超高压杨梅复合果蔬汁的研制及贮藏品质

宣晓婷,张赛佳,2,崔 燕,林旭东,尚海涛,凌建刚,3,*

(1.宁波市农业科学研究院农产品加工研究所,浙江宁波 315000; 2.浙江海洋大学食品与医药学院,浙江舟山 316000; 3.浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江杭州 310012)

NFC果蔬汁(Not-from-concentrate juice,NFC)又称非浓缩还原汁,即将新鲜果蔬经过清洗、巴氏杀菌后在较低温度的环境中加工而成的果蔬汁[1]。由于NFC果蔬汁在加工过程中受热时间短,所以很好的保留了新鲜果蔬原有的营养物质,与传统浓缩还原果蔬汁相比,NFC果蔬汁更受广大消费者的喜爱。而超高压(High hydrostatic pressure,HHP)技术作为一种新型的食品非热加工技术,用100～1000 MPa处理食品物料,既可达到杀菌、钝酶效果,又能很好地保留食品原有的色香味和营养活性物质[2]。目前关于超高压技术在NFC果蔬汁中的应用研究多针对于单一水果或蔬菜,主要有以香蕉汁[3]、梨汁[4]、番茄汁[5]等为原料的单一品种。随着消费者对果蔬汁健康、营养、多样化的更高要求,超高压技术在NFC复合果蔬汁中的应用研究亟需大力开展。

杨梅作为华东一带特产的水果,其风味浓郁、汁液丰富、酸甜可口,具有较高的营养价值。杨梅果实中含糖量9.8%～11.7%,可滴定酸1.2～4.5 mg/g(以柠檬酸计),鲜果中含钾量达1410.0 mg/kg[6]。茭白富含蛋白质、糖类、微量维生素、矿物质等,高纤维,可食用部位含水量高达93%,能清热解毒、消渴通便,有较高的药用价值,鲜榨茭白具有独特的甘甜风味[7]。西瓜作为“盛夏之王”,含有大量葡萄糖、苹果酸、果糖、蛋白氨基酸、番茄素及丰富的维生素C等物质[8]。将杨梅汁与茭白汁混合,西瓜汁用以改善口感和风味,赋予果蔬汁杨梅的酸甜口感、西瓜的清凉香气及茭白的甘甜,不仅仅在感官上,营养方面维生素矿物质混合搭配,相互补充,且该复合果蔬汁色泽鲜艳,口感清爽,香气浓郁。

本文对杨梅西瓜茭白复合果蔬汁配方进行响应面优化,得到最佳配方,并开展超高压对复合果蔬汁的微生物、糖、酸和VC的影响,探究其在贮藏过程中的品质变化规律,为超高压在复合果蔬汁中的应用提供理论基础和支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

荸荠种杨梅、西瓜、茭白 购于宁波市东柳菜市场;PVC瓶 购于宁波航景有限公司;氯化钠、氢氧化钠、酚酞指示剂、2,6-二氯靛酚、偏磷酸、平板计数琼脂培养基 分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

YP30002电子天平 上海佑科仪器仪表有限公司;S10手提式高速分散器 宁波新芝生物科技股份有限公司;FE-28 pH计 梅特勒-托利多(上海)仪器公司；H1850R离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;HU13WN3L榨汁机 韩国惠人公司;F5手持糖度计 日本爱拓ATAGO;DL-I-15台式封闭电炉 天津市泰斯特仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 杨梅→挑选→清洗→去核→榨汁→过滤→杨梅原汁;

西瓜→挑选→清洗→切半→去皮、去籽→取瓤→榨汁→过滤→西瓜原汁;

茭白→挑选→去皮→清洗→切块→烫漂→榨汁→过滤→茭白原汁;

杨梅原汁、西瓜原汁、茭白原汁→调配混合→PVC瓶灌装→超高压杀菌。

1.2.2 加工方法

1.2.2.1 原料选择和清洗 选择新鲜无虫蛀、无腐烂的成熟果实,清洗去除污垢杂质。

1.2.2.2 去核和烫漂 杨梅在榨汁前需要进行去核,茭白在榨汁前沸水烫漂2 min并切成约5 cm长度的茭白块。

1.2.2.3 榨汁和过滤 为了最大限度保留果蔬营养物质,将清洗后去核的杨梅和进行烫漂切块的茭白及取瓤的西瓜在4 ℃低温下分别进行榨汁,然后用200目纱布进行粗过滤,把一些粗纤维过滤掉。

