劉 懿 蒲云峰，2 張婷婷 劉東紅，3* 葉 田 嚴(yán)大迅

（1 浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院 杭州310058 2 塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 新疆阿拉爾843300 3 浙江大學(xué)馥莉食品研究院 杭州310058 4 宏勝飲料集團 杭州310058）

近年來，健康飲食的趨勢推動了非濃縮果汁（NFC 果汁）需求量逐年增長[1]。與傳統(tǒng)濃縮還原果汁相比，NFC 果汁的口感更佳，營養(yǎng)成分損失少[2]。由于水果季節(jié)性強且易腐爛，原料加工商為獲取高品質(zhì)的果汁原料用于生產(chǎn)營養(yǎng)豐富的NFC 果汁，常在果蔬盛產(chǎn)季節(jié)榨取原漿。在生產(chǎn)過程中，果汁原漿通過冷凍保存以減少長期貯存過程中的品質(zhì)損耗[3-5]。為獲取成品NFC 果汁，必須對冷凍貯存的果汁進(jìn)行解凍預(yù)處理，再進(jìn)行后續(xù)加工。不當(dāng)?shù)慕鈨龇绞綍斐晒瓲I養(yǎng)品質(zhì)下降，如Stinco等[6]研究解凍方式對速凍橙汁品質(zhì)的影響，表明微波解凍使橙汁的類胡蘿卜素含量顯著下降。

常見的解凍方式有空氣解凍和水解凍，超聲波解凍是一種新型的解凍技術(shù)?？諝饨鈨瞿芎牡颓疫m用于解凍任意形狀、大小的產(chǎn)品，然而其耗時長，效率低。水解凍是利用產(chǎn)品與水的溫差進(jìn)行傳熱，解凍效率遠(yuǎn)大于空氣解凍，然而對于大體積產(chǎn)品，產(chǎn)品內(nèi)部傳熱慢，解凍效率低[7]。由于超聲波的熱效應(yīng)、微射流效應(yīng)以及機械波振動使大冰晶破壞為小冰晶[8-9]，超聲波輔助水解凍可以顯著提高解凍速率，然而其駐波效應(yīng)會導(dǎo)致局部過熱現(xiàn)象，造成產(chǎn)品感官和營養(yǎng)品質(zhì)下降。

我國的蘋果產(chǎn)量居世界前列，國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2019年我國蘋果產(chǎn)量為4 242.54 萬t，蘋果汁加工約占蘋果產(chǎn)量的50%[10]。為全面探究解凍方式及溫度對蘋果汁品質(zhì)的影響，本研究以鮮榨蘋果汁為原料，采用低溫空氣、低溫靜水、低溫超聲、室溫空氣、室溫靜水、室溫超聲6 種方式對蘋果汁進(jìn)行解凍處理，以解凍時間、色差、固酸比以及可溶性固形物、可滴定酸、還原糖、總酚、揮發(fā)性芳香成分含量為指標(biāo)考察蘋果汁的品質(zhì)，以期獲取一種效率高且對蘋果汁品質(zhì)損耗小的解凍方式，為實際生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山東富士蘋果，杭州市沃爾瑪超市，平均果重250～300 g。

氫氧化鈉、酚酞、葡萄糖、苯酚、3，5-二硝基水楊酸、亞硫酸鈉、無水乙醇、碳酸鈉、Folin 酚試劑、環(huán)己酮、鄰苯二甲酸氫鉀、酒石酸鉀鈉、沒食子酸等均為分析純級。

