擬和精度。結(jié)果如表1所示。

圖4 熱處理對于桃濁汁流變特性的影響Fig.4 Effect of heat treatment on rheological properties of cloudy peach juice

表1 熱處理對于對桃濁汁的流變特性參數(shù)值的影響Table 1 Effect of heat treatment on the rheological properties of cloudy peach juice

表1可以得到,Herschel-Buikley模型R2≥0.99,說明Herschel-Buikley可以很好地模擬桃濁汁的流變特性。吳其曄等[21]指出Herschel-Buikley模型中k值越大,說明流體越黏稠。τ0屈服應(yīng)力是促使物質(zhì)變形或流動(dòng)的最小應(yīng)力,對于流體即為使流體發(fā)生剪切變形的應(yīng)力,這與流體體系中大分子物質(zhì)的大小有關(guān)。有研究表明屈服應(yīng)力的大小與物質(zhì)的濃度有較大關(guān)系,溶液濃度越大,屈服應(yīng)力越大[22]。在同一公式的擬合下,與未處理的桃濁汁相比,桃濁汁溶液的k值和τ0值在65 ℃下明顯增大,n值增大,但是隨著溫度的升高,流體黏稠系數(shù)k和屈服應(yīng)力τ0下降。表明桃濁汁的粘度在65 ℃下達(dá)到最大值,在95 ℃和UHT處理?xiàng)l件下,粘度又呈現(xiàn)下降趨勢。這可能是由于熱處理促進(jìn)了分子間的熱運(yùn)動(dòng),促進(jìn)了顆粒分子的熱運(yùn)動(dòng),減弱了分子間的相互作用,溶液體積發(fā)生膨脹,使得每一分子平均占有的體積增大,導(dǎo)致桃濁汁的粘度隨著溫度繼續(xù)增大而有所下降。張兆琴等[23]研究橙皮果膠流變學(xué)性質(zhì)影響因素也得出了相似的結(jié)果。陳金[24]指出影響果汁粘稠性主要因素由果膠分子之間的相互作用,以及果膠分子鏈接而成的三維結(jié)構(gòu)。因此,基于桃濁汁表觀穩(wěn)定性及流變特性指標(biāo)的變化趨勢,有必要對果膠的結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步探索,探索桃濁汁表觀特性變化的微觀分子基礎(chǔ)。

熱處理對于桃濁汁粘度曲線的影響如圖5所示,與65 ℃相比,95 ℃、UHT處理下桃濁汁粘度又有所減小。此外,由圖中數(shù)據(jù)變化特征可以看出,在同一殺菌方式下,剪切速率從低到高的時(shí)候,桃濁汁的粘度急劇下降。說明在一定的溫度范圍內(nèi),桃濁汁表現(xiàn)出假塑性流體特征[25],表明桃濁汁為假塑形流體。由圖4可以看出,熱處理方式的變化并沒有改變桃濁汁的流體類型。

圖5 熱處理對于桃濁汁粘度曲線的影響Fig.5 Effect of heat treatment on the viscosity curve of cloudy peach juice

2.3熱處理對桃果膠分子量的大小的影響

Mw為重均分子量(Weight-average Molecular Weight),一般指所有合成高分子化合物的分子量以及大多數(shù)天然高分子化合物的分子量都是不均一的,它們是分子量不同的同系物的混合物,按分子重量統(tǒng)計(jì)平均的分子量為重均分子量,其值等于每種分子的分子量乘以其重量分?jǐn)?shù)的總和[26]。由表2可以看出,空白組的桃果膠的Mw是(267.17±4.13) kDa,經(jīng)巴氏殺菌65 ℃、30 min,95 ℃、5 min處理得到的桃果膠的Mw均顯著降低,經(jīng)UHT處理得到的桃濁汁中果膠Mw卻顯著增大,為(331.08±1.75) kDa。2種巴氏殺菌處理得到的分子量降低,可能是因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中65 ℃和95 ℃熱處理時(shí)間較長,果膠鏈在加熱過程中發(fā)生了嚴(yán)重的裂解。Shpigelman A等[26]在研究高壓和熱處理對于果膠的非酶轉(zhuǎn)變中研究也證實(shí)了這一點(diǎn),但是隨著溫度的升高,果膠分子鏈之間內(nèi)部結(jié)構(gòu)又發(fā)生了鏈接,UHT處理后果膠的分子量發(fā)生了變大,這可能與提取的果膠中含有微量的蛋白質(zhì),經(jīng)過短時(shí)間的高溫發(fā)生了重新的聚合有關(guān)系。

表2 熱殺菌處理對于桃濁汁果膠分子量大小的影響Table 2 Effect of heat treatment on the molecular weight of pectin in cloudy peach juice

注:同列小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05);表3同。

分子量分布由Mw/Mn表示,即表示樣品的分散度,分子量越寬,分散度就越大。對于窄的分子量分布,Mw/Mn比值趨于1,果膠是一個(gè)中度分散的大分子[27]。與空白組相比,熱處理之后果膠的Mw/Mn值都有所減小,Mw/Mn比值更趨于1,表明熱處理使得桃濁汁中的果膠分子量更趨于一致,果膠分子量間的差距變小。

