巴氏杀菌对黑加仑果汁特性和DPPH自由基清除能力的影响

赵玉红，刘瑞颖,张立钢

(1.东北林业大学林学院,黑龙江哈尔滨 150040;2.林下经济资源研发与利用协同创新中心,黑龙江哈尔滨 150040;3.东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)



巴氏杀菌对黑加仑果汁特性和DPPH自由基清除能力的影响

赵玉红1,2，刘瑞颖1,张立钢3,*

(1.东北林业大学林学院,黑龙江哈尔滨 150040;2.林下经济资源研发与利用协同创新中心,黑龙江哈尔滨 150040;3.东北农业大学食品学院,黑龙江哈尔滨 150030)

研究不同巴氏杀菌处理(70、80、90 ℃分别杀菌6、8、10 min)对黑加仑果汁物理化学特性(色度、浑浊度、pH)、生物活性成分(多酚、单宁、花色苷)含量及DPPH自由基清除能力的影响。采用Folin-Ciocalteu法、pH示差法、Folin-Denis 法分别测定果汁中多酚、花色苷、单宁含量,用清除DPPH自由基活性方法分析抗氧化性,色差仪测定颜色变化。结果表明:杀菌温度70 ℃、杀菌时间6 min为适宜杀菌条件,杀菌温度升高和处理时间延长,果汁红色加深,对颜色变化影响明显(p<0.05),果汁的浊度增大,果汁的pH随杀菌温度升高略有下降,但与杀菌前相比不显著(p>0.05)。黑加仑果汁中的多酚、单宁、花色苷含量和DPPH自由基清除率在杀菌温度70 ℃、杀菌时间6 min较高,随着杀菌温度的升高和杀菌时间的延长而降低,并且温度越高降低得越快。采用低温、短时的巴氏杀菌工艺更有利于保证果汁的性质和生物活性成分含量。

黑加仑果汁,巴氏杀菌,特性,DPPH自由基清除能力

黑加仑,学名黑穗醋栗,俗名黑豆果,为茶藨子科小型灌木,成熟果实为黑色小浆果。黑加仑果实中VC和酚类物质含量较高,其所含酚类物质主要是黄酮、酚酸和丹宁[1],黑加仑果汁中含有丰富花色苷,(250 mg/100 g鲜果)[2],其花色苷组成包括矢车菊素-3-芸香糖苷、飞燕草素-3-芸香糖苷、矢车菊素-3-葡萄糖苷、飞燕草素-3-葡萄糖苷等四类[1]。由于这些物质具有很强的体外抗氧化性,可以减少心脑血管[3]、癌症[4]等疾病的风险,黑加仑被认为是提供具有保健功能植物化学成分的良好来源。

果汁饮料在加工过程中易发生浊度、pH、颜色、活性成分含量及抗氧化性等理化和功能性质变化。杀菌处理是果汁饮料生产过程中的关键工序,对果汁品质和贮藏期的延长具有重要作用。Vegara等[5]研究了65 ℃和90 ℃条件下巴氏杀菌及贮藏对石榴汁颜色和货架期的影响。王秀春等[6]研究发现:黑加仑饮料采用85 ℃、15 min以上条件杀菌,会对产品产生不愉快的煮熟味。Iversen等[7]对黑加仑混浊汁饮料进行杀菌研究,发现采用88 ℃、27 s的杀菌条件对产品的挥发性组分影响不大。贾娜等[8]研究黑加仑花色苷提取物在60、80、100 ℃分别加热1～5 h条件下,测定花色苷含量变化和抗氧化能力的热稳定性变化,提出在加工过程中应避免长时间、高温处理,以防止花色苷降解,从而保护花色苷的抗氧化活性。可见,准确控制黑加仑果汁加工过程中的加热工艺,对保证果汁的品质至关重要。

在黑加仑果汁加工过程中,巴氏杀菌工艺对果汁的pH、颜色、浑浊度等物理特性产生怎样的影响,果汁中的多酚和花色苷等生物活性成分的含量发生怎样的变化,其抗氧化性是否受到影响等问题尚未见报道。因此,本文对黑加仑果汁加工过程中巴氏杀菌处理对果汁物理特性、生物活性成分含量变化及DPPH自由基清除活性的影响进行研究,旨在揭示黑加仑果汁加工过程中品质与生物活性成分变化规律。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