1.2 儀器與設(shè)備

JTM-L65 膠體磨，溫州利捷機械公司；Mesa Labs Data Trace 無線溫度記錄儀（MPIII），美國納斯達(dá)克公司；電熱恒溫水浴鍋，中新醫(yī)療儀器公司；HSX-150 恒溫恒濕箱，上海申賢恒溫設(shè)備廠；低溫恒溫槽，寧波海曙賽福實驗儀器廠；超聲波消毒機，寧波新芝生物科技股份有限公司；UV-2550紫外分光光度計，日本島津公司；阿貝折光儀，上海光學(xué)儀器五廠；Colorflex-EZ 色差儀，美國Hunterlab 公司；7890A-5975C 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS），美國安捷倫公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 蘋果汁樣品的制備 參照鄧健康等[11]的蘋果汁制備方法并作適當(dāng)修改，挑選大小均一、無機械損傷的山東富士蘋果，清洗、切塊，榨汁后迅速加熱至90 ℃并維持2 min，以膠體磨均質(zhì)，量取150 mL，裝瓶，置于-18 ℃冰箱冷凍。

1.3.2 解凍 將冷凍的蘋果汁樣品分別按以下方式解凍：

空氣解凍：將樣品分別置于4 ℃冷藏冰箱及（25±0.1）℃恒溫培養(yǎng)箱中解凍；

靜水解凍：將樣品分別置于（4±0.05）℃低溫恒溫水浴槽及（25±1）℃恒溫水浴鍋中解凍；

超聲解凍：將樣品分別置于（4±1） ℃及（25±1）℃超聲波消毒機中解凍，超聲頻率為28 kHz，功率為0.123 W/mL。

至中心點溫度達(dá)到0 ℃時，視為解凍完全，冷藏于4 ℃冰箱中并快速檢測其余營養(yǎng)指標(biāo)。

1.3.3 溫度曲線 精密溫度探頭固定于果汁幾何中心點，每隔30 s 記錄溫度。待果汁解凍完成，取出溫度探頭，讀數(shù)。解凍分為2 個過程：預(yù)熱（-18～-4 ℃）和相變（-4～0 ℃）[12]。

1.3.4 可溶性固形物 方法參考GB/T 12143-2008 飲料通用分析方法[13]。

1.3.5 褐變度 采用色差儀測量L*、a*、b*值，褐變度（BI）[14]計算方法見式（1）、（2）。

1.3.6 可滴定酸 方法參考GB/T 8210-2011 柑橘鮮果檢驗方法[15]。

1.3.7 還原糖含量 采用DNS 比色法[16]檢測還原糖含量。

1.3.8 總酚含量 參照范智義等[17]的方法并加以適當(dāng)修改。取10 mL 蘋果汁，加入15 mL 70%乙醇室溫超聲30 min，以蒸餾水定容至50 mL，采用Folin 酚法檢測總酚含量?？偡雍恳詻]食子酸（mg GA/100 mL）當(dāng)量表示。

1.3.9 揮發(fā)性芳香成分 方法參考張璟琳等[18]的研究方法并作適當(dāng)修改。揮發(fā)性成分萃?。喝? mL 樣液于15 mL 樣品瓶中，加入1 g 氯化鈉、5 μL環(huán)己酮（內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量濃度為1.896 mg/mL）、磁力轉(zhuǎn)子，60 ℃、轉(zhuǎn)速300 r/min 攪拌加熱，平衡20 min，使芳香物質(zhì)充分揮發(fā)到頂空部分，60 ℃萃取30 min。將萃取頭插入氣相色譜進(jìn)樣口，250 ℃解吸3 min，用于GC-MS 分析。

色譜柱：DB-5 毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm），進(jìn)樣口溫度250 ℃，初始柱溫40 ℃，5 ℃/min升至150 ℃，10 ℃/min 升溫至250 ℃保留3 min，載氣（He）：流速1 mL/min。

質(zhì)譜條件：EI 離子源；電子能量70 eV；離子源溫度230 ℃；燈絲電流150 μA；掃描范圍29～300 u。

定性方法：檢測到的各組分質(zhì)譜經(jīng)計算機NIST 11 譜庫匹配進(jìn)行人工譜圖解析，選取匹配度大于80%的物質(zhì)，并在相同升溫程序下檢測正構(gòu)烷烴混標(biāo)（C9-C20），根據(jù)公式（3）計算各揮發(fā)性成分的Kovats 保留指數(shù)（RI）[19]，確認(rèn)香味物質(zhì)的化學(xué)成分。

