宣曉婷,張賽佳,2,崔 燕,林旭東,尚海濤,凌建剛,3,*

(1.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,浙江寧波 315000; 2.浙江海洋大學(xué)食品與醫(yī)藥學(xué)院,浙江舟山 316000; 3.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院,浙江杭州 310012)

NFC果蔬汁(Not-from-concentrate juice,NFC)又稱非濃縮還原汁,即將新鮮果蔬經(jīng)過清洗、巴氏殺菌后在較低溫度的環(huán)境中加工而成的果蔬汁[1]。由于NFC果蔬汁在加工過程中受熱時間短,所以很好的保留了新鮮果蔬原有的營養(yǎng)物質(zhì),與傳統(tǒng)濃縮還原果蔬汁相比,NFC果蔬汁更受廣大消費者的喜愛。而超高壓(High hydrostatic pressure,HHP)技術(shù)作為一種新型的食品非熱加工技術(shù),用100～1000 MPa處理食品物料,既可達(dá)到殺菌、鈍酶效果,又能很好地保留食品原有的色香味和營養(yǎng)活性物質(zhì)[2]。目前關(guān)于超高壓技術(shù)在NFC果蔬汁中的應(yīng)用研究多針對于單一水果或蔬菜,主要有以香蕉汁[3]、梨汁[4]、番茄汁[5]等為原料的單一品種。隨著消費者對果蔬汁健康、營養(yǎng)、多樣化的更高要求,超高壓技術(shù)在NFC復(fù)合果蔬汁中的應(yīng)用研究亟需大力開展。

楊梅作為華東一帶特產(chǎn)的水果,其風(fēng)味濃郁、汁液豐富、酸甜可口,具有較高的營養(yǎng)價值。楊梅果實中含糖量9.8%～11.7%,可滴定酸1.2～4.5 mg/g(以檸檬酸計),鮮果中含鉀量達(dá)1410.0 mg/kg[6]。茭白富含蛋白質(zhì)、糖類、微量維生素、礦物質(zhì)等,高纖維,可食用部位含水量高達(dá)93%,能清熱解毒、消渴通便,有較高的藥用價值,鮮榨茭白具有獨特的甘甜風(fēng)味[7]。西瓜作為“盛夏之王”,含有大量葡萄糖、蘋果酸、果糖、蛋白氨基酸、番茄素及豐富的維生素C等物質(zhì)[8]。將楊梅汁與茭白汁混合,西瓜汁用以改善口感和風(fēng)味,賦予果蔬汁楊梅的酸甜口感、西瓜的清涼香氣及茭白的甘甜,不僅僅在感官上,營養(yǎng)方面維生素礦物質(zhì)混合搭配,相互補充,且該復(fù)合果蔬汁色澤鮮艷,口感清爽,香氣濃郁。

本文對楊梅西瓜茭白復(fù)合果蔬汁配方進行響應(yīng)面優(yōu)化,得到最佳配方,并開展超高壓對復(fù)合果蔬汁的微生物、糖、酸和VC的影響,探究其在貯藏過程中的品質(zhì)變化規(guī)律,為超高壓在復(fù)合果蔬汁中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

荸薺種楊梅、西瓜、茭白 購于寧波市東柳菜市場;PVC瓶 購于寧波航景有限公司;氯化鈉、氫氧化鈉、酚酞指示劑、2,6-二氯靛酚、偏磷酸、平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基 分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

YP30002電子天平 上海佑科儀器儀表有限公司;S10手提式高速分散器 寧波新芝生物科技股份有限公司;FE-28 pH計 梅特勒-托利多(上海)儀器公司；H1850R離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司;HU13WN3L榨汁機 韓國惠人公司;F5手持糖度計 日本愛拓ATAGO;DL-I-15臺式封閉電爐 天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 楊梅→挑選→清洗→去核→榨汁→過濾→楊梅原汁;

西瓜→挑選→清洗→切半→去皮、去籽→取瓤→榨汁→過濾→西瓜原汁;

茭白→挑選→去皮→清洗→切塊→燙漂→榨汁→過濾→茭白原汁;

