溫度對真空濃縮梨汁品質的影響及其品質評價模型構建

尹子迎，趙江麗，劉金龍，趙國群，關軍鋒,

（1.河北科技大學食品與生物學院，河北石家莊 050081；2.河北省農林科學院生物技術與食品科學研究所，河北石家莊 050051）

真空加熱濃縮是通過提高環境真空度降低水分沸點，使汁液中水分在低于100 ℃的溫度下蒸發，從而提高汁液中可溶性固形物含量的濃縮技術[1]，具有成本低[2]、操作易控制、濃縮比高[3]、風味及營養物質在適宜溫度下保留率較高[4]的優勢，常用于果蔬汁濃縮[5]。褐變、營養物質損失和香氣逸散是真空濃縮過程中較為常見的問題，濃縮溫度是主要影響因素[6-7]。如趙爾民等[8]探究了70～80 ℃對真空濃縮枇杷汁的影響，發現隨溫度升高會顯著影響透光率和濁度，降低感官質量；李靖靖等[9]考察了40～80 ℃對濃縮蘋果汁抗氧化成分的影響，發現其維生素C 含量、超氧化物歧化酶含量和過氧化氫酶含量隨溫度的升高而降低；曹培杰等[6]研究了真空熱濃縮溫度對桑葚汁抗氧化能力的影響，發現隨溫度升高其羥自由基抑制能力先增加后減小，抗超氧陰離子自由基抑制能力提高，對DPPH 自由基清除力無明顯影響；朱金艷等[10]研究了50～70 ℃對真空熱濃縮藍莓汁的影響,發現隨溫度的升高,其總酚和總黃酮含量逐漸減少,DPPH 自由基清除力逐漸提高。梨汁貯藏加工過程中普遍存非酶促褐變、香氣逸散、營養成分損失等不良因素[11]，不僅影響其外在品質，同時還會降低其營養品質，最終影響梨加工品的市場價值。但是，目前關于真空熱濃縮對梨汁的影響卻鮮有研究報道。

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是一種可以消除評價指標間的相互影響，保留絕大部分信息，壓縮變量代替原指標進行分析的統計方法，廣泛應用于食品品質評價[12]。因子分析是用少數幾個因子去描述多指標或因素之間的聯系，將相關比較密切的幾個變量歸在同一類中，每一類變量就成為一個因子，以較少的幾個因子反映原資料的大部分信息，可以方便地找出主要影響因素以及它們的影響力。巴特利特球體檢驗和KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）檢驗[13]是判斷變量是否適合用于做因子分析的常用檢驗方法。

本研究以雪花梨鮮榨汁為材料，測定不同溫度下制備真空濃縮梨汁的褐變度、pH、總酚含量、總黃酮含量、Fe3+還原力、還原糖、有機酸以及揮發性成分，通過主成分分析和因子分析進行統計分析，構建濃縮梨汁品質評價模型，以期為濃縮梨汁質量控制提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮雪花梨 購自河北省趙縣，采收時間為9 月份；沒食子酸 分析純，北京百靈威科技有限公司；福林酚 優級純，北京博奧拓達科技有限公司；山梨醇、果糖、碳酸鈉、亞硝酸鈉、三氯乙酸 分析純，天津市大茂化學試劑廠；蘆丁、硝酸鋁 分析純，上海生工生物工程有限公司；氫氧化鈉 分析純，天津市大陸化學試劑廠；磷酸氫二鉀、無水乙醇 分析純，天津市永大化學試劑有限公司；葡萄糖 分析純，上海易恩化學技術有限公司；2,2-聯苯基-1-苦基肼基（DPPH）分析純，北京酷來搏科技有限公司；鐵氰化鉀、氯化鐵 分析純，北京索萊寶科技有限公司。

STX1202ZH 型電子天平 北京賽多利斯科學儀器有限公司；PAL-1 型折光儀 廣州市愛宕科學儀器有限公司；HU24FR3L 型多功能榨汁機 韓國惠人電子有限公司；UV2700 型紫外分光光度計、TQ8040 型氣相色譜質譜聯用儀 日本島津公司；RE-52AA 型旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠；SHB-Ⅲ型循環水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司；DK-98-Ⅱ型電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司；1260 型高效液相色譜儀 安捷倫科技有限公司；L-2130 型高效液相色譜儀 株式會社日立制作所社。

