李瑞平 劉 璇 畢金峰,* 劉嘉寧 劉大志 李 軍 朱鳳妹
(1河北科技師范學(xué)院食品科技學(xué)院, 河北 秦皇島 066000;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)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室,北京 100193)
水蜜桃(PrunuspersicaL. Batsch)屬于軟桃類,在我國歷史悠久、栽培面積大,2018年江蘇省無錫市陽山水蜜桃種植總面積(包括濱湖區(qū)、常州武進(jìn)區(qū))超過6萬畝,總產(chǎn)量達(dá)到21 216噸[1]。但水蜜桃產(chǎn)季相對集中、采收期短,極不耐貯運,常溫條件下貯藏3~4 d的腐爛率高達(dá)30%左右,對水蜜桃產(chǎn)業(yè)造成很大經(jīng)濟(jì)損失[2]。隨著人們對少加工健康食品的追求,果漿作為水果加工的中間產(chǎn)品,越來越受到消費者的喜愛。保持色澤穩(wěn)定是桃果漿在加工及貯藏過程中的主要技術(shù)難題之一。
顏色是影響消費者對食物接受度的重要參數(shù)。桃果實富含多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO),在桃加工的過程中,由于果肉組織受到破壞,加速了酚類物質(zhì)與PPO和氧氣的接觸而發(fā)生酶促褐變,使果漿顏色變黑[3]。蒸汽熱燙是一種有效的鈍酶手段。Cheng等[4]對PPO熱穩(wěn)定性的研究結(jié)果表明,PPO活性在55℃以下時較穩(wěn)定,高于60℃時,其穩(wěn)定性迅速下降。此外,桃汁(漿)含糖量較高,在加熱過程中還原糖會與蛋白質(zhì)、游離氨基酸發(fā)生復(fù)雜的美拉德反應(yīng),使果漿顏色變深,從而影響產(chǎn)品品質(zhì)。
粉碎是果蔬漿或粉加工中必不可少的環(huán)節(jié),能夠降低顆粒粒徑,增加顆粒表面積。濕法超細(xì)粉碎是由一對高速旋轉(zhuǎn)的定轉(zhuǎn)子相配合,使物料處于強(qiáng)烈的剪切流場中,同時由于空穴、超聲波等作用的影響,使物料中的顆粒產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞與摩擦,從而達(dá)到粉碎的效果[5]。同時,超細(xì)粉碎能夠?qū)Υ蠓肿游镔|(zhì)改性修飾,提高食品品質(zhì)[6]。Kim等[7]研究表明,在2.67 kPa真空度條件下研磨蘋果,可有效抑制褐變反應(yīng),蘋果的表觀色澤無顯著變化。Karacam等[8]研究表明,微流化處理增加了草莓汁的多酚含量和抗氧化活性,并改善了草莓汁的色澤。吳順紅等[9]研究表明,經(jīng)過高壓微射流處理后的紅棗汁非酶褐變程度有明顯改善,亮度值呈上升趨勢。且與粗粉碎相比,經(jīng)微粉碎處理的果漿還原糖、轉(zhuǎn)化糖、總糖以及果膠含量均顯著增加[10]。但目前關(guān)于熱燙協(xié)同均細(xì)化處理對桃果漿色澤穩(wěn)定性的影響研究尚鮮見報道。
本研究以新鮮和經(jīng)熱燙處理(90℃,1 min)的水蜜桃果漿為試驗對象,分別進(jìn)行膠體磨和具有冷卻-抽真空系統(tǒng)的濕法超細(xì)精磨機(jī)研磨(不同頻率)處理,比較不同均細(xì)化處理對果漿表觀色澤和相關(guān)物質(zhì)成分的影響,明確影響桃果漿色澤的主要因素,旨在為提高桃果漿產(chǎn)品品質(zhì)提供一定的理論基礎(chǔ)。
水蜜桃(湖景)于2019年8月初購自江蘇無錫市陽山鎮(zhèn),經(jīng)清洗、去核、切成3 cm×2 cm×1 cm的塊狀,液氮處理后于-40℃貯藏備用。
無水乙醇、氯化鈉、碳酸鈉、乙酸鋅、亞鐵氰化鉀,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,以上試劑均為分析純級;果糖、葡萄糖、蔗糖標(biāo)準(zhǔn)品,梯希愛(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司;考馬斯亮藍(lán),北京沃凱生物科技有限公司;3, 5-二硝基水楊酸、鄰苯二酚、福林酚,美國Sigma-Aldrich公司;牛血清白蛋白,北京萃峰科技有限公司。
