湯汁特性對罐藏黃桃貯藏期質構品質的影響

呂 健，于笑顏，畢金峰，王鳳昭，謝 晉，張嗣偉，郭崇婷

（中國農業科學院農產品加工研究所，農業農村部農產品加工重點實驗室，北京 100193）

黃桃為薔薇科桃屬，果肉金黃、肉質較韌，多為罐藏加工用桃[1]。制罐用桃的優良品種主要有‘NJC83’‘黃金冠’‘金童5號’‘金童6號’‘罐5’‘NJC19’等[2]。我國桃罐頭加工制品主要依賴出口，出口量受國際市場波動影響較大。中國海關數據統計表明[3]，2020年1至4月，我國桃罐頭出口總量達4.29萬 t，數量同比增長26%，銷售額同比增加17%，平均單價同比減少7%。

貯藏加工能夠有效鈍化微生物和酶活性，保障罐藏產品貯藏期的部分感官品質；但是罐藏加工中的高溫處理和長期的貯藏過程可能會導致果肉組織破損、水分和固形物流失[4]，進而影響產品的質構、口感和風味。質構作為罐藏黃桃產品的關鍵品質，是影響制罐企業產品出口和發展的關鍵因素。目前針對罐藏黃桃的研究多集中在工藝優化、加工參數對黃桃果肉色澤等品質的影響以及殺菌技術等方面的研究。江艦等[5]優化了護色工藝結合五段式中溫（85～92 ℃）殺菌技術，能夠有效改善罐藏黃桃色澤、滋味、組織形態等品質特性。姚佳等[6]對比分析了熱殺菌技術和高靜壓殺菌技術對罐藏黃桃質構的影響，認為高靜壓技術能夠基本保持黃桃果肉細胞的組織形態，進而使黃桃果肉保持較好的硬度，但是其在工業生產中的應用還需要考慮技術成本和產業規模。Zhang Fusheng等[7]探討了高靜壓技術對貯藏期罐藏黃桃質構的影響，認為加工過程中較長時間（10～30 min）壓力的保持有利于罐藏黃桃果肉硬度的維持，同時指出果膠物質的溶出可能是導致果肉質構變化的重要原因。Saura等[8]在罐藏黃桃蔗糖湯汁中添加檸檬汁（提供檸檬酸）能夠有效控制果肉pH值，減少褐變色素類物質的生成，從而有效抑制罐藏黃桃果肉的非酶褐變程度，但是未進一步探討蔗糖湯汁特性在貯藏期間的變化。

蔗糖溶液是罐藏黃桃加工企業最普遍使用的湯汁，湯汁特性（如流變性等）與果蔬罐頭組織的化學組成、分子結構、分子內及分子間締合的狀態、組織構造均緊密相關[9-10]；同時由于果肉細胞與湯汁之間滲透壓的差異，通常伴隨有質的傳遞，即果肉中的水分、固形物等擴散至湯汁中，湯汁溶質進入到果肉細胞中[11]。因此，可以推斷貯藏過程中罐藏黃桃可能受湯汁特性的影響而發生軟化，有必要追蹤解析湯汁特性在貯藏過程中的變化，并闡明其與罐藏黃桃質構之間的相關性，為調控罐藏黃桃質構提供理論依據。本研究以‘金童5號’為原料制備罐藏黃桃，追蹤檢測貯藏期間蔗糖湯汁特性和黃桃果肉質構特性變化，分析二者之間的相關性，從而闡釋湯汁特性對罐藏黃桃質構的影響機制。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

‘金童5號’黃桃（7～8 級成熟）采自北京平谷，挑選大小均一、表面無損傷、無病蟲害的黃桃運回實驗室，立即貯藏于4 ℃冷庫。

檸檬酸、硫酸、四硼酸鈉（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司；D-半乳糖醛酸、間羥基聯苯美國Sigma公司；無水乙醇 北京化工廠有限責任公司；白砂糖（食品級） 市售。

1.2 儀器與設備

DHP-9162型電熱恒溫培養箱 上海精宏實驗設備有限公司；TA.XT 2i/50型物性分析儀 英國Stable Micro Systems公司；S-570掃描電子顯微鏡 日本Hitachi公司；XSP-BM10A光學照相電子顯微鏡 上海光學儀器六廠；WZB45型數顯折光儀、PHS-3C pH計 上海精密科學儀器有限公司；UV-1800型紫外分光光度計 日本島津公司；Physica MCR301流變儀 奧地利Anton Paar公司；2100N濁度儀 美國Hach公司；3000型冰點滲透壓儀德國Gonotec公司；Color Quest XT色差計 美國Hunter Lab公司；RE-300旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 罐藏黃桃制備方法及前處理

