不同殺菌方式對百香果汁感官和營養品質的影響

牛慧慧，張慧云，鄒文惠，云雨柔，田俊，易俊潔，周林燕

(昆明理工大學 食品科學與工程學院，云南 昆明，650504)

百香果屬熱帶多年生草質藤本常綠果樹，起源于南美洲的熱帶和溫暖氣候地區，在我國主要分布于臺灣、廣西、廣東、云南等地區。百香果含有人體所需的維生素C、類胡蘿卜素、酚類化合物等多種活性物質，可較好地消除許多惡性和慢性疾病病理過程中產生的自由基，降低心血管疾病發病風險[1]。近年來，百香果因其較高的營養價值和獨特的香氣引起了研究者和生產者的興趣。百香果芳香化合物以酯類為主，占總芳香化合物的72.99%～86.82%，醇類(4.87%～11.63%) 和烯類(2.68%～10.41%) 次之，酮類、醛類、酸類、烷類等含量較低[2]。

熱殺菌是果汁加工的關鍵工序之一，能夠有效殺滅原料中的微生物并鈍化內源酶，對提高果汁的安全性和延長保質期有重要作用。但高溫往往使產品產生不良的色澤及風味，營養價值降低，從而導致產品品質劣變[3]。SANDI等[4]發現，百香果汁經巴氏殺菌(pasteurization，PT)(80 ℃/60 s) 后芳香化合物中酯類物質降低了約50%。百香果汁中維生素C含量約為37.66 mg/100g，是主要的營養成分，對熱十分敏感，熱處理后(110 ℃/8.6 s)其含量顯著降低了18.3%[5]。此外，研究發現百香果和木瓜復合果汁在經過不同熱處理(82 ℃/40 s, 110 ℃/8.6 s)后，總酚含量分別下降了44.0%和25.8%[5-6]。

超高壓殺菌技術(high pressure processing，HPP) 是一種成功商業化的非熱殺菌技術，可利用壓力來滅活微生物、鈍化酶，減少了對營養和香氣的損害[7]。大量研究表明，HPP能較好地保留果蔬產品中的芳香化合物和營養成分。ZHANG等[8]研究表明，HPP(600 MPa/15 min) 能較好地保護芒果汁中醇類和醛類等芳香化合物。雖然HPP處理后芒果汁中β-月桂烯、檸檬烯和4-蒈烯的含量顯著低于新鮮芒果汁，但感官評價結果表明，600 MPa /5 min處理的芒果汁與新鮮芒果汁的相似性高于PT處理樣品[9]。LABOISSIRE等[3]感官評價實驗也發現，HPP(300 MPa/5 min) 處理百香果汁與新鮮果汁在感官屬性上有較高的相似性，并且與商業熱處理果汁有很大的差異，但未分析其芳香化合物變化。此外，大量研究已證實HPP能較好地保護獼猴桃汁、菠蘿汁、芒果汁中的酚類、類胡蘿卜素、維生素C等營養物質[10]。

本研究綜合評價和比較了HPP，PT和高溫短時間(high temperature short time，HTST)等不同殺菌方式處理后紫色百香果汁的糖、酸、色澤、芳香化合物等與感官特性相關的成分和性質，以及多酚、維生素C、類胡蘿卜素等抗氧化物質和抗氧化能力的變化。該研究為HPP對百香果的產業化提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫色百香果購自云南瑞麗市萬高農業開發有限責任公司。2-甲基丁酸丁酯、ABTS、DPPH和甲基叔丁基醚，阿拉丁試劑有限公司。糖及胡蘿卜素標準品，上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

SHPP-DZ-600型超高壓設備，山西三水河科技股份有限公司；TS-20型微型超高溫殺菌機，上海順儀實驗設備有限公司；Agera色差儀，美國亨特立公司；1260型高效液相色譜，美國安捷倫科技有限公司；GC-2010 Plus氣相色譜儀、GC-MS-QP 2010超系列質譜儀,日本島津公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 百香果汁制備