HR1848飛利浦料理機(jī),飛利浦電器(中國)有限公司;JM-30A膠體磨,廊坊市廊通機(jī)械有限公司;QDSF9000-2BAC-00濕法粉碎機(jī),無錫輕大食品裝備有限公司;MCKZ-JD6美廚精工電6層蒸箱,北京興百利商廚有限公司;DT-612高精密數(shù)字測溫儀,英國比克公司;Color Quest XT型色差計,美國Hunter-lab公司;UV-1800紫外-可見分光光度計,日本Shimadzu公司;ICS-3000離子色譜儀,美國戴安公司;Sigma 3K15離心機(jī),德國Sigma公司;Scep電子天平(精度0.1 mg),德國Sartorius公司;KQ-100VDE型超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司。
1.3.1 桃果漿的制備 水蜜桃平均分成2組,第1組經(jīng)過流動水解凍至果肉微軟,直接進(jìn)行打漿[去離子水以4∶1比例打漿,總打漿時間為50 s(打漿10 s,停歇5 s),記為CB]和超細(xì)粉碎處理(50 Hz,記為CUG50)。
第2組桃果塊放于蒸箱中,熱電偶監(jiān)測桃塊中心溫度達(dá)到90℃后,維持1 min。待熱燙水蜜桃冷卻至室溫后,進(jìn)行打漿處理(條件同第1組,記為B),然后分別用膠體磨(記為CM)和超細(xì)粉碎(不同頻率:18、26、34、42和50 Hz,記為UG18、UG26、UG34、UG42和UG50)處理。在本試驗中,打漿、膠體磨和超細(xì)粉碎3種處理統(tǒng)稱為均細(xì)化處理,超細(xì)粉碎處理過程中通過循環(huán)冷卻系統(tǒng)控制物料溫度,超細(xì)粉碎處理時間均為1 min。
(1)
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1.3.3 PPO活性測定 參照Zhou等[11]的方法稍作修改。PPO催化鄰苯二酚形成的氧化產(chǎn)物在420 nm處有最大光吸收峰。加入0.2 mol·L-1磷酸鹽緩沖液(pH 值6.5)提取PPO,在14 000×g、4℃條件下離心30 min,取上清液,使用紫外分光光度計動力學(xué)模式,測定300 s內(nèi),420 nm波長下混合物的吸光度。
選取曲線上比較直的點,計算其斜率,即為ΔOD420。以每克果蔬樣品(鮮重)每分鐘吸光度變化1為1個活性單位(U)。根據(jù)公式計算PPO活性(單位U·g-1):
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式中,V為樣品提取液總體積,mL;VS為測定時所取樣品提取液體積,mL;m為樣品質(zhì)量,g。
1.3.4 總酚含量的測定 參照Zhou等[12]的方法稍作修改。稱取2 g桃原漿,加入20 mL 80%甲醇溶液,在35℃下避光水浴,間歇超聲2 h(超聲20 min,靜置10 min),離心取上清液。重復(fù)上述提取步驟1次,合并上清液,即為待測液。總酚含量通過福林-酚比色法測定765 nm 波長處的吸光度值。總酚含量以每克樣品的沒食子酸毫克當(dāng)量(gallic acid equivalents, GAE)表示。
1.3.5 可溶性蛋白質(zhì)含量的測定 根據(jù)鄧麗莉等[13]的方法,并稍作修改。以牛血清白蛋白溶液在595 nm波長處測定的吸光度值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。稱取桃果漿1 g,加入25 mL 0.1 mol·L-1pH 值9.0的 Tris-HCl提取緩沖液,于4℃、12 000×g條件下離心15 min, 收集上清即為可溶性蛋白質(zhì)提取液。吸取1 mL蛋白質(zhì)提取液,放入試管中,加入5 mL考馬斯亮藍(lán)G-250溶液,充分混合,放置5 min后測定595 nm波長處的吸光度值。