黑加仑冷冻果黑龙江省哈尔滨市本色集团,-18 ℃保存。

没食子酸为标品级Sigma公司;福林酚试剂、单宁、无水碳酸钠、氯化钾、无水醋酸钠、DPPH、钨酸钠、磷钼酸均为分析纯。

JA-2003分析天平上海良品仪器仪表有限公司;HR2004榨汁机Philips有限公司;DK-S12电热恒温水浴锅上海森信实验仪器有限公司;TDL-5W台式低速离心机湖南星科科学仪器有限公司;PB-10 pH计Sartorius仪器(北京)有限公司;TV-1810紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司;YP2001N台秤上海精密科学仪器有限公司;NH300色差仪深圳三恩驰仪器有限公司。

1.2实验方法

1.2.1原料预处理黑加仑果汁加工工艺流程根据文献[9]并进行调整如下:

黑加仑果→挑选→清洗→去杂→破碎→榨汁→澄清→离心→杀菌→冷却→黑加仑果汁。

工艺操作要点:

以黑加仑为原料,去除腐烂、病害的果实,清洗除去泥土、枝叶等杂物。

破碎:用打浆机将洗净的黑加仑果实打浆破碎,破碎有利于可溶性成分的抽提。

澄清处理:粗滤后的果汁进行过滤澄清处理,可有效去除果汁中的沉淀及高分子含量物质。

果汁用离心机离心,转速为4000 r/min,离心5 min,得到原汁。

杀菌:黑加仑果汁的杀菌采用分别在70、80、90 ℃下进行6、8、10 min杀菌。

1.2.2浑浊度的测定采用分光光度计法,测定果汁在700 nm的吸光值(OD700 nm)[10]。

1.2.3pH的测定采用pHS-25型酸度计测定。

1.2.4颜色的测定利用CIEL*a*b*体系[11]测定颜色变化。L*为明度,L*越大,表示亮度越高,反之越低;+a*为红色,-a*为绿色;+b*为黄色,-b*为青色。实验过程中用色差仪测量果汁颜色变化。

1.2.5多酚含量的测定采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量[12]。

1.2.5.1标准液的配制精确称取0.005 g没食子酸标准样品,蒸馏水溶解并定容至50 mL。该标准液浓度为0.1 mg/mL。

1.2.5.2标准曲线的建立准确量取上述标准液 0、0.5、1、1.5、2、2.5、3 mL于50 mL容量瓶中,各加30 mL水,摇匀,再加2.5 mL福林酚试剂,充分摇匀。1 min之后,加入20%碳酸钠溶液7.5 mL,混匀定容。水浴 75 ℃下反应10 min,于760 nm波长下比色,测定吸光度,建立标准曲线。

1.2.5.3样品的测定用移液管精确量取制备好的样品溶液0.5 mL于50 mL 容量瓶中,加入30 mL蒸馏水,摇匀,再加入2.5 mL福林酚试剂,7.5 mL 20% Na2CO3溶液,用水定容至刻度,混匀,水浴75 ℃下反应10 min,冷却后在760 nm处测定其吸光度。所得标准曲线方程为:y=0.1356x,R2=0.9935。

1.2.6单宁含量的测定

1.2.6.1试剂制备Folin-Denis(F-D)试剂配制:700 mL水中加入钨酸钠100 g,磷钼酸20 g及磷酸50 mL,回流2 h,冷却后加水稀释至1000 mL[13]。单宁标准溶液配制:准确称取单宁50 mg于50 mL容量瓶中,加蒸馏水溶解并定容至刻度,混匀。再用水稀释10倍即为 0.1 mg/mL标准溶液。

1.2.6.2标准曲线绘制分别吸取单宁标准溶液 0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL注入装有30 mL蒸馏水的50 mL容量瓶中,各加入2 mL F-D试剂,10 mL Na2CO3溶液,摇匀定容,放置 30 min后比色。以吸光值与标样浓度作标准曲线,并建立标准曲线方程。取提取液0.5 mL,分别置于盛有25 mL蒸馏水的50 mL容量瓶中,加入2 mL F-D试剂和 10 mL Na2CO3溶液,摇匀定容,静置30 min后,在波长为720 nm处比色测定。所得标准曲线方程为:y=0.0699x+0.0189,R2=0.9973。

