濃縮方式對枸杞汁品質的影響

徐紅雨，鞠葛金悅，肖更生，徐玉娟，余元善，林羨，彭健，王晶晶，溫靖*

（1.錦州醫科大學食品科學與工程學院，遼寧 錦州 121001；2.廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所農業部功能食品重點實驗室，廣東省農產品加工重點實驗室，廣東 廣州 510610）

枸杞（Lycium barbarum L.），又名枸杞子，其鮮果酸甜可口，富含枸杞多糖、枸杞黃酮、維生素、微量元素、氨基酸等多種營養和保健成分[1-3]。科學研究表明，枸杞可提高人體免疫力和DNA修復能力，具有抗腫瘤、抗衰老、降脂血等功效[4-6]。我國枸杞種植區域以寧夏為主，青海、甘肅、新疆、內蒙古等地也有部分種植[7-8]。由于其可觀的經濟價值，種植面積迅速擴大。但枸杞鮮果不耐貯藏，不適合長途運輸，因此目前市場上銷售的枸杞以干制枸杞子為主，這在一定程度上限制了枸杞產業的發展。

濃縮是最常見的一種水果深加工方式。濃縮汁耐貯運，能在一定程度上抑制微生物生長，且成本低廉。目前果汁的濃縮方法主要有真空蒸發技術、冷凍濃縮技術、膜技術和加熱濃縮等幾種[9-14]。Dhumal等[15]對比了常溫加熱法、微波法和旋轉真空蒸發法對澄清后石榴汁的濃縮效果，結果表明真空蒸發濃縮后的產品色澤最佳，濃縮汁回收率和品質保留率最高。Bozkirh等[16]研究了一種新型濃縮技術-真空微波蒸發器（vacuum microwave evaporator，VME)在濃縮蘋果清汁中的應用及其對果汁品質特性的影響，采用響應面分析法確定濃縮蘋果汁VME的最佳工藝條件，在最佳工藝條件下，采用VME、升膜蒸發器（rising film evaporator，RFE)和旋轉蒸發器（rotatory evaporator，RE)生產濃縮蘋果汁。結果表明，與常規蒸發法相比，VME法保存了蘋果汁的營養成分，感官品質最好。馬曉玉[17]采用冷凍濃縮技術對甜瓜汁進行濃縮，研究表明，濃縮后的褐變度低，黃酮和總酚等相關抗氧化活性成分損失較小，可溶性糖、總酸、維生素C等營養成分損失也相對較小。Bhattacharjee等[18]采用聚醚砜（polyether sulfone，PES）膜的平板膜組件對西瓜汁進行連續超濾澄清，然后采用反滲透間歇式濃縮西瓜汁，該法可有效保留果汁中維生素C。Kulkarni等[19]采用薄膜蒸發器將紅棗汁濃縮成76°Brix，果汁在-40℃環境下凍藏6個月后配制成即食飲料，仍然可保留良好的風味和較高的品質。王楠[20]比較了電磁加熱濃縮、油浴加熱濃縮和電熱板加熱濃縮方式對葡萄汁的濃縮效果，發現電磁加熱濃縮法效果最佳。可見，不同的果汁適用的濃縮方式不同。

真空濃縮法中果汁的受熱時間短、溫度低，能在一定程度上保持果汁原有的風味、香氣和營養成分，因此被廣泛的應用于果汁加工[21-23]。目前，關于枸杞的旋轉真空濃縮技術尚缺乏系統性。由于電磁加熱濃縮技術具有受熱溫度均勻、生產效率高、自動化能力高、成本競爭力高等優點，逐漸成為一種可代替傳統加熱濃縮果汁的方法[24-25]。本文探索了真空旋轉濃縮法和電磁加熱濃縮法這兩種濃縮方式對枸杞汁品質的影響規律，為高品質濃縮枸杞汁的生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與主要試劑