百香果切開，分離果肉，采用2層尼龍紗布過濾，去除殘渣[3]。

1.3.2 HPP

HPP在超高壓設備中進行。處理壓力：600 MPa；保壓時間：5 min；處理溫度：(20±1) ℃。

1.3.3 熱處理

熱處理在微型超高溫殺菌機中進行。處理強度：PT(85 ℃/30 s)、HTST(110 ℃/8.6 s)[11]。將百香果原汁作為未處理組。

1.3.4 總可溶性固形物(total soluble solids，TSS)及單糖的測定

TSS采用數字Brix折射儀測定。單糖參照萬鵬等[12]的方法用高效液相色譜進行分析。

1.3.5 pH，總酸和有機酸的測定

pH值采用pH計測定，總酸采用GB/T 12456—2021《食品中總酸的測定》，有機酸根據WIBOWO等[13]的方法使用高效液相色譜分析。

1.3.6 色澤測定

利用Hunter Lab色差儀測定色差值(L*,a*和b*)。總色差(ΔE)由公式(1)計算[5]：

(1)

根據HU等[7]的方法，褐變指數(browning index，BI)用420 nm處的吸光度表示。

1.3.7 芳香化合物測定

采用GC-MS對樣品芳香化合物進行測定[9]。吸取5 mL樣品于頂空瓶，加入1.8 g NaCl、10 μL 2-甲基丁酸丁酯(100 μL/L)，在40 ℃平衡5 min，插入老化過的萃取頭，頂空吸附10 min。色譜柱：HP-5柱(5% phenyl-polymethylsiloxane, 30 m × 0.25 mm × 0.25 mm)。電子電離離子源：離子源溫度230 ℃；電子能量70 eV；接口溫度230 ℃；全掃描方式；質量掃描范圍m/z33～500。GC-MS分析得到的質譜數據經NIST文庫的檢索及保留指數，鑒定色譜峰；采用內標法對各成分進行定量。

1.3.8 維生素C測定

維生素C測定參照SANCHEZ等[5]的方法，采用液相色譜法分析。

1.3.9 類胡蘿卜素測定

類胡蘿卜素的提取方法參照GIUFFRIDA等[14]的方法進行提取，用液相色譜法分析。

1.3.10 總酚含量(total phenolic content，TPC)、總黃酮含量(total flavone content，TFC)及抗氧化能力分析

基于殷曉翠等[15]的方法，采用福林酚法、三氯化鋁比色法分別測定TPC和TFC。TPC以果汁的沒食子酸當量(gallic acid equivalent, GAE)來表示(mg GAE/L)，TFC以果汁的蘆丁當量(rutin equivalent, RE)來表示(mg RE/L)。

采用自由基清除能力法(DPPH自由基和ABTS陽離子自由基清除法)測定百香果汁的抗氧化能力。結果用mmol trolox equivalent當量(TE)/L表示。

1.3.11 感官評價分析

感官評價小組由30名評分員組成，按照標準的定量描述分析方法對未處理、HPP、PT和HTST處理后的百香果汁進行評價。參照LABOISSIRE等[3]的方法，制定評分標準。采用九分制評估每個感官屬性的強度，感官評價總分為各指標得分之和的平均值。

1.4 數據處理

采用Origin 8.0(OriginLab, Inc., USA)和SPSS 20.0對數據進行統計分析，結果用均值±SD(n≥3)表示。采用單因素方差分析進行Tukey顯著性差異檢驗，P<0.05，差異顯著。采用在線處理軟件Bioinformaticsa進行主成分分析(principal component analysis，PCA)，MetaboAnalyst進行熱圖分析。

2 結果與分析

2.1 糖和酸的變化

由表1可知，未處理組的TSS、pH和總酸分別為14.55 °Brix、2.89和28.65%，HPP處理后均無顯著性變化。YI等[16]也發現蘋果汁HPP(600 MPa/3 min)處理后，上述指標無顯著性變化。熱處理后TSS顯著增加，其中HTST處理后TSS增加了6.7%，推測是由于加熱過程中淀粉和果膠在百香果汁(pH 2.89)的酸性條件下降解為可溶性的小分子物質[12]。本研究中，百香果汁中檢測到葡萄糖、果糖、蔗糖3種糖，草酸、蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸和奎寧酸6種有機酸。其中，檸檬酸是含量最高的有機酸，占88.5%。XIE等[17]也發現黃色百香果汁的有機酸中檸檬酸含量最高，占總含量的85.3%。糖和有機酸的組成決定了水果及產品的甜味和酸味，對水果制品的感官特性起著決定性作用[13]。HPP處理后百香果汁里的糖和有機酸沒有發生顯著變化，表明HPP不會改變百香果汁的甜味和酸味特性。YI等[16]的研究也發現HPP不會改變蘋果汁中糖和有機酸的含量。果汁中的糖較為穩定，PT和HTST處理后3種糖均無顯著性變化。CHENG等[18]等發現熱處理(90 ℃/30 s)后柑橘汁的糖沒有顯著變化。但熱處理后百香果汁中的奎寧酸含量增加，而奎寧酸有苦味和澀味[19]，導致果汁的感官品質有所下降。另外，HTST處理后蘋果酸含量顯著降低20.5%，可能是由于高溫使得蘋果酸的降解反應加快。李曉磊等[20]的研究也發現熱處理(90 ℃/15 s)后蘋果汁中蘋果酸含量降低了14.45%。