1.2.2.4 调配 将杨梅汁、西瓜汁和茭白汁按一定比例进行调配,以混合最佳口感的复合果蔬汁。

1.2.2.5 超高压处理 将复合果蔬汁置于超高压高压灭菌仓中,设置超高压参数为:压力550 MPa,保压时间10 min,设备升压时间为3 min,泄压时间3～5 s,处理结束后,将样品取出,置于4 ℃条件下贮藏12 d,并在第0、4、8、12 d分别进行菌落总数和品质指标的测定,同时以未经超高压处理为对照组。

1.2.3 果蔬原汁理化品质指标的测定 总糖度采用手持糖度计测定,参考GB/T 12143-2008[9];酸度采用酸碱滴定法,参考GB/T 12456-2008[10];pH采用FE-28型pH计测定，以判断三种原汁是否适合复配。

1.2.4 混合果蔬汁配方的优化

1.2.4.1 单因素实验 杨梅汁添加量确定将添加量为45%、50%、55%、60%、65%、70%的杨梅汁分别添加入55%、50%、45%、40%、35%、30%的茭白汁和西瓜混合汁(混合比例为1∶1)中,并进行感官评分,确定杨梅汁最佳添加量;

西瓜汁添加量确定将添加量为10%、15%、20%、25%、30%、35%的西瓜汁分别添加入90%、85%、80%、75%、70%、65%的茭白汁和杨梅混合汁(混合比例为1∶1)中,并进行感官评分,确定西瓜汁最佳添加量;

茭白汁添加量确定将添加量为10%、15%、20%、25%、30%、35%的茭白汁分别添加入90%、85%、80%、75%、70%、65%的西瓜汁和杨梅混合汁(混合比例为1∶1)中,并进行感官评分,确定茭白汁最佳添加量。

1.2.4.2 响应面优化 在上述单因素实验结果基础上利用Box-Behnken响应面优化技术研究杨梅汁添加量(x1)、西瓜汁添加量(x2)和茭白汁添加量(x3)三个因素对产品感官评分的影响,并利用Designexpert(version8.0.6,State-EaseInc,Minneapolis,MN,USA)优化配方并进行数值模拟和模型预测。试验因素水平与编码见表1。

表1 影响因素水平及编码Table 1 Levels and codes of influencing factors

1.2.5 产品感官综合评分 选择10名专业人员(男女比例1∶1)对复合果蔬汁进行感官评定,分别对复合果蔬汁的色泽、口感、组织状态、气味进行评价,取平均值,总分为100分,感官评分表见表2[11]。

表2 产品感官评定指标及分值表Table 2 Products sensory evaluation index and score table

1.2.6 超高压处理下混合果蔬汁贮藏微生物和品质检验指标的测定 微生物指标测定菌落总数,参考GB4789.2-2016[13];总糖度采用手持糖度计测定,参考GB/T 12143-2008;酸度采用酸碱滴定法,参考GB/T 12456-2008[9];VC含量采用2,6二氯靛酚滴定法,参考GB 5009.86-2016[13]。

1.3 数据处理

所有实验结果都是三次检测结果的平均值,平均值及标准差采用SPSS分析软件(IBM公司,美国)进行单因素方差分析所得,用Tukey检验法进行显著性比较,所有显著性分析均在p<0.05水平。

2 结果与分析

2.1 杨梅汁、西瓜汁和茭白汁基本理化品质

果蔬汁饮料主要的呈味物质是糖和酸,但复合果蔬汁的风味并非是甜味和酸味的简单叠加,而是两者共同作用,不仅取决于糖和酸的含量水平,也受到糖和酸的比例和种类的影响。杨梅汁、西瓜汁和茭白汁的基本理化指标如表3所示。由糖酸比数据显示,杨梅汁的糖度和酸度最高,pH近强酸性,糖酸比适中;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。因此三者搭配不仅可以保持杨梅特有风味,同时西瓜汁和茭白汁均可改善杨梅汁刺激的酸味。