新鮮紅枸杞，產地寧夏銀川市，品種為“寧杞1號”，采摘時期為8～9月份。

碳酸鈉：天津市福晨化學試劑廠；無水乙醇、沒食子酸標準品、蘆丁標準品、苯酚：天津市科密歐化學試劑有限公司；氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、濃鹽酸：天津市大茂化學試劑廠；果糖、葡萄糖標準品：美國Sigma公司；試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設備

DL-800B智能超聲波清洗器：長海之信儀器有限公司；Vortex-Genie2多用途渦旋混合器：美國Scientific Industries公司；N-1300旋轉蒸發儀：日本東京理化公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：鞏義市予華儀器責任有限公司；UV-1900i紫外分光光度計、LC-20AT高效液相色譜儀、C18 Superb液相色譜柱：日本島津公司；RFM340+數顯折射計：英國Bellingham+Stanley（B+S)公司；BCD-226STV 型冰箱：青島海爾股份有限公司；Ultra Scan VIS型全自動色差儀：美國Hunter Lab公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 枸杞汁的制備

選取完整無損壞的新鮮枸杞，取梗后清水洗凈，瀝干水分；經榨汁機制得果漿，再經過200目濾網過濾后獲得枸杞汁，現用現備。

1.3.2 濃縮方法的確定

1.3.2.1 濃縮終點的確定

在室溫25℃下，采用真空旋轉蒸發儀（55℃，70 kPa～90 kPa，50 r/min）濃縮枸杞汁至 20 °Brix～70 °Brix，取樣間隔為5°Brix，4℃保留樣品，流變儀檢測黏度變化。

1.3.2.2 濃縮條件的確定

設定真空旋轉蒸發儀溫度梯度為45、55、65℃；電磁爐功率梯度為：600、800、1 200 W，以色度和濃縮效率為測定指標，探究枸杞汁濃縮工藝。濃縮效率指濃縮1 L樣品至某一濃度需要的時間；色度用總色差△E*表示。

1.3.3 枸杞濃縮汁的制備

1.3.3.1 真空濃縮組

以新鮮枸杞汁為對象，采用真空旋轉蒸發儀（55℃，70 kPa～90 kPa，50 r/min）濃縮果汁，分別取 20、30、40、50、60、70°Brix的濃縮枸杞汁，4℃保留樣品待測。

1.3.3.2 電磁加熱濃縮組

以新鮮枸杞汁為對象，采用開放式電磁鍋（800 W）濃縮果汁，分別取 20、30、40、50、60、70 °Brix 的濃縮枸杞汁，4℃保留樣品待測。

1.3.4 枸杞濃縮汁提取液的制備

準確稱取1.3.3中制備的新鮮濃縮汁5.00 g于離心管中，加入10 mL酸化甲醇，采用超聲清洗器（40℃，480 W）浸提1 h，5 000 r/min離心5 min收集上清液，重復浸提，定容至25 mL制得枸杞汁提取液，-20℃下保留待測。

1.3.5 濃縮汁酚類物質含量的測定1.3.5.1 總酚含量的測定

采用Folin-Ciocalteu檢測法[26]略作修改測定總多酚含量。取適當稀釋倍數的提取液樣品1 mL，加入2 mL Folin-Ciocalteu試劑，振蕩混合，再加入2 mL 10% NaCO3溶液，避光放置1 h，測定760 nm處的吸光值。每組樣品測定3次，結果以沒食子酸當量表示。多酚標準曲線方程：y=0.021 3x+0.108 9，R2=0.999 5。

1.3.5.2 總黃酮含量的測定

參照Istrati等[27]測定總黃酮含量的方法，略作修改。取1mL用酸化甲醇稀釋到適當倍數的提取液，加入5% NaNO2溶液0.5 mL，振蕩混勻后靜置5 min，加入10% Al（NO3）3溶液0.5 mL，振蕩混勻，靜置6 min后加入1 mol/L的NaOH溶液2 mL，振蕩混勻，45℃水浴10 min后取出冷卻，1 000 r/min離心5 min，取上清液在505 nm波長下測其吸光值。每組樣品測定3次，結果以蘆丁當量表示。總黃酮標準曲線方程：y=0.054 6x+0.017 6，R2=0.999 6。

