吸附和超濾對紅棗汁理化及抗氧化特性的影響

王齊蕾，王梟，曹煒，呂新剛

(西北大學 食品科學與工程學院， 陜西 西安，710069)

紅棗已有四千多年的栽培歷史，在中國各地區均大量種植，是中國最具生產力的水果之一[1]。紅棗中含有大量的酚類物質、蛋白質、礦物質、維生素等[2-3]，具有很高的營養價值，并且因其鮮艷的顏色和宜人的酸甜度而倍受消費者的喜愛。在過去十年中，研究人員發現食用棗具有多種醫學價值，如保護肝臟[4]、抗腫瘤[5]、降低血糖[6]、增強機體免疫力[7]等。

鮮棗的儲存期短，貯藏期間可能會出現脫水、褐變、霉變等情況，因此需要對鮮棗進行一定的加工處理[8]。果汁加工是水果利用的主要形式之一，澄清后的棗汁除可直接飲用外，還是生產飲料、酸奶、果酒、果凍、烘焙食品和功能食品的優質成分[9-12]。干棗果實含水量低，無法榨汁，因此酶法提取是獲得果汁的主要方法。在棗汁生產中，工藝條件優化和營養保鮮尤其值得注意。過去十年中，大多數關于紅棗的研究都集中于評估其抗氧化潛力[13-14]，而關于加工如何影響其營養特性的研究很少。此外，與橘子、檸檬等其他水果相比，紅棗的深加工方法遠遠落后。

吸附和超濾是果汁澄清的2種主要形式，關于這兩種工藝對棗汁品質影響的資料很少，因此本研究探討了超濾和吸附處理對棗汁理化性質和抗氧化性能的影響。由于不同產地、不同品種的紅棗加工性能及營養物質含量差異很大，本研究選擇了陜西、山西、河南、山東、河北和新疆6個主要產區的紅棗進行加工比較，從保持較高感官和營養品質的角度出發，闡明吸附和超濾對紅棗汁加工性能的影響并明確不同地區紅棗的加工棗汁產品特性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅棗，采自山東樂陵、新疆和田、陜西清澗、山西呂梁、河北阜平、河南新鄭。2,6-二氯靛酚，福林酚、酚酞指示劑、2,4,6-三吡啶基-1,3,5-三嗪、HCl、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)，上海源葉生物；無水乙醇、甲醇，上海國藥；以上試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設備

722GD可見光分光光度計，上海科恒；HH-S4數顯恒溫水浴鍋，常州國宇；JM-B5002電子分析天平，上海力辰；LXJ-HB高速離心機，湖南湘儀；KQ-100DB超聲波清洗機，昆山舒美；FlowMem0015超濾機，廈門世達膜；WYT-4手持糖量計，上海滬粵明；WSC-S色差儀，深圳三恩馳。

1.3 試驗方法

1.3.1 棗汁的制備

選取完整無蟲害、無病斑的紅棗，加入約4.5倍體積的水混合，100 ℃下預煮20 min。冷卻后用打漿機均質，勻漿中加入0.04%果膠酶，50 ℃下酶解2 h，4 800 r/min下離心10 min，然后收集上清液，于-18 ℃下貯藏備用。

1.3.2 棗汁澄清處理

參考課題組此前研究[15]及預試驗結果，確定吸附和超濾對棗汁進行澄清的相關參數，具體如下：

吸附處理，向棗汁中加入10%吸附樹脂，120 r/min，35 ℃攪拌吸附2.5 h，然后4 800 r/min離心，收集上清液。

超濾處理，選用截留分子質量為3 000的超濾膜，在轉速為200 r/min的條件下對棗汁進行超濾。

1.3.3 理化特性

1.3.3.1 紅棗單果重、可食率及出汁率測定

隨機抽取120個紅棗，分成4組，每組30個，單果重、可食率、出汁率計算如公式(1)～(3)所示：

(1)

(2)

(3)

1.3.3.2 總酸含量測定

以0.1 mol/L NaOH為標準溶液，采用滴定法測定總酸含量。

1.3.3.3 可溶性固形物含量測定

采用手持糖量計測定不同處理下棗汁的可溶性固形物含量。

1.3.3.4 顏色測定

用色差儀對不同處理下棗汁的顏色進行測定，評估L*、a*、和b*值。

ΔE反映了棗汁在超濾或吸附前后顏色的變化，按照公式(4)計算：

(4)

1.3.3.5 褐變指數測定

取2.0 mL澄清棗汁加入2.0 mL 95%(體積分數)乙醇，搖晃振蕩，在12 000 r/min下離心5 min，收集上清液，用可見光分光光度計在430 nm處測定其吸光度。

