兩種濃縮工藝對蘋果濁汁貯藏期品質及抗氧化活性的影響

高欣月，萬金慶,2,3*，厲建國，楊帆，冷爭爭

1(上海海洋大學 食品學院，上海,201306)2(上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心，上海，201306)3(農業部水產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(上海)，上海， 201306)4(安徽宜康高新農業科技有限公司，安徽 六安，237200)

蘋果作為世界上最受歡迎的水果之一，據報道每年的消費量高達6 460萬t[1]。果汁工業上通常使用濃縮方式制備蘋果汁，以降低運輸和貯存成本，同時提高營養物質的濃度。蘋果中酚酸和類黃酮物質能夠降低心臟病、糖尿病和癌癥等疾病的發生率，因此促進了蘋果的消費[2]，但其中功能成分酚酸和黃酮不穩定，容易受到溫度的影響。

傳統的蒸發濃縮由于熱處理導致各種生化反應的發生，直接影響味道、香氣、顏色和生物活性物質的含量。由此，非熱技術的產生，如超濾[3]、反滲透和冷凍濃縮[4]被用來代替果汁的熱濃縮。然而，膜濃縮的方法成本高儀器復雜，相比之下冷凍濃縮可較好地保留有價值的化合物[5]。冷凍濃縮雖很好地避免了熱作用對果汁營養物質的破壞，但由于冰晶形成、生長和分離3個過程需單獨進行，設備耗資大；此外，形成的冰晶僅為毫米級，分離操作仍較困難[6]。單一的冷凍濃縮設備的成本較高，限制了大規模產業化應用。近年來隨著冰溫技術的發展，其應用領域不斷擴大，將冰溫技術應用于果汁濃縮中成為了可能。冰溫真空濃縮即真空狀態下，將果汁的溫度控制在零度以下冰點以上進行濃縮脫水[7]。到目前為止，已經確定冰溫貯藏對水果品質的保持有顯著的影響[8]。然而，關于冰溫濃縮對蘋果汁質量影響的報道非常有限。因此，本文采用真空加熱和冰溫真空2種方式對蘋果汁進行濃縮處理，對比其貯藏過程中品質指標及抗氧化能力的變化，為冰溫濃縮果汁實際應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘋果(紅富士)，購于上海市浦東新區農工商超市1 1-二苯基-2-苦苯肼(DPPH)，上海吉至生化科技有限公司；總抗氧化能力(ABTS)檢測試劑盒，總抗氧化能力 (FRAP) 檢測試劑盒 上海茁彩生物科技有限公司；NaOH標準滴定溶液、福林酚、蘆丁、水合硝酸鋁、沒食子酸、三氯乙酸、抗壞血酸、NaHCO3、酚酞、NaNO2、鐵氰化鉀、FeCl3、無水乙醇、甲醇，國藥提供且均為分析純。

1.2 儀器與設備

九陽全自動壓榨榨汁機，九陽股份有限公司；冰溫真空濃縮機[9]，本實驗室自行研制；BPZ-系列真空干燥機，上海一恒科學儀器有限公司；UV-1102型紫外可見分光光度計，上海天美儀器有限公司；手持折光儀，杭州恒儀儀表有限公司；pHS-2C型精密酸度計，上海雷磁儀器廠；Agilent-34972A溫度采集儀，美國安捷倫公司；CR-400型色彩色差計，日本柯尼卡美能達公司；GL-12A 型高速冷凍離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；HH-4 型電子恒溫水浴鍋，常州金壇良友儀器有限公司；DHP-9162型電熱恒溫培養箱[溫度：(-2±0.5) ℃]，上海一恒科學儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 材料處理

材料處理流程：

蘋果洗凈榨汁(九陽全自動壓榨榨汁機)→過濾(100目)→殺菌(90 ℃，30 s)→快速冷卻→濃縮(冰溫真空濃縮(-2 ℃，500～600 Pa)、真空加熱濃縮(60 ℃，95 kPa)→-2 ℃貯藏 →指標測定。

1.3.2 指標測定方法

(1)可溶性固形物：手持糖度計直接測定。

(2)酸度測定：按照GB/T —12456《食品中總酸的測定方法》。

(3)pH測定：雷磁酸度計測定。

(4)色差：本試驗中果汁色澤[10]的測定采用色差儀 (即L*、a*、b*數值模式) 進行測定和評價，測量 3 次，取平均值。

(5)云度值與云度穩定性：云度值借鑒ERTUGAY等[11]的方法，760 r/min離心10 min，取上清液在660 nm處測吸光度，即為其云度值。云度穩定性測定：在 4 200 r/min下離心15 min，上清液在 625 nm 處測定吸光值，云度穩定性(CS)表示如公式(1)所示：