楊梅原汁、西瓜原汁、茭白原汁→調(diào)配混合→PVC瓶灌裝→超高壓殺菌。

1.2.2 加工方法

1.2.2.1 原料選擇和清洗 選擇新鮮無蟲蛀、無腐爛的成熟果實,清洗去除污垢雜質(zhì)。

1.2.2.2 去核和燙漂 楊梅在榨汁前需要進行去核,茭白在榨汁前沸水燙漂2 min并切成約5 cm長度的茭白塊。

1.2.2.3 榨汁和過濾 為了最大限度保留果蔬營養(yǎng)物質(zhì),將清洗后去核的楊梅和進行燙漂切塊的茭白及取瓤的西瓜在4 ℃低溫下分別進行榨汁,然后用200目紗布進行粗過濾,把一些粗纖維過濾掉。

1.2.2.4 調(diào)配 將楊梅汁、西瓜汁和茭白汁按一定比例進行調(diào)配,以混合最佳口感的復(fù)合果蔬汁。

1.2.2.5 超高壓處理 將復(fù)合果蔬汁置于超高壓高壓滅菌倉中,設(shè)置超高壓參數(shù)為:壓力550 MPa,保壓時間10 min,設(shè)備升壓時間為3 min,泄壓時間3～5 s,處理結(jié)束后,將樣品取出,置于4 ℃條件下貯藏12 d,并在第0、4、8、12 d分別進行菌落總數(shù)和品質(zhì)指標(biāo)的測定,同時以未經(jīng)超高壓處理為對照組。

1.2.3 果蔬原汁理化品質(zhì)指標(biāo)的測定 總糖度采用手持糖度計測定,參考GB/T 12143-2008[9];酸度采用酸堿滴定法,參考GB/T 12456-2008[10];pH采用FE-28型pH計測定，以判斷三種原汁是否適合復(fù)配。

1.2.4 混合果蔬汁配方的優(yōu)化

1.2.4.1 單因素實驗 楊梅汁添加量確定將添加量為45%、50%、55%、60%、65%、70%的楊梅汁分別添加入55%、50%、45%、40%、35%、30%的茭白汁和西瓜混合汁(混合比例為1∶1)中,并進行感官評分,確定楊梅汁最佳添加量;

西瓜汁添加量確定將添加量為10%、15%、20%、25%、30%、35%的西瓜汁分別添加入90%、85%、80%、75%、70%、65%的茭白汁和楊梅混合汁(混合比例為1∶1)中,并進行感官評分,確定西瓜汁最佳添加量;

茭白汁添加量確定將添加量為10%、15%、20%、25%、30%、35%的茭白汁分別添加入90%、85%、80%、75%、70%、65%的西瓜汁和楊梅混合汁(混合比例為1∶1)中,并進行感官評分,確定茭白汁最佳添加量。

1.2.4.2 響應(yīng)面優(yōu)化 在上述單因素實驗結(jié)果基礎(chǔ)上利用Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化技術(shù)研究楊梅汁添加量(x1)、西瓜汁添加量(x2)和茭白汁添加量(x3)三個因素對產(chǎn)品感官評分的影響,并利用Designexpert(version8.0.6,State-EaseInc,Minneapolis,MN,USA)優(yōu)化配方并進行數(shù)值模擬和模型預(yù)測。試驗因素水平與編碼見表1。

表1 影響因素水平及編碼Table 1 Levels and codes of influencing factors

1.2.5 產(chǎn)品感官綜合評分 選擇10名專業(yè)人員(男女比例1∶1)對復(fù)合果蔬汁進行感官評定,分別對復(fù)合果蔬汁的色澤、口感、組織狀態(tài)、氣味進行評價,取平均值,總分為100分,感官評分表見表2[11]。

表2 產(chǎn)品感官評定指標(biāo)及分值表Table 2 Products sensory evaluation index and score table