‘金童5號’黃桃經清洗、二分切、挖核、去皮后得到桃瓣，將桃瓣于溫度為（90±2）℃的蒸餾水中預煮6 min，隨后進行冷卻、裝罐、灌湯（湯汁由蔗糖配制而成，控制糖濃度19～20 °Brix，煮沸5 min，保證溫度不低于85 ℃），封口后熱殺菌處理15 min。

罐藏黃桃貼好標簽后置于恒溫培養箱中，設置溫度為37 ℃，貯藏時間為90 d，每10 d用吸管于湯汁上、中、下層分別取樣。

1.3.2 湯汁特性指標的測定

1.3.2.1 pH值及可溶性固形物含量測定

pH計經校準后用于罐藏黃桃湯汁pH值測定；數顯折光儀用于罐藏黃桃湯汁可溶性固形物（total soluble solid，TSS）含量測定，單位為°Brix。

1.3.2.2 濁度測定

參照Klavons等[12]的方法并略作修改。取10 mL湯汁，使用校準后的濁度儀進行測定。

1.3.2.3 色澤測定

采用Color Quest XT色差計測定湯汁的色澤。色差計預熱30 min后，依次使用黑板、白板進行校準，測定貯藏期間罐藏黃桃湯汁色澤，記錄L*值（亮度）、a*值（紅綠度）、b*值（黃藍度）。色差（ΔE）按下式計算。

式中：L*、a*、b*分別為貯藏期間湯汁的色度值；分別為裝罐前湯汁的色度值。

1.3.2.4 表觀黏度曲線繪制

參照Augusto等[13]的方法，并稍作修改。流變儀選取筒轉子，運用水循環系統控制測定溫度為（25±1）℃。取4 mL湯汁置于筒轉子中，在穩態剪切模式下進行測定。設置剪切速率由0.01 s－1增加到100 s－1，記錄該剪切速率范圍內表觀黏度隨剪切速率的變化并繪制曲線。

1.3.2.5 滲透壓測定

分別采用純水、300 mOsm/kg和850 mOsm/kg氯化鈉標準液對冰點滲透壓儀進行精準校準后，取貯藏期湯汁50 μL于干燥的一次性測試管中進行測定[14]。

1.3.2.6 湯汁水溶性果膠含量測定

取罐藏黃桃湯汁150 mL，用檸檬酸調節pH值至2.5，80 ℃加熱2 h，不停攪拌，冷卻后50 ℃旋轉蒸發至75 mL，按體積比1∶4加入無水乙醇，充分攪拌后，室溫過夜得到絮狀物，10 000 r/min離心15 min，棄上清液，將沉淀加適量蒸餾水溶解，透析，凍干得到湯汁水溶性果膠（water soluble pectin in syrup，SWSP）[15]。

SWSP含量的測定參考Blumenkrantz等[16]的方法，采用比色法進行測定。取0.6 mL水解后的樣品至試管中，在冰水浴中加入3.6 mL硫酸-四硼酸鈉溶液。漩渦振蕩充分混勻后，100 ℃水浴中加熱5 min。反應結束后立即置于冰水浴中冷卻至室溫。向試管中加入60 μL間羥基聯苯溶液，混合1 min，于520 nm波長處測定吸光度。配制D-半乳糖醛酸標準溶液，繪制標準曲線（y＝0.006x＋0.038 4，R2＝0.999 8）。SWSP含量以每克果膠中含D-半乳糖醛酸質量表示，單位為mg/g。

1.3.3 罐藏黃桃果肉質構的測定和形態觀察

1.3.3.1 質構測定

采用物性分析儀TPA模式測定罐藏黃桃果肉硬度、咀嚼性、回復性、彈性、凝聚性等質構特性[17]，取形狀、大小一致的黃桃樣品，切取10 mm×10 mm×10 mm大小的果塊，重復測定10 次。預壓速率、下壓速率、上行速率均為1 mm/s，壓縮程度60%，停留間隔5 s，數據采集速率200 pps，觸發力5 kg，探頭為P/36。