表1 HPP、PT及HTST對百香果汁糖和酸的影響Table 1 Effects of HPP, PT and HTST on sugars and acids of passion fruit juice

2.2 顏色的變化

百香果汁經HPP、PT和HTST處理后的CIELAB參數見表2。未處理百香果汁初始的L*、a*和b*值分別為62.71、13.95、65.50。HPP處理與未處理百香果汁的顏色參數無顯著差異，這是由于HPP對顏色相關化合物的共價鍵影響較小，因此能較好地保護樣品顏色[21]。熱處理對顏色影響較大，PT和HTST處理后L*值分別降低了4.4%和8.0%；a*值增加了10.4%和11.1%；b*值降低了10.1%和13.6%。HPP處理后百香果汁的ΔE值為0.65, PT和HTST處理后樣品的ΔE值顯著提高至7.31和10.45。同樣的，百香果汁的BI值在HPP處理后沒有顯著變化，而PT和HTST處理后分別顯著增加了15.1%和20.8%。HU等[7]也發現嘉寶果汁(Myrciaria cauliflora)在PT(90 ℃/60 s)處理后，BI值顯著增加了51.2%，而HPP(400 MPa/5 min;600 MPa/5 min)處理后沒有顯著變化。上述顏色參數的變化都說明HPP能較好地保護百香果汁的顏色，而PT和HTST處理后顏色明顯變暗(ΔE>6)[11]。

2.3 芳香化合物的變化

未處理百香果汁共鑒定出47種芳香化合物，包括19種酯類、16種醇類、5種酮類、5種烴類和2種酸類，其中甲基庚烯醇(37.26 μg/L)、橙化基丙酮(23.32 μg/L)、茶螺烷(12.53 μg/L)、硬脂醇(10.30 μg/L)、硬脂酸(8.55 μg/L)5種化合物在已知的百香果相關文獻中未見報道。從圖1-a可以看出，未處理果汁中的芳香化合物以酯類為主，占比73.0%，其主要表現為果香[13]。酯類中以丁酸乙酯含量最高，為2 785.91 μg/L，其次為已酸乙酯(649.21 μg/L)；醇類是百香果汁中的第二大類芳香化合物，占總芳香化合物的21.9%，主要呈現出酒香和果香。醇類中丙酮醇含量最高，為736.84 μg/L，其次為芳樟醇，含量為252.91 μg/L。酮類在總芳香化合物中占2.3%，賦予了百香果汁花香和果香味。酸僅占1.6%，其具有脂肪味、蠟味等特征。另外，還檢測到少量的烯烴類化合物，僅占1.3%。百香果汁中醇類、酮類在HPP處理后分別顯著提高11.5%和32.3%，烯烴類則顯著降低14.6%。而熱處理后主要芳香化合物均顯著降低，酯類在PT和HTST處理后分別降低了12.6%和34.9%。前人的研究也表明，與熱處理相比，HPP能較好地保留蘋果汁和芒果汁的芳香化合物[9，16]。

表2 HPP、PT及HTST對百香果汁顏色特性(L*、a*、b*、 ΔE及BI值)的影響Table 2 Effect of HPP, PT and HTSTon color characteristics (L*, a*, b*, ΔE and BI values) of passion fruit juice