1.2.6 超高壓處理下混合果蔬汁貯藏微生物和品質(zhì)檢驗指標(biāo)的測定 微生物指標(biāo)測定菌落總數(shù),參考GB4789.2-2016[13];總糖度采用手持糖度計測定,參考GB/T 12143-2008;酸度采用酸堿滴定法,參考GB/T 12456-2008[9];VC含量采用2,6二氯靛酚滴定法,參考GB 5009.86-2016[13]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗結(jié)果都是三次檢測結(jié)果的平均值,平均值及標(biāo)準(zhǔn)差采用SPSS分析軟件(IBM公司,美國)進行單因素方差分析所得,用Tukey檢驗法進行顯著性比較,所有顯著性分析均在p<0.05水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 楊梅汁、西瓜汁和茭白汁基本理化品質(zhì)

果蔬汁飲料主要的呈味物質(zhì)是糖和酸,但復(fù)合果蔬汁的風(fēng)味并非是甜味和酸味的簡單疊加,而是兩者共同作用,不僅取決于糖和酸的含量水平,也受到糖和酸的比例和種類的影響。楊梅汁、西瓜汁和茭白汁的基本理化指標(biāo)如表3所示。由糖酸比數(shù)據(jù)顯示,楊梅汁的糖度和酸度最高,pH近強酸性,糖酸比適中;西瓜汁的糖酸比最高,口感偏甜;茭白汁糖度最低,糖酸比最低,pH近中性。因此三者搭配不僅可以保持楊梅特有風(fēng)味,同時西瓜汁和茭白汁均可改善楊梅汁刺激的酸味。

表3 三種果蔬原汁的基本理化指標(biāo)Table 3 The basic properties of three different juices

2.2 楊梅汁、西瓜汁和茭白汁添加量對果蔬汁感官評分的影響

如圖1可得,作為NFC復(fù)合果蔬汁中的添加成分之一楊梅汁的添加量對于產(chǎn)品的感官評分有顯著影響(p<0.05),由感官結(jié)果可以看出,隨著楊梅汁添加量的增大,NFC復(fù)合果蔬汁增添了楊梅的獨特風(fēng)味,口感酸甜適中,柔和爽口,無刺激感,但添加量達(dá)到55%以后,楊梅汁過酸,品嘗時給人不愉快的感覺,因此感官評分呈先顯著上升、平穩(wěn)、后顯著下降趨勢(p<0.05),楊梅汁添加量在55%時產(chǎn)品的感官評分為最佳。

圖1 楊梅汁添加量對復(fù)合果蔬汁感官評分的影響Fig.1 Effects of bayberry juice addition on sensory scores of compound fruit and vegetable juice注:不同小寫字母表示有顯著性差異(p<0.05);圖2～圖3,圖7～圖8同。

如圖2可得西瓜汁的添加量對于產(chǎn)品感官評分的影響。由感官結(jié)果可以看出,隨著西瓜汁添加量的增大,NFC復(fù)合果汁具有濃郁獨特的西瓜風(fēng)味,風(fēng)味充實令人愉悅,但添加量達(dá)到25%以后,復(fù)合果蔬汁過甜,品嘗時給人不愉快的感覺,因此感官評分呈先顯著上升、后顯著下降趨勢(p<0.05),西瓜汁的添加量在25%時為最佳。

圖2 西瓜汁添加量對復(fù)合果蔬汁感官評分的影響Fig.2 Effects of watermelon juice addition on sensory scores of compound fruit and vegetable juice

如圖3可得茭白汁的添加量對于產(chǎn)品感官評分的影響。由感官結(jié)果可以看出,隨著茭白汁添加量的增大,NFC復(fù)合果蔬汁中茭白甘甜的風(fēng)味逐漸濃郁,當(dāng)添加量達(dá)到20%以后,茭白汁風(fēng)味過于濃烈,給人不愉悅感覺,因此感官評分呈緩慢上升后下降趨勢,茭白汁的最優(yōu)添加量為20%。

圖3 茭白汁添加量對復(fù)合果蔬汁感官評分的影響Fig.3 Effects of white bamboo juice addition on sensory scores of compound fruit and vegetable juice

