澄清处理对黑加仑果汁物理化学特性的影响

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)



澄清处理对黑加仑果汁物理化学特性的影响

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)

本文研究了冷冻澄清、酶解澄清、热凝聚澄清和自然澄清处理对黑加仑原果汁物理化学特性的影响。采用色差仪测定颜色变化,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自由基活性方法评价抗氧化性。实验结果表明:澄清使果汁颜色变暗;使果汁浊度大幅减小,其中酶解澄清和热凝聚澄清的澄清效果比自然澄清和冷冻澄清更好;不同澄清处理对果汁pH没有显著影响(p>0.05);不同澄清处理使果汁总酚含量、单宁含量、花色苷含量明显减少(p<0.05);四种澄清处理后果汁的DPPH自由基清除率明显下降(p<0.05)。澄清处理影响黑加仑果汁物理化学特性。

黑加仑果汁,澄清处理,物理化学特性

黑加仑(Blackcurrant),学名黑穗醋栗(RibesnigrumL.),俗名黑豆果,是一种生长于我国北方寒冷地带的多年生灌木,在黑龙江、吉林、辽宁等地有较大面积的栽培[1]。目前,黑加仑主要被加工成果汁和浓缩汁,进一步加工产品有果酒、果酱和作为食品加工配料。

黑加仑果实中含有较高的酚类化合物[2],主要有花青素、黄酮醇和酚酸等,其中花青素的主要成分为飞燕草素-3-芸香糖苷、飞燕草素-3-葡萄糖苷、矢车菊素-3-芸香糖苷和矢车菊素-3-葡萄糖苷[3],其总花青素含量为560～4450 μg/g鲜果[4]。

黑加仑中的酚类物质和花青素具有强抗氧化活性,除此之外还具有抗炎、抗癌、抗真菌等功能[5-6]。Borges研究了黑加仑中各种活性成分含量和抗氧化活性,其中的花色苷在总抗氧化能力中占重要地位[7]。目前抗氧化活性的测定有DPPH法、TEAC法、ORAC法、TRAP法和FRAP等方法[8],而清除DPPH活性分析方法被认为是抗氧化剂筛选的主要方法[9]。Amakura等[10]研究了黑加仑等九种浆果提取物的自由基清除能力,发现黑加仑清除DPPH自由基的能力在九种浆果中位居第二。

果汁加工业面临的一个主要问题是加工中易引起果汁的物理化学性质变化,澄清处理作为果汁生产中的一道关键工序,对果汁稳定性提高、贮藏期延长和果汁品质具有重要作用。目前,澄清处理对黑加仑果汁的pH、颜色、浑浊度等物理特性的影响、多酚和花色苷等生物活性成分的含量变化及其抗氧化性等的研究尚未见报道。本论文研究了黑加仑果汁加工中冷冻澄清、酶解澄清、热凝聚澄清和自然澄清法对黑加仑果汁物理特性、生物活性成分含量变化及DPPH自由基清除活性的影响,旨在揭示黑加仑果汁的品质与生物活性变化规律,为提高黑加仑果汁及相关果汁的质量提供理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

黑加仑冻果由黑龙江哈尔滨市本色集团提供。

没食子酸为标品级Sigma公司；果胶酶酶活力500 U/mg,上海宝曼生物科技有限公司；福林酚试剂、单宁、无水碳酸钠、氯化钾、无水醋酸钠、无水甲醇、盐酸、DPPH、钨酸钠、磷钼酸、磷酸均为国产分析纯。

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;pHS-25型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;BCD-215KS电冰箱Haier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[3]:

黑加仑果→挑选→破碎→榨汁→澄清→过滤→杀菌→冷却→黑加仑果汁

主要工艺操作:

原料:以黑加仑冻果为原料,去除腐烂、病害的果实。

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:粗滤后的果汁进行澄清处理,可有效去除果汁中的沉淀及高分子含量物质,是生产过程中的重要环节,分别用以下四种方式根据文献[11]进行澄清并根据预实验进行修改:自然澄清:15 ℃静置24 h。冷冻澄清:将果汁置于-4～-5 ℃,4 h,再于室温下解冻。热凝聚:煮锅中加热到80～82 ℃,时间为80～90 s。酶解澄清:在果汁中加入果胶酶量为3 g/L,温度为55 ℃,时间为1 h。

果汁经过滤得到原果汁。

杀菌:黑加仑果汁灌装到玻璃瓶中,采用沸水浴加热杀菌。

1.2.2浑浊度的测定采用分光光度计测定果汁在700 nm的吸光值(OD700 nm)[12]。

1.2.3pH的测定采用pHS-25型酸度计测定。

1.2.4颜色的测定色差值改变利用CIEL*a*b*体系[13]表示。L*(亮度),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记录每次测量前果汁颜色变化,取3 次测量值的平均值。