1.2.7花色苷含量的测定

1.2.7.1吸光值的测定分别移取1 mL样液2份,分别用0.025 mol/L氯化钾缓冲液(pH1.0)和0.4 mol/L醋酸钠缓冲液(pH4.5)定容至10 mL。置于暗处平衡2 h,以空白样(取1 mL蒸馏水,分别用pH1.0、pH4.5的缓冲液定容至10 mL)作对照,用分光光度计分别在510 nm和700 nm下测定吸光值[8,14]。

1.2.7.2计算花色苷含量花色苷含量C(mg/100 g)=(A/εL)×MW×DF×V/Wt×100

式中:A-吸光度;ε-矢车菊花素-3-葡萄糖苷的消光系数,26900;DF-稀释因子;MW-矢车菊花素-3-葡萄糖苷的分子量,449.2;V-最终体积,mL;Wt-产品重量,mg;L-光程,1 cm;

A=(A510 nmpH1.0-A700 nmpH1.0)-(A510 nmpH4.5-A700 nmpH4.5)

注:用A700nm来消除样液混浊的影响。

1.2.8DPPH自由基清除能力的测定准确称取6.4 mg DPPH固体,用甲醇定容到100 mL,配制成DPPH-甲醇溶液。将多酚提取液用甲醇适当稀释,取0.2 mL到小离心管内,再加入2.8 mL现配的DPPH-甲醇溶液。摇匀后于室温下避光静置60 min,以甲醇溶液做空白对照,测定其在517 nm处的吸光值样品A[15]。另测0.2 mL甲醇溶液和2.8 mL现配的DPPH-甲醇溶液混合溶液在517 nm处的吸光值A对照A0。0.2 mL样品液和2.8 mL 甲醇混合后的吸光值Ab按照下列公式计算抗氧化物质果汁的清除率:

清除率(%)=[1-(A-Ab)/A0]×100

2　结果与讨论

2.1不同杀菌温度和时间对黑加仑果汁色度的影响

不同温度和时间条件下黑加仑果汁的色差值L*,a*,b*变化如图1所示。

图1　不同杀菌处理对黑加仑果汁L*、a*、b*值的影响Fig.1　Effect of different pasteurization treatment on L*,a*,b* values of blackcurrant juice注:(A)杀菌处理对L*值的影响,(B)杀菌处理 对a*值的影响,(C)杀菌处理对b*值的影响。

由图1可知,果汁在杀菌过程中,温度对色值变化影响明显,温度越高,色值变化越快。相同杀菌时间6 min时,不同杀菌温度70、80、90 ℃条件下,L*和a*随杀菌时间的增长逐渐减小,b*值随时间的增长逐渐增大且它们的变化都是显著的(p<0.05)。赵光远等[16]研究得出的热处理能改善苹果汁色泽,这与本实验结果一致。这可能是由于随着杀菌温度的升高和时间的延长,多酚氧化酶(PPO)的活性越受到抑制,果汁褐变得到减轻,从而果汁的颜色也就越鲜亮。

2.2不同杀菌温度和时间对果汁浊度的影响

通过测定果汁在600 nm处的OD值,研究不同杀菌处理对黑加仑果汁浊度的影响,结果如图2。

图2　不同杀菌处理对黑加仑果汁浊度的影响Fig.2　Effect of different pasteurization treatment on turbidity of blackcurrant juice

由图2可知,杀菌温度为90 ℃,杀菌时间为6、8、10 min时果汁的OD值由杀菌前的0.552分别增大到0.625、0.664、0.693,这种变化较为显著(p<0.05)。这表明杀菌温度越高,时间越长,果汁在600 nm处的吸光值越大,果汁的浊度也越高。赵光远等[16]研究认为98 ℃处理得到的果汁浊度最高,处理温度越低其浊度也越低,这与本实验结果一致。果汁中的混浊物被认为是由带正电的蛋白质核及其外包裹的带负电的果胶以及可以与蛋白质交联的酚类物质所组成[17]。而高温处理会使这些带负电的果胶以及可以与蛋白质交联的酚类物质变性,颗粒度变大悬浮于果汁中,果汁的浊度也就越高。