(1)

式中：CA，離心后的吸光值；C0，離心前的吸光值。

(6)離心沉淀率：稱量離心管的質量A及裝果汁后的總質量B，每瓶果汁重復3次，并于 3 500 r/min離心15 min。取出后倒掉上清液，稱量離心管及沉淀的質量C。由于誤差因素相同，因此稱取離心前后離心管的質量即可得到蘋果濁汁的離心沉淀率，計算如公式(2)所示：

(2)

(7)冰點：于燒杯中稱取50 mL果汁，溫度采集儀的熱電偶固定于果汁中心處，放入18 ℃冰箱，每10 s記錄1次溫度，至果汁完全結冰后，測定結束。

(8)總酚含量：福林酚法[12]測定。得到的回歸方程為y=0.165 8x-0.024 2，R2=0.995 7。取各樣品 1.00 g，80%乙醇溶液稀釋20倍，50 ℃超聲 30 min，結果以沒食子酸含量計算，單位為mg/100g。

(9)總黃酮測定：參考陳志娜等[13]的方法。得到的回歸方程為y=2.512 5x+0.007 3，R2=0.994 7。取2 mL待測液體，加入0.3 mL 5%NaNO2溶液，混勻，5 min后加入0.3 mL 10%硝酸鋁溶液，搖勻反應 6 min，加入2 mL 4%NaOH溶液，反應15 min，在 510 nm處測定其吸光度。以每100 g 中含有蘆丁毫克數計，單位為mg/100g。

1.3.3 抗氧化活性測定

(1)總還原力的測定：參考TAI等[14]的方法，稍作修改。1 mL待測液與 2.5 mL 0.2 mol/L 磷酸鹽緩沖液(pH 6.6)混合，加入2.5 mL 1%鐵氰化鉀，混勻后50 ℃恒溫水浴鍋20 min，加入2.5 mL10%三氯乙酸，3 500 r/min離心10 min。取2.5 mL 上清液，蒸餾水稀釋至0.5 mL后與0.5 mL 0.1%三氯化鐵溶液混合，700 nm 測定吸光度。

(2)DPPH·清除率的測定：參考LUO等[15]的方法，2 mL果汁與2 mL 0.2 mmol/L DPPH-無水乙醇溶液反應30 min，在517 nm 處測定吸光度A1，無水乙醇代替DPPH測定吸光度A2，無水乙醇代替樣品測定吸光度A0。DPPH·清除率的計算如公式(3)所示：

(3)

(3)ABTS+·清除率的測定：ABTS+·清除率試劑盒。

(4)FRAP抗氧化能力的測定：FRAP抗氧化能力測定試劑盒。得到標準曲線方程為：y=0.314 6x+0.060 7(式中y為波長593 nm處的吸光度；x為FeSO4·7H2O濃度，μg/mL；R2=0.994 4)。

樣品測定：0.5 μL的提取液與180 μL的FRAP工作液混勻37 ℃孵育5 min采用酶標儀在593 nm處測定其最大吸收值，結果以每100 mL鮮果汁中所含的FeSO4·7H2O當量表示，單位為mg/100g。

蘋果汁初始可溶性固形物12 °Brix，經3倍濃縮后升為36 °Brix。其中可滴定酸、多酚、黃酮以及抗氧化能力指標均是經濃度還原后進行對比。所有實驗重復3次，所得結果表示為均值±標準偏差。采用方差分析(ANOVA)進行顯著性分析；各處理之間的差異分析采用SPSS 17.0統計軟件進行檢驗。

2 結果與分析

2.1 果汁冰點溫度的確定

果汁由室溫放入-20 ℃冰箱中溫度迅速下降，達到過冷點之前，果汁溫度線性降低，水分開始結晶，溫度降低到最低點出現小幅度上升。冰晶成核后釋放結晶潛熱，果汁的溫度立即回升，躍遷至其冰點(溫度)，如圖1中大約163 min所處的位置。隨后，果汁進入冷凍狀態，溫度變化相對平緩。由溫度凍結曲線分析可知果汁的冰點是-2.6 ℃。而濃縮果汁其冰點為-4.7 ℃。果汁濃縮冰點降低，是因為濃縮果汁可溶性固形物含量上升，具有明顯降低冰點的作用。本試驗將兩種濃縮果汁與原汁均貯藏于(-2.0±0.5)℃條件下，不會使其內部形成冰晶，導致果肉細胞纖維受到破壞。