半定量方法：以環(huán)己酮作為內(nèi)標(biāo)物，按式（4）計算：

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有處理重復(fù)3 次，采用Excel 匯總試驗數(shù)據(jù)，以Matlab 軟件擬合樣品中心溫度為-18～0 ℃的溫度-時間曲線，利用SPSS 軟件進(jìn)行Anova 顯著性、PCA 主成分分析，并使用OriginPro 9 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 解凍方式對蘋果汁解凍時間及過程的影響

解凍時間是衡量解凍效率的重要指標(biāo)，解凍耗時長會造成其它設(shè)備空耗，降低生產(chǎn)線效率。如圖1、圖2所示，解凍時間由長至短依次為：空氣解凍＞靜水解凍＞超聲解凍，空氣解凍以空氣為介質(zhì)，外界的熱能通過蘋果汁表面?zhèn)鳠嶂羶?nèi)部，靜水解凍同理，然而由于水的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于空氣[7]，故靜水解凍時間遠(yuǎn)小于空氣解凍。超聲波在液體介質(zhì)中遇固體迅速衰減，機械能轉(zhuǎn)化為熱能傳遞至樣品中；此外，超聲波是一種機械波，機械波振動可使大冰晶被破壞成小冰晶[8]，從而增大熱量交換的接觸面積，加速解凍；且超聲微射流效應(yīng)[9]產(chǎn)生湍流可以加速液體和冰之間傳質(zhì)傳熱的過程，故超聲波所需解凍時間最短[8-9]。相比低溫及室溫靜水解凍，超聲解凍時間分別縮短了78.20%及61.82%。如表1所示，室溫比低溫解凍效率高。因此，升高溫度以及采用超聲波解凍可顯著提高解凍效率。

圖1 3 種低溫解凍方式對解凍過程溫度變化的影響Fig.1 The effect of three cryogenic thawing methods on the temperature stages of the thawing process

圖2 3 種室溫解凍方式對解凍過程溫度變化的影響Fig.2 The effect of three different thawing methods on the temperature stages of the thawing process at room temperature

表1 解凍方式對解凍時間的影響Table 1 The effect of thawing methods on the thawing time

2.2 解凍方式對蘋果汁可溶性固形物、可滴定酸、還原糖及固酸比的影響

可溶性固形物、可滴定酸含量是影響水果品質(zhì)、風(fēng)味的重要指標(biāo)，其含量越高，口感越厚重，固酸比越大，則甜度越高[20]。如表2所示，與原汁相比，經(jīng)不同方式解凍后蘋果汁的可溶性固形物、可滴定酸及還原糖含量均無顯著性差異 （P＞0.05）。以上指標(biāo)與蘋果自身品質(zhì)有較大關(guān)系[21]，而本試驗所用蘋果為同一批樣品，大小均一并經(jīng)過混合，取樣均一，且解凍果汁過程中并未有汁液流失，故解凍方式對固酸比亦無顯著影響。Stinco 等[22]研究解凍方式對速凍橙汁的品質(zhì)影響，結(jié)果均表明酸度、pH 值不隨解凍條件發(fā)生變化，與本研究結(jié)果一致。

表2 解凍方式對蘋果汁可溶性固形物、可滴定酸、固酸比、還原糖的影響Table 2 Effect of methods on SSC，titratable acid and solid acid ratio，reducing sugar of apple juice