1.2 實驗方法

1.2.1 濃縮梨汁的制備 挑選無病蟲害的新鮮雪花梨果實，用流水洗凈；將梨除梗、除核，切成適宜大小塊狀，使用榨汁機破碎取汁。取500 mL 梨汁裝入1 L 蒸餾瓶中真空旋轉蒸發濃縮至可溶性固形物含量到（20±1）°Brix。濃縮條件：真空度為0.005 MPa，轉速60 r/min，加熱溫度分別為50、60、70、80 ℃。

1.2.2 褐變度和pH 的測定 可溶性固形物含量（°Brix）：采用手持型折光儀測定；褐變度：測定樣品于波長420 nm 處的吸光度（水為參比）；pH：采用pH 計測定。

1.2.3 葡萄糖和果糖含量的測定 樣品處理：取濃縮汁10 mL 置于離心管中，加入超純水10 mL，10000 r/min 離心10 min，取上清液過0.22 μm 微孔濾膜，得濾液為待測溶液。

色譜條件：色譜柱NH2UG80（250 mm×4.6 mm×5 μm），柱溫35 ℃，進樣量20 μL，流速1 mL/min。流動相：乙腈溶液（85%），分析時間25 min。以各標準品峰面積和濃度進行線性回歸，得標準曲線回歸方程：葡萄糖：Y=133.66X-12.697，線性范圍0.25～30 mg/mL，r=0.9999；果糖：Y=161.91X-1.6475，線性范圍0.25～30 mg/mL，r=0.9997。

1.2.4 有機酸含量的測定 分析條件：色譜柱ADME HR（250 mm×4.6 mm×5 μm），柱溫30 ℃，流速0.8 mL/min，流動相：20 mmol/L 硫酸二氫銨溶液（磷酸調節pH=2.7），分析時間17 min。以各標準品峰面積和濃度進行線性回歸，結果見表1。

表1 8 種有機酸的線性方程、線性范圍及相關系數Table 1 Equation,linear range and correlation coefficient of eight organic acids

1.2.5 揮發性成分的分析 樣品處理：取濃縮汁5.0 mL 于20.0 mL 樣品瓶中，加入NaCl 2.0 g，加入1 μg/mL 的3-壬酮200 μL。

GC-MS 條件：GC：采 用SP2380 毛細管柱（30.0 mm×0.25 mm×0.20 μm）；升溫程序：40 ℃保持1 min，以2 ℃/min 升溫至100 ℃，以4 ℃/min 升溫至190 ℃保持2 min，以10 ℃/min 升溫至230 ℃保持5 min；進樣口250 ℃，載氣為高純氦，柱流量1 mL/min，采用不分流進樣。

MS：電子電離源，電子能量70 eV，接口溫度250 ℃，離子源溫度200 ℃，質量掃描范圍為45～500 m/z，采集方式Q3Scan。

AOC 自動進樣條件：萃取頭溫度250 ℃，萃取頭調節時間10 min，樣品孵化溫度35 ℃，孵化時間15 min，攪拌器振搖速度450 r/min，脫附時間3 min，程序周期65.5 min。

GC-MS 檢測的結果通過NIST17 標準物質質譜數據庫檢索處理，根據保留指數，篩選出匹配度不低于85%的揮發性成分，利用內標法確定其含量，內標物質為3-壬酮。

1.2.6 總酚、總黃酮和抗氧化能力的測定 總酚含量（以沒食子酸計，mg/mL）采用福林-酚比色法[14]：取0.5 mL 樣品于25 mL 比色管中，加入1 mL 福林-酚顯色劑，混勻靜置30 s 后加入4%碳酸鈉溶液18 mL，用去離子水定容至刻度線，40 ℃水浴反應20 min 后，以水體系為參比，于波長736 nm 處測定吸光度。

總黃酮含量（以蘆丁計，mg/mL）采用硝酸鋁比色法[15]：取1 mL 樣品于試管中加入5%亞硝酸鈉溶液0.3 mL，搖勻靜置6 min，再加入10%硝酸鋁溶液0.3 mL，搖勻靜置6 min，加入1 mol/L 氫氧化鈉溶液4 mL，再加入0.4 mL 去離子水，搖勻靜置10 min，以水體系為參比，于波長510 nm 處測定吸光度。