表3 三种果蔬原汁的基本理化指标Table 3 The basic properties of three different juices

2.2 杨梅汁、西瓜汁和茭白汁添加量对果蔬汁感官评分的影响

如图1可得,作为NFC复合果蔬汁中的添加成分之一杨梅汁的添加量对于产品的感官评分有显著影响(p<0.05),由感官结果可以看出,随着杨梅汁添加量的增大,NFC复合果蔬汁增添了杨梅的独特风味,口感酸甜适中,柔和爽口,无刺激感,但添加量达到55%以后,杨梅汁过酸,品尝时给人不愉快的感觉,因此感官评分呈先显著上升、平稳、后显著下降趋势(p<0.05),杨梅汁添加量在55%时产品的感官评分为最佳。

图1 杨梅汁添加量对复合果蔬汁感官评分的影响Fig.1 Effects of bayberry juice addition on sensory scores of compound fruit and vegetable juice注:不同小写字母表示有显著性差异(p<0.05);图2～图3,图7～图8同。

如图2可得西瓜汁的添加量对于产品感官评分的影响。由感官结果可以看出,随着西瓜汁添加量的增大,NFC复合果汁具有浓郁独特的西瓜风味,风味充实令人愉悦,但添加量达到25%以后,复合果蔬汁过甜,品尝时给人不愉快的感觉,因此感官评分呈先显著上升、后显著下降趋势(p<0.05),西瓜汁的添加量在25%时为最佳。

图2 西瓜汁添加量对复合果蔬汁感官评分的影响Fig.2 Effects of watermelon juice addition on sensory scores of compound fruit and vegetable juice

如图3可得茭白汁的添加量对于产品感官评分的影响。由感官结果可以看出,随着茭白汁添加量的增大,NFC复合果蔬汁中茭白甘甜的风味逐渐浓郁,当添加量达到20%以后,茭白汁风味过于浓烈,给人不愉悦感觉,因此感官评分呈缓慢上升后下降趋势,茭白汁的最优添加量为20%。

图3 茭白汁添加量对复合果蔬汁感官评分的影响Fig.3 Effects of white bamboo juice addition on sensory scores of compound fruit and vegetable juice

2.3 复合果蔬汁饮料的响应面优化

2.3.1 模型建立与分析 对杨梅汁添加量(x1)、西瓜汁添加量(x2)和茭白汁添加量(x3)进行响应面优化,结果如表4。

表4 响应面优化设计与结果Table 4 Designs and results of RSM

2.3.2 模型方差分析和回归分析 模型进行方差分析见表5。

表5 回归模型方差分析表Table 5 Analysis of variance for regression equation

2.3.3 降维分析 观察某两个因素同时对响应值的影响可进行降维分析,即在其它因素条件固定不变的情况下,观察某两个因素对响应值的影响[14]。利用Design expert软件对表4数据进行回归拟合得到回归方程的响应面图和高等线图见图4～图6。

图4 y=f(X1,X2)响应曲面及等高线图Fig.4 Surface and contour plots of y=f(X1,X2)

图5 y=f(X1,X3)响应曲面及等高线图Fig.5 Surface and contour plot of y=f(X1,X3)

图6 y=f(X2,X3)响应曲面及等高线图Fig.6 Surface and contour plot of y=f(X2,X3)

响应曲面的不同陡度能定义变量因素的影响大小,当曲面陡度较小时,变量因素基本无影响,当坡度较为大时,变量因素对响应值影响明显[15]。在等高线图中,相同椭圆范围内的测定数值相同,数值由内向外逐渐减小。相邻椭圆之间距离越小,说明此区域中的测定响应值对变量因素越明显,此外等高密封线的不同形状可代表交互作用的显著与否,如交互作用显著等高线将会呈椭圆形,当等高线呈圆形时交互作用的影响可忽略不计[16]。由图4～图6可知,杨梅汁与西瓜汁添加量响应面的等高线呈圆形,其交互作用对响应值感官评分的影响不显著,而杨梅汁与茭白汁、西瓜汁与茭白汁添加量响应面的等高线椭圆形,其交互作用对响应值感官评分的影响极显著(p<0.01)。

2.3.4 求最优解 为求解拟合回归方程的最优解,将方程分别对各自变量求一阶偏导并令其为0,可得到三元一次方程组,即:

解此方程得最优解=0.42,=-0.12,=0.17,换算得到具体水平为,杨梅汁(χ1)为52.1%、西瓜汁(χ2)为29.4%、茭白汁(χ3)为18.5%,最优条件下模型预测产品感官综合评分为92.28分,验证结果为(91.42±0.50)分,n=7,与模型预测结果接近。

