非濃縮還原蘋果汁加工過程中物料感官品質的變化

李曉磊，王克眾，潘 儼，馬 燕，徐 斌，張 平，孟新濤

(1.新疆農科院農產品貯藏加工研究所/新疆主要農副產品精深加工工程技術研究中心，烏魯木齊 830091；2.新疆農業大學食品科學與藥學學院，烏魯木齊 830052；3.新疆點點星光檢測技術有限公司，烏魯木齊 830054)

0 引 言

【研究意義】非濃縮還原果汁簡稱NFC(Not-From-Concentrate)果汁，由果實壓榨成鮮榨汁后經滅菌和無菌灌裝加工而成，其特點是不加任何食品添加劑且不經濃縮還原。更好的保持新鮮果蔬的風味和營養物質活性[1]。但NFC果汁加工過程中存在易褐變、貯存過程中沉淀多、產品保質期較短等問題，制約了NFC果汁產業的發展。【前人研究進展】目前，市場上大部分的鮮果蔬汁是采用物理方法從原果汁中除去一定比例的天然水分，把原果汁濃縮，糖含量較高的具有果汁應有特征的FC果汁[2-5]，但濃縮果汁的營養成分和口感無法同NFC果蔬汁相比較，近年來國內外消費者對NFC果汁的需求持續增長[6-9]。NFC果汁的工業化生產中常規工藝是蘋果原料清洗破碎之后進行榨汁、熱處理(滅酶)、均質、二次熱處理(殺菌)與灌裝。各加工環節對于果汁品質存在一定的影響[10-11]。有關熱處理等對NFC蘋果汁糖酸含量的影響已有研究[12-13]。在調控果汁內在品質的基礎上，更好地維持果汁的感官品質，保證果汁的衛生品質，延長果汁貨架期[15-16]。【本研究切入點】NFC蘋果汁加工過程中，各加工環節對于外界環境的接觸程度和氧氣溶于果汁的程度不同，會引起果汁褐變的程度不同，感官品質產生差異。需研究非濃縮還原(NFC)蘋果汁加工過程中引起物料感官品質變化的關鍵環節。【擬解決的關鍵問題】以阿克蘇冰糖心富士蘋果為試材，研究原料、榨汁、熱處理(滅酶)、均質、超聲、熱處理(殺菌)與灌裝等加工環節對NFC蘋果汁糖酸含量的影響，測定NFC蘋果汁加工過程中各加工環節物料在顏色、濁度、可溶性固形物和可滴定酸的含量以及風味物質變化等方面的差異性，分析不同加工環節對其品質指標和風味物質的影響，分析引起NFC蘋果汁品質變化的關鍵加工環節，為NFC蘋果汁工業化生產中品質調控和低溫保質提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

于2018年10月25日在新疆阿克蘇地區溫宿縣，采收果面底色均勻、大小均勻(直徑8～10 cm)的一級規格富士蘋果，運輸至新疆農業科學院試驗冷庫，預冷至果實中心溫度5～8℃，經K-BA100R型無損檢測儀分選得到可溶性固形物含量15%～16%的蘋果原料作為試驗材料，移入0～2℃冷庫存用。

試驗主要儀器為PAL-BX/ACID2型數顯糖酸儀(日本Atago愛宕公司)，YS6060型臺式色差儀(深圳三恩馳科技有限公司)，WZS-188型濁度儀(上海儀電科學儀器股份公司)，AR8010+型溶氧儀(東莞萬創電子制品有限公司)，Flavour Spec型氣相離子遷移譜聯用儀(德國G.A.S公司)，T18 型分散機(德國IKA公司)，FT74XTS型高溫/超高溫瞬時殺菌機(英國Armfield公司)，JY92-IIN型超聲波細胞粉碎機(寧波新芝科技股份有限公司)，SC-650HL型低溫展示柜(青島海爾特種電冰柜有限公司)，SW-CJ-2FD型超凈工作臺(上海博迅實業有限公司醫療設備廠)，KC-280型數控液體灌裝機(溫州市凱馳包裝機械有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 果汁制備