2.3 解凍方式對蘋果汁總酚含量的影響

多酚是果蔬中重要的植物化學(xué)素，具有抗氧化[23]，抑制癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移[24]等多種生理活性。如圖3所示，和解凍前相比，不同方式解凍后的果汁總酚含量均顯著降低（P＜0.05），表明凍融易造成蘋果中總酚含量損失。相同溫度下，空氣解凍總酚含量均顯著小于靜水和超聲解凍（P＜0.05），而靜水和超聲解凍之間無顯著性差異（P＞0.05）?？赡苡捎诳諝饨鈨鏊钑r間最長，果汁與水中溶解氧接觸時間長，使多酚充分發(fā)生氧化反應(yīng)，含量減少。在同一解凍方式下，低溫解凍均比室溫解凍時間長，3 種低溫方式解凍果汁的總酚含量均顯著下降（P＜0.05）。本研究中解凍方式影響解凍時長，進(jìn)而影響蘋果汁的多酚含量。Holzwarth 等[25]研究表明，相比于20 ℃及37 ℃條件，4 ℃低溫解凍草莓總酚含量未發(fā)生明顯變化。上述差異的產(chǎn)生可能是由于Holzwdarth 等[25]的研究對象為完整的草莓果實，細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，故多酚未暴露于空氣中，而本研究中的蘋果汁中的細(xì)胞結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞，多酚可直接與溶解氧接觸，因此本研究中解凍時間長的蘋果汁多酚氧化更嚴(yán)重。

圖3 解凍方式對總酚含量的影響Fig.3 The effect of thawing methods on the content of polyphenol

2.4 解凍方式對蘋果汁色澤的影響

蘋果汁的色澤是表征感官品質(zhì)的重要參數(shù)之一，色澤好壞會影響消費者的購買欲望。在CIELAB 系統(tǒng)中，L*值代表亮度，a*值表征紅色（+）和綠色（-），b 值表征黃色（+）和藍(lán)色（-），BI 值是酶促褐變及非酶促褐變中一個重要的參數(shù)，代表棕色純度[23]。由表3及圖4可知，解凍前及經(jīng)不同解凍方式后的果汁之間亮度L*值、色度a*值、b*值以及BI 值均無顯著性差異（P＞0.05），表明解凍方式對蘋果汁色澤整體影響不大。蘋果汁褐變通常是由于多酚氧化酶（PPO）催化酚類物質(zhì)產(chǎn)生可溶性醌所致[24，26]，可能本研究制備蘋果汁時滅酶徹底，且在低溫下解凍，因此產(chǎn)生的棕色物質(zhì)較微量以至色差儀難以檢測。

2.5 解凍方式對蘋果汁風(fēng)味物質(zhì)的影響

如表4所示，6 種解凍方式的蘋果汁樣品共鑒定出16 種揮發(fā)性芳香物質(zhì)。樣品經(jīng)滅酶、榨汁、過濾、均質(zhì)等步驟，使得大量揮發(fā)性成分損失，故成品蘋果汁所含揮發(fā)性成分較少。鄭宇等[27]研究濃縮蘋果汁加工過程揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)成品果汁所含揮發(fā)性成分為18 種，與本試驗結(jié)果基本一致。

表3 解凍方式對蘋果汁色澤的影響Table 3 Effect of thawing methods on color of apple juice

圖4 解凍方式對蘋果汁色澤變化的影響Fig.4 Effect of thawing methods on the color of apple juice

檢測結(jié)果表明，蘋果汁中主要含醇類、酯類、萜烯類、酮類、烷烴類、芳香類，其中酯類種類最多，占總香氣成分的39.40%～77.92%，是蘋果汁香氣成分中的主要類別。各解凍組中，低溫下酯類占總香氣含量的74.74%～77.92%，室溫下酯類占總香氣含量的39.40%～44.04%，故低溫解凍更利于蘋果汁風(fēng)味物質(zhì)的保存。低溫條件下，蘋果汁揮發(fā)性化合物中含量最高的是2-甲基丁基乙酸酯，其占總香氣成分的56%～64%，該物質(zhì)是蘋果典型的香氣成分[39]。李維妮等[40]研究結(jié)果表明，2-甲基丁基乙酸酯為蘋果汁香氣的主要成分，與本試驗結(jié)果一致。而室溫下解凍后的樣品中未檢測到2-甲基丁基乙酸酯，這可能是由于室溫解凍溫度高，導(dǎo)致蘋果2-甲基丁基乙酸酯揮發(fā)更快。