1.3.6 還原糖含量的測定 采用3, 5-二硝基水楊酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)比色法,參考李志霞等[14]的方法并稍作修改。以葡萄糖母液在540 nm波長處測定吸光度值制作還原糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線。準(zhǔn)確稱取4 g桃果漿,加入亞鐵氰化鉀溶液和乙酸鋅溶液各1.2 mL,定容至100 mL,過濾,濾液即為待測液。取1 mL待測液,測定540 nm波長處的吸光度值,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算樣品中還原糖的含量。
1.3.7 葡萄糖、果糖、蔗糖的測定 參考阮衛(wèi)紅[15]的方法稍作修改。準(zhǔn)確稱取2 g桃果漿,加入20 mL的超純水,室溫下的超純水超聲(功率為600 W)萃取30 min,抽濾,濾渣用10 mL蒸餾水洗滌過濾,合并濾液,定容到50 mL后,稀釋500倍,即為待測液。
色譜條件:色譜柱:Dionex CarboPac PA20離子色譜(3 mm×150 mm,6.5 μm);柱溫 35℃;儀器溫度30℃;流動相A: 水,流動相B: 200 mmol·L-1NaOH溶液,C: 1 mol·L-1乙酸鈉溶液;等梯度洗脫;流速: 0.5 mL·min-1;進(jìn)樣量: 10 μL。
所有的測試都平行測量3次,結(jié)果均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用SPSS 21.0進(jìn)行ANOVA、Ducan多重比較分析(P<0.05)。試驗分析圖采用Origin 9.0和Excel 2003繪制。
由表1可知,與未熱燙處理相比,熱燙桃果漿L*、b*值顯著提高,a*值顯著降低(P<0.05)。對于熱燙桃果漿來說,與熱燙打漿相比,膠體磨處理桃果漿的L*、b*和ΔE值顯著降低(P<0.05),a*值無顯著差異;超細(xì)粉碎處理后,桃果漿的L*、b*和ΔE值增加,不同頻率超細(xì)粉碎桃果漿的a*和b*值無顯著差異。未熱燙與熱燙打漿的a*值分別為11.56和4.37,經(jīng)過熱燙處理的所有桃果漿a*降低。Krapfenbauer等[16]研究表明,當(dāng)ΔE>2~3.5時肉眼可觀察到桃果漿的色澤變化。未熱燙打漿與熱燙超細(xì)粉碎18 Hz桃果漿ΔE值相差23.28,未熱燙打漿與超細(xì)粉碎50 Hz相差3.66,這表明熱燙和超細(xì)粉碎處理能夠抑制褐變反應(yīng),改善桃果漿的感官色澤。
由表1可知,未熱燙桃果漿經(jīng)過超細(xì)粉碎50 Hz處理后,其PPO活性由28.6 U提高至32.5 U。熱燙作為果蔬加工的預(yù)處理方法,不僅可以鈍化PPO,還能軟化原料組織結(jié)構(gòu),提高生物活性物質(zhì)的提取效率[17]。曹少謙等[18]研究表明水蜜桃汁在60℃下保溫2 min后,PPO活性僅剩32.51%,在80℃下保溫25 s后,僅有8.17%的酶活剩余。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),在90℃、1 min熱燙條件下處理的樣品,其PPO活性幾乎為零,因此,熱燙果漿PPO活性未列出。
表1 均細(xì)化處理對桃果漿色澤和PPO活性的影響Table 1 Effects of refining treatments on the color and PPO activity of peach pulp