1.3.6 還原糖含量的測定

參考溫靖等[28]的測定可溶性糖含量的方法，略作修改。準確稱取1.3.3中樣品3.00 g，加入9 mL超純水振蕩混勻，80℃～85℃提取30 min，10 000 r/min離心10 min后取其中上清液l mL，添加2 mL無水乙醇振蕩混勻，10 000 r/min離心5 min后取其中上清液l mL過0.45 μm濾膜后待測。液相分析條件：色譜柱Agilent ZorbaxCarbohydrate（4.6mm×250mm，5μm），柱溫30℃，用示差折光檢測器，檢測溫度35℃；流動相：70%乙睛水溶液，流速：l mL/min，進樣量：10 μL。每組樣品測定3次，糖含量以枸杞汁質量計算。

1.3.7 濃縮汁抗氧化能力測定

1.3.7.1 ABTS+自由基清除能力的測定

參考Jeong等[29]的方法，略作修改。將提取液稀釋一定倍數后，取0.1 mL待測液，加入3.6 mL ABTS溶液完全混合，室溫25℃靜置10 min，于734 nm處測定吸光值，空白試驗是將0.1 mL待測液換成80%甲醇溶液，除此之外采取完全相同的測定步驟進行平行操作。每組樣品測定3次，同時設置對照組試驗。以Trolox濃度（μmol/L）為橫坐標（y），吸光度值為縱坐標（x），繪制標準曲線。最終結果以每毫升枸杞汁中含有Trolox當量表示，單位為mg Trolox/mL。ABTS+自由基清除能力標準曲線方程：y=0.538 5x-0.001 8，R2=0.999 5。

1.3.7.2 三價鐵離子還原能力的測定

參考Tabartj等[30]的方法，略作修改。將提取液稀釋一定倍數后，取適當稀釋后的樣品1 mL，加入0.2 mL 0.2 mol/L磷酸鹽緩沖液（pH6.6）和1.5 mL 0.3%鐵氰化鉀溶液，混勻，50℃孵育20 min，迅速冷卻，加入l mL 10%的三氯乙酸，混勻后3 000 r/min離心10 min，取上清液2 mL，加入0.5 mL 0.3%三氯化鐵溶液混勻，再加3 mL純水，搖勻，測定波長700 nm處的吸光度。每組樣品測定3次，同時設置對照組試驗。以Trolox為標準品，樣品的鐵離子還原能力以Trolox當量表示，單位為mg Trolox/mL。三價鐵離子還原能力標準曲線方程：y=0.009 6x+0.008 4，R2=0.999 3。

1.3.8 總類胡蘿卜素含量的測定

參考馬少君等[31]的測定胡蘿卜素含量的方法，略修改。準確稱取1.3.3中樣品5.00g加入10mL丙酮中（含0.1%的2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚），超聲（300 W，25℃）避光提取30 min，重復2次合并提取液。將等體積的10%氫氧化鉀-乙醇溶液加入到提取溶液中，混勻，80℃水浴皂化40 min后，取出立刻冷卻到室溫25℃。將皂化液移入250mL分液漏斗，加入等體積的石油醚振蕩萃取后靜置分層，水相需反復提取，合并有機相，用水洗至近中性。將上層有機相用無水硫酸鈉過濾，濾液收入50 mL容量瓶中，用石油醚定容，此溶液用于總類胡蘿卜素的測定。定容后的提取液于450 nm波長下測吸光度，石油醚作調零管。計算公式如下。

總類胡蘿卜素含量/（μg/mL）=A×V1×104（E1%×V2）

式中：A為450 nm處的吸光值；V1為提取液總體積，mL；V2為測定用提取液體積，mL；E1%為 β-胡蘿卜素在正己烷中的消光系數。

1.3.9 色澤的測定

色度采用全自動色差計測定，結果采用L、a、b值，和色差△E*表示。每組樣品測定3次，△E*運用下述公式計算。

式中：L為亮度，從黑（0）至白（100）；a值的正值為紅/紫色，負值為淺藍/綠色；b值的正值為黃色，負值為藍色；其中 L0、a0、b0為枸杞原汁的 Hunter參數；L*、a*、b*為樣品的Hunter參數；△E*為處理樣品與新鮮枸杞之間的色澤差異，值越小表示色澤保留越好。

