藍莓加工過程中出汁率及花青素的穩定性

李金星，胡志和,2,*，馬立志，雷 穎，經 典

（1.天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134；2.天津市食品生物技術重點實驗室，天津 300134；3.貴陽學院食 品與制藥 工程學院，貴州 貴陽 550 005）

藍莓加工過程中出汁率及花青素的穩定性

李金星1，胡志和1,2,*，馬立志3，雷 穎1，經 典1

（1.天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134；2.天津市食品生物技術重點實驗室，天津 300134；3.貴陽學院食 品與制藥 工程學院，貴州 貴陽 550 005）

研究果膠酶對藍莓出汁率的 影響，對果膠酶提高藍莓出汁率的工藝條件進行優化，并研究了pH值、溫度、光照、金屬 離子以及部分添加劑對藍莓果汁中花青素穩定性的影響。結果表明：果膠酶的最佳酶解條件為果膠酶添加量（質量分數）0.06%、酶解溫度35 ℃、酶解時間2h。在此條 件下藍莓的出汁率可達到82.1%，與對照組相比，出汁率提高了24.6%。藍莓果汁中的花青素在pH≤3時比較穩定；對光和高溫比較敏感。VC可以增加花青素的穩定性，而苯甲酸鈉以及蔗糖對花青素的穩定性無顯著影響。K+、Na+、Ca2+、Cu2+、Fe2+對果汁中花青素的穩定性無顯著影響；Fe3+以及濃度達到0.1 mol/L的Mg2+對果汁 中花青素的穩定性具有破壞作用；濃度低于0.05 mol/L的Mg2+能增加果汁中花青素的穩定性。

藍莓；果膠酶；出汁率；花青素；穩定性

藍莓又稱越橘，杜鵑花科越橘屬多年生落葉或常綠灌木，分布于亞寒帶、溫帶及亞熱帶[1]。藍莓果實為漿果，果肉細膩，酸甜適度，既可以鮮食，也可以加工成果汁飲料、果酒飲品等[2]。果膠酶是指能夠分解果膠物質的多種酶的總稱[3]。目前，酶解技術在果汁加工中已得到廣泛應用，采用酶解技術可以破壞植物細胞壁中果膠物質、纖維素和半纖維素，使細胞間的交聯斷裂，促進細胞中可溶性物質流出，從而大大提高了果汁出汁率[4]。但是應用酶解技術提高藍莓出汁率的研究報道還很少。

藍莓除含常規的營養成分外，還含有豐富的花青素[5]。經研究發現，花青素具有保護和改善視力、治療心血管疾病、預防肥胖、防止腦神經老化、預防癌癥等功能[6-10]。但是花青素的穩定性容易受多種因素影響，Fan Gongjian等[11]研究認為紅薯中花青素在酸性條件下（pH 2～4）比微酸條件 （pH 5～6） 下更穩定。Daniela等[12]研究認為，野生藍莓中的花青素在25 ℃時穩定性最好，當溫度超過60 ℃時穩定性較差。Kopjar等[13]研究認為，在黑莓果汁中加入糖可以增加花青素的穩定性。Fischer等[14]認為石榴汁中花青素的穩定性與果汁中的總酚含量、有機酸、糖有關。Augustine等[15]研究發現，苯甲酸鈉可以增加葡萄皮中花青素的穩定性。石光等[16]研究認為花青素在光照，尤其是紫外光條件下不穩定。李穎暢等[17]研究發現Ca2+、Cu2+對花色苷的穩定性無顯著影響；Fe2+、Fe3+對花色苷具有破壞作用，使花色苷的穩定性下降。但是關于藍莓果汁中花青素的穩定性研究還未見報道。

本實驗研究了果膠酶對藍莓出汁率的影響，并對酶解工藝條件進行了優化，同時研究了光照、溫度、pH值、金屬離子、添加劑等對藍莓果汁中花青素穩定性的影響，旨在為藍莓果汁的工業化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍莓凍果（北陸） 北京東方夏都樹莓科技發展有限公司；果膠酶（40 000 U/g） 天津昊斯生物科技有限公司；檸檬酸、檸檬酸鈉等試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

HWS24型電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限公司；FA1104N型電子天平 上海精密科學儀器有限公司；JJ-2型組織搗碎勻漿機 常州國華電器有限公司；L535-1型低速離心機 湘儀離心機儀器有限公司；TU-1810型紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；FE20型實驗室pH計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 藍莓原始出汁率的計算