由圖1-A可知,未熱燙打漿樣品的總酚含量為0.55 GAE·g-1,熱燙處理后,超細(xì)粉碎50 Hz的總酚含量最高(1.58 GAE·g-1),與未熱燙打漿桃果漿相比,總酚含量升高了2.87倍。與未熱燙果漿相比,熱燙果漿的總酚含量顯著提高(P<0.05)。表明熱燙處理會鈍化酶促褐變相關(guān)酶的活性,降低酶促反應(yīng)速率,從而提高酚類物質(zhì)的保留率[19]。隨著超細(xì)粉碎頻率的增加,桃果漿總酚含量有顯著提高。這可能是由于超細(xì)粉碎后物料的細(xì)胞壁被破壞,從而減小了細(xì)胞內(nèi)部物質(zhì)的溶出阻力,增加了多酚等物質(zhì)的提取率[20]。另外,濕法超細(xì)粉碎處理改變了纖維素的結(jié)構(gòu),破壞了纖維素等與結(jié)合態(tài)酚酸的結(jié)合,促進(jìn)了這部分結(jié)合態(tài)多酚的釋放[21]。
由圖1-B可知,未熱燙新鮮桃經(jīng)過打漿和超細(xì)粉碎50 Hz處理后,蛋白質(zhì)含量分別為0.083%、0.098%。熱燙桃果漿在經(jīng)過膠體磨處理后,蛋白質(zhì)含量最低(0.071%)。隨著超細(xì)粉碎頻率的增加,可溶性蛋白質(zhì)含量顯著增加。超細(xì)粉碎可能破壞了可溶性蛋白質(zhì)與可溶性酚或其他物質(zhì)結(jié)合,從而使蛋白質(zhì)的含量增加,此結(jié)果與總酚研究結(jié)果一致。有研究表明,果膠分子在還原端僅具有一個羰基,該羰基可與蛋白質(zhì)中的(游離)正氨基共價連接,發(fā)生美拉德反應(yīng)[22-23]。但超細(xì)粉碎對果膠結(jié)構(gòu)的改變?nèi)孕柽M(jìn)一步研究。
由圖1-C可知,未熱燙與熱燙打漿處理的還原糖含量分別為3.252%、2.741%,熱燙處理后果漿的還原糖含量顯著降低(P<0.05)。隨著超細(xì)粉碎頻率的增加,熱燙桃果漿的還原糖含量呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,超細(xì)粉碎34 Hz時還原糖含量最低(2.285%)。這可能是由于在熱燙過程中,高溫使蔗糖水解為葡萄糖和果糖[24],同時美拉德反應(yīng)需要消耗還原糖,但還原糖參與美拉德反應(yīng)的速度高于蔗糖的水解速度,隨著超細(xì)粉碎頻率的進(jìn)一步增加,顆粒物質(zhì)粒徑減小,促進(jìn)了細(xì)胞組織中糖類物質(zhì)的釋放,還原糖含量增加。
圖1 均細(xì)化處理對桃果漿總酚(A)、可溶性蛋白質(zhì)(B)和還原糖含量(C)的影響Fig.1 Effects of refining treatments on the total phenol(A), soluble protein(B)and reducing sugar concentration(C)of peach pulp
由表2可知,未熱燙打漿處理果漿的葡萄糖、蔗糖和果糖含量分別為 7.40、57.52 和7.76 mg·g-1,未熱燙超細(xì)粉碎50 Hz處理后的果漿中含量分別為6.53、53.16和6.37 mg·g-1。對于熱燙桃果漿,不同頻率超細(xì)粉碎處理對葡萄糖和果糖含量變化不明顯,與還原糖研究結(jié)果相一致。
經(jīng)過熱燙處理后,桃果漿在均細(xì)化處理過程中的褐變反應(yīng)以非酶褐變?yōu)橹?。Pearson相關(guān)系數(shù)顯示,色值與大多數(shù)物質(zhì)成分指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。L*值與總酚含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.890,P<0.01),與還原糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.717,P<0.05),與葡萄糖和蔗糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.900,r=-0.882,P<0.01)。