表4 桃濁汁穩(wěn)定性與桃果膠指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果Table 4 Correlation analysis between the indexes of cloudy peach juice stability and peach pectin

注:**表明p<0.01,*表明p<0.05。2.4熱處理對于桃果膠酯化度和PME酶活性的影響

由表3可以看出,經(jīng)過巴氏殺菌和UHT熱處理之后的PME酶活性顯著降低,由原來的(0.041±0.0041) U/mL降低到(0.018±0.0002) U/mL,果膠的酯化度升高,由原來的(82.87%±0.60%)增強(qiáng)到(96.17%±0.42%)。說明熱處理能鈍化酶活性,使果膠的酯化度升高。但是在本文中測得桃濁汁的粘度只有在65 ℃增加,而在95 ℃和UHT處理后粘度有所下降,這與果膠酯化度升高,粘度增加是相矛盾的。這可能是由于熱處理促進(jìn)了分子間的熱運(yùn)動(dòng),促進(jìn)了顆粒分子的熱運(yùn)動(dòng),減弱了分子間的相互作用,溶液體積發(fā)生膨脹,使得每一分子平均占有的體積增大,導(dǎo)致桃濁汁的粘度隨著溫度繼續(xù)增大而有所下降[28]。

表3 熱處理對于桃濁汁果膠酯化度和PME酶活性的影響Table 3 Effect of heat treatment on the degree of pectin and PME enzyme in cloudy peach juice

查笑君等[29]研究表明,PME酶作用的原理為:PME酶能作用于果膠,脫去甲氧基生成低甲氧基果膠。果汁中包圍在顆粒周圍的果膠受到PME作用生成低甲氧基果膠,能與多價(jià)陽離子作用生成不溶性的果膠鹽沉淀,這會(huì)導(dǎo)致桃濁汁的穩(wěn)定性變差。Yeom H W等[28]研究表明雖然影響熱穩(wěn)定性的PME酶含量不高,但卻是導(dǎo)致果汁混濁度喪失的主要原因,果膠酯化度是衡量果汁粘度的主要指標(biāo),酯化度增加,桃濁汁粘度增加。

2.5桃濁汁穩(wěn)定性與桃果膠指標(biāo)相關(guān)性分析

利用SPSS 12.0.1數(shù)據(jù)分析軟件,對桃濁汁的濁度、懸浮穩(wěn)定性與桃果膠的分子量、酯化度以及PME酶進(jìn)行了Pearson線性相關(guān)性分析,結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出,桃濁汁濁度與桃果膠分子量呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān),桃濁汁濁度與果膠酯化度呈現(xiàn)顯著正相關(guān),懸浮穩(wěn)定性與果膠分子量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān),懸浮穩(wěn)定性與PME酶呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。桃濁汁的濁度與桃果膠的分子量呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān),說明隨著果膠的分子量的增大,果膠大分子發(fā)生了聚集而濁度減小。隨著分子量的減小,表明果膠分子內(nèi)部發(fā)生了分解,形成不同的小分子聚合物不均勻地分散在果汁中,導(dǎo)致了桃濁汁的濁度增大[30]。

2.6熱處理對于桃濁汁果膠結(jié)構(gòu)的變化

圖6是3種不同的熱處理方式和未處理的的果膠的紅外掃描圖。Zouambia等[31]指出3600～3200 cm-1波長范圍代表了果膠-OH的伸縮振動(dòng);3000～2800 cm-1波長范圍是果膠甲基、亞甲基以及次甲基中C-H鍵的拉伸、對稱和反對稱的吸收峰;1760～1730 cm-1處強(qiáng)的峰為果膠羧羰基和酯羰基中C=O的伸縮振動(dòng),有研究指出此處的伸縮振動(dòng)峰表明存在乙?；?。1630～1600 cm-1處的峰為果膠羧基中COO-的振動(dòng)引起的;1560～1540 cm-1是表征蛋白質(zhì)含量的峰[32]。

圖6 熱處理對于桃濁汁果膠結(jié)構(gòu)的影響Fig.6 Effect of heat treatment on the structure of pectin in cloudy peach juice

由圖6可以看出,在3452 cm-1處,熱處理與空白組相比,果膠在3200～3600 cm-1處的吸收峰增強(qiáng),表明-OH數(shù)量增加,可能是因?yàn)殡S著溫度的升高,締合的氫鍵斷裂。在2942 cm-1處,熱處理與空白組對照,強(qiáng)度增強(qiáng),溫度的升高會(huì)增強(qiáng)C-H鍵的拉伸。在1735 cm-1處,果膠的羧羰基和酯羰基的C=O伸縮振動(dòng)加強(qiáng),表明果膠發(fā)生一些聚合反應(yīng)的羥醛縮合反應(yīng)的概率增強(qiáng),果膠分子內(nèi)部間發(fā)生了聚合,這可能與果膠的分子量變大有關(guān)系。在1630 cm-1處,COO-的振動(dòng)增強(qiáng),碳骨架酯鍵的斷鏈增強(qiáng),COO-含量增加,有可能與果膠的酯化度上升有關(guān),與水結(jié)合的程度增加,增強(qiáng)了持水能力。在1550 cm-1處的形成新的吸收峰,說明果膠分子間的排斥力增加,果膠鏈充分伸展,使包埋在果膠內(nèi)的蛋白質(zhì)被暴露出來,高溫可以使蛋白質(zhì)變性,導(dǎo)致新的吸收峰形成。