稱取100 g藍莓進行解凍破碎，將破碎后的果漿在50 ℃的恒溫水浴鍋中水浴3 h， 100 ℃滅酶30 min后進行離心，計算藍莓的原始出汁率。

出汁率/%=酶解后藍莓果汁質量/酶解前藍莓果質量×100

1.3.2 酶解條件的單因素試驗

稱取5份100 g藍莓進行解凍破碎，加入質量分數為0.05%的果膠酶進行酶解，酶解溫度50 ℃、酶解時間3 h，100 ℃滅酶30 min后進行離心。固定其他條件，分別考察果膠酶不同添加量（質量分數0.03%、0.04%、0.05%、0.06%、0.07%）、酶解溫度（20、30、40、50、60 ℃）、酶解時間（1、2、3、4、5 h）對藍莓出汁率的影響，每組試驗重復3次。在使用酶制劑進行處理時，要注意pH值的影響，使用果膠酶時，pH值為3.5～4.0[18]。

1.3.3 酶解條件的正交試驗優化

在果 膠酶添加量、酶解溫度、酶解時間等單因素對藍莓出汁率影響試驗的基礎上，設計三因素三水平正交試驗進行優化，確定酶處理的最佳工藝條件。

表 11 LL9（34）因素水平表Tabbllee 11 Factors and levels used in L9((334) dessiiggnn

1.3.4 花青素含量的測定[19]

分別取稀釋后樣品1 mL，加入pH值為1.0、4.5的緩沖溶液9 mL，40 ℃水浴平衡40 min后，于520 nm和700 nm波長下測定吸光度，按式（1）進行計算：

pH 1.0的緩沖液：準確稱取1.49 g KCl用蒸餾水定容至100 mL。準確量取1.7 mL鹽酸用蒸餾水定容至100 mL，配成0.2 mol/L鹽酸溶液，將KCl溶液與鹽酸溶液以25∶67的比例混合。用KCl溶液調pH（1.0±0.1）。

pH 4.5的緩沖液：準確稱取1.64 g NaAc用蒸餾水定容至100 mL，用鹽酸調pH（4.5±0.1）。

1.3.5 不同條件對果汁中花青素穩定性的影響

取一定量的藍莓原汁，調整pH值為3，4 ℃避光保存，每隔2 d測定花青素含量變化。固定其他條件，分別考察pH值（1、2、3、4、5、6，用pH值為1、2的緩沖液添加鹽酸調整）、光照（分別在室內自然光和避光條件下室溫（20 ℃）保存）、溫度（分別在20、40、60、80、100 ℃保存，此實驗為每隔1 h測定花青素含量變化）、添加劑（分別添加不同質量分數的VC、蔗糖、苯甲酸鈉）和金屬離子（分別加入不同濃度的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Fe3+、Fe2+）對果汁中花青素穩定性的影響。保存率按式（2）計算：

2 結果與分析

2.1 酶解條件的單因素試驗

2.1.1 果膠酶添加量對出汁率的影響

由1.3.1節方法測得藍莓的原始出汁率為65.9%，同時測得藍莓原汁的pH值為3.4，接近果膠酶的最適pH值（3.5左右）。由圖1可知，藍莓出汁率隨著果膠酶添加量的增加而增加，當果膠酶添加量達到0.05%時，出汁率達到最大。隨著果膠酶添加量的進一步增加，藍莓的出汁率變化不明顯。這是因為添加一定量酶使反應底物徹底分解，酶促反應終止，隨后繼續增加酶用量，酶解效果基本不變[20]。從節約生產成本考慮，確定果膠酶添加量為0.05%比較適宜。

圖1 果膠酶添加量對出汁率的影響Fig.1 Effect of pectinase dosage on juice yield

2.1.2 酶解溫度對出汁率的影響

圖2 酶解溫度對出汁率的影響Fig.2 Effect of enzymolysis temperature on juice yield

溫度是影響出汁率的主要因素之一，由圖2可知，隨著溫度的逐漸升高，藍莓出汁率逐漸增加，在40 ℃時達到最高，溫度繼續升高，出汁率反而下降。這是因為果膠酶有其達到最佳酶解效果所需要的最適溫度，在最適溫度下，酶的反應活性最高。超過一定溫度時，果膠酶就會被鈍化失活，導致酶活力下降，從而使出汁率降低[21]。因此，確定酶解溫度為35～45 ℃較好。

