包裝材料對貯藏期荔枝汁品質(zhì)及非酶褐變的影響

吳 敏,胡卓炎

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,廣東廣州 510642;2.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院,廣西南寧 530004;3.廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點實驗室，廣西南寧 530004)

果汁在貯藏、流通和銷售過程中,易受到溫度、氧氣、光照和微生物的影響,營養(yǎng)成分損耗,褐變加深,從而降低了消費者的接受程度[1]。包裝作為食品生產(chǎn)的最后一個環(huán)節(jié),能夠有效地阻隔貯藏環(huán)境中的氧氣、水蒸氣、光線和微生物等進(jìn)入到包裝內(nèi)部,從而降低食品受潮、霉變、腐爛和變味等的發(fā)生,以保持食品貨架期內(nèi)的營養(yǎng)成分及感官品質(zhì)。包裝材料的阻隔性能不同,在食品尤其是果汁包裝中起的作用也不盡相同。目前,許多研究都在嘗試采用單層聚酯(PET)瓶、PET/聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)瓶、含有吸氧劑的PET瓶、含有納米氧化鋅(ZnO)和銀(Ag)的高密度聚乙烯(HDPE)袋、鋁罐、可降解的聚乳酸(PLA)瓶及具有遮光功能的鋁塑復(fù)合袋等包裝材料以減緩果汁在貯藏過程中的理化指標(biāo)和感官品質(zhì)的變化[2-5]。

荔枝汁富含抗壞血酸、葡萄糖、果糖、蔗糖、檸檬酸、酒石酸、蘋果酸、乙酸以及表兒茶素、蘆丁等酚類物質(zhì),含有各種氨基酸成分,呈乳白顏色[6]。這些營養(yǎng)成分在貯藏過程中極易受到外界溫度、氧氣、光照、包裝材料和微生物等的影響而發(fā)生品質(zhì)劣變。目前的研究主要關(guān)注貯藏溫度,忽略了包裝材料阻隔性能對荔枝汁品質(zhì)的影響,而且對影響褐變的品質(zhì)指標(biāo)研究也不夠全面,不能充分揭示荔枝汁非酶褐變機(jī)理。因此,研究包裝材料的阻隔性對荔枝汁品質(zhì)的影響十分必要。

本文通過研究不同阻隔性能的PET瓶、PLA瓶和PET/鋁箔(Al)/聚乙烯(PE)復(fù)合袋灌裝荔枝汁,在25 ℃環(huán)境下避光貯藏,分析L-抗壞血酸、溶解氧濃度、蔗糖、果糖、葡萄糖、氨基酸、總酚、可溶性固形物、pH、5-羥甲基糠醛和褐變指數(shù)的變化,采用偏最小二乘法回歸(PLSR)分析包裝材料對荔枝汁貯藏過程中非酶褐變的影響,旨在為荔枝汁加工企業(yè)合理選擇包裝材料、改善荔枝汁品質(zhì)和延長其貨架壽命提供科學(xué)依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

荔枝汁 由廣西合浦果香園食品有限公司按DBS45/009-2013“廣西食品安全地方標(biāo)準(zhǔn) 食品工業(yè)用荔枝汁”生產(chǎn)制得,荔枝品種為懷枝,從欽州市靈山縣采購,當(dāng)天運回工廠加工,卸料后由去枝機(jī)除去枝葉,果實經(jīng)清洗機(jī)清洗后進(jìn)入去皮機(jī)去皮,然后打漿去核,壓榨過濾,離心分離,93 ℃瞬時殺菌,冷卻后用無菌袋灌裝,-18 ℃凍藏,并在凍藏狀態(tài)下運回實驗室待用;無菌袋(材料為PE/鍍鋁PET(MPET)/PE) 惠州寶柏包裝有限公司;形狀和尺寸完全相同的透明PET和PLA瓶 廣州鑫科塑料制品有限公司;復(fù)合袋(復(fù)合材料為PET/Al/PE,PET為袋子的外層材料,Al為中間層材料,PE為袋子的內(nèi)層材料) 廣西樂達(dá)包裝有限公司；蔗糖、葡萄糖、果糖、L-抗壞血酸、5-羥甲基糠醛、沒食子酸(標(biāo)準(zhǔn)品) Sigma-Aldrich中國;甲醇、乙腈(色譜純) 阿拉丁試劑(上海)有限公司;福林酚試劑(生化試劑) 國藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑有限公司;其它試劑均為國產(chǎn)分析純。