如圖1-b所示，HPP處理果汁的香氣特征更接近于未處理組，另外，HPP促進了某些酯類增加。例如，HPP處理后乙酸丙酯、乙酸芐酯和丁酸甲酯分別增加了33.8%、13.2%和12.5%，酯的增加也增加了樣品的果香味[13]。有研究報道，HPP可通過促進或延緩酶促反應和化學反應間接改變芳香化合物的含量，從而導致香氣的總體變化[22]。熱處理降低了大部分芳香化合物含量，其總含量分別降低17.3%(PT)和38.8% (HTST)。其中乙酸異戊酯、異戊醇、苯乙烯在兩種熱殺菌處理后完全消失，表明這些化合物對高溫非常敏感。PT和HTST處理后百香果汁中酯類和醇類的損失，導致樣品新鮮、果香和草香味減弱。另外，經HTST處理后甲基庚烯酮、氧化芳樟醇、棕櫚酸、乙酸丙酯、苯甲醇和檸檬烯分別顯著升高261.3%、171.9%、146.1%、138.6%、95.3%和70.9%。這些化合物的增加可能與美拉德反應和氧化反應(如類胡蘿卜素和不飽和脂肪酸降解) 有關。一些芳香化合物的增加可能會產生不受歡迎的氣味，如甲基庚烯酮是發霉味的主要來源，而氧化芳樟醇帶有輕微泥土香。

a-未處理、HPP、PT及HTST處理百香果汁主要芳香化合物的含量；b-未處理、HPP、PT和HTST處理的百香果汁中47種的芳香化合物聚類分析圖圖1 未處理、HPP、PT及HTST處理百香果汁芳香化合物分析Fig.1 Analysis of aroma compounds in control, HPP, PT and HTST treated passion fruit juice

2.4 抗氧化物質和抗氧化能力的變化

如表3所示，未處理百香果汁中維生素C、抗壞血酸(ascorbic acid，AA)和脫氫抗壞血酸(dehydroascorbic acid,DHAA)的初始值分別為219.69、87.8、131.89 mg/mL。HPP和PT處理對其均無顯著性影響，但HTST處理后AA和DHAA分別顯著降低了8.9%和13.4%。維生素C極不穩定，AA可能具有抗氧化和促氧化的特性，通過氧化反應被降解為DHAA，而DHAA可繼續被水解為2,3-二酮古醛酸(2,3-diketogulonic acid，DKG)，DKG可再被氧化為50多種物質[23]。百香果汁中共檢出番茄紅素、玉米黃質、β-隱黃質和β-胡蘿卜素等4種類胡蘿卜素。其中β-胡蘿卜素(221.21 μg/mL)含量最高，占總類胡蘿卜素的66.4%。百香果的類胡蘿卜素種類主要取決于其品種和產地。DOS REIS等[1]發現紫色百香果汁中類胡蘿卜素含量依次為β-胡蘿卜素(59.6%)、α-胡蘿卜素(35.9%)和β-隱黃質(10.7%)；黃金百香果中類胡蘿卜素含量依次為β-胡蘿卜素(74.7%)、β-隱黃質(14.3%)、α-胡蘿卜素(4.8%)、玉米黃質(3.7%)和葉黃素(2.5%)；橙色百香果中含量最多的類胡蘿卜素是番茄紅素，占比高達82.4%。由于類胡蘿卜素分子結構不同，其對不同殺菌方式的穩定性差異較大。番茄紅素具有線性分子結構，可在葉綠體中以針狀結晶顆粒形式存在，因此具有較好的穩定性[24]。本研究發現，百香果汁經HPP和PT處理后番茄紅素沒有顯著變化。而其他3種類胡蘿卜素經處理后含量均顯著降低，尤其是HTST處理后百香果汁中的玉米黃質、β-隱黃質和β-胡蘿卜素的損失率分別達22.8%、25.4%和31.8%。熱處理后百香果汁中類胡蘿卜素的損失會導致百香果汁顏色劣變，營養品質降低。HPP和PT處理后樣品的TPC、TFC沒有顯著變化，而HTST處理后TPC和TFC顯著增加，這可能是由于高溫破壞細胞結構、加速液泡內酚類物質的溶出，從而極大地提高了酚類含量[10]。

采用DPPH法和ABTS法測定百香果汁的抗氧化能力為3 583.70 mmol TE/L和3 411.43 mmol TE/L。不同殺菌處理后，兩種方法測定結果的變化相似。與未處理組相比，HPP處理樣品的抗氧化能力無顯著變化，HTST處理后兩種方法測定的百香果汁抗氧化性分別降低了35.1%和12.1%。CHEN等[6]采用DPPH法和FRAP法測定蘆筍汁抗氧化能力變化時發現，HPP(550 MPa/5 min)處理樣品的抗氧化能力較HTST(110 ℃/8.6 s)處理高了7.0%和9.3%。