2.1.3 酶解時間對出汁率的影響

圖3 酶解時間對出汁率的影響Fig.3 Effect of enzymolysis time on juice yield

由圖3可知，隨著酶解時間的延長，出汁率逐漸升高，當酶解時間達到2 h以后，出汁率增加趨于平緩。這說明酶解反應基本結束，繼續延長酶解時間，會增加生產成本，同時時間過長也會造成營養成分的損失[22]。因此，酶解時間為2～2.5 h較好。

2.1.4 藍莓出汁率的酶解條件優化

根據上述單因素試驗，選取果膠酶添加量、酶解溫度、酶解時間這3個因素，按照正交表L9（34）進行正交優化試驗，結果見表2。

表 22 LL9（34）正交試驗設計及結果Table 2 Orthogonal array design matrix and corresponding results

表3 方差分析表Table3 Analysis of variance for the orthogonal array experimental results

由正交試驗的直觀分析表（表2）和試驗的方差分析表（表3）可以看出，果膠酶添加量對出汁率具有顯著影響（P＜0.05），各因素對出汁率影響的主次順序為A＞C＞B，即果膠酶添加量＞酶解時間＞酶解溫度。得出最佳條件組合為A3B1C2。由于酶解時間對出汁率的影響不顯著，考慮縮短酶解時間可以節約成本、提高效率，因此酶解時間選擇2 h，即果膠酶添加量0.06%、酶解溫度35 ℃、酶解時間2 h（A3B1C1）。由于此組合未出現在正交試驗的組合之內，經3次驗證實驗得到出汁率為82.1%。與未添加果膠酶的對照組相比，出汁率提高了24.6%。

2.2 不同因素對果汁中花青素穩定性的影響

2.2.1 pH值對果汁中花青素穩定性的影響

由圖4可知，pH值對花青素的保存率影響較大，在不同pH值范圍內，花青素的保存率變化明顯，隨著pH值的升高，花青素的保存率逐漸降低。pH≤3時，花青素穩定性較好，10 d后的保存率仍然達到83%以上。由方差分析可知，不同pH值對花青素的穩定性影響有顯著性差異（P＜0.05），因此花青素應在pH≤3的條件下保存。

2.2.2 光照對果汁中花青素穩定性的影響

圖5 光照對果汁中花青素穩定性的影響Fig.5 Effect of light on the stability of anthocyanins in blueberry juice

由圖5可知，在避光條件下花青素保存率較好，10 d后保存率仍可達到85%，而在室內自然光條件下，花青素的保存率下降較快，保存10 d后減少到57%。由方差分析可知，不同光照條件對花青素的穩定性影響有顯著性差異（P＜0.05），因此花青素應避光保存。

2.2.3 溫度對果汁中花青素穩定性的影響

圖6 溫度對果汁中花青素穩定性的影響Fig.6 Effect of temperature on the stability of anthocyanins in blueberry juice

由圖6可知，隨著溫度的升高，花青素的保存率逐漸降低。當溫度超過60 ℃，花青素對溫度比較敏感，保存率降低很快，溫度不高于60 ℃時，花青素的保存率較好，都保持在80%以上。說明花青素在溫度低于60 ℃時穩定性較好。由方差分析可知，在4 h內不同溫度對花青素的穩定性影響有顯著性差異（P＜0.05），在加工過程中溫度應控制在60 ℃以下。

2.2.4 添加劑對果汁中花青素穩定性的影響

2.2.4.1 VC對果汁中花青素穩定性的影響

由圖7可知，隨著添加VC質量分數的增加，花青素的保存率逐漸增加，但當添加VC的質量分數達到1%時，花青素的保存率反而下降。與對照組相比，添加不同質量分數的VC對花青素的保存率均有增強作用，10 d后花青素的保存率均在90%以上。由方差分析可知，與對照組相比，添加不同質量分數的VC對花青素的穩定性影響有顯著性差異（P＜0.05）。說明適量添加VC就可以增加花青素的穩定性。

圖7 VC對果汁中花青素穩定性的影響Fig.7 Effect of vitamin C on the stability of anthocyanins in blueberry juice

2.2.4.2 蔗糖對果汁中花青素穩定性的影響

圖8 蔗糖對果汁中花青素穩定性的影響Fig.8 Effect of sucrose on the stability of anthocyanins in blueberry juice