1.3.3.2 掃描電子顯微鏡觀察

將罐藏黃桃樣品切成4 mm×4 mm×4 mm大小的果塊，置于體積分數4%戊二醛溶液（室溫）固定1～4 h，真空抽氣0.5 h，0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液清洗3 次，每次20 min；體積分數1%鋨酸溶液固定4 h，0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液清洗3 次，每次20 min；梯度乙醇溶液（體積分數依次為50%、70%、95%）脫水，乙酸異戊酯置換乙醇。將待測樣品平鋪于雙面粘有導電膠的載物臺上，噴金鍍膜后觀察微觀結構[18]，放大倍數為100。

1.3.3.3 光學顯微鏡觀察

選用半薄切片技術，將罐藏黃桃果肉切塊用福爾馬林-乙酸-乙醇（5∶5∶90，V/V)固定1～4 h，真空抽氣0.5 h，0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液清洗2 次，每次停留15 min，體積分數1%鋨酸固定1～2 h，0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液清洗2 次，每次停留15 min；室溫條件下，分別用體積分數50%、70%、95%乙醇溶液脫水，每次停留15 min；用體積比1∶1丙酮和環氧樹脂混合液為包埋劑將樣品滲透4 h，換新鮮包埋劑過夜；用新配制的包埋劑包埋樣品，在70 ℃下聚合8 h；修整包埋塊，在超薄切片機上用玻璃刀制片，將制得的5 μm的半薄切片置于載玻片上，用帶照相機的光學顯微鏡觀察[19]，放大倍數為20。

1.4 數據統計與分析

實驗重復測定3 次，結果以平均值±標準差表示。采用SPSS 22.0統計軟件進行數據分析和Person相關性分析，采用Origin 2018軟件作圖。用Duncan多重法進行顯著性差異比較，P＜0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁pH值、TSS含量及濁度變化

貯藏過程中罐藏黃桃湯汁pH值、TSS含量、濁度變化如表1所示。貯藏過程中湯汁上層、中層、下層的pH值均未發生顯著變化，范圍分別為3.53～3.68、3.46～3.68、3.46～3.70，且不同取樣位置的湯汁pH值無顯著差異；湯汁TSS含量先下降后趨于穩定，變化范圍分別為13.80～14.77、13.83～14.63、13.87～14.37oBrix，且不同取樣位置的湯汁TSS含量無顯著差異，這與Maresca等[20]的研究結果一致。隨貯藏時間延長，罐藏黃桃湯汁濁度顯著增加，其中下層湯汁濁度變化最為顯著（從貯藏0 d的3.81增加到貯藏90 d的5.24），可能是由于貯藏期間果肉軟化降解，部分物質溶出并在重力作用下進入湯汁下層。貯藏期間，由于罐藏黃桃處于高滲透壓的蔗糖湯汁中，細胞膜內外滲透壓力差的存在使黃桃果肉中的水分及可溶性物質滲出，同時蔗糖小分子物質擴散至果肉中；貯藏后期，水分及可溶性物質的擴散速率會趨于動態平衡[21]。

表1 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁pH值、TSS含量及濁度的變化Table 1 Changes in pH, TSS content and turbidity of canned yellow peach syrup during storage

2.2 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁色澤的變化

貯藏期間湯汁色澤參數測定結果如表2和圖1所示。同一貯藏時間不同取樣位置罐藏黃桃湯汁的色澤參數（L*、a*、b*值和ΔE）均無顯著差異。隨著貯藏時間的延長，湯汁L*值先呈下降趨勢，貯藏至70 d時趨于平緩；a*值呈顯著下降趨勢；b*值則呈顯著增加趨勢。ΔE表示貯藏期間實驗樣品和裝罐前湯汁之間的色澤偏差，ΔE越大表示色澤偏差越大。隨著貯藏時間（10～90 d）的延長，罐藏黃桃湯汁ΔE呈逐漸增大趨勢（0.88～1.87），特別地，貯藏30 d后，ΔE上升迅速，至70 d后逐漸趨于平穩。熱殺菌環節可能會導致黃桃果肉細胞輕微破壞和分離，貯藏過程中滲透壓使果肉組織膨壓改變，引發細胞膨脹和破壞，果肉中的黃色素被釋放，湯汁b*值增加[22]；貯藏過程中美拉德反應的緩慢發生以及湯汁中的蔗糖分子與黃桃果肉中的可溶性或不溶性物質發生交換都可能是導致湯汁ΔE發生較大改變的原因[23]。

表2 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁色澤的變化Table 2 Changes in color parameters of canned yellow peach syrup during storage

圖1 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁ΔE的變化Fig. 1 Changes in color difference of canned yellow peach syrup during storage