圖1 蘋果汁冰點曲線Fig.1 Freezing point of apple juice

2.2 蘋果汁貯藏過程品質變化規律研究

2.2.1 可滴定酸和pH變化規律

2種濃縮蘋果汁與原汁均貯藏-2 ℃，其中蘋果原汁為空白對照。期間可滴定酸和pH變化規律如圖2所示。其中冰溫濃縮蘋果汁的可滴定酸變化更穩定。貯藏期間pH變化規律與可滴定酸相反，加熱濃縮果汁在貯存20 d后觀察到可滴定酸降到最低點(0.171 mg/100g)和pH有所上升(3.85)。在貯藏期過程中，pH值的上升和酸度的降低的結果與YADAV等[16]對蘋果汁定性分析的結果一致。酸度的降低可能由于蘋果汁中酸類物質氧化聚合以及多糖的酸性水解，其中酸被用來將非還原糖轉化為還原糖。

a-可滴定酸；b-pH圖2 蘋果原汁及濃縮汁貯藏期可滴定酸、pH變化規律Fig.2 Variation of acid and pH in apple juice during storage period

2.2.2 蘋果汁色差的變化

顏色變化是評價蘋果汁品質劣變的最明顯的現象之一。色值的檢測指標為L*、a*和b*。L*、 +a*、-a*、 +b*和 -b*分別代表明度、紅色、綠色、黃色和藍色。由表1可以看出，貯藏第30天冰溫與蒸發濃縮果汁L*值分別為40.59、36.42(P<0.05)，此時加熱濃縮果汁已經發生褐變，冰溫濃縮蘋果汁在貯藏時L*值緩慢下降且最終高于蒸發濃縮果汁，果汁亮度更高。冰溫濃縮果汁色值更穩定，

表1 蘋果汁色差的變化Table 1 Effect of different storage temperature and concentration technology on color value of juice

L*值基本保持在40以上。加熱濃縮果汁由于濃縮過程溫度偏高果膠酶解后的寡糖、寡聚糖等組分與果汁中的酚類或者蛋白質組分結合，從而引起貯藏中色

值下降的問題。冰溫濃縮果汁由于加工及貯藏溫度處于冰點以下，還原糖的羥基與胺基的化合物進行縮合反應速率得到抑制，削弱美拉德反應的進程。由此表明冰溫條件能更穩定地保護濃縮蘋果汁的顏色、亮度。

2.2.3 蘋果汁品質穩定性變化

蘋果濁汁的云度值、云度穩定和離心沉淀率是反映整個體系穩定性的主要品質參數。云度穩定性表示在轉速4 200 r/min 下離心 15 min后蘋果汁的穩定性，這一強度離心后得到的沉淀，被認為相當于儲存一年的沉淀量[11]。表2列出了不同濃縮工藝條件下蘋果濁汁的穩定性參數，由表2可以看出，冰溫濃縮果汁由于濃縮過程中溫度偏低，貯藏期間蘋果濁汁云度值增大，云度穩定性較高，體系更穩定。從貯藏期內離心沉淀率的變化可以看出，冰溫濃縮汁離心沉淀率為5.33%～12.71%，而加熱濃縮汁在9.66%～24.89%果汁更易形成沉淀，導致穩定性下降且差異顯著(P<0.05)。此外由于溫度的降低降低果膠的失活率，而果膠含量越高，果汁的黏度就越大，果汁的混濁穩定性就越好。果膠還可通過阻止懸浮顆粒尺寸的長大而進一步提高果汁的混濁穩定性[17]。

表2 蘋果濁汁貯藏過程中云度值、云度穩定性、和離心沉淀率Table 2 Cloudyness, cloudiness and centrifugal precipitation rate during storage of apple turbid juice

2.2.4 總酚含量變化

酚類物質是一類存在于水果、蔬菜等植物體內的多羥基化合物的總稱，也是決定果汁抗氧化能力的主要物質之一，2種濃縮方式生產的果汁經過30 d后總酚含量的變化情況如圖3所示。