由圖8可知，與對照組相比，隨著添加蔗糖質量分數的增大，花青素的保存率逐漸增加，當添加蔗糖質量分數達到30%時，花青素的保存率可達90%。由方差分析可知，添加不同質量分數的蔗糖對花青素的穩定性影響沒有顯著性差異（P＞0.05）。說明添加適量蔗糖對花青素的穩定性沒有顯著影響。

2.2.4.3 苯甲酸鈉對果汁中花青素穩定性的影響

圖9 苯甲酸鈉對果汁中花青素穩定性的影響Fig.9 Effect of sodium benzoate on the stability of anthocyanins in blueberry juice

由圖9可知，隨著添加苯甲酸鈉質量分數的增加，花青素的保存率也逐漸增加，添加苯甲酸鈉的質量分數達到1%時，花青素的保存率為87%。由方差分析可知，添加不同質量分數的苯甲酸鈉對花青素的穩定性影響沒有顯著性差異（P＞0.05）。說明添加苯甲酸鈉對花青素的穩定性沒有顯著影響。

2.2.5 金屬離子對果汁中花青素穩定性的影響

2.2.5.1 Na+對果汁中花青素穩定性的影響

圖10 NNaa+對果汁中花青素穩定性的影響Fig.10 Effect of Na+on the stability of anthocyanins in blueberry juice

由圖10可知，與對照組相比，不同濃度的Na+對花青素的保存率影響趨勢大致相同，10 d以后花青素的保存率都在80%以上。由方差分析可知，添加不同濃度的Na+對花青素的穩定性影響沒有顯著性差異（P＞0.05）。說明不同濃度的Na+對花青素的穩定性無顯著影響。

2.2.5.2 K+對花青素穩定性的影響

圖11 K 11 K+對果汁中花青素穩定性的影響Fig.11 Effect of K+on the stability of anthocyanins in blyeberry juice

由圖11可知，與對照組相比，保存過程中花青素的保存率變化幅度較小，不同濃度的K+對花青素的保存率影響趨勢基本相同，10 d以后保存率均達到80%以上。由方差分析可知，添加不同濃度的K+對花青素的穩定性影響沒有顯著性差異（P＞0.05）。說明不同濃度的K+對花青素的穩定性無顯著影響。

2.2.5.3 Ca2+對花青素穩定性的影響

圖12 Ca2+對果汁中花青素穩定性的影響Fig.12 Effect of Ca2+on the stability of anthocyanins in juice

由圖12可知，隨著Ca2+濃度的增加，花青素的保存率降低幅度增大，當Ca2+添加量達到0.1 mol/L時，花青素的保存率降低到80%，與對照組相比，花青素的保存率降低。由方差分析可知，添加不同濃度的Ca2+對花青素的穩定性影響沒有顯著性差異（P＞0.05）。說明不同濃度的Ca2+對花青素的穩定性沒有顯著影響。

2.2.5.4 Mg2+對果汁中花青素穩定性的影響

圖13 Mg2+對果汁中花青素穩定性的影響Fig.13 Effect of Mg2+on the stability of anthocyanins in blueberry juice

由圖13可知，濃度小于0.05 mol/L的Mg2+使花青素的保存率高于對照組，而濃度達到0.1 mol/L的Mg2+則使花青素的保存率降低。由方差分析可知，添加不同濃度的Mg2+對花青素的穩定性影響有顯著性差異（P＜0.05）。說明低濃度的Mg2+對花青素具有一定程度的保護作用，而大于0.1 mol/L的Mg2+對花青素具有破壞作用。

2.2.5.5 Cu2+對果汁中花青素穩定性的影響

圖14 Cu2+對果汁中花青素穩定性的影響Fig.14 Effect of Cu22++on the stability of anthocyanins in blueberry juice

由圖14可知，與對照組相比，不同濃度的Cu2+對花青素的保存率影響趨勢大致相同，保存10 d后保存率均達到80%以上。由方差分析可知，添加不同濃度的Cu2+對花青素的穩定性影響沒有顯著性差異（P＞0.05）。