Bound Elut ENV(500 mg,6 mL)固相萃取柱 美國Agilent公司;高效液相色譜儀1260 美國Agilent公司;手入式氣袋690323 美國Spilfyter公司;溶解氧傳感器InPro 6850i(配多參數(shù)測試儀M400和無紙化記錄儀VX2101R/U) 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;紫外可見分光光度計8453 美國Agilent公司;氨基酸自動分析儀L-8900 日本日立公司;透氧儀OX-TRAN 2/21 美國MOCON公司;數(shù)字式厚度測量儀49-56 美國TMI公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備及貯藏 采用流動水浸漬對無菌袋裝冷凍荔枝果汁進(jìn)行解凍,水溫控制在4～10 ℃,當(dāng)無菌袋中的荔枝汁無塊狀體存在時解凍完成。解凍完成后剪開無菌袋,向荔枝汁中加入濃度為0.02%(W/W)的疊氮化鈉以防止貯藏過程中因霉菌、酵母菌和細(xì)菌生長繁殖引起荔枝汁腐敗變質(zhì)對實驗結(jié)果產(chǎn)生干擾[7]。然后立即測定荔枝汁的L-抗壞血酸、溶解氧、蔗糖、果糖、葡萄糖、氨基酸、總酚、可溶性固形物、pH、5-羥甲基糠醛和褐變指數(shù)的初始(0 w)值,并進(jìn)行樣品制備,即將一部分荔枝汁于無菌工作臺上緩慢地灌裝到已殺菌(60 ℃,35% H2O2)的PET瓶和PLA瓶中,無頂空氣體存在,并用已殺菌的聚丙烯材質(zhì)無內(nèi)襯墊的塑料螺旋蓋封口;將另一部分荔枝汁緩慢地灌裝到已殺菌的復(fù)合袋中,真空包裝,無頂空氣體存在,熱封口。

將灌裝好的荔枝汁樣品放在25 ℃的環(huán)境中避光貯藏,分別在第1、2、4、6、8、10、13和17 w時測定荔枝汁樣品的L-抗壞血酸、溶解氧濃度、蔗糖、果糖、葡萄糖、氨基酸、總酚、可溶性固形物、pH、5-羥甲基糠醛和褐變指數(shù),每種樣品測試三個平行樣。

1.2.2 包裝材料厚度測定 采用GB/T6672-2001 塑料薄膜和薄片厚度的測定法,使用數(shù)字式厚度測量儀進(jìn)行復(fù)合袋和塑料瓶厚度的測定,測定前把復(fù)合袋切成10 cm×10 cm的正方形,PET和PLA瓶瓶身切成1 cm×2 cm的長方形供測量使用,每種材料測量10個點。

1.2.3 包裝材料透氧量測定 包裝材料透氧量使用透氧儀進(jìn)行測定,其中PET瓶和PLA瓶采用GB/T 31354-2014 包裝件和容器氧氣透過性測試方法-庫侖計檢測法,將待測試的PET瓶和PLA瓶瓶口部分全部用膠牢固地粘在樣品架上,待測試瓶子內(nèi)部為流動的氮氣,瓶子外部為空氣(氧氣含量約為21%)。復(fù)合袋采用GB/T 19789-2005 包裝材料-塑料薄膜和薄片氧氣透過性實驗-庫侖計檢測法,待測試的復(fù)合膜將測試腔隔成兩個獨立的氣流系統(tǒng),一側(cè)為流動的氧氣,另一側(cè)為流動的氮氣(載氣)。測試環(huán)境溫度為(23±1) ℃,相對濕度(50%±2%)。

1.2.4 L-抗壞血酸(L-Ascorbic Acid,L-AA)含量測定 樣品處理:取荔枝汁5 mL,4 ℃下12000 r/min離心5 min,取上層清液2 mL過0.45 μm濾膜,轉(zhuǎn)入標(biāo)記好的棕色樣品瓶中。采用高效液相色譜HPLC進(jìn)行測定[8],色譜柱:Agilent Zorbax Stable Bond-AQ(4.6 mm×250 mm,5 μm);流動相:0.1%(W/W)草酸溶液;流速:0.8 mL/min;紫外檢測器,檢測波長254 nm;進(jìn)樣量5 μL;柱溫箱溫度25 ℃。

1.2.5 溶解氧濃度(Dissolved Oxygen Concentration,DOC)測定 采用溶解氧傳感器在手入式氣袋中的氮氣環(huán)境下進(jìn)行測定,測定過程把溶解氧傳感器伸入到包裝容器的中間位置,并用磁力攪拌器連續(xù)攪拌荔枝汁,以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。溶解氧傳感器連接的無紙化記錄儀的信號采集時間設(shè)定為2 s采集一個數(shù)據(jù)。

1.2.6 糖含量測定 參照GB/T22221-2008食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定，高效液相色譜法進(jìn)行樣品處理,取10000 r/min離心5 min的荔枝汁上層清液25.0 g,分別加2.19 g乙酸鋅和1.06 g亞鐵氰化鉀,用蒸餾水定容至500 mL,用磁力攪拌器攪拌20 min,用玻璃濾器(G3型)過濾,取10 mL濾液過0.45 μm濾膜后放入樣品瓶中。采用HPLC測定蔗糖、果糖和葡萄糖含量[9],色譜柱:Agilent Zorbax Carbohydrate(4.6 mm×250 mm,5 μm);柱溫30 ℃;流動相:乙腈∶超純水(V/V)=75∶25的混合液;流速:l mL/min;進(jìn)樣量10 μL;示光折差檢測器,檢測器溫度35 ℃。