類似的,ΔE值與總酚含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.889,P<0.01),與還原糖呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.722,P<0.05),與葡糖糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.925,P<0.01)。a*值與總酚呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.920,P<0.01),h° 值與總酚、葡萄糖和蔗糖呈極顯著相關(guān)。桃果漿L*值與總酚含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,這是由于熱燙抑制了酶促褐變反應(yīng),提高了酚類物質(zhì)的保留率,并且細(xì)胞破碎促進(jìn)了酚類物質(zhì)的釋放,破壞了多
表2 均細(xì)化處理對桃果漿葡萄糖、果糖、蔗糖的影響Table 2 Effects of refining treatments on peach pulp glucose, fructose and sucrose /(mg·g-1)
表3 果漿色值與物質(zhì)成分指標(biāo)間的Pearson相關(guān)性分析Table 3 Pearson correlation coefficients of peach pulp color stability to material composition indicators
酚-蛋白絡(luò)合物的形成,使酚類物質(zhì)增多。桃果漿還原糖和蔗糖的含量與色澤呈極顯著負(fù)相關(guān),在熱燙過程中,高溫加劇了還原糖的釋放和蔗糖的降解,但美拉德反應(yīng)的速率大于還原糖增加的速率,總體無明顯變化的趨勢,這與鮑若晗[25]的研究結(jié)果一致。
根據(jù)上述分析可知,色值與果漿褐變的相關(guān)物質(zhì)包括總酚、果糖、葡萄糖和蔗糖之間有顯著相關(guān)性,果漿色值與上述物質(zhì)之間是否存在量化關(guān)聯(lián)關(guān)系,采用逐步線性回歸模型進(jìn)行分析,即果漿色值指標(biāo)為因變量,相關(guān)物質(zhì)組成指標(biāo)為自變量,對所有候選變量分別進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)檢驗,剔除不顯著的變量。在此過程中,統(tǒng)計上不顯著的t值也被刪除。其中X1、X2、X3、X4、X5分別代表葡萄糖、蔗糖、總酚、蛋白質(zhì)和果糖的含量。由表4可知,所有方程R2> 0.5,表明其均能夠解釋色澤與相關(guān)物質(zhì)組分間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。L*和ΔE與葡萄糖和蔗糖的含量有顯著的函數(shù)關(guān)系(R2=0.934,R2=0.947)。a*值與總酚、可溶性蛋白質(zhì)和蔗糖含量存在顯著的數(shù)量關(guān)系(R2=0.974)。c*和h° 值受不同糖類物質(zhì)的影響。線性回歸分析結(jié)果表明,桃果漿的表觀色澤主要與葡萄糖和蔗糖物質(zhì)有關(guān),在均細(xì)化處理過程中的非酶褐變可能以美拉德反應(yīng)為主。
表4 果漿色澤與物質(zhì)成分間的逐步線性回歸方程Table 4 Stepwise linear regression analyses between color of peach pulp and material composition indicators