1.4 試驗統計與分析

試驗數據采用SPSS 19.0軟件進行統計分析，組間比較采用配對樣本t檢驗，p<0.05為差異顯著，所有試驗均重復3次，數據采用平均值±標準差表示，圖采用Origin 2017進行繪制。

2 結果與分析

2.1 濃縮終點的確定

黏度隨可溶性固形物變化曲線見圖1。

圖1 黏度隨可溶性固形物變化曲線Fig.1 Curve of viscosity changing with soluble solids

研究表明在液態食品中，黏度不僅是感官結構的性質指標，而且會影響食品的加工與貯藏[32]。由圖1可知，當枸杞汁濃縮至55°Brix時其黏度變化較顯著，由1.264×10-3Pa·s上升至 1.806 Pa·s。從濃縮汁流動性角度考慮，果汁濃度過大會加大清洗難度，造成資源浪費，濃縮汁生產中物料黏度變化系數較大，生產設備參數要求過高，對投入生產增加了一定的難度，為了避免這類問題，可將果汁黏度發生較大變化的，設定含量為濃縮終點[33]。綜上所述，設定可溶性固形物達到50 °Brix 時為濃縮終點，果汁黏度達到 5.343×10-1Pa·s，變化驟幅較小，具備一定的流動性。

2.2 濃縮條件的確定

真空濃縮溫度對總色差和效率的影響見表1。

表1 真空濃縮溫度對總色差和效率的影響Table 1 Effect of vacuum concentration temperature on total chromatic aberration and efficiency

真空濃縮組通過設置溫度，保持恒溫加熱。由表1可知，濃縮效率與溫度間呈正相關性，結果：65℃>55℃>45℃。真空濃縮組總色差隨著加熱溫度升高，總色差變大，因此對色澤的保護效果：45℃>55℃>65℃。濃縮條件以濃縮效率較高，色差較小為標準，確定55℃為真空濃縮的最適溫度。

加熱功率對總色差和濃縮效率的影響見表2。

表2 加熱功率對總色差和濃縮效率的影響Table 2 Effect of heating power on total chromatic aberration and concentration efficiency

電磁爐加熱屬于持續加熱過程，且功率越高，溫度上升速率越快。由表2可知，熱濃縮組中濃縮效率與功率呈正相關性，結果：1 200 W>800 W>600 W；枸杞汁的總色差隨濃縮功率增加和溫度上升而變化，則對色澤的保護效果：600 W>800 W>1 200 W。濃縮條件以濃縮效率較高，色差較小為標準，確定800 W為熱濃縮的最適濃縮功率。

2.3 濃縮方式對酚類物質含量的影響

濃縮方式對總酚含量的影響見圖2，濃縮方式對總黃酮含量的影響見圖3。

圖2 濃縮方式對總酚含量的影響Fig.2 Influence of concentration method on total phenol content

圖3 濃縮方式對總黃酮含量的影響Fig.3 Influenceofconcentrationmethodontotalflavonoidscontent

酚類物質廣泛存在于各種蔬菜水果中，對果品的風味、色澤和抗氧化活性功能有重要的影響，包含了類黃酮，單寧類、酚酸類、醌類、花青素類等，酚類物質對溫度敏感，高溫會破壞其分子結構[34-35]。如圖2所示，兩種濃縮處理后，總酚含量均隨著可溶性固形物含量升高而增加，當枸杞汁可溶性固形物為70.05°Brix時，總酚變化差異最為明顯，差異顯著（p＜0.05），熱濃縮組總酚含量從1 015.1mg/kg到4879.86mg/kg，增加了3.81倍；而真空濃縮組總酚含量從1 007.43 mg/kg提高到4 315.27 mg/kg，增加了3.28倍。