2.2.5.6 Fe3+對果汁中花青素穩定性的影響

由圖15可知，與對照組相比，加入Fe3+的花青素保存率均大幅度下降，且Fe3+濃度越大，花青素保存率越低，當Fe3+濃度達到0.1 mol/L時，10 d后花青素的保存率下降到27%。由方差分析可知，添加不同濃度的Fe3+對花青素的穩定性影響有顯著性差異（P＜0.05），且Fe3+對花青素的穩定性的破壞作用隨濃度的增大而增加。

圖15 Fe3+對果汁中花青素穩定性的影響Fig.15 Effect of Fe33++on the stability of anthocyanins in blueberry juice

2.2.5.7 Fe2+對果汁中花青素穩定性的影響

圖16 Fe2+對果汁中花青素穩定性的影響Fig.16 Effect of Fe2+on the stability of anthocyanins in blueberry juice

由圖16可知，與對照組相比，Fe2+的濃度小于0.05 mol/L時，對花青素的保存率無顯著影響，10 d后均達到83%，而濃度達到0.1 mol/L的Fe2+離子會使花青素的保存率降低，10d后保存率為79%。由方差分析可知，添加不同濃度的Fe2+對花青素的穩定性影響沒有顯著性差異（P＞0.05），說明不同濃度Fe2+離子對花青素的穩定性影響較小。

3 結 論

3.1 果膠酶提高藍莓出汁率工藝條件為果膠酶添加質量分數0.06%、酶解溫度35 ℃、酶解時間2 h，在此條件下藍莓出汁率為82.1%，與未添加果膠酶相比，出汁率提高了24.6%。因此，添加果膠酶可顯著提高出汁率。

3.2 藍莓果汁中的花青素在pH≤3時比較穩定；在60 ℃以下穩定性很好，對高溫、光比較敏感。因此，在藍莓加工過程中要保持適宜的pH值，同時應避免高溫加工，果汁包裝選擇避光材料。

3.3 VC可以增加花青素的穩定性，而苯甲酸鈉以及蔗糖對花青素的穩定性無顯著影響，因此在果汁加工中可以加入VC、苯甲酸鈉以及蔗糖等添加劑。

3.4 K+、Na+、Ca2+、Cu2+、Fe2+對果汁中花青素的穩定性無顯著影響；Fe3+以及濃度達到0.1 mol/L的Mg2+對果汁中花青素的穩定性具有破壞作用；濃度低于0.05 mol/L的Mg2+能增加果汁中花青素的穩定性。因此，在果汁加工中應使用純凈水，同時可以適當添加鎂鹽。

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Juice Yield and Anthocyanins Stability during the Processing of Blueberry

LI Jin-xing1, HU Zhi-he1,2,*, MA Li-zhi3, LEI Ying1, JING Dian1
(1. College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China; 2. Tianjin Key Laboratory of Food and Biotechnology, Tianjin 300134, China; 3. Food and Pharmaceutical Engineering Institute, Guiy ang University, Guiyang 550005, China)

In this study, the effect of pectinase treatment on the yield of juice during the processing of blueberry fruits was studied. The pectinase-catalyzed processing conditions of blueberries were optimized. The effects of pH, temperature, light, metal ions, and additives on the stability of anthocyanins in blueberry juice were also explored. The results showed that the opt imal conditions for hydrolyzing blueberry pulp were found to be hydrolysis at 35 ℃ for 2 h with an enzyme dosage of 0.06% (m/m). Under these optimal conditions, the yield of blueberry juice was 82.1%, showing a 24.6% increase over controls. The anthocyanins in blueberry juice were stable at pH 3 or less, but sensitive to light and high temperatures. Vitamin C could increase the stability of these anthocyanins, but sodium benzoate and sucrose had no obvious impact on their stability. K+, Na+, Ca2+, Cu2+and Fe2+had no obvious impact on their stability. Fe3+and 0.1 mol/L Mg2+were harmful to the stability of the anthocyanins, but Mg2+at concentrations less than 0.05 mol/L could increase the stability of the anthocyanins.

blueberry; pectinase; juice yield; anthocyanins; stability

TS255.44

A

1002-6630（2014）02-0120-06

10.7506/spkx1002-6630-201402022

2013-04-10

貴州省果品加工工程技術研究中心建設項目（黔科合農G字[2011]4001）

李金星（1986—），男，碩士研究生，研究方向為食品生物技術。E-mail：jinxingjinchao@126.com

*通信作者：胡志和（1962—），男，教授，碩士，研究方向為專用功能食品。E-mail：hzhihe@tjcu.edu.cn