2.3 復(fù)合果蔬汁飲料的響應(yīng)面優(yōu)化

2.3.1 模型建立與分析 對楊梅汁添加量(x1)、西瓜汁添加量(x2)和茭白汁添加量(x3)進行響應(yīng)面優(yōu)化,結(jié)果如表4。

表4 響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計與結(jié)果Table 4 Designs and results of RSM

2.3.2 模型方差分析和回歸分析 模型進行方差分析見表5。

表5 回歸模型方差分析表Table 5 Analysis of variance for regression equation

2.3.3 降維分析 觀察某兩個因素同時對響應(yīng)值的影響可進行降維分析,即在其它因素條件固定不變的情況下,觀察某兩個因素對響應(yīng)值的影響[14]。利用Design expert軟件對表4數(shù)據(jù)進行回歸擬合得到回歸方程的響應(yīng)面圖和高等線圖見圖4～圖6。

圖4 y=f(X1,X2)響應(yīng)曲面及等高線圖Fig.4 Surface and contour plots of y=f(X1,X2)

圖5 y=f(X1,X3)響應(yīng)曲面及等高線圖Fig.5 Surface and contour plot of y=f(X1,X3)

圖6 y=f(X2,X3)響應(yīng)曲面及等高線圖Fig.6 Surface and contour plot of y=f(X2,X3)

響應(yīng)曲面的不同陡度能定義變量因素的影響大小,當(dāng)曲面陡度較小時,變量因素基本無影響,當(dāng)坡度較為大時,變量因素對響應(yīng)值影響明顯[15]。在等高線圖中,相同橢圓范圍內(nèi)的測定數(shù)值相同,數(shù)值由內(nèi)向外逐漸減小。相鄰橢圓之間距離越小,說明此區(qū)域中的測定響應(yīng)值對變量因素越明顯,此外等高密封線的不同形狀可代表交互作用的顯著與否,如交互作用顯著等高線將會呈橢圓形,當(dāng)?shù)雀呔€呈圓形時交互作用的影響可忽略不計[16]。由圖4～圖6可知,楊梅汁與西瓜汁添加量響應(yīng)面的等高線呈圓形,其交互作用對響應(yīng)值感官評分的影響不顯著,而楊梅汁與茭白汁、西瓜汁與茭白汁添加量響應(yīng)面的等高線橢圓形,其交互作用對響應(yīng)值感官評分的影響極顯著(p<0.01)。

2.3.4 求最優(yōu)解 為求解擬合回歸方程的最優(yōu)解,將方程分別對各自變量求一階偏導(dǎo)并令其為0,可得到三元一次方程組,即:

解此方程得最優(yōu)解=0.42,=-0.12,=0.17,換算得到具體水平為,楊梅汁(χ1)為52.1%、西瓜汁(χ2)為29.4%、茭白汁(χ3)為18.5%,最優(yōu)條件下模型預(yù)測產(chǎn)品感官綜合評分為92.28分,驗證結(jié)果為(91.42±0.50)分,n=7,與模型預(yù)測結(jié)果接近。

2.4 超高壓處理對復(fù)合果蔬汁微生物和貯藏品質(zhì)的影響

2.4.1 超高壓處理對復(fù)合果蔬汁菌落總數(shù)的影響 超高壓處理對復(fù)合果蔬汁的菌落總數(shù)以及4 ℃貯藏期間的變化如圖7所示。結(jié)果表明超高壓處理后的復(fù)合果蔬汁菌落總數(shù)低于2 lg CFU/mL,與空白對照組相比,降低了2.89 lg CFU/mL,達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)[17]。在4 ℃條件下超高壓處理的復(fù)合果蔬汁貯藏12 d后,相較于貯藏第0 d上升了0.43 lg CFU/mL,但菌落總數(shù)仍低于2 lg CFU/mL。超高壓的殺菌效果與保壓時間、壓力、溫度有關(guān),且與食品介質(zhì)的酸度、總糖度、水分活度等有間接影響,目前已有許多研究證實超高壓對果汁的殺菌效果良好,黃麗等[18]研究表明超高壓對荔枝果汁在400 MPa壓力下可以達(dá)到商業(yè)無菌。林怡[19]研究了超高壓對楊梅汁中微生物的影響,在500 MPa、5 min條件下處理能夠使得楊梅汁中菌落總數(shù)達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn),并在貯藏過程中沒有出現(xiàn)顯著增長(p>0.05)。