1.2.7 氨基酸含量測定 參照GB/T 5009.124-2003 食品中氨基酸的測定中的方法,使用氨基酸自動分析儀進(jìn)行測定。色譜柱:P/N 855-3506;柱溫57 ℃;反應(yīng)室溫度135 ℃;流速:0.1 mL/min;進(jìn)樣量20 μL。

1.2.8 總酚含量測定 采用福林酚(Folin-Ciocalteau)法測定[10]。取荔枝汁5 mL,4 ℃下12000 r/min離心5 min,取上層清液1 mL,并用蒸餾水將其稀釋10倍,取稀釋液1 mL放入到10 mL的容量瓶中,首先加入1.5 mL 福林酚試劑,振蕩混勻后放置5 min,然后加入75 g/L的碳酸鈉溶液3 mL,最后用蒸餾水定容至10 mL,放置在30 ℃暗室中反應(yīng)2 h,于765 nm波長處測定吸光度,用蒸餾水作為空白對照。樣品中總酚含量表示為與每升果汁相當(dāng)?shù)臎]食子酸(Gallic Acid Equivalent,GAE)的毫克數(shù)(mg GAE/L)。

1.2.9 可溶性固形物(Total Soluble Solid,TSS)含量和pH測定 用數(shù)字阿貝折射儀測定荔枝汁的可溶性固形物含量。用pH計在(25±2) ℃環(huán)境中測定pH,使用前用pH為4.0和7.0的緩沖液對pH計進(jìn)行兩點校正。

1.2.10 5-羥甲基糠醛(5-Hydroxymethyl Furfural,5-HMF)含量測定 采用固相萃取-高效液相色譜法(SPE-HPLC)[11]進(jìn)行測定,取在4 ℃下12000 r/min離心5 min的荔枝汁上層清液25 mL待用。Bound Elut ENV固相萃取小柱依次用5 mL色譜級甲醇和10 mL超純水進(jìn)行活化,然后將25 mL荔枝汁上層清液緩慢地倒入固相萃取小柱中,待荔枝汁流完后,用5 mL超純水淋洗小柱,棄去全部淋洗液,最后用15 mL甲醇與超純水2∶8 (V/V)的混合液分三次進(jìn)行洗脫,收集全部洗脫液,取2 mL過0.45 μm微孔濾膜,放入樣品瓶中待測。固相萃取全過程控制流速為2～3 mL/min。色譜柱:Agilent Zorbax Eclipse XDB-C18(4.6 mm×250 mm,5 μm);柱溫:30 ℃;紫外檢測波長285 nm;流動相:10%甲醇和90%水(含1%乙酸)的混合液;流速1 mL/min,進(jìn)樣量10 μL。

1.2.11 褐變指數(shù)(Browning Index,BI)測定 參照Zerdin等[4]的方法測定,取12000 r/min離心5 min的荔枝汁上層清液10 mL,按1∶1 (V/V)加入95%的乙醇溶液,混合振蕩10 min后再12000 r/min離心5 min,去除樣品中的纖維和顆粒成分。取10 mL上層清液,用紫外可見分光光度計測定其在420 nm處的吸光度A,以A420來表示荔枝汁的褐變指數(shù)。以蒸餾水與95%的乙醇1∶1 (V/V)的混合液做空白對照。

1.2.12 偏最小二乘法回歸(Partial Least Squares Regression,PLSR)分析 PLSR是一種先進(jìn)的多元分析方法,可以解決多元回歸分析中的變量多重相關(guān)性或變量多于樣本點等實際問題,PLSR分析集多元線性回歸分析、主成分分析和典型相關(guān)分析為一體,實現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)分析方法的綜合應(yīng)用,在建模過程中不是直接考慮因變量集合與自變量集合的回歸建模,而是在變量系統(tǒng)中提取若干個對系統(tǒng)具有最佳解釋能力的新綜合變量(又稱為主成分),然后利用它們回歸建模[12]。進(jìn)行PLSR分析有助于深入分析包裝材料對荔枝汁非酶褐變的影響。PLSR分析時,L-抗壞血酸、溶解氧濃度、蔗糖、果糖、葡萄糖、氨基酸、總酚、可溶性固形物、pH、5-羥甲基糠醛為自變量X,褐變指數(shù)(BI)為因變量Y,進(jìn)行單因變量的PLSR分析,計算變量標(biāo)識系數(shù),繪制雙標(biāo)圖(Biplot)以直觀地觀察自變量X與因變量Y的相互關(guān)系。當(dāng)自變量X位于Y向量同一方向時,表明該自變量的變化與褐變的變化成正向關(guān)系,即Y變量BI隨著該自變量X的增加而增加;相反,自變量X位于Y向量相反方向時,則與褐變的變化成反向關(guān)系,即Y變量BI隨著該自變量X的減少而增加。各品質(zhì)指標(biāo)對荔枝汁貯藏過程中顏色褐變影響的重要性,變量標(biāo)識系數(shù)可以給出更多定量的認(rèn)識。變量標(biāo)識(Variable identification,VID)系數(shù)是原始變量X與回歸得到的模型預(yù)測的Y變量間的相關(guān)系數(shù),取值范圍在-1～+1之間,VID系數(shù)絕對值越高,則該指標(biāo)對荔枝汁非酶褐變的影響就越嚴(yán)重[13]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。用SPSS 22.0進(jìn)行單因素方差分析(p<0.05)。用Origine 8.6作圖。用SIMCA 14.0進(jìn)行PLSR分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 包裝材料性能分析

PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋三種包裝材料的性能見表1。由表1可知,PLA瓶的透氧量是618.98×10-3cc/package·day,該值分別是PET瓶(58.08×10-3cc/package·day)與復(fù)合袋(6.62×10-3cc/package·day)透氧量的近11倍和100倍,由此可知,復(fù)合袋的氧氣阻隔性能最好,其次是PET瓶的,PLA瓶的氧氣阻隔性能最差。而PLA瓶的厚度最厚,PET瓶的次之,復(fù)合袋的厚度最薄。

表1 包裝材料性能Table 1 Performance of packaging materials

2.2 包裝材料對荔枝汁L-AA含量的影響

L-AA是人體必需的營養(yǎng)物質(zhì),具有抗氧化性能,能夠清除人體內(nèi)的自由基,然而L-AA十分不穩(wěn)定,在貯藏過程中極易受到環(huán)境溫度及氧氣的作用,同時包裝材料的差異會影響到包裝對氧氣的阻隔性能,進(jìn)一步影響L-AA的降解[14]。包裝材料對荔枝汁L-AA含量的影響如圖1所示,隨著貯藏時間的延長,荔枝汁的L-AA含量均不斷下降,其中PLA瓶裝荔枝汁的L-AA降解速率最快,在第8 w基本降解完畢,PET瓶和復(fù)合袋的L-AA降解明顯趨緩,貯藏結(jié)束時,PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋裝荔枝汁的L-AA含量分別下降了83%、99%和60%。

圖1 包裝材料對荔枝汁L-AA含量的影響Fig.1 Effects of packaging materials on the L-ascorbic acid content of litchi juice

荔枝汁中的L-AA降解速率與溶解氧濃度及包裝材料阻隔性能密切相關(guān)。三種包裝材料中,PLA瓶的阻隔性能最差,因此,貯藏過程會有大量的氧氣透過PLA瓶溶解到荔枝汁中,使溶解氧不斷得到補(bǔ)充,從而導(dǎo)致PLA瓶中的L-AA速率降解最快。同時,荔枝汁有較高的初始溶解氧濃度(2034±7) μg/L,故推測PLA瓶中L-AA的快速有氧降解是初始溶解氧和包裝材料透過氧共同作用的結(jié)果,且以透過氧為主。PET瓶和復(fù)合袋具有良好的阻隔性能,進(jìn)入到包裝內(nèi)部的透過氧量較少,荔枝汁中溶解氧得不到補(bǔ)充,推測兩者的L-AA初期較快速的有氧降解主要是由初始溶解氧引起的,受包裝材料透過氧的影響較小;貯藏后期L-AA降解緩慢是因為有氧降解和無氧降解同時進(jìn)行,且無氧降解速率緩慢。但由于PET瓶的透氧量大于復(fù)合袋的,出現(xiàn)了同期PET瓶中的L-AA降解速率高于復(fù)合袋中的速率的情況。三種包裝材料中荔枝汁的L-AA含量差異顯著,包裝材料阻隔性能對L-AA含量有顯著影響(p<0.05)。三種包裝材料中,阻隔性能最好的復(fù)合袋最適宜包裝荔枝汁,其次是PET瓶,PLA瓶不適宜包裝荔枝汁。

2.3 包裝材料對荔枝汁中溶解氧濃度的影響

果汁中的溶解氧不但能夠引起L-AA有氧降解,還能夠引起果汁風(fēng)味劣變,好氧菌生長,降低了果汁的品質(zhì),縮短其貨架壽命[15]。荔枝汁中有較高的初始溶解氧濃度,在2.2中推測L-AA的降解與包裝容器內(nèi)的DOC密切相關(guān),因此分析荔枝汁的DOC變化情況以進(jìn)一步說明荔枝汁組分發(fā)生氧化降解的原因。包裝材料對荔枝汁中DOC的影響如圖2所示,PET瓶和復(fù)合袋裝荔枝汁的L-AA貯藏前期發(fā)生氧化降解,消耗了大量荔枝汁中的溶解氧,致使DOC在前兩周快速下降;隨著L-AA含量的不斷降低,消耗的溶解氧也越來越少,故貯藏中期荔枝汁中的DOC下降趨于緩慢;同時這兩種包裝材料具有較低的氧氣透過量,貯藏后期隨著L-AA降解所消耗的溶解氧與溶解在荔枝汁中的透過氧的量基本一致時,即溶解與消耗處于動態(tài)平衡時,荔枝汁中的DOC基本保持不變。