2.7熱處理后果膠SEM掃描圖

由圖7可以看出,A圖未經(jīng)過熱處理的桃果膠的表面呈片狀結(jié)構(gòu);由B、C、D圖分別可以看出經(jīng)過熱處理之后,果膠表面呈現(xiàn)坑洼狀,果膠受到不同程度的破壞;由D圖可以看出,經(jīng)UHT處理之后,果膠的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)均一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這與果膠的分子量的分散度有關(guān)系,UHT處理后Mw/Mn為(1.209±0.05)與空白組(1.699±0.01)的相比,Mw/Mn更趨向于1,表明果膠的分子量的分散度變小[33],分子之間排列更加的緊密。

圖7 熱處理對于桃濁汁果膠的電鏡掃描圖的影響(100×)Fig.7 Effect of heat treatment on the electron microscope scanning of pectin in cloudy peach juice(100×)注:A-CK,B-65 ℃,C-95 ℃,D-UHT。

3 結(jié)論

本文將兩種巴氏殺菌和高溫瞬時(shí)殺菌(UHT)這三種熱處理方式與空白組相比,經(jīng)過熱處理之后，桃濁汁熱處理65 ℃、30 min處理后桃濁汁的粘度增大，95 ℃、5 min和UHT處理之后粘度減小；與未處理相比，三種熱處理下濁度發(fā)生了顯著性變化，懸浮穩(wěn)定性沒有顯著的變化，桃油汁中果膠分子在UHT處理之后由267.17 kDa增至331.08 kDa,酯化度呈現(xiàn)上升的趨勢。此外,PME酶活顯著性降低。果膠的特征官能團(tuán)發(fā)生了變化,電鏡掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn)桃果膠在加熱處理后微觀形態(tài)會(huì)有一定的變化,經(jīng)UHT處理之后,果膠的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)均一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。相關(guān)性分析表明,桃濁汁的濁度和懸浮穩(wěn)定性與果膠的分子量、酯化度以及PME酶活性間均表現(xiàn)出不同程度的相關(guān)性。因此,熱處理的桃濁汁與未處理相比,熱處理不僅改變了桃果膠結(jié)構(gòu)的性質(zhì),還較好的保持了桃濁汁的穩(wěn)定性。

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Effectsofheattreatmentontherheologicalpropertiesandstructurecharacteristicsofpectinincloudypeachjuice

WANGShu-zhen1,2,LIUXuan2,BIJin-feng2,NINGXi-bin1,*XUEYu-jie1,2

(1.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China; 2.Institute of Agro-Products Processing Science and Technology,CAAS, Key Laboratory of Agro-Products Processing,Ministry of Agriculture,Beijing 100193,China)

In this study,fresh squeezed peach juice were investigated for changes of rheological properties and pectin structure induced by different heat treatments,including pasteurization at 65 ℃ for 30 min,95 ℃ for 5 min and ultra high temperature treatment(UHT)of 110 ℃ for 3 s.Compared with the untreated peach juice,after heat treatment(60 ℃,30 min)the viscosity of peach juice had increased,after heat treatment(95 ℃,5 min and UHT )the viscosity of peach juice had decreased;Compared with the untreated peach juice,after the three heat treatments,peach juice turbidity has increased(p<0.05),peach juice suspension stability did not show significant change(p>0.05),the degree of esterification of pectin in peach juice showed significantly increments,from 82.87% to 96.17%(p<0.05),the molecular weight had increased after the ultra high temperature treatment(UHT),from 267.17 kDa to 331.08 kDa.The relationship between the two stability indexes of peach juice and the two indexes of pectin and the PME enzyme showed different degrees of correlation. The characteristic functional group of pectin was changed,significant response of COO-,vibration suggested enhancement of the degree of esterification of pectin. Scanning electron microscope analyses indicated that the morphology of peach pectin appeared unifrom network structure. Moreover,PME activity were inactivated from 0.041 U/mL to 0.018 U/mL. The rheological properties and structure of pectin were changed by heat sterilization,which provided guidance for the development of cloudy peach juice processing technology and quality properties.

heat treatment;cloudy peach juice;rheology;pectin;structure

2016-11-04

王淑珍(1991-),女,碩士研究生,研究方向:食品科學(xué),E-mail:13166338068@163.com。

*通訊作者:寧喜斌(1964-),男,博士,教授,研究方向:食品安全、微生物學(xué),E-mail:xbning@shou.edu.cn。

“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0400302)。

TS255.44

:A

:1002-0306(2017)12-0044-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.12.009