蘋果汁摻假檢測及儲藏過程中營養(yǎng)物質(zhì)變化的研究*

胡 亞，周春紅，鄭 宏，陳敏霞，呂洪飛

(1.浙江師范大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004;2.金華市衛(wèi)生監(jiān)督所，浙江 金華 321000)

蘋果原產(chǎn)于歐洲中部和東南部、中亞細(xì)亞及我國新疆一帶，是世界四大水果之一.目前，在世界各地都有蘋果栽培，并以歐洲的俄羅斯、法國、德國、意大利、波蘭，亞洲的中國、日本、土耳其和北美洲的美國等國家為世界蘋果的主要生產(chǎn)國［1-2］.在我國，濃縮汁已經(jīng)成為蘋果最主要的加工品和出口產(chǎn)品.由于蘋果汁的需求量日益增大，而蘋果原料及生產(chǎn)能力有限，同時蘋果原汁的生產(chǎn)成本較高，因此市場上出現(xiàn)了大量摻雜其他物質(zhì)的蘋果汁.目前，果汁摻假主要有5 種情況:1)直接用糖、甜味劑、酸味劑、色素等調(diào)配而成;2)用水稀釋后，加入糖、酸等其他配料;3)在果汁中加入其他經(jīng)濟(jì)成本較低的果汁，降低成本［3］，如蘋果汁中添加梨汁［4-5］;4)用水淋洗榨汁后的果肉而得的水溶液［6］;5)以低濃度濃縮還原汁假冒高濃度還原汁［7-8］.摻假的果汁不僅損害了消費(fèi)者的利益，同時擾亂了正常的市場秩序.因此，建立快速、有效的蘋果汁摻假檢測技術(shù)勢在必行.

傳統(tǒng)的果汁真?zhèn)螜z測方法有關(guān)于商標(biāo)、顏色、氣味、質(zhì)構(gòu)等感官檢測，以及可溶性固形物、總酸度和包括如無機(jī)元素［9］、還原糖［10］、有機(jī)酸［11］、氨基酸、酮類［12］、酚類［13］、果膠［14］等果汁特定成分的理化檢測.相比傳統(tǒng)的方法，紫外光譜法具有儀器簡單、快速便捷的特點(diǎn)［15］，并且可以最大程度地避免主觀因素的影響.高志明等［16］提出，不同含量的蘋果汁在紫外光譜下的吸收曲線差異明顯，利用280～365 nm 的光程能夠建立合適的紫外光譜預(yù)測模型，對蘋果汁含量進(jìn)行快速預(yù)測.

主成分分析是通過數(shù)理統(tǒng)計分析，求得各要素間線性關(guān)系的實(shí)質(zhì)上有意義的表達(dá)式，將眾多要素的信息壓縮表達(dá)為若干具有代表性的合成變量，而且這些綜合變量能夠反映原始變量的絕大部分信息，這就克服了變量選擇時的冗余和相關(guān)，然后選擇信息最豐富的少數(shù)因子進(jìn)行分析，構(gòu)造應(yīng)用模型［17］.

蘋果汁內(nèi)含糖、維生素、蛋白質(zhì)、果膠及酚類化合物等多種營養(yǎng)物質(zhì)，但這些營養(yǎng)物質(zhì)的含量和果汁的品質(zhì)通常會受到儲藏條件的影響.有關(guān)儲藏條件對不同果汁影響的研究報道尚不盡一致.Spanos 等［18］報道儲藏造成梨汁的特征單體酚類降解，而總酚含量上升.Garcia-Alonso 等［19］和Odriozola-Serrano 等［20］對番茄汁的研究表明不同的儲藏條件下其總酚含量基本保持不變，但其抗氧化能力明顯降低.因此，筆者研究了蘋果汁的營養(yǎng)物質(zhì)在儲藏過程中發(fā)生的變化，以便更好地控制蘋果汁營養(yǎng)成分的變異，提高產(chǎn)品質(zhì)量.同時，筆者以紫外光譜技術(shù)結(jié)合主成分分析方法，探究了紫外光譜技術(shù)在蘋果汁摻假檢測中的應(yīng)用，為建立快速、準(zhǔn)確的果汁檢測技術(shù)提供借鑒.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗材料和試劑

新鮮的蘋果、梨和甘蔗均從金華水果市場購買，并立即運(yùn)送到實(shí)驗室.1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基(美國Sigma 公司);沒食子酸、抗壞血酸、福林酚、2，6-二氯靛酚(上海生工生物技術(shù)有限公司).