1.3.3.6 紅棗汁澄清度的測定

取2.0 mL澄清棗汁于4 mL的離心管中，在625 nm處測定其透光率T。

1.3.4 總黃酮含量測定

紅棗汁總黃酮的測定采用硝酸鋁絡合分光光度法[16]。取10 mL試管加入2.0 mL棗汁，加入80%(體積分數)甲醇至5.0 mL，然后加入0.3 mL 50 g/L NaNO2靜置6 min。再加入0.3 mL 100 g/L Al(NO3)3溶液靜置6 min。最后加入4.0 mL 1.0 mol/L的NaOH溶液，用80%甲醇定容至10.0 mL。10 min后在510 nm處測定吸光度，以80%甲醇溶液作為參比。結果以每毫升樣品所含蘆丁當量毫克數表示(mg/mL)。

1.3.5 總酚含量測定

紅棗汁總酚含量的測定參考Folin-Ciocalteu法[17]。取1.0 mL適當稀釋的棗汁，加入0.5 mL福林酚試劑，1 min后加入1.5 mL 100 g/L Na2CO3，用蒸餾水定容至10.0 mL，室溫、避光條件下反應l h，以蒸餾水為參比，于710 nm處測吸光度。結果以每毫升樣品所含沒食子酸當量毫克數表示(mg/mL)。

1.3.6 VC含量測定

VC含量的測定參考2,6-二氯靛酚滴定法[18]。將5.0 mL適當稀釋的棗汁與5.0 mL 1%(體積分數)草酸混合，然后用2,6-二氯靛酚溶液，直至溶液呈粉色且15 s內不褪色。結果以每毫升果汁中所含VC當量微克數表示(μg/mL)。

1.3.7 DPPH自由基清除能力的測定

參考羅秋水等[19]的方法并略作修改。取0.1 mL棗汁加入3.0 mL 0.025 mg/mL DPPH(溶于乙醇)，混合溶液在黑暗中反應30 min，在517 nm處測定吸光度A樣品。用無水乙醇替代DPPH溶液測定吸光度A空白，用無水乙醇替代棗汁樣品測定吸光度A對照。DPPH自由基清除率按公式(5)計算：

(5)

1.3.8 鐵離子還原能力(Ferric ion reducing antioxidant power,FRAP)測定

根據王畢妮等[20]報道的方法測定紅棗汁的鐵離子還原能力。FRAP試劑由300 mmol/L醋酸鹽緩沖液(pH 3.6)，10 mmol/L 2,4,6-三吡啶基-S-三嗪(2,4,6-tripyridyl-triazine，TPTZ)溶液和20 mmol/L FeCl3組成。然后將3種儲備溶液以10∶1∶1的體積比混合制備FRAP溶液。將適當稀釋的棗汁與4.0 mL FRAP溶液在黑暗中于37 ℃反應10 min，在593 nm處測定吸光度。以Trolox的質量分數作為FRAP值。

1.4 數據處理

實驗結果以3個重復的平均值±標準差表示；方差分析和相關性分析采用Minitab 18軟件完成。

2 結果與分析

2.1 不同棗汁的理化性質

2.1.1 制汁特性

表1分析了6種鮮棗的制汁特性參數，包括平均果實質量，可食用率和出汁率。不同紅棗的可食率沒有差異(P>0.05)，但單果重和出汁率間有顯著差異(P<0.05)。單果重為2.18～10.22 g，可食率為85.08%～91.87%，出汁率為38.01%～52.63%，其中河北棗的出汁率最高，而新疆棗的出汁率最低。以上結果表明紅棗的榨汁特性參數可能與品種和環境因素有關，但就果實自身而言，其單果重、可食率與出汁率之間并沒有顯著相關關系。

表1 不同紅棗的制汁特性Table 1 Juicing characteristics of different jujube

2.1.2 總酸含量及總可溶性固形物含量

6種棗汁的總酸含量和可溶性固形物含量如表2所示。6種未處理棗汁的總酸含量從大到小依次為河北棗汁>陜西棗汁>新疆棗汁>山西棗汁>河南棗汁>山東棗汁，總酸質量濃度為2.35～4.05 mg/mL，結果與RECHE[21]報道的3種西班牙棗果的總酸質量濃度相近(1.77～4.6 mg/mL)。經吸附和超濾處理后，6種紅棗汁樣品的總酸含量均有所下降，河北棗總酸含量下降幅度最大，新疆和陜西棗總酸含量下降幅度較小。2種處理對總酸含量的影響程度幾乎相同，但對可溶性固形物含量的影響程度不同。未處理棗汁的總可溶性固形物含量由大到小依次為河北棗汁>陜西棗汁>新疆棗汁>山西棗汁>山東棗汁>河南棗汁，經處理后除河北棗汁的可溶性固形物含量變化較大以外，其他品種的變化均不顯著。總酸含量較可溶性固形物含量下降明顯，其原因可能在于紅棗汁中含有較多的果膠，果膠所帶負電荷可與酸離子所帶正電荷結合，在吸附和超濾過程中果膠大分子會被大量除去，由此引起酸含量的降低。