圖7 超高壓處理復(fù)合果蔬汁在4 ℃貯藏過程中菌落總數(shù)的變化Fig.7 Changes of total bacterial count in compound fruit and vegetable juice treated by HHP of storage in 4 ℃

2.4.2 超高壓處理對復(fù)合果蔬汁貯藏過程中總糖度酸的影響 超高壓處理對復(fù)合果蔬汁的糖酸度以及4 ℃貯藏期間的變化如表6所示。與空白對照組相比,超高壓處理后的糖度和酸度均無顯著性差異(p>0.05),且在4 ℃貯藏期間糖酸度均無顯著性變化(p>0.05),說明超高壓能很好的保持復(fù)合果蔬汁中糖酸含量,趙曉丹等[20]研究超高壓和高溫短時殺菌對綠色復(fù)合果蔬汁的可溶性固形物TSS和可滴定酸TA的影響,發(fā)現(xiàn)超高壓處理比高溫短時殺菌處理能更好的保持復(fù)合果蔬汁中的糖和酸。

表6 超高壓處理復(fù)合果蔬汁在4 ℃貯藏過程中糖酸的變化Table 6 Changes of sugar and acid content in compound fruit and vegetable juice treated by HHP during 12 days of storage in 4 ℃

2.4.3 超高壓處理對復(fù)合果蔬汁貯藏過程中VC含量的影響 VC在植物體內(nèi)主要參與氧化還原反應(yīng),在物質(zhì)代謝中起電子傳遞左右[21]。超高壓處理對復(fù)合果蔬汁的VC含量以及4 ℃貯藏期間的變化如圖8所示。與空白對照組相比,超高壓處理后的復(fù)合果蔬汁的VC含量下降0.68%,并無顯著性差異(p>0.05)。通常,加熱處理會促進VC的有氧氧化,這是由于分子結(jié)構(gòu)中的羥基和羰基相鄰,而烯醇式結(jié)構(gòu)中的C2和C3位上的H原子易失去[19]。由于超高壓處理并未伴隨明顯的升溫,因此超高壓處理可以很好地保持復(fù)合果蔬汁的VC含量。在貯藏期間復(fù)合果蔬汁的VC含量呈現(xiàn)緩慢下降趨勢,在貯藏第8 d,VC含量相當(dāng)于空白對照組的98.67%,在貯藏第12 d,VC含量相當(dāng)于空白對照組97.91%,說明VC含量在超高壓處理后的復(fù)合果蔬汁中較為穩(wěn)定。

圖8 超高壓處理復(fù)合果蔬汁在4 ℃貯藏過程中VC含量的變化Fig.8 Trends of vitamin C in mixed juice produced by HHP technique of storage in 4 ℃

3 結(jié)論

本研究通過單因素試驗和Box-Behnken響應(yīng)面技術(shù)聯(lián)用,得到最優(yōu)配方為:楊梅汁52.1%、西瓜汁29.4%、茭白汁18.5%,優(yōu)化條件下模型預(yù)測產(chǎn)品評分最高為92.28分,驗證試驗結(jié)果(91.42±0.50)分(n=7)。經(jīng)超高壓處理后,復(fù)合果蔬汁菌落總數(shù)低于2 lg CFU/mL,達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品具有微生物安全性。在4 ℃貯藏12 d后,微生物仍未超過國家標(biāo)準(zhǔn)。與空白對照組相比,超高壓處理后的糖度、酸度和VC含量均無顯著性差異(p>0.05),且在4 ℃貯藏期間糖、酸度和VC含量均無顯著性變化(p>0.05),說明超高壓能很好的保持復(fù)合果蔬汁中糖酸和VC含量。綜上,楊梅、西瓜和茭白復(fù)合果蔬汁不僅解決了口感單一問題,而且營養(yǎng)相互搭配,迎合了更多人群的消費理念,是軟飲料發(fā)展的重要方向,且其4 ℃貨架期可達(dá)12 d。