參考NFC果汁加工工藝[1]，流程：冷藏原料果經清洗破碎后用榨汁機出汁，經超高溫瞬時殺菌機完成第1次熱處理(滅酶，85℃、15 s)和冷卻。NFC蘋果汁熱處理后通過分散機和超聲波細胞粉碎機進一步均質破碎，再經超高溫瞬時殺菌機第2次熱處理和冷卻(殺菌，90℃、15 s)，在超凈工作臺內對NFC蘋果汁無菌罐裝。2次熱處理、灌裝、成品按工藝單元的參數控制溫度外，榨汁溫度控制在室溫(20±3)℃操作，原料整果和碎塊均在低溫展示柜(4±1)℃暫存。收集每個加工環節之后的果汁樣品，重復制備收集3次。收集的樣品經液氮冷凍，置于-80℃超低溫冰箱存用。圖1

圖1 NFC蘋果汁制備流程

1.2.2 果汁物料理化性質

1.2.2.1 果汁物料色澤

用YS6060型臺式色差儀測得L值(亮度)、a值(紅綠色)、b值(黃藍色)。參考潘儼[2]方法計算色度值C和色澤h。

h=[tan-1(b/a)/2π]×360+180.

不同加工環節的果汁物料的顏色品質可通過亮度值L、色度值c和色澤h來表示。其中L表示亮度，范圍從黑(0)到白(100)；C值表示色度，反映顏色的艷度、色像素的豐度，h值表示色澤、色度角，h值在90與180范圍內，數值趨近180、顏色趨于綠色，數值趨近90，色澤趨于黃色。

1.2.2.2 果汁物料濁度

使用WZS-188型濁度儀測定NFC蘋果汁物料濁度的，每個果汁樣品平行測定3次，取其平均值。

1.2.2.3 果汁物料可溶性固形物含量

吸取200 μL的果汁物料，置于PAL-BX/ACID2型糖酸儀的測定區，糖酸儀讀取的數據即為可溶性固形物含量。

1.2.2.4 果汁物料可滴定酸含量和固酸比

吸取980 μL的超純水置于盛有200 μL同樣果汁樣品的糖酸儀測定區內，混勻之后，讀取數據，并通過校正曲線校正，記錄數據即為可滴定酸含量，每個果汁樣品平行測定3次，取其平均值，計算求得固酸比，即可溶性固形物與可滴定酸的比值。

圖2 色度角h顏色圖譜

1.2.2.5 果汁物料非酶褐變指數(NEBI)

使用離心法測定果汁的非酶褐變指數(non-enzymatic browning index, NEBI)[1]。

1.2.3 果汁物料芳香物質

1.2.3.1 GC-IMS測定條件

頂空氣相瓶內的孵化溫度為30℃、孵化時間10 min。色譜柱溫度30℃、運行時間15 min，載氣的流速梯度設置為0～2 min為2.00 mL/min，2～5 min由2.00 mL/min升高至50.00 mL/min，5～10 min增至100.00 mL/min，之后10～15 min保持100.00 mL/min。頂空進樣針溫度35℃、進樣量500 μL。

1.2.3.2 GC-IMS檢測

將樣品破碎后，稱取5.00 g果肉或者吸取0.20 g果汁于20 mL頂空進樣瓶中孵化，由氣相離子遷移色譜儀自動進樣進行測定。

1.3 數據處理

使用氣相離子遷移譜儀配置的軟件對風味物質進行測定和分析，使用SigmaPlot 12.5軟件作圖，采用SPSS 20.0統計分析軟件的Duncan和單因素ANOVA進行顯著性和方差分析。