1.2 果汁制備

將上述鮮榨的蘋果汁、梨汁、甘蔗汁按不同的比例混合，制成蘋果與梨的混合果汁、蘋果與甘蔗的混合果汁;在鮮榨蘋果汁中按不同比例加入白利度(Brix)為12 的葡萄糖溶液、果糖溶液、蔗糖溶液，分別制成對應(yīng)的3 種混合果汁.使上述每種混合果汁均含有10%，20%，30%，40%和50%共5 個不同的摻假梯度.

1.3 紫外光譜檢測

用紫外光譜儀對上述5 種不同摻假比例的蘋果汁進(jìn)行紫外吸收光譜測定，波長范圍為200～400 nm，間隔1 nm，掃描速度為6 200 nm/min.

1.4 維生素C 含量測定

蘋果汁中維生素C 含量用2，6-二氯靛酚滴定法［21］測定.

1.5 黃酮含量測定

蘋果汁中的總類黃酮含量采用文獻(xiàn)［22］使用的比色測定方法.

1.6 總酚含量測定

蘋果汁總酚含量的測定根據(jù)文獻(xiàn)［23］使用的福林酚法.

1.7 抗氧化活性測定

本研究中蘋果汁的抗氧化活性測定采用穩(wěn)定自由基1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)的清除率［24］衡量.

1.8 還原糖和總糖含量測定

蘋果汁中還原糖和總糖含量的測定依據(jù)文獻(xiàn)［25］的方法.

1.9 數(shù)據(jù)分析

每次分析至少重復(fù)3 次，每次提取至少3 個平行實(shí)驗.統(tǒng)計分析采用統(tǒng)計分析軟件(SAS，9.0版本)和Excel 統(tǒng)計工具.主成分分析采用PAST軟件進(jìn)行.皮爾遜相關(guān)性系數(shù)(r)用來表示數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性.

2 結(jié)果與討論

2.1 蘋果汁摻假檢測

圖1 給出了蘋果汁、梨汁、甘蔗汁及摻假量為10%的各種摻假蘋果汁的紫外吸收曲線.

圖1 不同果汁的紫外吸收曲線

分別將摻有梨汁、甘蔗汁、葡萄糖溶液、蔗糖溶液和果糖溶液的蘋果汁、純蘋果汁、純梨汁和純甘蔗汁的紫外吸收數(shù)據(jù)通過主成分分析提取特征變量.主成分分析結(jié)果見表1.一般主成分分析中，如果前幾個主成分累計可信度達(dá)到85%以上，可以認(rèn)為這幾個主成分代表了原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息.表1 中前2 個主成分的方差貢獻(xiàn)率累計達(dá)到了85%以上，說明僅前2 個主成分就可以代表原始光譜的絕大部分信息.因此，采用每個樣品的前2 個主成分因子得分為變量，進(jìn)行主成分投影.

表1 主成分分析的特征值和可信度

圖2 和圖3 分別顯示了利用主成分分析對各種摻假蘋果汁、梨汁及甘蔗汁進(jìn)行鑒別的得分及加載圖.從中可以看出:通過主成分1 可以將純蘋果汁與梨汁、甘蔗汁和摻入不同濃度的甘蔗汁、葡萄糖、果糖及蔗糖的摻假蘋果汁區(qū)別開來;通過主成分2 可以將純的蘋果汁與甘蔗汁、梨汁和摻入不同濃度梨汁的摻假蘋果汁區(qū)分開來;并且，大致規(guī)律是摻假比例越大，摻假樣品與蘋果汁在圖上的距離越遠(yuǎn).在各種摻假的蘋果汁中，不同比例的摻假樣品能夠很好地區(qū)分開來，沒有相互重疊，說明紫外吸收光譜結(jié)合主成分分析法鑒別蘋果汁摻假是可行的.與此研究結(jié)果一致的是，高志明等［16］通過比較不同濃度蘋果汁的紫外吸收曲線，選取280～365 nm 的光程，并結(jié)合主成分分析方法及逐步回歸法建立了蘋果汁含量的數(shù)學(xué)模型，結(jié)果顯示在果汁含量低于70%時相關(guān)性良好，偏差較小，可以對蘋果汁中原汁含量進(jìn)行快速檢測.