圖2 包裝材料對荔枝汁中溶解氧濃度的影響Fig.2 Effects of packaging materials on the dissolved oxygen concentration of litchi juice

PLA瓶裝荔枝汁在貯藏初期0～2 w,透過PLA瓶的氧氣量較低,L-AA的快速降解消耗的主要是荔枝汁中的初始溶解氧,從而導(dǎo)致DOC迅速降低;但隨著貯藏時間的延長2～6 w,外界的氧氣不斷地透過PLA瓶壁進(jìn)入到容器內(nèi)部,當(dāng)透過氧的量與L-AA氧化降解所消耗的氧的量處于動態(tài)平衡時,則荔枝汁中的DOC呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài);到貯藏中后期(6 w后),隨著透過氧的不斷溶解,L-AA降解消耗溶解氧的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于透過氧溶解的量,荔枝汁中的DOC開始快速上升,貯藏結(jié)束時的DOC是(4296±15) μg/L。三種包裝材料中荔枝汁的DOC差異顯著,包裝材料阻隔性能對DOC有顯著影響(p<0.05),進(jìn)而影響L-AA的氧化降解速率。

2.4 包裝材料對荔枝汁糖含量的影響

貯藏過程,包裝材料對荔枝汁的蔗糖、果糖和葡萄糖含量的影響如圖3所示。由圖3a可知,荔枝汁的蔗糖在酸性條件下發(fā)生了水解生成葡萄糖和果糖,使其含量隨著貯藏時間的延長均不斷減少,貯藏結(jié)束時,PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋裝荔枝汁的蔗糖分別下降了75.1%、71.1%和88.3%,三種包裝材料中蔗糖含量無顯著差異,包裝材料阻隔性能對蔗糖含量無顯著影響(p>0.05)。由圖3b和3c可知,三種包裝材料中的果糖含量變化均呈先增加,后減少,然后又緩慢增加的趨勢;葡萄糖的含量呈先增加,后一直緩慢減少的趨勢,與侯雪等[16]研究發(fā)現(xiàn)貯藏過程蘋果汁的糖含量呈折線型變化趨勢類似。貯藏結(jié)束時,果糖和葡萄糖含量較其初始值均有所增加。貯藏初期,PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋裝荔枝汁的果糖和葡萄糖含量較快速地增加,可能是由酸性條件下蔗糖不斷地水解引起的;貯藏中期,隨著美拉德反應(yīng)加劇,將消耗更多的葡萄糖和果糖,導(dǎo)致兩者的含量均出現(xiàn)了緩慢減少;貯藏后期,果糖含量又逐漸緩慢增加,可能是由于實驗用荔枝汁中含有的果肉懸浮物里面的可溶性糖不斷溶解和荔枝汁中的多糖水解增加了果糖和葡萄糖的含量,當(dāng)增加量大于美拉德反應(yīng)的消耗量時,果糖濃度便開始緩慢地增加。葡萄糖比果糖更容易參與美拉德反應(yīng)[17],因此,三種包裝材料中的葡萄糖含量沒有出現(xiàn)同果糖一樣的又緩慢增加的情況。

圖3 包裝材料對荔枝汁蔗糖、果糖和葡萄糖含量的影響Fig.3 Effects of packaging materials on the sucrose,fructose and glucose content of litchi juice

2.5 包裝材料對荔枝汁氨基酸含量的影響

氨基酸是人體需要的重要營養(yǎng)物質(zhì),荔枝果實中氨基酸含量豐富,實驗用荔枝汁初始共檢測出15種氨基酸,總量為764 mg/100 g。PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋裝的荔枝汁氨基酸含量如表2所示,荔枝汁的氨基酸總量較初始值均有所下降,貯藏結(jié)束時,氨基酸總量分別下降了59.3%、60.1%和58.0%。貯藏過程中,氨基酸會與L-AA降解形成的DHA以及二羰基化合物等一起參與斯特勒克降解,從而導(dǎo)致其含量不斷降低。此外,氨基酸還參與酚類物質(zhì)的氧化降解。三種包裝材料中荔枝汁的蘇氨酸、賴氨酸、組氨酸和精氨酸損失較多,是參與美拉德反應(yīng)的主要氨基酸。

表2 包裝材料對荔枝汁氨基酸含量的影響Table 2 Effects of packaging materials on the amino acid content of litchi juice

2.6 包裝材料對荔枝汁總酚含量的影響

荔枝汁含有豐富的多酚與黃酮類物質(zhì),貯藏過程中這些酚類物質(zhì)極易發(fā)生變化,造成荔枝汁品質(zhì)劣變。貯藏過程中,包裝材料對荔枝汁總酚含量的影響如圖4所示,總酚含量隨著貯藏時間的延長而不斷下降,包裝材料透氧量越大,總酚含量下降速度越快,貯藏結(jié)束時,PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋裝荔枝汁總酚含量分別下降了14.6%、20.1%和13.6%,總酚含量有顯著差異,包裝材料阻隔性能對總酚含量有顯著影響(p<0.05)?？偡雍康慕档涂赡苁怯捎诜宇愇镔|(zhì)在貯藏過程中消耗溶解氧發(fā)生了氧化聚合。Van Bree等研究發(fā)現(xiàn)橙汁中的酚類化合物和類黃酮與L-AA競爭消耗掉了氧氣,發(fā)生了氧化聚合[18]。此外,PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋裝的荔枝汁的總酚含量下降幅度低于L-AA的,說明貯藏過程酚類物質(zhì)比L-AA穩(wěn)定。Zheng等同樣研究發(fā)現(xiàn)貯藏過程中菠蘿汁的總酚比L-AA穩(wěn)定[19]。