Fe3+還原力測定：取1 mL 樣品加入2 mL 磷酸鹽緩沖液（pH 約6.7）和1%鐵氰化鉀溶液2 mL 混勻，于50 ℃水浴20 min。加入10%三氯乙酸溶液2 mL 后5000 r/min 離心10 min，取上清液2 mL 加入2 mL 超純水和0.1%氯化鐵溶液0.4 mL，暗反應30 min 后在700 nm 處測定其吸光度。

1.3 數據處理

采用Excel 2016 軟件進行數據統計和繪圖，數據采用平均值±標準差（±s）表示，SPSS 22.0 進行數據處理，顯著性分析采用方差分析，P＜0.05 表示差異有統計學意義。GENESCLOUD 和Origin 2021 軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 溫度對濃縮梨汁褐變度和pH 的影響

溫度對濃縮梨汁褐變度和pH 的影響見圖1。由圖1A 可以看出，濃縮梨汁的褐變度隨溫度的升高整體呈先升高后降低再升高的趨勢，其中，50 ℃濃縮梨汁的褐變度最低（1.288）；80 ℃濃縮梨汁的褐變度最高（1.650）。這可能是由于梨汁的美拉德反應和焦糖化反應隨溫度的升高逐漸劇烈，這與魏金鳳[16]的研究結果一致。70 ℃濃縮梨汁的褐變度（1.417）高于50 ℃，但低于60 ℃和80 ℃。這可能是由于70 ℃對梨汁中氧化酶有較好鈍化效果，對酶促褐變起到了較大的抑制作用，這與熊思瑞等[17]的研究結果一致。由圖1B 可以看出，濃縮梨汁的pH 隨溫度的升高呈降低趨勢，其中，50 ℃濃縮梨汁的pH 最高（5.34），80 ℃濃縮梨汁的pH 最低（5.27）。

圖1 不同溫度對濃縮梨汁褐變度（A）和pH（B）的影響Fig.1 Effects of different temperature on browning degree (A)and pH (B) of the concentrated pear juice

2.2 溫度對濃縮梨汁葡萄糖和果糖含量的影響

還原糖含量影響著梨汁的感官品質和對微生物的抑制作用[18-19]。不同溫度對濃縮梨汁還原糖的影響見圖2。由圖2 可知，溫度對濃縮梨汁中葡萄糖和果糖的影響不顯著（P＞0.05）。果汁中的還原糖含量會因為蔗糖裂解而升高[20]，也會因為參與美拉德反應而被消耗[21]。隨溫度升高，蔗糖裂解和美拉德反應均加劇。在達到一定溫度后，梨汁中的還原糖含量幾乎不受溫度影響。

圖2 不同溫度對濃縮梨汁還原糖的影響Fig.2 Effects of different temperature on the reducing sugar content of the concentrated pear juice

2.3 溫度對濃縮梨汁有機酸的影響

有機酸是果汁重要的呈味物質，也是酯化形成各種酯類等香味成分的前體物質[22]。不同溫度對濃縮梨汁有機酸的影響見表2。由表2 可知，濃縮梨汁中主要有機酸為蘋果酸、檸檬酸、草酸、乳酸。濃縮梨汁的總有機酸含量呈現隨溫度升高而升高的趨勢，由高到低依次為：80 ℃＞70 ℃＞60 ℃＞50 ℃。其中，80 ℃濃縮梨汁的有機酸總含量為3.271 mg/mL，50 ℃濃縮梨汁的有機酸總含量為2.423 mg/mL。此外，在70 ℃濃縮梨汁和80 ℃濃縮梨汁中未檢出酒石酸和乙酸。這可能是由于酒石酸受熱發生脫水反應，生成了較穩定的酸酐；乙酸易揮發，加熱會促進其揮發。

2.4 溫度對濃縮梨汁揮發性成分的影響

不同溫度濃縮梨汁的揮發性成分熱圖見圖3。由圖3 可以看出，不同溫度濃縮的梨汁經聚類分析后可分為2 類，50、60 和80 ℃濃縮梨汁為一類，70 ℃濃縮梨汁單獨分為一類。此外，70 ℃濃縮梨汁的揮發性成分含量最高，為21.860 μg/mL，種類最多，有39 種；60 ℃濃縮梨汁的揮發性成分含量最低，為10.323 μg/mL，種類最少，有31 種。