圖3 蘋果汁貯藏過程中總酚變化規律Fig.3 Variation of polyphenols in apple juice during storage

在貯藏前期，總酚出現先降低后升高但含量總體呈降低趨勢。5～10 d總酚含量略有上升，冰溫濃縮果汁10 d達到峰值(50.86 mg/100g)，可能是多酚與果汁中其他大分子結合的非共價鍵發生變化，促使酚類物質從結合態中游離出來增加了含量[18]，或是貯藏期間蔗糖、有機酸含量降低會提供合成酚類物質的底物，促使總酚含量的升高[19-20]。隨著貯藏時間的延長，總酚含量下降，是由于樣品中少部分溶解氧所致，這些氧氣在貯藏期間通過形成氧自由基而使酚類物質發生氧化導致含量下降[21]。第30天加熱濃縮的蘋果汁總酚含量(43.72 mg/100g)顯著低于冰溫濃縮果汁(47.82 mg/100g)。因為酚類物質是熱不穩定性的，所以高溫可能會使部分酚類物質降解。劉興辰等[22]發現熱處理使蘿卜汁的總酚含量顯著降低。由于具有顯著的抗氧化能力，植物多酚經常參與自由基清除反應以降低生物體的氧化應激，因此多酚含量通常被認為是評估果汁營養價值的一個關鍵參數。真空加熱濃縮處理后總酚含量損失程度達 11.27%，此外，綜合2種濃縮方式對比發現濃縮時溫度越低多酚降解速率越慢，這與KIM等[23]和TELESZKO等[24]的研究結果一致。

2.2.5 總黃酮變化

如圖4所示，真空加熱濃縮果汁整個貯藏期之內的黃酮由27.61 mg/100g降到19.14 mg/100g，而冰溫濃縮果汁由29.55 mg/100g變為24.51 mg/100g，保留率高達82.94%，變化相對穩定，表明冰溫濃縮果汁有利于總黃酮的保留。加熱濃縮果汁可能在貯藏期黃酮類物質參與果汁形成沉淀導致變化不穩定[25]。SU等[26]發現由于熱處理引起的黃酮類化合物的增加是不穩定的，并且溫度越高黃酮類化合物越容易降解。冰溫與加熱2種濃縮方式中黃酮變化趨勢不同的原因可能是黃酮類物質之間的聚合及降解、物質相互轉化，以及果汁自身特性原因等。但曾慶帥[27]對荔枝果汁研究表明在25 ℃條件下總黃酮含量先降后升高，總體升高15.6%，因此果汁總黃酮含量的變化規律及機理還有待進一步研究。

2.3 蘋果汁貯藏過程抗氧化能力的變化研究

2.3.1 總還原力的變化

蘋果汁在貯藏期間總還原能力變化規律如圖5 所示。不同濃縮工藝條件下蘋果汁初始時刻總還原能力差異顯著(P<0.05)，經冰溫濃縮復原的果汁與未進行處理果汁的總還原能力接近。冰溫濃縮果汁其保留率高到68.61%，相比之下，真空加熱濃縮果汁的還原能力僅為51.41%，損失相對嚴重。

果汁隨貯藏時間的增加，總還原能力呈下降趨勢，處理組間差異顯著 (P<0.05)。冰溫濃縮果汁總還原能力從最初的0.562 mg/100mL下降到0.411 mg/100mL，保留率為68.61%，加熱濃縮汁由0.482 mg/100mL下降到0.308 mg/100mL，保留率為51.41%。整個貯藏期間，相比冰溫濃縮處理，加熱濃縮蘋果汁對的還原能力損失較多可能是溫度偏高造成蘋果汁中活性成分發生降解，導致還原能力的下降。貯藏15 d后，還原力下降趨勢平緩。

2.3.2 DPPH·清除率的變化

各樣品對 DPPH·清除效果較好，均在77.00%以上。隨貯藏時間的增加冰溫條件下的蘋果汁對DPPH·清除能力與對照組持平。冰溫濃縮果汁、加熱濃縮果汁貯藏到第30天的蘋果汁對DPPH·清除能力分別為82.81% 和77.09%，冰溫濃縮果汁清除效果最好且差異顯著(P>0.05)，可能是冰溫處理對 DPPH 單電子配對的抗氧化成分在兩者中含量差異不大造成的，從而更好地保留活性成分，抗氧化能力會隨之減弱緩慢，這與洪梅玲等[28]的研究結果相同。

圖6 蘋果汁貯藏過程中DPPH·清除率變化規律Fig.6 Changes of DPPH· clearance rate during apple juice storage