2.3不同杀菌温度和时间对果汁pH的影响

由图3可知,经过杀菌工艺后果汁的pH略有下降,但这种下降趋势不显著(p>0.05)。杨姗姗等[18]研究发现荔枝汁pH在72 ℃热处理3 min后与处理前没有显著变化。李汴生等[19]研究发现鲜榨菠萝汁的pH在热处理(85 ℃,5 min)前后差异不显著(p>0.05),这些结果与本实验研究结果一致。

图3　不同杀菌处理对黑加仑果汁pH的影响Fig.3　Effect of different pasteurization treatment on pH of blackcurrant juice

2.4不同杀菌温度和时间对果汁总酚含量的影响

从图4可以看出,黑加仑果汁中的总酚含量随着杀菌温度的升高而减少;在同一杀菌温度下随着杀菌时间的延长而减少。刘野等[20]研究发现热处理后西瓜汁中总酚质量无显著差异,这可能与其较低的热处理温度(50 ℃)有关。万鹏[21]对荔枝汁热处理的研究表明90 ℃和100 ℃下荔枝汁中总酚含量在60 min内随着热理时间的延长出现先下降后上升的现象。本实验研究黑加仑果汁于70、80、90 ℃热水中分别加热6、8、10 min,总酚含量出现明显下降,与万鹏等人的研究结果相似,赵光远等[16]对浑浊苹果汁热杀菌前后酚类物质研究表明总酚和单体酚类物质均减少,这与本实验热杀菌结果一致。

图4　不同杀菌处理对黑加仑果汁的总酚含量的影响Fig.4　Effect of different pasteurization treatment on polyphenol content of blackcurrant juice

2.5不同杀菌温度和时间对果汁单宁含量的影响

由图5可知,在相同杀菌温度下,随着杀菌时间的延长,果汁中单宁含量显著下降(p<0.05),杀菌温度越高这种趋势越显著。周文倩等[22]研究发现当温度一定时,随着pH增大,复水薇菜尖的单宁含量呈上升的趋势;当pH一定时,随着温度升高,复水薇菜尖的单宁含量呈逐步下降的趋势,这与本实验研究结果相同。这可能是由于酸、碱性环境均可促进单宁的水解,从而降低单宁的含量,而且温度升高可加速溶剂分子的运动,促进单宁的溶出。

图5　不同杀菌处理对果汁的单宁含量的影响Fig.5　Effect of different pasteurization treatment on tannin content of blackcurrant juice

2.6不同杀菌温度和时间对果汁花色苷含量的影响

从图6可以看出,相同杀菌时间6 min时,70、80、90 ℃杀菌条件下花色苷含量存在显著差异(p<0.05),花色苷含量大幅降低,这表明黑加仑果汁中的花色苷含量随着杀菌温度的升高而减少,并且温度越高减少的越快。还可以看出,黑加仑果汁中的花色苷含量在相同杀菌温度下随着杀菌时间的延长而减少,在杀菌温度70 ℃,杀菌时间为6、8、10 min时果汁中花色苷含量也明显降低。Rubinskiene等[23]在研究加热对水提取的黑加仑花色苷吸光度的影响时发现,75 ℃加热150 min对花色苷影响不大,85 ℃加热150 min使吸光度降低了20%,95 ℃加热150 min降低了53%,这与本实验的研究结果相似,即加热温度越高对花色苷的破坏越大。分析其机理,可推测为由于黑加仑原果汁内各成分(包括花色苷)浓度较大,随着温度升高,体系的反应分子密度增加,因此反应速率随之增大。此外,糖的热分解产物发生降解生成的糠醛类化合物对花色苷的降解也起着促进作用[24]。因此,在加工过程中应避免高温和长时间加热,以防止花色苷降解。

图6　不同杀菌处理对果汁的花色苷含量的影响Fig.6　Effect of different pasteurization treatment on anthocyanin of blackcurrant juice