2.6 解凍方式下蘋果汁各指標(biāo)的主成分

本研究對不同解凍條件下蘋果汁的理化指標(biāo)以及風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，得到相關(guān)矩陣的特征值和累積貢獻(xiàn)率，結(jié)果如表5所示。根據(jù)累計貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上或特征值大于1 的原則[41]，確定3 個主成分。

載荷越高表示該指標(biāo)在該主成分中所占比重越大，如表6所示，F(xiàn)1主要反映總酚、萜烯類、烷烴類的含量。為既能在2D 圖上表示3 個主成分的結(jié)果，又不減少信息損失，以F2、F3的方差貢獻(xiàn)率β2、β3為加權(quán)系數(shù)，建立綜合評價縱坐標(biāo)F23=（β2F2+β3F3）/（β2+β3）。以F1為橫坐標(biāo)，F(xiàn)23載荷為縱坐標(biāo)，作2D 圖。

如圖5所示，低溫空氣、醇類、酯類、解凍時間集中在F1的負(fù)半軸，表明這些指標(biāo)互成正相關(guān)，低溫空氣的溫度低，解凍時間長，總酚含量少，然而能較好地保留醇類、酯類。結(jié)合2.4 節(jié)的結(jié)果，醇類和酯類分別占總香氣成分的12.66%～42.11%、39.40%～77.92%，為蘋果香氣主要成分，故低溫空氣解凍能保持蘋果的香氣品質(zhì)，與2.4 節(jié)的結(jié)論一致。室溫空氣在F1、F23的正半軸，與位于F1、F23負(fù)半軸的指標(biāo)如解凍時間、醇類、酯類、總酚等成負(fù)相關(guān)，表明室溫空氣解凍時間較短，而醇類、酯類等蘋果主要風(fēng)味成分、總酚含量、固酸比較低，故室溫空氣解凍時間雖短，但不利于保持蘋果汁營養(yǎng)、香氣品質(zhì)。室溫超聲、固酸比和總酚在F1正半軸和F23的負(fù)半軸，互成正相關(guān)，而與解凍時間、醇類、酯類等指標(biāo)成負(fù)相關(guān)，說明室溫超聲條件下解凍時間較短，固酸比、總酚含量高，而不利于保持蘋果風(fēng)味品質(zhì)。