2.3 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁表觀黏度的變化

貯藏期間罐藏黃桃湯汁的表觀黏度結果如圖2所示。隨著剪切速率升高，湯汁的表觀黏度逐漸降低，呈現剪切變稀的流體特性。在0.01～1 s－1的剪切速率下，隨著剪切速率增大，湯汁不同位置的表觀黏度均呈下降趨勢；在1～100 s－1的剪切速率下，湯汁黏度趨于平穩。隨著剪切速率增大，黃桃果肉擴散到湯汁中的大分子物質（如果膠等）的結構被破壞，從而導致湯汁黏度下降[24]。隨著貯藏時間的延長，湯汁不同位置的表觀黏度均呈現上升趨勢，下層湯汁表觀黏度略低于上、中層湯汁，可能是由于桃瓣在高濃度的糖液中處于上浮的狀態；在重力作用下，桃果肉中滲出到湯汁中的固形物會向下移動，湯汁下層與桃瓣間距較大，導致下層湯汁黏度低于上中兩層湯汁；此外，黃桃果肉細胞內外濃度梯度的差異，促使果肉組織內SWSP等具有膠體溶液性質的物質遷移到湯汁中，同時湯汁中的蔗糖由于含有親水性的羥基結構，在溶液中易結合水分子，發生水合作用，會降低游離水含量進而誘導果膠等大分子物質發生聚集，使湯汁黏度增加[25]。可以初步推測細胞內或者細胞間物質溶出是罐藏黃桃質構發生軟化的原因之一。

圖2 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁表觀黏度的變化Fig. 2 Changes in apparent viscosity of canned yellow peach syrup during storage

2.4 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁滲透壓的變化

如圖3所示，貯藏期間上層、中層、下層湯汁滲透壓變化范圍分別為506～922、504～922、517～930 mOsm/kg。同一貯藏時間不同取樣位置的湯汁滲透壓差異不顯著，表明不同取樣位置的湯汁特性基本保持一致。隨著貯藏時間的延長，湯汁滲透壓呈現逐漸上升趨勢，貯藏50 d后趨于平緩。黃桃組織細胞內部液相和外部湯汁溶液之間呈現出的水化學勢差異會促進水的擴散[26]，同時由于前期的預煮或殺菌會誘導細胞內部結構發生一定程度的降解，黃桃內部的小分子成分（如葡萄糖、果糖等）會擴散進入湯汁中，使湯汁滲透壓升高。隨著貯藏時間的延長，黃桃組織表層細胞壁物質發生降解并擴散至外部溶液，同時內部組分發生輕微脫水或不再變化，最終與外部溶液達到動態平衡。

圖3 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁滲透壓的變化Fig. 3 Changes in osmotic pressure in canned yellow peach syrup during storage

綜合湯汁特性結果分析可知，貯藏期間湯汁特性發生了顯著變化，隨著貯藏時間的延長，罐藏黃桃細胞組織內外物質交換達到平衡，湯汁特性維持穩定。值得注意的是，同一貯藏時間不同取樣點（上、中、下層）湯汁特性無顯著差異。可以認為，湯汁與黃桃細胞組分之間的傳質是均勻的，可不再通過分層取樣來測定罐藏黃桃質構等特性。

2.5 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁SWSP含量的變化

貯藏過程中罐藏黃桃湯汁SWSP含量變化如圖4所示，隨著貯藏時間的延長，SWSP含量呈增加趨勢，貯藏50 d后SWSP含量趨于穩定，這與貯藏期間湯汁滲透壓等變化趨勢基本一致（圖3）。貯藏前期蔗糖湯汁滲透壓誘導黃桃果肉細胞膨脹壓改變，減弱了果膠物質與細胞壁的氫鍵連接作用，促使部分果膠降解溶出[27]；貯藏期間，水和溶質的交換以及果膠等細胞壁物質的溶出使細胞網狀結構內部的黏附力和支撐力遭到進一步破壞，組織結構發生一定程度的坍塌，促使更多果膠物質溶出，直至傳質過程達到平衡。

圖4 貯藏過程中罐藏黃桃湯汁SWSP含量的變化Fig. 4 Changes in SWSP content of canned yellow peach syrup during storage