2.3.3 ABTS+·清除率

各樣品對ABTS+·清除率如圖7 所示。在貯藏期間，濃縮蘋果汁對ABTS+·清除率呈下降趨勢。由于普通的熱力殺菌不能保證將果汁中的內源酶(主要有多酚氧化酶、過氧化物酶、和果膠甲酯酶)完全鈍化。加熱濃縮過程由于溫度相對偏高，使得內源酶氫鍵加強，蛋白結構發生重排，也可能出現內源酶酶活増強的現象。導致果汁抗氧化性降低。冰溫濃縮果汁20 d后清除率趨于穩定。蘋果原汁在貯藏30 d發現蘋果原汁ABTS+·清除率為2.35，冰溫濃縮與加熱濃縮果汁分別為2.25和1.95，由此初步判定冰溫貯藏有利于果汁的抗氧化性物質的保留。隨著加熱濃縮時間的延長，果汁抗氧化能力損失明顯，其中加熱濃縮貯藏30 d果汁的自由基清除率最低。

圖7 蘋果汁貯藏過程中ABTS+·清除率變化規律Fig.7 Changes of ABTS+· clearance rate during apple juice

2.3.4 FRAP抗氧化能力

由圖8所示，加熱濃縮處理的果汁其初始FRAP值2.04 mg/100g顯著低于冰溫濃縮果汁2.41 mg/100g(P<0.05)。蘋果原汁在貯藏30 d后FRAP清除率為1.73 mg/100g，2組濃縮果汁貯藏30 d的FRAP值為1.78、1.19 mg/100g，保留率分別為65.52%、46.25%，冰溫濃縮組果汁保留率較高且變化比較明顯。加熱濃縮果汁貯藏10 d后FRAP值僅為1.83 mg/100g，與冰溫濃縮汁2.19 mg/100g相比，降低了13.2%。這可能與濃縮過程溫度相關，溫度越低越有利于抗氧化活性物質的保存，這與王麗芳等[29]研究貯藏溫度對雙孢蘑菇抗氧化活性的變化趨勢一致。

圖8 蘋果汁貯藏過程中FRAP抗氧化能力變化規律Fig.8 Changes of antioxidant capacity of FRAP during storage of apple juice

2.4 抗氧化成分與抗氧化能力 pearson 相關性分析

如表3所示，對不同濃縮方式多酚、黃酮、總抗氧化能力、DPPH·清除率、ABTS+·清除率等參數進行相關性分析，發現多酚含量與總還原力和DPPH·清除率呈極顯著的正相關，相關系數分別為0.940，0.881。

表3 抗氧化成分對抗氧化能力相關性分析Table 3 Correlation analysis of antioxidant capacity.

黃酮與總抗氧化能力、DPPH·清除率、ABTS+·清除率和FRAP抗氧化能力也呈顯著的正相關，相關系數分別為0.817、0.873、0.893、0.879。多酚和黃酮是公認的抗氧化物質，它們與抗氧化活性的正相關關系也說明多酚和黃酮是影響蘋果汁抗氧化能力的重要因素?？偪寡趸芰?、DPPH·清除率、FRAP抗氧化能力互相之間也表現出極顯著的相關性，說明這3種評價蘋果汁抗氧化活性的方法均能有效反映蘋果汁抗氧化活性，具有互補作用。貯藏期間抗氧化活性的降低可能與氧化或者酚類化合物的降解有關[30-31]。另外，貯藏過程中，隨著總酚的降低，果汁DPPH·清除率隨之下降；濃縮時溫度越低，DPPH·清除率的下降速度越緩慢，這與李印[32]給出的結果相似。

蘋果汁中酚類成分和抗氧化活性物質具有相關性，因為酚類化合物直接有助于抗氧化活性[33]。IDRIS等[34]也證實了酚類含量的測定與樣品的抗氧化能力有關。在本研究中， ABTS+·清除活性的降低與FRAP抗氧化能力降低是一致的。DPPH·清除率下降趨勢的差異可能是由于食品的抗氧化活性取決于蘋果中不同化合物之間的協同和氧化還原相互作用。

3 總結

通過對比冰溫濃縮與加熱濃縮果汁在冰溫條件貯藏的品質變化，表明冰溫濃縮果汁可延緩果汁理化性質和多酚含量的下降，對于渾濁果汁而言貯藏期沉淀率有所降低。此外，濃縮過程溫度降低，更有利于保持果汁的原有顏色。隨著貯藏時間的延長，多酚、黃酮整體呈下降趨勢，最終趨于平緩。就濃縮果汁初始時刻各項品質而言冰溫濃縮果汁較蒸發濃縮果汁有大幅度提升。進一步對比果汁抗氧化活性差異發現冰溫濃縮果汁的總還原能力以及對 DPPH·和ABTS+·的清除能力的保留率更強，抗氧化活性的提高與總酚和總黃酮含量的變化顯著正相關(P<0.05)。由此驗證冰溫濃縮果汁貯藏品質優良，可以促進果汁的商業流通。