2.4 超高压处理对复合果蔬汁微生物和贮藏品质的影响

2.4.1 超高压处理对复合果蔬汁菌落总数的影响 超高压处理对复合果蔬汁的菌落总数以及4 ℃贮藏期间的变化如图7所示。结果表明超高压处理后的复合果蔬汁菌落总数低于2 lg CFU/mL,与空白对照组相比,降低了2.89 lg CFU/mL,达到了国家标准[17]。在4 ℃条件下超高压处理的复合果蔬汁贮藏12 d后,相较于贮藏第0 d上升了0.43 lg CFU/mL,但菌落总数仍低于2 lg CFU/mL。超高压的杀菌效果与保压时间、压力、温度有关,且与食品介质的酸度、总糖度、水分活度等有间接影响,目前已有许多研究证实超高压对果汁的杀菌效果良好,黄丽等[18]研究表明超高压对荔枝果汁在400 MPa压力下可以达到商业无菌。林怡[19]研究了超高压对杨梅汁中微生物的影响,在500 MPa、5 min条件下处理能够使得杨梅汁中菌落总数达到卫生标准,并在贮藏过程中没有出现显著增长(p>0.05)。

图7 超高压处理复合果蔬汁在4 ℃贮藏过程中菌落总数的变化Fig.7 Changes of total bacterial count in compound fruit and vegetable juice treated by HHP of storage in 4 ℃

2.4.2 超高压处理对复合果蔬汁贮藏过程中总糖度酸的影响 超高压处理对复合果蔬汁的糖酸度以及4 ℃贮藏期间的变化如表6所示。与空白对照组相比,超高压处理后的糖度和酸度均无显著性差异(p>0.05),且在4 ℃贮藏期间糖酸度均无显著性变化(p>0.05),说明超高压能很好的保持复合果蔬汁中糖酸含量,赵晓丹等[20]研究超高压和高温短时杀菌对绿色复合果蔬汁的可溶性固形物TSS和可滴定酸TA的影响,发现超高压处理比高温短时杀菌处理能更好的保持复合果蔬汁中的糖和酸。

表6 超高压处理复合果蔬汁在4 ℃贮藏过程中糖酸的变化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 超高压处理对复合果蔬汁贮藏过程中VC含量的影响 VC在植物体内主要参与氧化还原反应,在物质代谢中起电子传递左右[21]。超高压处理对复合果蔬汁的VC含量以及4 ℃贮藏期间的变化如图8所示。与空白对照组相比,超高压处理后的复合果蔬汁的VC含量下降0.68%,并无显著性差异(p>0.05)。通常,加热处理会促进VC的有氧氧化,这是由于分子结构中的羟基和羰基相邻,而烯醇式结构中的C2和C3位上的H原子易失去[19]。由于超高压处理并未伴随明显的升温,因此超高压处理可以很好地保持复合果蔬汁的VC含量。在贮藏期间复合果蔬汁的VC含量呈现缓慢下降趋势,在贮藏第8 d,VC含量相当于空白对照组的98.67%,在贮藏第12 d,VC含量相当于空白对照组97.91%,说明VC含量在超高压处理后的复合果蔬汁中较为稳定。

图8 超高压处理复合果蔬汁在4 ℃贮藏过程中VC含量的变化Fig.8 Trends of vitamin C in mixed juice produced by HHP technique of storage in 4 ℃

3 结论

本研究通过单因素试验和Box-Behnken响应面技术联用,得到最优配方为:杨梅汁52.1%、西瓜汁29.4%、茭白汁18.5%,优化条件下模型预测产品评分最高为92.28分,验证试验结果(91.42±0.50)分(n=7)。经超高压处理后,复合果蔬汁菌落总数低于2 lg CFU/mL,达到了国家标准,产品具有微生物安全性。在4 ℃贮藏12 d后,微生物仍未超过国家标准。与空白对照组相比,超高压处理后的糖度、酸度和VC含量均无显著性差异(p>0.05),且在4 ℃贮藏期间糖、酸度和VC含量均无显著性变化(p>0.05),说明超高压能很好的保持复合果蔬汁中糖酸和VC含量。综上,杨梅、西瓜和茭白复合果蔬汁不仅解决了口感单一问题,而且营养相互搭配,迎合了更多人群的消费理念,是软饮料发展的重要方向,且其4 ℃货架期可达12 d。