圖4 包裝材料對荔枝汁總酚含量的影響Fig.4 Effects of packaging materials on the total phenols content of litchi juice

2.7 包裝材料對荔枝汁可溶性固形物含量和pH的影響

貯藏過程中,包裝材料對荔枝汁TSS含量和pH的影響如圖5所示。由圖5a可知,隨著貯藏時間的延長,PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋灌裝的荔枝汁的TSS含量均呈上升趨勢,且包裝材料透氧量越大,TSS增加越快。由圖5b可知,荔枝汁的pH均呈緩慢下降趨勢,PLA瓶裝的荔枝汁的pH最低,其次是PET瓶和復(fù)合袋裝的,荔枝汁pH的輕微下降,可能是由于美拉德反應(yīng)初級階段的羰氨縮合反應(yīng)過程,使得荔枝汁中游離氨基酸逐漸減少引起的。三種包裝材料中荔枝汁的TSS含量差異顯著,而pH差異不顯著,包裝材料阻隔性能對TSS含量有顯著影響(p<0.05),對pH沒有顯著影響(p>0.05)。

圖5 包裝材料對荔枝汁可溶性固形物含量和pH的影響Fig.5 Effects of packaging materials on the total soluble solids content and pH of litchi juice

2.8 包裝材料對荔枝汁5-HMF含量的影響

5-HMF經(jīng)常被認(rèn)為是果汁非酶褐變的標(biāo)志物[20],美拉德反應(yīng)及抗壞血酸氧化分解均能產(chǎn)生5-HMF。貯藏初始時(0 w)未在荔枝汁中檢測到5-HMF。貯藏過程中,包裝材料對荔枝汁5-HMF含量的影響如圖6所示,隨著貯藏時間的延長,PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋裝荔枝汁的5-HMF含量均呈上升趨勢,其中PLA瓶裝荔枝汁的5-HMF含量最高,其次是PET瓶和復(fù)合袋的,這與2.2中荔枝汁的L-AA降解規(guī)律一致,說明5-HMF是美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物,也是L-AA降解的中間產(chǎn)物。貯藏結(jié)束時,三種包裝材料中荔枝汁5-HFM含量沒有顯著差異,包裝材料阻隔性能對5-HMF含量沒有顯著影響(p>0.05),25 ℃貯藏時,5-HMF是以美拉德反應(yīng)生成為主。國際果汁生產(chǎn)商聯(lián)合會規(guī)定:果汁中5-HMF的含量不應(yīng)超過5 mg/L,貯藏結(jié)束時三種包裝材料灌裝的荔枝汁中5-HMF含量均未超過該規(guī)定。

圖6 包裝材料對荔枝汁5-HMF含量的影響Fig.6 Effects of packaging materials on the 5-HMF content of litchi juice

2.9 包裝材料對荔枝汁褐變指數(shù)的影響

BI用來表征果汁貯藏過程中顏色褐變的情況,它被定義為褐色的純度,是含有糖分的食品體系中指示褐變情況的一個重要指標(biāo)[21]。貯藏過程中,包裝材料對荔枝汁BI的影響如圖7所示,隨著貯藏時間的延長,荔枝汁的BI均呈上升趨勢,其中,PLA瓶裝荔枝汁的BI變化最大,其次是PET瓶和復(fù)合袋裝的,這與L-AA的降解密切相關(guān),L-AA降解后產(chǎn)生更多的中間產(chǎn)物參與美拉德反應(yīng),生成了更多的類黑色素物質(zhì),使得PLA瓶裝荔枝汁的褐變最為嚴(yán)重。三種包裝材料中荔枝汁BI差異顯著,包裝材料阻隔性能對BI有顯著影響(p<0.05),推測L-AA降解產(chǎn)物本身導(dǎo)致的荔枝汁褐變不顯著,L-AA降解產(chǎn)物參與美拉德反應(yīng)生成的類黑精物質(zhì)才是導(dǎo)致體系顯著褐變的主要因素。三種包裝材料灌裝的荔枝汁的BI增加的規(guī)律與2.8中5-HMF變化的趨勢一致,說明荔枝汁的褐變與5-HMF增加密切相關(guān)。

圖7 包裝材料對荔枝汁褐變指數(shù)的影響Fig.7 Effects of packaging materials on the browning index of litchi juice