表2 不同棗汁的總酸含量及總可溶性固形物含量Table 2 Different physicochemical properties of various jujube juice

2.1.3 顏色指標

不同棗汁的褐變指數、透光率和總色差ΔE如表3所示。未處理組的褐變指數最大，其中山東棗汁的褐變指數最低(0.739)，陜西棗汁具有最高的褐變指數(2.005)。吸附組和超濾組的褐變指數均有所降低，經吸附和超濾處理后棗汁的褐變指數分別平均下降61.6%和26.6%，而吸附組的褐變指數下降幅度高于超濾組，因此，吸附和超濾均有助于減少果汁褐變，且吸附效果更明顯。

透光率是評價果汁澄清度的重要指標，3種處理的果汁透光率為50%～84%，最低透光率為陜西棗(53.3%)。經過吸附和超濾處理后棗汁的透光率均有不同程度的提高，吸附組平均提高20.3%，超濾組平均提高15.5%。除山東棗外，其他棗汁的吸附處理后澄清度更高，因此對大部分棗汁來說，吸附較超濾更有助于棗汁的澄清。

吸附和超濾處理后6種棗汁的顏色均有顯著差異(P<0.05)，ΔE均高于對照組。總的來說，棗汁的透光率越高，褐變指數越低，棗汁的品質越好。2種處理均可降低褐變指數，提高透光率，將2種方法處理的6種棗汁進行比較，結果表明，山東和河南棗汁的品質較優。

表3 澄清處理對不同地區紅棗汁色澤的影響Table 3 Effect of clarification treatment on the color of jujube juice in different areas

在澄清過程中，棗汁的色澤發生了一系列變化，圖1顯示了不同處理對6種棗汁色值的影響，包括L*、a*和b*值。結果表明，吸附和超濾2種處理對L*、a*和b*值的變化均有顯著影響(P<0.05)，其中棗汁的L*值和b*值增加，a*值降低，雖然6種棗汁在2種處理后L*值、a*值和b*值的變化趨勢相似，但差異較大。吸附組和超濾組的L*和b*值增加，表明兩組處理均使紅棗汁色澤更加透亮，且超濾比吸附的處理效果更好。相反，吸附和超濾處理使棗汁的a*值下降，除山東棗汁外，吸附處理后a*值的下降幅度更大，說明樹脂處理對紅色素有較好的化學吸附作用，使其紅色變淺。吸附和超濾處理后a*值的降低可能與酚類化合物的酶促褐變有關[22]。

2.2 不同棗汁的營養變化

2.2.1 總黃酮含量

紅棗果實可作為飲食中黃酮類物質的良好來源，已被證實具有廣泛的藥理和生化特性[23]。由圖2可知，未處理組陜西棗汁的總黃酮含量最高，山西棗汁的含量最低。GAO等[24]測定的10種棗果的總酚含量為0.62～2.85 mg/g，與6種棗汁樣品的總酚含量一致。吸附和超濾處理均不同程度地降低了棗汁的總黃酮含量。6種棗汁經吸附處理后差異顯著(P<0.05)，其中河南棗汁的總黃酮含量損失最高，山西棗汁損失最低。超濾對總黃酮含量影響顯著小于吸附處理，除新疆和山西棗汁外，其他地區棗汁經超濾處理后總黃酮含量顯著下降。因此，超濾處理后棗汁總黃酮保留效果最好，且陜西棗汁總黃酮含量仍為最高。

2.2.2 總酚含量

果汁中的酚類物質對人體具有良好的保健功能，但是酚類物質會造成果汁的褐變和后渾濁等問題，嚴重影響果汁的色澤、風味、狀態等品質。3組處理的總酚含量如圖3所示。未處理樣品中，新疆棗汁的總酚含量最高，河南棗汁的總酚含量最低。6種棗汁的總酚含量與KOLEY等[25]報道的印度棗相近(1.72～3.29 mg/g)，不同紅棗的總酚含量差異可能與地理環境、品種、采后加工等因素有關。在吸附和超濾的作用下，6種棗汁總酚含量均有不同程度損失，其中新疆棗汁總酚含量的變化最大，山西棗汁的變化最小，總酚含量最穩定。盡管2種處理樣品總酚含量無顯著差異，但總體上超濾后總酚含量的損失程度大于吸附。

a-L*；b-a*；c-b*圖1 澄清處理對不同棗汁顏色的影響Fig.1 Effect of clarification treatment on the color of different jujube juice注：圖中小寫字母為基于所有產地紅棗在所有處理下數據的多重比較(下同)