醇類和酯類是果汁香氣的主要成分[23]。醇類物質既是芳香物質又是呈味物質，還能襯托酯香[24]。醇類物質在50 ℃濃縮梨汁中含量最高，為4.753 μg/mL；在60 ℃濃縮梨汁中含量最低，為0.916 μg/mL。不同溫度濃縮梨汁中均含有1-辛醇和順-4-癸烯-1-醇，其中，1-辛醇具有香茅油味[25]，順-4-癸烯-1-醇具有玫瑰、橙味。1,5-戊二醇、正己醇、反式-2-己烯-1-醇為50 ℃濃縮梨汁特有，其中，正己醇具有果香、醇香、甜香和脂香[26]，反式-2-己烯-1-醇具有特殊香味；苯乙醇、三十烷醇為60 ℃濃縮梨汁特有，其中，苯乙醇具有玫瑰香。

酯賦予果汁花香味,呈現出令人愉悅的果香[27]。酯類物質在70 ℃濃縮梨汁中含量最高，為2.808 μg/mL；在60 ℃濃縮梨汁中含量最低，為1.836 μg/mL。不同溫度濃縮梨汁中均含有戊酸甲酯、壬酸甲酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二異丁酸酯、己二酸二（2-甲基丙基）酯、鄰苯二甲酸乙酯環六烷乙醇酯、1,2-苯二甲酸雙（2-甲基丙基）酯、鄰苯二甲酸二丁酯，其中，戊酸甲酯具有刺鼻的青果氣味，似蘋果、菠蘿的香氣[28]；壬酸甲酯具有愉快果香氣味；鄰苯二甲酸乙酯環六烷乙醇酯微具有芳香性。鄰苯二甲酸異丁酯為60 ℃濃縮梨汁特有；戊二酸異己酯-2-烯-十二醇酯、7,10-十八烷二烯酸甲酯、11,14-二十二烯酸甲酯為70 ℃和80 ℃濃縮梨汁特有。

果實中的直鏈醛、酮多數是由脂肪酸氧化和氨基酸代謝而來[28]。醛酮類物質在70 ℃濃縮梨汁中含量最高，為12.478 μg/mL；在50 ℃濃縮梨汁中含量最低，為4.280 μg/mL。其中，乙酰白樺酯醛為70 ℃和80 ℃濃縮梨汁特有；3,5,7,10-四羥基-1,1,9-三甲基-2H-苯并芘-2,6（1H）-二酮和2,6-二叔丁基-4-羥基-4-甲基環己基-2,5-二烯-1-酮為70 ℃濃縮梨汁特有。其中，2,6-二叔丁基-4-羥基-4-甲基環己基-2,5-二烯-1-酮具有霉香、酮香，并有牛奶、乳酪、蘑菇的氣味。1-苯基-2-己酮為80 ℃濃縮梨汁特有。

2.5 溫度對濃縮梨汁總酚、總黃酮和抗氧化能力的影響

不同溫度對濃縮梨汁總酚含量、總黃酮含量、Fe3+還原力的影響見圖4A～圖4C。由圖4A 和圖4B可以看出，濃縮梨汁的總酚含量和總黃酮含量變化規律相似，整體均隨溫度的升高呈現先略有降低后明顯升高再降低的趨勢，含量由多到少依次：70 ℃＞80 ℃＞50 ℃＞60 ℃，其中，70 ℃濃縮梨汁的總酚含量（362.03 μg/mL）和總黃酮含量（357.1 μg/mL）最高，60 ℃濃縮梨汁的總酚含量（324.00 μg/mL）和總黃酮含量（299.95 μg/mL）最低。這可能是由于高溫有助于酚類物質和黃酮類物質的溶出[29-30]，但由于黃酮、多酚具有熱不穩定性，過高溫促使其分解從而導致含量降低[31]。由圖4C 可以看出，濃縮梨汁的Fe3+還原力隨溫度的升高而升高，其中，80 ℃濃縮梨汁的Fe3+還原力最高（1.947），50 ℃濃縮梨汁的Fe3+還原力最低（1.861）。這可能是由于，在溫度逐漸升高的情況下，濃縮梨汁中多酚類物質的溶出率升高[18]，其氧化酶活性的鈍化效果也增強，致使其抗氧化能力提高。