2 結果與分析

2.1 NFC蘋果汁加工過程中顏色和濁度的變化

研究表明，榨汁工段的果汁與原料相比，亮度值L和色澤h顯著下降了30.99%(P<0.01)和13.45%(P<0.01)，但是色度C顯著升高了27.62%(P<0.01)；護色使得亮度值L和色澤h顯著升高了6.75%(P<0.01)和10.79%(P<0.01)，色澤C顯著降低了18.26%(P<0.01)；經過滅酶環節，果汁物料的亮度值L和色度C顯著升高了8.49%(P<0.01)和8.21%(P<0.01)。均質環節使得果汁物料的亮度值L降低了6.76%(P<0.01)，色度C升高了14.33%(P<0.01)，色澤h的變化從滅酶到灌裝環節差異不顯著，從超聲到灌裝，亮度值L和色度C的變化差異也不顯著。

滅酶環節使果汁的濁度顯著升高了8.20%(P<0.01)，均質使濁度升高了4.62%(P<0.01)，超聲使濁度升高了3.80%(P<0.05)，殺菌同樣使果汁濁度升高，但相較于滅酶均質和超聲并不顯著。圖3

注：圖中不同的小寫字母表示不同加工環節蘋果汁的顏色和濁度的變化在α=0.05水平上具有顯著性

2.2 NFC蘋果汁加工過程中可溶性固形物和可滴定酸含量的變化

研究表明，均質和殺菌環節使得可溶性固形物含量顯著降低了1.54%(P<0.05)和2.04%(P<0.01)；可滴定酸的含量也沒有顯著變化(P>0.05)。在果汁的加工過程中，各加工環節對于果汁物料口感上的糖酸風味并不會有較大的影響。圖4

注：圖中不同的小寫字母表示不同加工環節蘋果汁的可溶性固形物和可滴定酸的變化在α=0.05水平上具有顯著性

2.3 NFC蘋果汁加工過程中果汁固酸比的變化

研究表明，經過滅酶的果汁樣品與滅酶前的樣品相比，固酸比出現顯著升高(P<0.01)。經過灌裝的果汁樣品，固酸比顯著降低(P<0.01)，且均質、超聲、殺菌各工段樣品固酸比的差異不顯著，但較灌裝、榨汁樣品和原料果的差異顯著，灌裝得到的果汁固酸比與果實原料相比顯著不顯著，雖然在NFC蘋果汁在加工過程中可溶性糖和有機酸的含量會發生變化、固酸比也會有略微升高，但對于果汁產品而言差異不顯著，且能夠較好地保持果實原料的糖酸風味。圖5

注：圖中不同的小寫字母表示不同加工環節蘋果汁的固酸比的變化在α=0.05水平上具有顯著性

2.4 NFC蘋果汁加工過程中溶氧量和非酶褐變指數的變化

研究表明，加工環節對于果汁物料溶氧量和非酶褐變指數的影響是不同的。護色使得果汁物料的NEBI值顯著降低了46.73%(P<0.01)，滅酶使得NEBI值升高了15.5%(P<0.05)，而均質化對果汁非酶褐變的影響較小，熱巴氏滅菌法加速了美拉德反應，形成了褐變化合物，使汁液顏色變暗，使NEBI隨著蘋果汁生產而增加。護色使果汁物料的溶氧量顯著降低了95.6%(P<0.01)，而滅酶和均質使溶氧量顯著升高(P<0.01)，殺菌和灌裝使溶氧量顯著降低了5.7%(P<0.01)和28.5%(P<0.01)。圖6

注：圖中不同的小寫字母表示不同加工環節蘋果汁的非酶褐變指數和溶氧量的變化在α=0.05水平上具有顯著性

2.5 NFC蘋果汁加工過程中風味物質的變化

2.5.1 NFC蘋果汁加工過程中風味物質的定性

研究表明，氣相離子遷移色譜儀的測定結果可直接比較不同加工環節果汁的風味物質差異，并以顏色表示物質的含量，越趨于淺藍色則表示含量越低，越趨于紅色則表示含量越高。從圖中可以看出，不同加工環節果汁物料的風味物質可通過GC-IMS技術得到很好的分離，且可直觀識別不同加工環節的揮發性物質的差異。以氣相離子遷移色譜儀的內置數據資料庫，只能定性識別28種風味物質。圖7，表1