表3 HPP、PT及HTST對百香果汁抗氧化劑(TPC、TFC、維生素C、類胡蘿卜素)及總抗氧化性的影響Table 3 Effect of HPP, PT and HTST on antioxidants (TPC, TFC, Vitamin C and carotenoids), antioxidant capacity of passion fruit juice

2.5 主成分分析

以不同殺菌方式處理獲得的百香果汁作為樣本單元，選取糖、酸、顏色參數、芳香化合物、抗氧化物質及抗氧化能力含量等指標作變量，計算VIP(variable importance in projection) 系數來進行PCA(|VIP|>1)，并生成PC載荷矩陣，對不同殺菌方式處理后百香果汁的品質進行綜合評價。由圖2可知，PC1和PC2分別為61.7%和19.7%，總貢獻率為81.4%。HPP處理百香果汁與未處理組較為接近，表明HPP可以較好的保持百香果汁的原有品質。大部分芳香化合物(如丙酮醇、乙酸芐酯、異戊醇、3-羥基丁酸乙酯、巴豆酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸己酯)，及部分類胡蘿卜素(β-胡蘿卜素、玉米黃質和總胡蘿卜素)在PC1負坐標上有較高的載荷，表明HPP處理后百香果汁的芳香化合物和類胡蘿卜素等損失較小。另外，HTST處理后氧化芳樟醇、丙酮醇、乙酸芐酯、異戊醇等芳香化合物含量降低更明顯。

2.6 感官評價分析

如圖3所示，未處理組和HPP處理組的感官描述曲線高度相似。經HPP處理的百香果汁感官屬性總分最高為6.85分，其次為對照組(6.80分)、PT處理組(6.45分) 和HTST處理組(6.30分)。結果表明，HPP處理組的整體接受度最高，并且與對照組相比樣品細膩度、酸味(滋味)和懸浮顆粒得分明顯提高了4.6%、3.1%和2.7%，即HPP處理對百香果汁的口感、穩定性等感官屬性有較好的提升作用。HTST處理后百香果汁，甜味(滋味)(5.69)、酸味(滋味)(5.71) 和澀味(5.86) 評分明顯下降，致使其綜合評分最低，說明高溫降低了百香果汁的大部分感官特性。

圖2 未處理、HPP、PT及HTST百香果汁感官屬性、 顏色及相關屬性、香氣化合物、抗氧化劑及抗氧化能力屬性的 主成分分析Fig.2 PCA plot of the taste and related attributes, color and related attributes, aroma compounds, antioxidants and antioxidant capacity attributes in control, HPP, PT and HTST treatment passion fruit juice

圖3 未處理、HPP、PT及HTST百香果汁感官評分的 蜘蛛圖分析Fig.3 Spider plot of sensory attributes of control, HPP, PT and HTST treated passion fruit juice

3 結論

百香果因其獨特的風味和豐富的營養品質，深受消費者和生產者的歡迎。熱處理后百香果汁的色澤、風味和營養品質等顯著降低。其中，維生素C、類胡蘿卜素及抗氧化活性等在HTST處理后分別顯著降低了11.6%、65.2%、35.1%(DPPH自由基) 和12.1%(ABTS陽離子自由基)。此外，熱處理導致大部分芳香化合物的損失，尤其是酯類、醇類化合物的減少，減弱了果汁的新鮮、果香味；并且增加了發霉味(甲基庚烯酮)、泥土味(氧化芳樟醇)、脂肪味(棕櫚酸)等溫度誘導的化合物，產生不良氣味。作為一種非熱加工技術，HPP 處理則最大限度的保留了百香果汁的風味、色澤和抗氧化物質。HPP處理后百香果汁中的維生素C、類胡蘿卜素、多酚等抗氧化物質均沒有顯著性變化。HPP還促進了百香果汁中酯類(乙酸丙酯、乙酸芐酯和丁酸甲酯)、醇類(苯甲醇和氧化芳樟醇)等芳香化合物的釋放，增強了其香氣特征。感官評價的結果與儀器分析的結果基本一致。因此，HPP是一種有潛力的加工方式，能較好的保護百香果汁品質，尤其能較好地保護其抗氧化物質和香氣特征。