2.10 荔枝汁非酶褐變分析

隨著貯藏時間的延長,三種包裝材料灌裝的荔枝汁BI不斷增加,肉眼觀察到荔枝汁色澤逐漸從乳白色向褐色轉(zhuǎn)變,發(fā)生了非酶褐變。由于非酶褐變的復(fù)雜性和不同反應(yīng)產(chǎn)物間的相互作用,貯藏期荔枝汁非酶褐變不可能是一種反應(yīng)機(jī)理作用的結(jié)果。為了系統(tǒng)地分析包裝材料對荔枝汁非酶褐變的影響,進(jìn)一步明確非酶褐變的機(jī)理,進(jìn)行PLSR分析,計算VID系數(shù),繪制雙標(biāo)圖,以直觀地反映不同包裝材料灌裝荔枝汁的品質(zhì)指標(biāo)與其非酶褐變間的關(guān)系。

PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋裝荔枝汁褐變指數(shù)的PLSR模型建立選取了兩個主成分t1和t2,t1和t2是原始X變量(品質(zhì)指標(biāo))的線性組合,可以用來很好地解釋荔枝汁品質(zhì)指標(biāo)(X變量)同非酶褐變(Y變量)的函數(shù)關(guān)系。選取兩個主成分時,對PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋裝荔枝汁BI的解釋分別是98.77%、94.72%和97.42%,都有著很高的累計解釋。荔枝汁品質(zhì)指標(biāo)與非酶褐變關(guān)系的偏最小二乘法回歸分析雙標(biāo)圖如圖8所示。

圖8 PET瓶,PLA瓶和復(fù)合袋裝荔枝汁品質(zhì)指標(biāo)與非酶褐變關(guān)系的偏最小二乘法回歸分析雙標(biāo)圖Fig.8 PLSR biplots visualising the correlation betweennon-enzymatic browning and quality parameters of PET bottle,PLA bottle Multiply pocket litchi juice注:品質(zhì)指標(biāo)(●),不同貯藏時間的荔枝汁(▲)。

圖8的雙標(biāo)圖中內(nèi)圓和外圓代表的VID系數(shù)分別為0.7和1.0,每個自變量旁標(biāo)注的數(shù)值為其VID系數(shù)。本研究以VID系數(shù)絕對值>0.90時,表示該指標(biāo)對貯藏過程中荔枝汁褐變有重要影響。由圖8a可知,對PET瓶裝荔枝汁的褐變有重要影響的是:5-HMF、L-AA、總酚、蔗糖和氨基酸總量;由圖8b可知,對PLA瓶裝荔枝汁的褐變有重要影響的是:5-HMF、總酚、蔗糖和TSS;由圖8c可知,對復(fù)合袋裝荔枝汁的褐變有重要影響的是:5-HMF、L-AA、總酚、蔗糖和氨基酸總量。包裝材料阻隔性能不同,進(jìn)入到容器內(nèi)部的透過氧量也不同,使得荔枝汁中的溶解氧濃度有差異,溶解氧的存在能引起L-AA的降解和酚類物質(zhì)氧化聚合,導(dǎo)致荔枝汁發(fā)生非酶褐變。經(jīng)過PLSR分析,推測在25 ℃環(huán)境避光貯藏時,PET瓶、PLA瓶和復(fù)合袋灌裝的荔枝汁非酶褐變除受L-AA降解和酚類物質(zhì)氧化聚合影響外,體系中的美拉德反應(yīng)也是非酶褐變的原因。為了在貯藏期內(nèi)更好的保持荔枝汁顏色的穩(wěn)定性,需要選擇阻隔性能好的包裝材料灌裝荔枝汁,同時進(jìn)行低溫冷藏以延長荔枝汁的貨架壽命。

3 結(jié)論

三種包裝材料中荔枝汁的L-AA含量均不斷減少,PLA瓶中L-AA的降解最快,其次是PET瓶和復(fù)合袋的。PLA中L-AA的降解受荔枝汁中初始溶解氧和包裝材料透過氧的共同作用,并以透過氧的作用為主;PET瓶和復(fù)合袋中L-AA的降解主要受初始溶解氧的影響,受透過氧的影響較小。貯藏初期,三種包裝材料中的DOC急劇下降,貯藏中后期,除PLA瓶中的DOC快速上升外,其它包裝材料中的DOC平緩下降,趨于穩(wěn)定,DOC的變化是L-AA降解耗氧和包裝材料阻隔性共同作用的結(jié)果。

荔枝汁的蔗糖發(fā)生了水解,含量均不斷地下降。貯藏初期,果糖和葡萄糖含量隨著蔗糖的水解而相應(yīng)的增加,貯藏中后期,由于美拉德反應(yīng)的加劇及荔枝汁含有的果肉成分中可溶性糖的溶出,使得含量先減少后略有增加。荔枝汁氨基酸總量不斷下降,其中蘇氨酸、賴氨酸、組氨酸和精氨酸是參與美拉德反應(yīng)的主要氨基酸。三種包裝材料中荔枝汁的總酚含量不斷下降,5-HMF含量和BI不斷增加。

包裝材料阻隔性能不同,進(jìn)入到容器內(nèi)部的透過氧量也不同,使得荔枝汁中的溶解氧濃度有差異。溶解氧的存在能引起L-AA的降解和酚類物質(zhì)氧化聚合,導(dǎo)致荔枝汁發(fā)生非酶褐變。三種包裝材料中,阻隔性能最好的復(fù)合袋最適宜包裝荔枝汁,其次是PET瓶,PLA瓶不適宜包裝荔枝汁。

[1]Wang Z,Zhang M,Wu Q. Effects of temperature,pH,and sunlight exposure on the color stability of strawberry juice during processing and storage[J]. Food Science and Technology,2015,60(2):1174-1178.