1.2.5多酚含量的测定采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量[14]。

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、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 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,加入碳酸钠溶液(20%)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,以吸光值为纵坐标,没食子酸含量为横坐标,建立没食子酸标准曲线。

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,用蒸馏水定容至刻度,混匀,水浴75 ℃下反应10 min,冷却后在760 nm处测定其吸光度。

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[15]。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。

1.2.7花色苷含量的测定吸光值的测定: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[16]。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 nm pH1.0-A700 nm pH1.0)-(A510 nm pH4.5-A700 nm pH4.5)

用A700 nm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。取0.2 mL多酚提取液到小离心管内,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[17]。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。

按照下列公式进行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总酚标准曲线和单宁标准曲线的建立

以吸光值为纵坐标,没食子酸含量为横坐标,建立没食子酸标准曲线,得标准曲线方程为:y=0.1356x,R2=0.9935。以吸光值为纵坐标,单宁含量为横坐标,建立单宁标准曲线,得标准曲线方程为:y=0.0699x+0.0189,R2=0.9973。从相关系数可以看出两方程均拟合较好,可以用于总酚和单宁含量计算。

2.2不同澄清方法对果汁颜色的影响

不同澄清方式下的黑加仑果汁的色差值L*、a*、b*值变化见图1。

图1　不同澄清方式对黑加仑果汁色差值(L*,a*,b*值)的影响Fig.1　Effect of different clarification treatment on color difference value(L*,a*,b*-value)of blackcurrant juice注：不同字母表示差异显著(p<0.05)，图2～图7同。

由图1可知,冷冻澄清条件下的果汁的L*值和a*值最高分别为43.4和59.6,而b*值最低为29.1,自然澄清条件下的果汁的L*,a*值最低分别为39.8和56.4,而b*值最高为33.7。总体上澄清使得果汁的L*值、a*值下降,b*值增大,果汁颜色变暗,亮度和红色度逐渐降低,黄色度逐渐增加。在四种澄清工艺中,冷冻澄清对果汁L*值、a*值和b*值的影响较为不显著(p>0.05),其它三种澄清工艺对果汁L*值、a*值和b*值的影响较为显著(p<0.05)。果汁颜色的变化,是由于发生了酶促和非酶促褐变,而在冷冻澄清的低温状态下,降低了酶的活性,从而褐变减少,对颜色的影响也就最小;自然澄清是由于时间较长,热凝聚和酶解澄清是由于温度升高,都加速了果汁褐变,使果汁颜色变化更为明显。

2.3不同澄清方法对果汁浊度的影响

通过测定黑加仑果汁在700 nm处的OD值,研究不同澄清方法对果汁浊度的影响,结果如图2。

由图2可知,果汁分别经过自然澄清、冷冻澄清、酶解澄清、热凝聚澄清四种澄清工艺后,果汁在700 nm处的吸光值都变小,由原来的0.885分别降到0.728、0.714、0.693、0.684,果汁变得更为澄清且澄清效果都较为显著(p<0.05),其中酶解澄清和热凝聚澄清的澄清效果比自然澄清和冷冻澄清更好。在体系粘度一定时,果汁中悬浮颗粒的尺寸减小有助于果汁浑浊稳定性的提高,酶解澄清中酶可以将果胶等物质分解从而使果汁得到澄清;自然澄清方法是使果汁中的大分子物质沉降,果汁变得澄清,这个过程较为缓慢;热凝聚和冷冻澄清都可以使果汁中的某些蛋白变性沉降,达到澄清效果。

图2　不同澄清方式对黑加仑果汁浊度变化的影响Fig.2　Effect of different clarification treatment on turbidity of blackcurrant juice

图3　不同澄清方式对黑加仑果汁pH的影响Fig.3　Effect of different clarification treatment on pH of blackcurrant juice

2.4不同澄清方法对果汁pH的影响

由图3可知,自然澄清、冷冻澄清、酶解澄清和热凝聚澄清对果汁pH都没有明显影响(p>0.05);酶解澄清后,果汁的pH略有减小,果汁酸度有略微增大趋势,但差异不显著(p>0.05)。綦菁华等[18]认为,这种现象是由于果胶酶Pectinex含有聚半乳糖醛酸酶、果胶酯酶等,可促使果胶完全水解为半乳糖醛酸,使果汁酸度增加,但由于是弱酸,因此增加趋势不大。

图4　不同澄清方式对黑加仑果汁总酚含量的影响Fig.4　Effect of different clarification treatment on polyphenol content of blackcurrant juice