聲超溫室0.466±0.129-33.94 0.051±0.032-3.71-0.376±0.112 0.086±0.019 0.042±0.032 0.037±0.001 0.049±0.023-42.97 0.014±0.006 0.075±0.030 6.48 0.010±0.005 0.73 0.156±0.086 11.36 0.011±0.006 0.80響影的量含質(zhì)物味風(fēng)性發(fā)揮汁果蘋對式方凍解4 表Effect of thawing methods on the content of volatile flavor compounds of apple juice Table 4 -1·mL /μg果結(jié)量定半數(shù)指留保 號CAS稱名水靜溫室氣空溫室聲超溫低水靜溫低氣空溫低值考參值算計0.422±0.043 0.255±0.178 0.207±0.063 0.454±0.112 0.456±0.103 [28]869-111-27-3醇己正0.045±0.032 0.110±0.056 0.168±0.076 0.093±0.100 0.316±0.110 [29]743-137-32-6醇丁基甲2-42.11%27.71 12.66 14.42 17.06 0.077±0.034 0.077±0.041 0.081±0.011 0.068±0.016 0.081±0.029 [30]1 102 1 103 124-19-6醛壬0.021±0.010 0.027±0.010 0.020±0.002 0.017±0.005 -[28]1 207 1 204 112-31-2醛癸8.84 7.90 3.41 2.24 1.79--1.667±1.271 2.413±0.028 2.896±0.653 [31]877-624-41-9酯酸乙基丁基甲2-0.302±0.092 0.462±0.267 0.387±0.083 0.346±0.010 0.403±0.117 [32]1 011 1 010 142-92-7酯己酸乙0.060±0.029 0.045±0.032 0.089±0.029 0.073±0.003 0.079±0.027 [31]1 236 1 234 10032-15-2 酯己酸丁基甲2-0.026±0.001 0.033±0.029 -0.035±0.001 0.049±0.012 [31]1 002 994 109-21-7酯丁酸丁0.026±0.010 0.040±0.013 0.039±0.012 0.032±0.000 0.030±0.019 [33]1 191 1 189 2639-63-6 酯己酸丁0.023±0.016 --0.037±0.002 0.055±0.032 [34]1 308 1 040 15706-73-7 酯丁酸丁基甲2---0.031±0.019-0.013±0.006[35]799-105-54-4酯乙酸丁39.40 44.04 74.74 77.39 77.92-0.033±0.019 0.036±0.001 --1 028烯檬檸D--0.076±0.029 0.039±0.022 0.083±0.069 -[36]1 509 1 502 502-61-4烯呢法α－0.00 8.28 2.53 2.19 0.00-0.024±0.022 0.032±0.013 --1 200 1 199 112-40-3烷二十0.00 1.82 1.08 0.00 0.00 0.107±0.075 0.124±0.033 0.148±0.065 0.143±0.002 0.139±0.049 [37]1 381 1 379 23726-93-4 酮士馬大9.65 9.42 5.00 3.77 3.07-0.011±0.005 0.017±0.008 -0.007±0.002[38]1 462 1 464 719-22-2醌苯基丁叔二，6-2 0.00 0.84 0.57 0.00 0.15。物合化性發(fā)揮該出檢未式方凍解該示”表“-號，符中果結(jié)量定；半值算計得獲法，無烴烷構(gòu) 正C9于低間時留保的質(zhì)物該示”表“-號，符中欄時留保/min間8.97 5.29 16.56 19.60 9.29 13.63 20.44 13.10 19.16 14.57 6.84 14.21 27.19 19.45 24.40 26.36一值算計數(shù)分成類醇1 2/%比占類醛3 4/%比占類酯5 6 7 8 9 1 0 11/%比占類烯萜12 13/%比占類烴烷14/%比占類酮1 5/%比占類香芳16/%比占指留：保注

表5 相關(guān)矩陣的特征值及累計貢獻(xiàn)率Table 5 Initial eigenvalues and cumulative contribution rate of the correlation matrix

表6 相關(guān)矩陣的特征值及累計貢獻(xiàn)率Table 6 Principal component eigenvalues and loading matrix

圖5 各理化指標(biāo)及風(fēng)味物質(zhì)類別的載荷圖Fig.5 The principal components of physicochemical indexes and flavors

對于空氣、靜水、超聲3 種解凍方式，每種方式對應(yīng)的低溫與室溫處理的結(jié)果在主成分坐標(biāo)系下異號，表明溫度對蘋果汁解凍時間及營養(yǎng)品質(zhì)影響大。

3 結(jié)論

本文以混濁蘋果原漿為研究對象，探究了解凍方式對解凍效率、營養(yǎng)品質(zhì)及香氣成分等的影響，同時對理化及風(fēng)味指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，以綜合評價各解凍方式的優(yōu)缺點。超聲解凍相比于低溫及室溫靜水解凍，解凍時間分別縮短了78.20%及61.82%，在不影響蘋果汁營養(yǎng)成分和香氣品質(zhì)的前提下可有效縮短解凍時間，為工廠高效解凍果汁提供了可行的方法。與低溫解凍相比，室溫解凍時間短，解凍后果汁多酚含量高，然而會造成香氣成分損失。綜合比較，低溫超聲解凍能顯著縮短解凍時間，并能最大程度地保留蘋果汁中營養(yǎng)成分和香氣，為工廠生產(chǎn)NFC 果汁前解凍蘋果原漿提供了一種高效的解凍方式。