本研究結(jié)果表明熱燙協(xié)同超細(xì)粉碎處理改善果漿的色澤品質(zhì),Goyeneche等[26]研究表明,高溫會引起酶變性,從而導(dǎo)致不可逆的構(gòu)象變化,影響其功能活性。本研究發(fā)現(xiàn)桃果漿在90℃條件下熱燙1 min,PPO已基本失活,說明熱燙可有效抑制酶促褐變反應(yīng)。同時,超細(xì)粉碎能夠降低顆粒粒徑,使光線發(fā)生散射,從而提高桃果漿的亮度。膠體磨處理后,果漿的色澤變暗,該技術(shù)參數(shù)仍需進(jìn)一步優(yōu)化。另外,未熱燙的桃果漿經(jīng)超細(xì)粉碎后PPO活性提高,這可能是因為超細(xì)化處理過程改變了PPO的分子結(jié)構(gòu),激活其酶活性,這與劉偉[27]的研究結(jié)果一致。此外,PPO活性取決于酚類物質(zhì)的結(jié)構(gòu),在高速剪切過程中,酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變?nèi)孕柽M(jìn)一步探究。通過進(jìn)一步對桃果漿色澤相關(guān)物質(zhì)組分的研究表明,超細(xì)粉碎可有效促進(jìn)總酚、蛋白質(zhì)和還原糖等營養(yǎng)物質(zhì)的釋放,最大程度保留原果的品質(zhì),此結(jié)果與劉子放等[28]和潘浪[29]的結(jié)果一致。由于超細(xì)粉碎破壞了物料的細(xì)胞壁,顆粒粒徑減小,促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)的釋放。Koley等[30]比較了新鮮和巴式殺菌果汁的總酚含量,結(jié)果表明熱處理會導(dǎo)致酚類物質(zhì)氧化降解,但在本研究中,熱處理后總酚保留率明顯高于新鮮果漿,且超細(xì)研磨能極大保留原料中的總酚物質(zhì),這可能是由于粉碎對顆粒物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變,導(dǎo)致物質(zhì)之間的相互作用發(fā)生變化。
由于超細(xì)粉碎設(shè)備具有冷卻系統(tǒng),物料在粉碎過程中的溫度保持在25℃以下,因此,熱燙果漿色澤變暗的原因可能是高溫?zé)釥C過程中發(fā)生非酶褐變反應(yīng)。Pearson相關(guān)系數(shù)和逐步線性回歸方程分析結(jié)果表明,L*值與總酚含量呈極顯著正相關(guān)性,高琨[31]表明酚類物質(zhì)(如兒茶素、表兒茶素等)具有較強(qiáng)的抗氧化活性和自由基清除能力,能夠抑制酚酶催化的酶促褐變并延緩非酶褐變物質(zhì)的釋放和氧化。本研究發(fā)現(xiàn),超細(xì)研磨提高了桃果漿酚類物質(zhì)的保留率,對非酶褐變反應(yīng)的發(fā)生具有抑制或消減作用,從而提高了果漿的亮度。然而,關(guān)于均細(xì)化處理過程中的非酶褐變物質(zhì)基礎(chǔ)仍需做進(jìn)一步研究。線性回歸方程結(jié)果表明,桃果漿色澤主要與葡萄糖和蔗糖物質(zhì)有關(guān),可以初步明確果漿在破碎中的非酶褐變反應(yīng)以美拉德反應(yīng)為主。超細(xì)粉碎作為冷破碎技術(shù),一方面可以通過“最少加工處理”實現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)提升,另一方面,與單純熱處理相比,“最少加工處理”也可以實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保等效果。
本研究結(jié)果表明熱燙協(xié)同超細(xì)粉碎后,桃果漿色澤有肉眼可觀察到的變化(ΔE值均大于3.5)。經(jīng)過熱燙處理的桃果漿,L*、b*和ΔE值升高,a*值降低。與打漿和膠體磨相比,超細(xì)粉碎能夠提高桃果漿的感官色澤,L*、b*值提高,a*值無顯著變化,ΔE值增加,不同超細(xì)粉碎頻率對桃果漿a*和b*值無顯著影響。超細(xì)粉碎能夠破壞顆粒物質(zhì),促進(jìn)桃果漿中總酚、蛋白質(zhì)和還原糖等營養(yǎng)物質(zhì)的釋放。熱燙處理能夠鈍化桃果漿PPO活性,抑制酶促褐變反應(yīng),桃果漿在不同均細(xì)化處理過程中的褐變反應(yīng)以非酶褐變?yōu)橹?。Pearson相關(guān)系數(shù)和逐步線性回歸方程分析結(jié)果表明,熱燙果漿在研磨過程中的非酶褐變以美拉德反應(yīng)為主,酚類物質(zhì)對非酶褐變有一定的抑制或消減作用。