圖4 不同溫度對濃縮梨汁總酚含量（A）、總黃酮含量（B）和Fe3+還原力（C）的影響Fig.4 Effects of different temperatures on the content of the total phenol（A）,total flavonoids（B）,and the Fe3+ reducing power（C）of the concentrated pear juice

2.6 統計分析和品質評價模型構建

綜上分析結果，選取溫度對其有顯著性影響的指標進行因子分析和主成分分析，即：褐變度、pH、總酚含量、總黃酮含量、Fe3+還原力、奎寧酸含量、蘋果酸含量、檸檬酸含量、富馬酸含量、揮發性成分含量、揮發性成分種類。對數據進行KMO 檢驗和巴特利特球體檢驗。當KMO 檢驗系數＞0.5，（巴特利特球體檢驗的統計值×2 的顯著性概率）P值＜0.05時[13]，才能進行因子分析。檢驗結果：KMO 檢驗系數為0.691＞0.5，P值為0＜0.05，證明可以進行因子分析。主成分分析特征值及方差貢獻率見表3。由表3 可知，第1～3 主成分所含信息占總體信息的83.295%＞80%，完全符合分析要求，并且第1～3 個主成分特征值均＞1。

表3 主成分特征值及方差貢獻率Table 3 Principal component eigenvalues and variance contribution rate

主成分分析載荷矩陣見表4。將表4 中指標的各主成分載荷除以各主成分特征值的平方根作為特征向量，以特征向量為權重構建3 個主成分的表達函數：

表4 主成分分析載荷矩陣Table 4 Principal component analysis load matrix

式中，Y1～Y3分別表示主成分1～3，X1～X11分別表示總酚含量、pH、富馬酸含量、Fe3+還原力、揮發性成分種類、揮發性成分含量、奎寧酸含量、蘋果酸含量、檸檬酸含量、褐變度、總黃酮含量。

以各主成分的方差貢獻率為權重，得到梨汁品質評價的模型：F=0.55099Y1+0.18438Y2+0.09712Y3，即：F=0.255X1-0.136X2-0.181X3+0.156X4+0.214X5+0.156X6+0.197X7+0.109X8+0.172X9-0.079X10+0.225X11，（式中，X1～X11分別表示總酚含量、pH、富馬酸含量、Fe3+還原力、揮發性成分種類、揮發性成分含量、奎寧酸含量、蘋果酸含量、檸檬酸含量、褐變度、總黃酮含量）。將各指標數值進行標準化處理，帶入評價函數，計算出4 種濃縮溫度濃縮梨汁的綜合得分與排名，結果見表5。由表5 可知，不同濃縮溫度下濃縮梨汁品質由高到低為：70 ℃＞80 ℃＞50 ℃＞60 ℃。

表5 不同加熱溫度濃縮梨汁的品質得分與排名Table 5 Quality scores and ranking of concentrated pear juice at different heating temperatures

3 結論

本文研究不同溫度下真空濃縮梨汁的品質，發現70 ℃是真空濃縮梨汁的最適溫度，在70 ℃下得到的濃縮梨汁具有以下特點：總酚含量362.03 μg/mL 和總黃酮含量357.1 μg/mL 為最高，揮發性成分含量最高（21.860 μg/mL），種類最多（39 種）。得到了濃縮梨汁品質評價模型：F=0.255×總酚含量-0.136×pH-0.181×富馬酸含量+0.156×Fe3+還原力+0.214×揮發性成分種類+0.156×揮發性成分含量+0.197×奎寧酸含量+0.109×蘋果酸含量+0.172×檸檬酸含量-0.079×褐變度+0.225×總黃酮含量。因此，利用主成分分析和因子分析方法可從多維度研究濃縮溫度對梨汁品質的影響，篩選出最適濃縮溫度，也可為濃縮果汁品質評價體系的構建提供參考依據。此外，該評價模型是否適用于其他濃縮果汁的品質評價仍有待研究。