圖2 不同摻假蘋果汁主成分分布圖

圖3 不同摻假蘋果汁主成分載入圖

2.2 蘋果汁在儲藏過程中的變化

2.2.1 可溶性固形物含量及pH

可溶性固形物是指液體或流體商品中所有溶解于水的化合物的總稱，包括糖、維生素、礦物質(zhì)等.水果中的可溶性固形物主要成分是糖類物質(zhì)［26］，與果汁的營養(yǎng)和風(fēng)味密切相關(guān).蘋果汁的可溶性固形物含量也代表著其濃度，一般用折光儀測得.由圖4 可見，隨著儲藏時間的延長，蘋果汁中可溶性固形物含量逐漸降低，前3 d 下降緩慢，之后2 d 基本穩(wěn)定，但在第5 天之后可溶性固形物含量下降變快.總體上變化范圍較小，在Brix 10～12，即蘋果汁的甜度降低較小.

圖4 儲藏中蘋果汁可溶性固形物含量的變化

蘋果汁因含有較多的有機(jī)酸而呈酸性.如圖5所示，隨著儲藏時間的延長，蘋果汁的pH 值在前4 d 處于上升狀態(tài)，后逐漸減小.儲藏時間過長會使蘋果汁酸性增加.蘋果汁這種特有的有機(jī)酸及其含量變化同時可以作為檢測蘋果汁摻假的重要指標(biāo).

圖5 儲藏過程中蘋果汁pH 的變化

2.2.2 維生素C 含量

新鮮純蘋果汁的維生素C 含量開始為0.263 2 mg/mL，儲藏1周后降低為0.031 3 mg/mL.從圖6(a)可以看到，維生素C 含量隨著儲藏時間的延長而不斷減少，在榨汁當(dāng)天維生素C 含量降低最明顯，而后逐漸趨于平緩.與此結(jié)果一致的是，趙光遠(yuǎn)等［27］在對渾濁蘋果汁儲藏的研究中發(fā)現(xiàn)維生素C 含量在儲藏初期的損失率高于其在后期的損失率.

維生素C 具有很強(qiáng)的還原性，有著重要的生物學(xué)功能.它可以輔助治療壞血病、貧血，是一種重要的抗氧化劑，同時具有防癌的作用.維生素C廣泛存在于果蔬中，但在新鮮水果的加工過程中極易被氧化而失去活性，特別是在清洗、榨汁工序中直接暴露在空氣中極易氧化失活［28］.維生素C氧化降解有2 種途徑:有氧和無氧分解.在有氧氣的條件下，維生素C 經(jīng)氧化形成脫氫抗壞血酸，進(jìn)一步反應(yīng)可生成還原酮之類的中間體，經(jīng)美拉德反應(yīng)［29］途徑導(dǎo)致果汁褐變;當(dāng)氧氣完全消耗或低至某一濃度時，可進(jìn)行無氧分解.

因此，本實(shí)驗中在鮮榨蘋果汁制作的當(dāng)天維生素C 損失最嚴(yán)重.這是因為儲藏初始階段維生素C 主要進(jìn)行有氧降解，后期無氧降解占主導(dǎo)，而無氧降解的速率比氧化反應(yīng)速率小2～3 個數(shù)量級［30］.

2.2.3 總酚含量

天然酚類化合物廣泛存在于水果、蔬菜和谷類食物中，是植物體內(nèi)最豐富的次生代謝產(chǎn)物，具有多種生物活性.由圖6(b)可知，蘋果汁中總酚含量隨儲藏時間的延長表現(xiàn)為先下降、再上升、又下降、再上升的趨勢，即大致呈周期性變化，但總體變化不大，總酚含量穩(wěn)定為0.3 mg/mL 左右.與本研究結(jié)果不同的是，曾慶帥等［31］對荔枝汁的室溫儲藏研究發(fā)現(xiàn)總酚的含量呈先下降后上升的變化趨勢.這可能是蘋果汁與其他水果所含的酚類物質(zhì)有差異，導(dǎo)致其總酚含量的變化和其他水果不同.

2.2.4 黃酮含量

黃酮類化合物是一個涵蓋4 000 種次級植物代謝物的大家族，它們是帶有聯(lián)苯丙烷骨架的多酚類物質(zhì)，主要分為以下幾類:黃酮、黃酮醇、花青素類、異黃酮、兒茶酸和鞣酸等［32］，廣泛存在于果蔬中，很多黃酮類化合物具有生理活性.從圖6(c)可知，隨著儲藏時間的延長，鮮榨蘋果汁中總黃酮含量不斷下降，在儲藏的前3 d 下降較快，之后下降較為平緩.與本研究結(jié)果不同的是，曾慶帥等［31］報道龍眼汁的總黃酮含量隨儲藏時間而緩慢上升.不同水果的不同的黃酮含量變化，可能是不同的黃酮種類所致，或者是不同水果和環(huán)境因素對單個多酚物質(zhì)的影響不同所致.