2.6 貯藏過程中罐藏黃桃果肉質構特性的變化

由表3可知，罐藏黃桃貯藏初期（10～30 d）的硬度、回復性均高于貯藏0 d的樣品；隨著貯藏時間的延長，罐藏黃桃硬度、咀嚼性和回復性呈現顯著降低趨勢，并于貯藏后期趨于穩定狀態。貯藏期間罐藏黃桃果肉的彈性和凝聚性下降趨勢緩慢。貯藏初期，蔗糖湯汁與黃桃細胞內部的滲透壓力差產生了較大的驅動力，促進溶質快速擴散交換，從而實現罐藏黃桃較高的固形物獲得量[28]，促使其硬度增加。隨著貯藏時間的延長，溶質進一步擴散交換，蔗糖的滲入可能誘導黃桃果肉果膠發生β-消除反應，誘導細胞壁多糖間的結合力下降，細胞組織結構進一步被破壞，表現為果肉軟化[29]。

表3 貯藏過程中罐藏黃桃果肉質構特性的變化Table 3 Textural evolution of canned yellow peach flesh during storage

2.7 貯藏過程中罐藏黃桃果肉微觀結構的觀察結果

如圖5所示，新鮮黃桃果肉細胞形態規則飽滿、排列緊密，細胞壁完整，形狀近似橢圓形，孔隙均勻而致密。殺菌熱力作用下，細胞發生形變、細胞間隙增加。隨著貯藏時間的延長，細胞間隙進一步增加、細胞形變嚴重，部分細胞坍塌，呈現不規則狀態。滲透壓力作用下，黃桃果肉脫水、細胞膨壓改變，導致細胞膜脂質、中膠層（果膠）降解，細胞壁結構破壞，細胞間黏合力降低，誘導細胞發生形變、間隙增加，甚至出現破裂[30]。

圖5 貯藏過程中罐藏黃桃果肉微觀結構的變化Fig. 5 Changes in microstructure of canned yellow peach flesh during storage

2.8 罐藏黃桃果肉質構特性與湯汁特性相關性分析結果

如圖6所示，罐藏黃桃果肉質構，特別是硬度、回復性、凝聚性、咀嚼性與b*值、濁度、滲透壓、SWSP含量均呈顯著負相關；果肉硬度、咀嚼性與L*值和a*值呈顯著正相關；湯汁滲透壓與b*值、濁度、SWSP含量均呈顯著正相關。貯藏過程中，黃桃果肉細胞內外的壓力差是促進湯汁溶質（蔗糖分子）擴散和流動的主要驅動力，也是導致果肉細胞形變、物理化學特性改變的重要原因，宏觀表現為果肉感官和質構品質的變化。可以推測，通過調控湯汁特性，如降低果肉與湯汁之間的滲透壓、抑制果膠等物質溶出可以有效改善貯藏期間罐藏黃桃質構品質。

圖6 罐藏黃桃果肉質構特性與湯汁特性相關性分析Fig. 6 Correlation analysis between flesh texture and syrup characteristics of canned yellow peaches

3 討 論

實驗結果表明，罐藏黃桃湯汁pH值、TSS含量在同一貯藏時間、不同取樣位置無顯著差異，隨著貯藏時間的延長，湯汁pH值保持穩定，TSS含量、表觀黏度、L*值和a*值先呈現下降趨勢，在貯藏后期趨于平緩；湯汁濁度、b*值、ΔE、滲透壓、SWSP含量在貯藏期間呈現上升趨勢，貯藏后期趨于平緩。罐藏黃桃質構參數在貯藏期間均呈下降趨勢，其中硬度和咀嚼性顯著降低。果肉微觀結構分析結果表明，隨著貯藏時間的延長，果肉細胞發生不規則形變，細胞間隙增加、甚至坍塌，可以解釋罐藏黃桃宏觀質構的軟化現象。湯汁特性與罐藏黃桃果肉質構參數呈現顯著相關性，貯藏過程中，黃桃果肉與湯汁形成的滲透壓力差是誘導傳質的主要驅動力，水分和可溶性組分的擴散交換能夠改變果肉細胞的微觀結構，降低果肉細胞壁的支撐力和黏附力，宏觀表現為罐藏黃桃果肉質構軟化。綜上，湯汁特性是罐藏黃桃果肉軟化的重要影響因素。湯汁的水分活度與黃桃果肉的水分活度相差越大，二者之間形成的滲透壓力差越大，其中水分和可溶性組分的擴散交換程度越高[31]，也越易導致黃桃果肉軟化的發生。湯汁溶質的自然屬性，如分子質量、濃度，是影響水分活度和滲透壓的重要因素[32]。目前工業生產多采用蔗糖作為湯汁用糖，可以通過調整湯汁用糖的種類、濃度等方式來改善罐藏黃桃的質構品質。