黃酮類化合物是枸杞汁中重要的一類次生代謝產物，具有清除自由基，延緩果蔬的衰老與褐變的效果[36]。如圖3所示，總黃酮的含量呈累積狀態，不同濃縮方式對黃酮含量的影響差異顯著（p<0.05）。當濃縮至50°Brix時熱濃縮組與真空濃縮組總黃酮含量分別為對照組樣品的3.03倍和2.49倍。相對于真空濃縮組，熱濃縮組濃縮效率較高，有利于保留多酚黃酮類物質的含量。

2.4 濃縮方式對還原糖含量的影響

枸杞濃縮汁中還原糖含量不僅影響了產品的感官品質和對微生物的抑制作用，還與濃縮過程中色度的變化密切相關。濃縮方式對果糖含量的影響見圖4，濃縮方式對葡萄糖含量的影響見圖5。

圖4 濃縮方式對果糖含量的影響Fig.4 Effect of concentration method on fructose content

圖5 濃縮方式對葡萄糖含量的影響Fig.5 Effect of concentration method on glucose content

如圖4、圖5所示，可溶性固形物濃度越高，可溶性糖含量越高。兩種濃縮方式對果糖、葡糖糖含量的影響差異顯著（p<0.05）。當濃縮至到20°Brix時，熱濃縮組與真空濃縮組中果糖含量分別為對照組樣品的78.94%、71.40%；葡萄糖含量分別為對照組樣品的73.97%、69.86%，枸杞汁中部分還原糖參與了美拉德反應；相比真空濃縮組，熱濃縮組依靠前期熱濃縮效率快，縮短了美拉德反應的發生時間，對枸杞汁中還原糖含量保留率更高。當濃縮至30°Brix～70°Brix之間時，相比熱濃縮組，真空濃縮組中果糖與葡萄糖含量保留效果更優，枸杞汁中果糖和葡萄糖、蛋白質等含有游離羰基的化合物和氨基化合物經過聚合和縮合反應大量參于美拉德褐變反應，從而導致其果汁中還原糖含量顯著低于真空濃縮組的含量。

2.5 濃縮方式對抗氧化能力的影響

枸杞汁中含有豐富的抗氧化活性物質（如酚類、黃酮類、VC等），但在濃縮過程中受熱可能誘導該類物質分子發生結構改變，影響了抗氧化活性[37-38]。濃縮方式對ABTS+自由基清除能力的影響見圖6，濃縮方式對三價鐵離子還原能力的影響見圖7。

圖6 濃縮方式對ABTS+自由基清除能力的影響Fig.6 Influence of concentration method on ABTS+free radical scavenging ability

圖7 濃縮方式對三價鐵離子還原能力的影響Fig.7 Influence of concentration method on reduction capacity of ferric ion

如圖6、圖7所示，兩種濃縮技術制備的枸杞汁樣品具有不同的抗氧化能力；相同的可溶性固形物下，兩種濃縮方式處理后的濃縮果汁的抗氧化能力間差異顯著（p<0.05）。熱濃縮組與真空濃縮組對ABTS+自由基清除率與對照組樣品相比分別由2．33 mg Trolox/mL上升至 18．26 mg Trolox/mL 和 13．92 mg Trolox/mL，分別是對照組樣品ABTS+自由基清除能力的7．84倍和5．97倍；且三價鐵離子還原能力分別由0．81 mg Trolox/mL上升至 7．41 mg Trolox/mL 和 2．89 mg Trolox/mL，是對照組的7．31倍和3．57倍。結果顯示，相比于真空濃縮組，熱濃縮組處理后的濃縮果汁的抗氧化活性保持較好。

2.6 濃縮方式對總類胡蘿卜素含量的影響

類胡蘿卜素是一類具有聚異戊二烯長鏈結構的不飽和化合物，廣泛存在于果蔬中，具有抗氧活性是合成維生素A的重要來源、天然色素，可增強免疫能力和臨床應用意義。研究表明枸杞子中總類胡蘿卜素可分為游離胡蘿卜素和類胡蘿卜素脂肪酸酯[39-40]。濃縮方式對總類胡蘿卜素含量的影響見圖8。