圖2 澄清處理對不同棗汁總黃酮含量的影響Fig.2 Effect of clarification treatment on total flavonoid content of different jujube juice

圖3 澄清處理對不同棗汁總酚含量的影響Fig.3 Effect of clarification treatment on total phenol content of different jujube juice

2.2.3 VC含量

不同棗汁的 VC含量見圖4。經吸附和超濾處理后，VC的含量顯著下降。未處理組的新疆、河南和陜西棗汁VC含量相近，均含量較高，山東棗汁的VC含量最低。經2種處理后，新疆、河南和陜西棗汁的損失率最高，山東棗汁的損失率相對較低，但2種處理方法后各樣品中VC含量無顯著差異。水果中的VC極易被氧化，加熱、水洗等均會影響VC的保存，這可能是導致2種處理后 VC含量急劇下降的原因[26]。

圖4 澄清處理對不同棗汁VC含量的影響Fig.4 Effect of clarification treatment on VCcontent of different jujube juice

2.3 不同棗汁的抗氧化性能

2.3.1 DPPH自由基的清除能力

通過DPPH自由基清除能力測定了不同棗汁的抗氧化性能。如圖5所示，3種處理的棗汁對DPPH自由基清除率差異顯著(P<0.05)。對于未處理的棗汁，不同棗汁的自由基清除能力不同，山東棗汁的清除能力最差，其抗氧化劑活性最低，而新疆和山西棗汁的DPPH自由基清除能力最強。6種棗汁經吸附和超濾處理后，DPPH自由基清除率明顯下降，說明2種方法都可以去除處理過程中的某些抗氧化劑，總體上超濾的影響較吸附更大。2種處理后陜西棗汁保持了最高的DPPH自由基清除能力。

圖5 澄清處理對不同棗汁DPPH自由基清除能力的影響Fig.5 Effect of clarification treatment on DPPH radical scavenging ability of different jujube juice

2.3.2 鐵離子還原能力

FRAP的結果如圖6所示。未處理組中河北棗汁的抗氧化能力最高，河南棗汁的抗氧化能力最低。經吸附和超濾處理后果汁樣品的抗氧化能力下降，這可能是由于酚類和黃酮類化合物的損失[27]。超濾處理后FRAP值的下降大于吸附處理，且陜西和山東棗汁的FRAP值顯著高于其他果汁樣品，河南棗汁的抗氧化能力最低。

2.4 各項指標之間的相關性分析

吸附和超濾對棗汁的顏色、各類物質含量均有顯著的影響，通過相關性分析發現(表4)，棗汁的褐變指數與透光率和L*值顯著負相關，說明透光率和亮度越高，棗汁中的呈色物質含量越低，從而降低了褐變指數；褐變指數與a*值正相關，說明褐變會導致棗汁紅色加深；褐變指數同時與可溶性固形物、黃酮、VC含量、DPPH自由基清除率和FRAP正相關，說明棗汁內糖類、黃酮類化合物及VC都與褐變的發生有關，這與通常認識的果蔬褐變發生機理一致[22]。棗汁的透光率、L*值與總酚、黃酮、VC含量、DPPH自由基清除率、FRAP負相關，這與以上物質導致的褐變指數增加有關；透光率與L*值正相關，說明透光率越高，棗汁亮度越好。總體上，棗汁內各類營養物質含量越高，棗汁的顏色透亮度越差，相對更容易發生褐變現象。

圖6 澄清處理對不同棗汁FRAP值的影響Fig.6 Effect of clarification treatment on FRAP value of different jujube juice

表4 相關性分析表Table 4 Correlation analysis table

3 結論

6個地區不同品種紅棗制備的棗汁，經吸附和超濾技術處理后，其營養和其他理化特性均發生了很大變化。吸附處理后棗汁的總酸含量、總酚含量、VC含量、DPPH自由基清除率和FRAP值的下降幅度低于超濾處理，并獲得了更高的透光率和更低的褐變指數，但L*、b*值和總黃酮含量低于超濾處理。總體對比發現，河南和山東紅棗顏色更加透亮，陜西紅棗經超濾或吸附處理后營養品質要優于其他地區紅棗。