圖6 儲藏過程中蘋果汁維生素C、總酚和黃酮含量及抗氧化活性的變化

2.2.5 抗氧化活性

蘋果汁的抗氧化活性是以對1，1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基的清除能力計算的.DPPH 法能夠在短時間內(nèi)對大量的樣品進(jìn)行測定，而且其對低濃度的樣品也很靈敏［33］.研究發(fā)現(xiàn)，蘋果汁在儲藏過程中抗氧化活性的變化和總黃酮含量的變化一致(見圖6(d))，在儲藏過程中一直呈下降趨勢，從初始的20.31%到第7 天的7.25%，且在儲藏過程的初期和末期下降最快，而中間時期下降較為平緩.文獻(xiàn)［34］對諾麗果汁儲藏的研究中發(fā)現(xiàn)，果汁的抗氧化活性隨著儲藏時間的延長而不斷減小，且在儲藏初期下降的最為明顯.

2.2.6 還原糖含量和總糖含量

還原糖含量是果汁及飲品中最重要的參數(shù)之一，其含量多少是水果原汁的表征指標(biāo)之一，是衡量果汁飲品中原果汁含量多少及鑒別果汁飲料真?zhèn)蔚闹匾獏?shù).由圖7(a)可知，儲藏過程中蘋果汁的還原糖含量呈下降趨勢，在儲藏前期無顯著性變化，在第3 天開始迅速下降，之后保持穩(wěn)定，總體變化不大.

圖7 儲藏過程中蘋果汁還原糖含量和總糖含量的變化

從圖7(b)可知，在儲藏過程中，蘋果汁的總糖含量呈先下降、后上升、然后逐漸穩(wěn)定的趨勢，但總體變化不大.與此研究結(jié)果類似，趙光遠(yuǎn)等［27］在渾濁蘋果汁儲藏的研究中，發(fā)現(xiàn)果汁的總糖含量維持不變.

2.2.7 相關(guān)性分析

表2 顯示了蘋果汁的維生素C、黃酮和總酚含量及抗氧化活性之間的皮爾遜相關(guān)性.抗氧化活性與維生素C 含量和黃酮含量分別呈r=0.939(P ＜0.001)和r=0.845(P ＜0.01)的顯著正相關(guān).說明維生素C 和黃酮的含量對蘋果汁的抗氧化活性貢獻(xiàn)較大.而總酚含量與抗氧化活性沒有相關(guān)性.與此不同的是，文獻(xiàn)［35］在對葡萄的研究中指出，葡萄的抗氧化活性和其總酚含量顯著相關(guān).對此，可能的解釋是總酚不是抗氧化活性的貢獻(xiàn)者.從圖6 中我們觀察到，當(dāng)總酚含量上升時，蘋果汁中其他抗氧化物質(zhì)的含量下降.因此，總酚和抗氧化活性的負(fù)相關(guān)是合理的.另外，福林酚對總酚含量的測定不是酚含量的絕對的測量方法，事實(shí)上是根據(jù)化學(xué)還原能力，和沒食子酸的還原力當(dāng)量有關(guān)［36］.酚類物質(zhì)的抗氧化性質(zhì)與它們的結(jié)構(gòu)有關(guān).高的總酚提取量不一定具有高的抗氧化活性.

表2 維生素C 含量、總酚含量、黃酮含量與抗氧化活性之間的相關(guān)性

3 小 結(jié)

紫外光譜法結(jié)合主成分分析能夠很好地檢測蘋果汁中分別摻入梨汁、甘蔗汁、蒸餾水、葡萄糖溶液、果糖溶液和蔗糖溶液的摻假蘋果汁，當(dāng)相同的摻假物質(zhì)分別以10%，20%，30%，40%和50%的比例加入鮮榨蘋果汁中時，樣品間的差異也較明顯，并且隨著摻假比例的升高，在分布圖上的距離也越遠(yuǎn)，尤其對摻入梨汁的摻假蘋果汁檢測效果最好.蘋果汁在儲藏過程中，隨著儲藏時間的延長，其各種營養(yǎng)物質(zhì)的含量均呈現(xiàn)不同程度的下降，其中維生素C 和黃酮的含量及抗氧化活性降低的趨勢最明顯.通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，在蘋果汁中，抗氧化活性與維生素C 含量及黃酮含量呈顯著性相關(guān)，而與總酚含量無關(guān).因而，可以認(rèn)為維生素C 及黃酮是蘋果汁中的主要的抗氧化物質(zhì).

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