表1 樣品揮發性組分的定性

圖7 不同加工環節果汁的氣相離子遷移譜

2.5.2 NFC蘋果汁不同加工環節對風味物質的影響

研究表明，NFC蘋果汁加工過程中，從原料、榨汁、護色、滅酶、均質、超聲、殺菌和灌裝的果汁物料中分別定性檢出27、28、28、27、27、27、27和27種風味物質，全部共28種。其中酮類化合物占7.14%、醇類化合物占25.00%、醛類化合物占25.00%、酯類化合物占25.00%、酸類化合物10.71%、萜烯類化合物占3.57%、醚類化合物占3.57%。構成NFC果汁風味品質的香氣物質基礎主要為醇類、酯類和醛類組分。圖8

注：1～2屬于酮類；3～9屬于醇類；10～16屬于醛類；17～23屬于酯類；24～26屬于酸類；27屬于萜烯類；28屬于醚類

研究表明，在NFC蘋果汁加工過程中，不同加工環節對于果汁風味物質的影響是不同的。在加工中，因為高溫或者光照，一些芳香化合物會分解，甚至消失，有些芳香成分則會被合成。在B區域中，2-庚酮、辛醛、2-甲基丁酸、乙二醇單丁醚在原料中含量豐富，但在之后的加工過程中含量明顯減少。低級飽和脂肪酮具有特殊的香氣，如檢測出的2-庚酮具有似梨的果香味，辛醛具有典型的柑橘香氣，2-甲基丁酸具有酸敗干酪味，乙二醇單丁醚微有香味。C區域中是榨汁和護色環節出現的6種風味物質，包括：丙醛、丙酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸、異丁酸。丙醛具有類似可可、咖啡的氣味，丙酸乙酯似菠蘿的香味，乙酸乙酯具有濃郁果香類氣味，乙酸丁酯被描述為"果香型"，乙酸有明顯酸味，異丁酸具有酸敗的奶油氣味，D區域為榨汁環節含量明顯減少但是通過后續的滅酶環節又明顯增加的3種風味物質，包括：2-甲基丙醇、5-甲基-2-呋喃甲醇、異戊醇。2-甲基丙醇、5-甲基-2-呋喃甲醇具有青草味，異戊醇則具有不愉快的風味。E區域為在加工過程中含量逐漸減少的6種風味物質，包括：2-丙酮、丁醛、己醛、庚醛、壬醛、α-蒎烯。2-丙酮具有特有的芳香味、略有刺激性甜味，丁醛、己醛是"清香型"的風味物質，庚醛則在稀釋后具有類似甜杏、堅果香氣，壬醛具有甜橙氣息，α-蒎烯則具有甜香和松脂味。圖9

注：A 不同加工環節果汁中含量沒有顯著變化的9種風味物質；B 原料中含量豐富但隨著之后的加工環節明顯減少的4種物質；C榨汁和護色環節果汁含量較高的6種風味物質；D 榨汁環節果汁中含量明顯減少的3種風味物質；E 隨著果汁的連續制備，滅酶環節含量出現顯著變化的6種風味物質

研究表明，利用GC-IMS的插件程序dynamicPCA plug-ins插件程序進行PCA處理，前2個主成分的累計方差貢獻率為70%。由于落點距離越近的數據點具有更接近的性質，因此，可以判斷，榨汁和護色環節在一個區域，滅酶和均質環節在一個區域，超聲、殺菌和灌裝在一個區域，榨汁、滅酶和超聲為影響風味物質的主要環節。圖10