[2]Bacigalupi C,Lemaistre M H,Boutroy N,et al. Changes in nutritional and sensory properties of orange juice packed in PET bottles:An experimental and modelling approach[J]. Food Chemistry,2013,141(4):3827-3836.

[3]Dantas S T,Soares B M C,Saron E S,et al. Corrosion in aluminium cans with grape juice-influence of mechanical damage[J]. Packaging Technology and Science,2014,27(6):449-456.

[4]Zerdin K,Rooney M L,Vermu? J. The vitamin C content of orange juice packed in an oxygen scavenger material[J]. Food Chemistry,2003,82(3):387-395.

[5]Siracusa V,Blanco I,Romani S,et al. Poly(lactic acid)-modified films for food packaging application:Physical,mechanical,and barrier behavior[J]. Journal of Applied Polymer Science,2012,125(S2):390-401.

[6]岳強(qiáng),曾新安,于淑娟，等. 新鮮荔枝汁營養(yǎng)成分分析[J]. 食品工業(yè)科技,2006,27(4):173-174.

[7]Kim Y,Welt B A,Talcott S T. The impact of packaging materials on the antioxidant phytochemical stability of aqueous infusions of green tea(Camelliasinensis)and Yaupon Holly(Ilexvomitoria)during cold storage[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2011,59(9):4676-4683.

[8]Zanoni B,Pagliarini E,Galli A,et al. Shelf-life prediction of fresh blood orange juice[J]. Journal of Food Engineering,2005,70(4):512-517.

[9]徐程,余小林,胡卓炎，等. 3個品種荔枝果汁貯藏過程中的非酶褐變機(jī)理研究[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2010,36(9):175-180.

[10]Yang J,Gadi R,Paulino R,et al. Total phenolics,ascorbic acid and antioxidant capacity of noni(MorindacitrifoliaL.)juice and powder as affected by illumination during storage[J]. Food Chemistry,2010,122(3):627-632.

[11]劉學(xué)芝,何強(qiáng),孔祥虹，等. 固相萃取-超高效液相色譜法測定濃縮石榴汁中羥甲基糠醛含量[J]. 食品工業(yè)科技,2013,34(10):62-64.

[12]Zielinski AAF,Haminiuk CWI,Nunes CA,et al. Chemical composition,sensory properties,provenance,and bioactivity of fruit juices as assessed by chemometrics:A Critical review and guideline[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety,2014,13(3):300-316.

[13]Vervoort L,Grauwet T,Kebede B T,et al. Headspace fingerprinting as an untargeted approach to compare novel and traditional processing technologies:A case-study on orange juice pasteurization[J]. Food Chemistry,2012,134(4):2303-2312.

[14]Ros-Chumillas M,Belissario Y,Iguaz A,et al. Quality and shelf life of orange juice aseptically packaged in PET bottles[J]. Journal of Food Engineering,2007,79(1):234-242.

[15]Pénicaud C,Broyart B,Peyron S,et al. Mechanistic model to couple oxygen transfer with ascorbic acid oxidation kinetics in model solid food[J]. Journal of Food Engineering,2011,104(1):96-104.

[16]侯雪,李喜宏,王思新,等. 包裝材料對蘋果濃縮汁貯藏期非酶褐變的影響[J]. 食品科技,2012(4):12-14.

[17]Zhang X,Tao N,Wang X,et al. The colorants,antioxidants,and toxicants from non-enzymatic browning reactions and the impacts of dietary polyphenols on their thermal formation[J]. Food & Function,2015,6(2):345-355.

[18]Van Bree I,Baetens J M,Samapundo S,et al. Modelling the degradation kinetics of vitamin C in fruit juice in relation to the initial headspace oxygen concentration[J]. Food Chemistry,2012,134(1):207-214.

[19]Zhang R,Zeng Q,Deng Y,et al. Phenolic profiles and antioxidant activity of litchi pulp of different cultivars cultivated in Southern China[J]. Food Chemistry,2013,136(3-4):1169-1176.

[20]Bharate SS,Bharate SB. Non-enzymatic browning in citrus juice:chemical markers,their detection and ways to improve product quality[J]. Journal of Food Science and Technology,2014,51(10):2271-2288.

[21]Quit?o-Teixeira L J,Aguiló-Aguayo I,Ramos A M,et al. Inactivation of oxidative enzymes by high intensity pulsed electric field for retention of color in carrot juice[J]. Food and Bioprocess Technology,2008,4(1):364-373.