圖8 濃縮方式對總類胡蘿卜素含量的影響Fig.8 Effect of concentration method on total carotene content

如圖8所示，兩種濃縮組中總類胡蘿卜素含量差異顯著（p<0.05）。濃縮過程中總類胡蘿卜素含量不斷累積，當濃縮至50°Brix時，熱濃縮組與真空濃縮組中總類胡蘿卜素含量分別達到13.86 μg/mL和5.97 μg/mL，分別為對照組樣品的7.7倍和3.32倍。類胡蘿卜素對光照和溫度敏感，因而易于降解；同時濃縮效率間接影響了降解的速度，速率越快保留率越高。

2.7 濃縮方式對色度的影響

果蔬汁濃縮過程中常常伴隨著褐變反應，包括酶促褐變和非酶褐變，由于酚類物質和酚類衍生物產生化學反應，或者氨基酸和糖類由于加熱產生美拉德反應以及焦糖化作用，進而造成產品色澤的顯著變化，影響產品的感官[41-43]。熱濃縮對濃縮汁色度的影響見圖9，真空濃縮對濃縮汁色度的影響見圖10。

圖9 熱濃縮對濃縮汁色度的影響Fig.9 Effect of thermal concentration on chroma of concentrated juice

圖10 真空濃縮對濃縮汁色度的影響Fig.10 Effect of vacuum concentration on chroma of concentrated juice

如圖9、圖10所示，與對照組樣品相比，兩種濃縮方式下枸杞汁的色澤均隨可溶性固形物濃度變化而變化，其中熱濃縮中L*、b*值和a*值均隨可溶性固形物升高而下降，說明經熱濃縮的枸杞汁亮值、紅值、黃值均降低，此時色澤中b*值最高因此使得濃縮后枸杞汁呈現暗紅偏黃色的色澤；真空濃縮組的b*值顯著降低，L*和a*值變化趨勢小，表明經真空濃縮的枸杞汁黃值顯著降低，因此使得濃縮后枸杞汁呈現暗紅色。

枸杞汁濃縮至40°Brix時，相比真空濃縮組，熱濃縮組中L*、b*值升高幅度更顯著，表明熱濃縮前期可有效保護枸杞汁的亮度和黃色光澤，這可能是由于加熱濃縮效率更高，縮短了樣品產生褐變的時間。當濃縮至 40°Brix～70°Brix之間時，熱濃縮 L*、a*和 b*值下降趨勢更大，這可能是由于熱濃縮溫度處于上升過程，高溫使枸杞濃縮汁中豐富的果糖和葡萄糖等還原糖發生美拉德反應，糖類物質在加熱濃縮產生焦糖化，酚類極其衍生物受熱氧化，而真空濃縮溫度穩定，致使其色差變化較小。結果分析可得，相比熱濃縮組，真空濃縮組對枸杞汁的色度保護效果更優，顏色更符合產品需求，更容易被消費者接受。

3 結論

試驗研究了兩種濃縮方式對枸杞汁品質的影響，以高濃縮效率，總色差變化較小為標準，確定55℃為真空濃縮組的加熱溫度，800 W為熱濃縮組的電磁爐加熱功率；依據黏度變化，確定50°Brix時為濃縮終點。相比真空濃縮組，熱濃縮組對枸杞汁汁中總類胡蘿卜素、多酚黃酮類物質含量的保留率更優，且抗氧化能力變化趨勢與總酚、總黃酮含量變化趨勢呈相關性，因此熱濃縮組的抗氧化能力保持較好。枸杞汁在濃縮過程中顏色的變化主要與美拉德反應程度、類胡蘿卜素的保留和酚類物質的化學反應密切相關。高溫促進枸杞汁濃縮中還原糖（果糖和葡萄糖）發生美拉德反應，致使其色澤呈現暗紅偏黃色，總色差相對較大。相比熱濃縮組，真空濃縮組能更好地保護枸杞汁的色度，呈現暗紅色的光澤，更容易被消費者接受。