2.5不同澄清方法对果汁总酚含量的影响

由图4可知,冷冻澄清后果汁的总酚含量变化不明显(p>0.05),而自然澄清、热凝聚澄清和酶解澄清过后果汁总酚含量变化较为显著(p<0.05),由原来的70.65 mg/L分别减少到47.46、53.753、68.55 mg/L。酚类在加工中由于酶促褐变和非酶促褐变而氧化减少,自然澄清过后使总酚含量下降是由于在长时间静置过程中,果汁中的多酚氧化酶与过氧化物酶活性增加,这两种酶使总酚含量下降[19],而冷冻澄清时的低温可以抑制多酚氧化酶与过氧化物酶的活性,从而果汁中总酚含量下降不明显;热凝聚过后果汁中总酚含量下降的原因是过高的温度破坏了一部分酚类物质,酶解澄清使果汁中总酚含量下降是由于酶解时的温度适于多酚氧化酶与过氧化物酶,使它们的活性增强,酚类物质由于氧化而减少。

2.6不同澄清方法对果汁单宁含量的影响

由图5可知,四种澄清方法都使果汁中的单宁含量明显减少(p<0.05)。冷冻澄清、酶解澄清、热凝聚澄清和自然澄清四种澄清方法可使果汁中单宁含量由澄清前的57.73 mg/L分别降到56.15、44.81、42.29、37.41 mg/L。这可能是因为果汁的酸性比较强,酸、碱性环境均可促进单宁的水解,从而降低单宁的含量,而热凝聚澄清和酶解澄清过程中都经过加热的处理,温度升高可加速溶剂分子的运动,促进单宁的溶出,单宁降解的也就更多。

图5　不同澄清方式对黑加仑果汁单宁含量的影响Fig.5　Effect of different clarification treatment on tannin content of blackcurrant juice

2.7不同澄清方法对果汁花色苷含量的影响

由图6可知,酶解澄清后果汁中花色苷含量略有下降但不明显(p>0.05),由澄清前的1870.40 mg/L降到1857.13 mg/L,而冷冻澄清、热凝聚澄清和自然澄清后果汁中花色苷含量下降更为显著(p<0.05),分别降到1850.46、1843.31、1827.11 mg/L。花色苷的稳定性较差,易受外部因素如温度、光照、pH、金属离子、氧等影响而发生分解,自然澄清时由于果汁长时间与空气接触从而导致花色苷氧化分解,花色苷含量下降;热凝聚澄清时是高温导致花色苷降解,果汁中花色苷含量下降;酶对花色苷的降解,这可能是导致花色苷减少的原因。

图6　不同澄清方式对黑加仑果汁花色苷含量的影响Fig.6　Effect of different clarification treatment on anthocyanin of blackcurrant juice

2.8不同澄清方法对果汁DPPH自由基清除率的影响

由图7可知,经过四种澄清方法澄清后的果汁的DPPH自由基清除率下降明显(p<0.05),其中热凝聚澄清对果汁的DPPH自由基清除率的影响显著(p<0.05),由澄清前的56.71%下降到50.99%。自然澄清由于静置时间最长,DPPH自由基清除率下降的最多,所以果汁的抗氧化能力的损失越多。果汁在加工过程中由于氧化而造成抗氧化能力的损失,所以澄清后果汁的DPPH自由基清除率都有所下降。

图7　不同澄清方式对黑加仑果汁DPPH自由基清除率的影响Fig.7　Effect of different clarification treatment on DPPH free radical clearance rate of blackcurrant juice

3　结论

通过对澄清过程中黑加仑物理特性(果汁颜色、浑浊度、pH),生物活性成分含量(多酚、花色苷、单宁)及其DPPH自由基清除能力变化的研究,可以得出:澄清使果汁颜色变暗;酶解澄清和热凝聚澄清的澄清效果比自然澄清和冷冻澄清更好;四种澄清方法对果汁的pH都没有显著影响;四种澄清方法使果汁中总酚、花色苷、单宁含量和DPPH自由基清除率下降。

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Clarification treatment effects on physicochemical properties 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 150030,China)

To explore the effect of clarification treatment on physical chemical properties and antioxidant activity of blackcurrant juice,frozen clarification,enzyme clarification,thermal condensation and nutural clarification treatment were studied. Color changes were measured by chroma meter. 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. The results showed that the color changed to dark under different clarification treatment. Juice turbidity fell dramatically,the clarification effect of enzyme clarification and thermal condensation clarification were better than natural clarification and freezing clarification. The pH almost had no change significantly under the four clarification treatment(p>0.05). The contents of polyphenols,tannins and anthocyanins were decreased significantly under different clarification treatment(p<0.05). The DPPH free radical clearance were decreased significantly after four clarification treatment(p<0.05). Physicochemical properties of blackcurrant juice were affected by clarification treatment.

blackcurrant juice;clarification treatment;physicochemical properties

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)17-0111-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.013