2.7不同杀菌温度和时间对果汁DPPH自由基清除率的影响

由图7可知,70 ℃加热6、8、10 min时,DPPH自由基清除率变化较平稳,降低幅度较小(p>0.05),90 ℃加热6、8、10 min时,DPPH自由基清除率变化较显著(p<0.05),说明加热降低了黑加仑花色苷清除DPPH自由基的能力,并且加热温度越高、加热时间越长,对DPPH自由基清除能力的破坏越大。Borges等[25]对黑加仑中VC、类黄酮、花色苷、酚类物质的含量和抗氧化能力进行了测定,发现花色苷对总抗氧化能力具有73%的贡献。前面实验已经得知,果汁中花色苷随着杀菌温度的升高、时间的延长而减少,这可能造成了果汁的DPPH自由基清除能力的降低。张镜等[26]在研究温度对阴香花色苷清除DPPH自由基能力的影响时发现,60、70、80 ℃处理1～8 h后,清除率均无显著变化,并且110～130 ℃高温处理30 min反而导致清除率增加。史海英等[27]研究了紫玉米花色苷100 ℃加热20 min后的超氧自由基清除能力和过氧化氢清除能力的变化情况,发现加热前后,清除两种自由基的能力均无显著变化,由此可见,不同来源花色苷的抗氧化能力稳定性不尽相同,这可能是由于所含的花色苷种类和含量不同所致。

图7　不同杀菌处理对黑加仑果汁的 DPPH自由基清除率的影响Fig.7　Effect of different pasteurization treatment on DPPH free radical clearance rate of blackcurrant juice

3　结论

通过对黑加仑果汁在巴氏杀菌过程中特性、生物活性成分含量和DPPH自由基清除能力变化的研究,可以得出:巴氏杀菌对黑加仑果汁的性质、活性成分含量及自由基清除能力有影响,相比80、90 ℃杀菌温度,采用70 ℃、6 min的杀菌条件,可以减少对果汁颜色和浑浊度的影响,在此条件下也使果汁中多酚、单宁、花色苷含量和DPPH自由基清除率处于相对较高的水平。建议果汁采用巴氏杀菌处理时适宜在低温、短时间条件下进行。

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Pasteurization treatment effects on properties and DPPH· scavenging capacity of blackcurrant juice

ZHAO Yu-hong1,2,LIU Rui-ying1,ZHANG Li-gang3,*

(1.College of Forestry,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China;2.Forest economy resource development and utilization of Collaborative Innovation Center,Harbin 150040,China;3.Food Science College,Northeast Agricultrual University,Harbin 150040,China)

This research was focused on the effect of pasteurization treatment(70,80 and 90 ℃,6,8 and 10 min)on physical and chemical properties(color,turbidity and pH),bioactive component content(polyphenols,tannins and anthocyanins)and DPPH free radical scavenging capacity of blackcurrant juice. Folin-Ciocalteu,pH differential,Folin-Denis were used to measure polyphenol,anthocyanins and tannin content. DPPH free radical clearance was used to value antioxidant activity. Color changes were measured by chroma meter. The results showed that pasteurization temperature 70 ℃ and pasteurization time 6min were the optimized pasteurization conditions. The red color of fruit juice increased significantly.(p<0.05),the turbidity were increased and pH value was declined slightly but no significant decline was observed(p>0.05)at the higher pasteurization temperature and longer pasteurization treatment time. Polyphenols,tannins,anthocyanins content and DPPH free radicals scavenging capacity of blackcurrant juice were higher at 70 ℃,6 min. They were decreased with the increasing pasteurization temperature and time. Pasteurization treatment at the conditions of low temperature and short time were advantageous to guarantee the properties and the biological active ingredient content of blackcurrant juice.

blackcurrant juice;pasteurization treatment;properties;DPPH scavenging capacity

2015-09-21

赵玉红(1968-)，女，博士，副教授，主要从事天然产物化学研究， E-mail：zhaoyuhong08@163.com。

张立钢(1973-)，男，博士，副教授，主要从事农产品精深加工研究，E-mail：zhang@neau.edu.cn。

哈尔滨市科学技术局科技创新人才计划项目(2014RFQXJ071)。

TS201.2

A

1002-0306(2016)15-0140-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.15.019