圖10 不同加工環節蘋果汁的氣相離子遷移色譜指紋圖譜PCA

3 討 論

3.1 不同加工環節蘋果汁理化特性的差異

在NFC蘋果汁的加工過程中，各加工環節對于蘋果汁理化特性的影響是不同的。實驗通過對不同加工環節的蘋果汁分段取樣后測定了理化特性的變化。榨汁環節使得亮度值L和色澤h降低、色度C升高，可能是由于壓榨過程中使得果汁與氧氣大面積接觸，導致部分果汁發生褐變反應使顏色加深[2,17]；護色使得亮度值L和色澤h顯著升高，色澤C顯著降低，這是因為榨汁結束之后直接加入了抗壞血酸進行了護色，使得顏色變亮、變黃、艷度降低[18-19]；滅酶環節，果汁物料的亮度值L和色度值C顯著升高了，可能是由于溫度抑制了蘋果汁的褐變[20]；均質環節使得果汁物料的亮度值L降低，色度值C升高，可能是因為雖然滅酶環節使得多酚氧化酶鈍化或者失活，但是果膠甲酯酶并沒有完全失活，均質使得部分氧氣混于果汁發生少量褐變，這與之前的研究報道一致[21-22]；滅酶、殺菌、超聲和均質均使果汁的濁度顯著升高，這與之前的研究結果也一致[23]；均質和殺菌環節使得可溶性固形物含量顯著降低且整個加工過程中，可滴定酸的含量沒有顯著變化，這與之前田由等[1]的研究結果有出入，可能是因為各加工環節的儀器和操作差異造成的。護色因抗壞血酸的添加使得果汁物料的NEBI值顯著降低，滅酶使得NEBI值升高，這可能是因為滅酶溫度較高，引起了部分非酶褐變反應的發生[24]，均質也因為部分氧氣再次混入果汁使NEBI增加，這與之前的研究報道結果一致；護色、殺菌和灌裝使得果汁物料溶氧量顯著降低。因此，NFC蘋果汁加工過程中的各加工環節對果汁理化特性均有影響，但灌裝環節較與其他環節對果汁理化特性的影響較小。

3.2 不同加工環節蘋果汁風味物質的差異

榨汁環節使果實原料中的2-庚酮、辛醛、2-甲基丁酸、乙二醇甲丁醚等風味物質減少，且在之后的加工環節中風味物質含量也減少，這可能是因為榨汁的壓榨和研磨使得果汁出現了新的風味物質：丙醛、丙酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸和異丁酸；滅酶可使榨汁環節出現的新風味物質消失，一些原料、榨汁和護色環節中含量較多的風味物質減少，包括2-丙酮、丁醛、己醛、庚醛、壬醛、α-蒎烯等，這可能是由于滅酶在高溫條件下，使果汁的部分風味物質減少，這與之前報道巴氏殺菌會使得醛酮類物質減少較一致[25]；之后的超聲環節則使風味物質繼續減少、含量降低，而殺菌和灌裝環節影響不顯著。該結果與文獻報道的滅酶會因為熱加工使破壞的果肉細胞中釋放出香氣類物質、增加蘋果汁風味物質、殺菌可使果汁風味損失較大有差異，這可能是因為果汁制備過程中兩次熱處理的溫度和時間差異引起的，但是均質環節并未對果汁風味造成影響的結果一致[1]。

4 結 論

榨汁環節使得果汁亮度值L和色澤h降低、色度C升高，對風味物質有影響，護色結束的果汁亮度值L和色澤h顯著升高，色澤C和NEBI值、溶氧量顯著降低，滅酶環節，果汁物料的亮度值L和色度值C、濁度、NEBI值顯著升高，果汁的風味物質減少；均質環節使得果汁物料的亮度值L、可溶性固形物含量降低，色度值C、濁度、NEBI升高，超聲使濁度升高，殺菌使濁度顯著升高，可溶性固形物含量和溶氧量顯著降低，也會減少風味物質的含量。因此，除了灌裝環節，其他工段對于果汁的理化性質和風味物質都有影響。