漿果果汁加工工藝 及功效成分研究進展

封曉茹,侯亞男,張新雪,何茉荷,朱 月,孫愛東,甘芝霖,*

(1.北京林業(yè)大學生物科學與技術學院食品科學與工程系,北京 100083;2.北京林業(yè)大學林業(yè)食品加工與安全北京市重點實驗室,北京 100083)

漿果是一類水分含量高、果肉呈漿狀的水果[1],具有獨特的風味及營養(yǎng)價值,目前市面上常見的漿果有藍莓、桑葚、蔓越莓等。漿果中普遍富含花色苷、多酚、黃酮、維生素、礦物質等天然生理活性物質,具有清除自由基、調節(jié)代謝、延緩衰老、提高免疫力等功效作用[2-4],對預防和治療疾病、促進機體健康有著重要的作用。表1列舉了幾種常見漿果富含的營養(yǎng)成分。

表1 漿果營養(yǎng)成分一覽表Table 1 A list of nutritious ingredients in several kinds of berries

目前,漿果資源主要分布在北半球,且大多集中于山區(qū)、河谷等地。比如,在國外,樹莓和黑莓主要分布在北半球的溫帶和寒帶地區(qū)[17];蔓越莓主要生長在美國北部的馬塞諸薩州、威斯康辛州、緬因州等氣候相對寒冷的地區(qū)[18];而桑葚分布較廣,即使在熱帶的中部和南美洲也能很好的適應環(huán)境[19]。我國幅員遼闊,氣候多樣,因而漿果資源十分豐富,如藍莓分布在山東半島、長白山區(qū)、大小興安嶺等地[5-6];黑果腺肋花楸在上世紀九十年代被引入我國遼西地區(qū)定植[20];樹莓、黑莓等在我國以西南地區(qū)分布最為集中,而已經(jīng)開發(fā)利用的品種集中在東北各地[17];桑葚在我國的種植歷史悠久,分布遍及全國各省市,共有3000多個種質資源[13]。

漿果的鮮果果實過于柔軟,是典型的加工型水果,一般在采摘期就對其進行加工,比如將其處理成濃縮果汁或原汁貯存,以供應進一步加工生產的需要[21]。目前,國內果汁行業(yè)正以平均每年20%的增長率成為食品工業(yè)發(fā)展最快的行業(yè)[22],漿果汁及其復合飲料市場份額不斷增長,形成了新的果汁消費市場。近年來,國內各大果汁飲料廠開始重視漿果果汁的生產,如匯源集團與美國奧鮮倍公司合作生產蔓越莓果汁;北京金國都果汁廠與德國合作開發(fā)樹莓果汁生產線。

現(xiàn)代社會,營養(yǎng)與健康越來越為人類所重視,漿果富含營養(yǎng)成分,食用價值和市場價值都很高,具有很大的開發(fā)潛力。因此,近些年來,漿果資源的功效作用及其深加工成為了研究熱點。本文綜述了漿果果汁主要加工工藝的研究進展,分析了不同加工工藝對漿果果汁品質的影響,在此基礎上,闡述漿果的功效作用,從而為更好的開發(fā)漿果資源,增加其產業(yè)附加產值,并有效實現(xiàn)其綜合利用提供理論依據(jù)和參考。

1 漿果果汁的加工工藝

1.1 工藝流程

與其他果蔬汁類似,漿果果汁主要分為澄清汁和混濁汁。澄清果汁采用澄清工藝將果汁中的懸浮物和易沉淀膠粒除去,外觀清亮、透明,口感良好,粘度低且流動性好,便于貯存和運輸[23]?；鞚峁谏a過程中不需要進行澄清,因而保有原果中的大量營養(yǎng)成分,具有更大的市場需求,但是易產生雜質沉淀[24]?；竟に嚵鞒倘缦耓25]:

1.2 加工工藝的研究進展

1.2.1 護色技術 漿果果實一般柔軟多汁、果肉細膩,含有大量的花青素和多酚類物質。在加工過程中,花青素及多酚類物質不穩(wěn)定、易降解,在多酚氧化酶的作用下產生褐變現(xiàn)象[26],影響果汁外觀,造成原有色澤缺失、產品營養(yǎng)成分損失等問題。為消除由褐變對色澤產生的不利影響,護色技術的研究顯得尤為重要。目前常用的護色方法主要有熱處理和添加護色劑,通過抑制多酚氧化酶的活性達到護色目的。熱處理包括沸水熱燙、蒸汽熱燙和微波熱燙等[27],該方法不存在化學試劑殘留的問題,但易造成漿果營養(yǎng)成分的損失,需嚴格控制處理時間和溫度[26-27]。常用的護色劑包括抗壞血酸、檸檬酸、茶多酚、焦亞硫酸鈉和L-半胱氨酸等[26,28],可以對果汁的色澤起到保護作用,但使用不當會對果汁的風味有不利的影響,因此需注意護色劑的選擇和添加量等。除此之外,國內外研究發(fā)現(xiàn)一些天然產物提取物或活性成分也能起到良好的護色作用。Rein等[29]將阿魏酸,芥子酸和迷迭香酸分別加入到樹莓、蔓越莓等果汁中,觀察果汁在儲存期間的顏色變化,發(fā)現(xiàn)酚酸的添加增強了儲藏期間果汁中的花青素顏色強度及穩(wěn)定性,從而起到保護和穩(wěn)定果汁色澤的作用。Roidoung等[30]發(fā)現(xiàn)在維生素C強化后的蔓越莓果汁中添加沒食子酸,可以有效減緩花色苷的降解,達到護色目的,而且沒食子酸價格低廉,還能在果汁中誘導產生無熱量的甜味。還有研究表明[31],將沒食子酸與石榴皮提取物、櫻桃莖提取物和綠茶提取物同時加入到酸櫻桃濃縮汁中,同樣減少了果汁中花色苷的降解,從而延緩果汁色澤褪變的同時還降低了濁度。以上天然物質的使用更加安全、環(huán)保,但其輔色機理,以及與傳統(tǒng)護色技術的結合等問題仍需進一步探索與研究。

1.2.2 破碎榨汁技術 該步驟是生產漿果果汁非常重要的加工環(huán)節(jié)。采用合理的榨汁技術可以有效提高果汁出汁率、保留更多的營養(yǎng)成分、減少原料的浪費,從而提升生產效率和產品質量。工業(yè)生產中,漿果的破碎榨汁通常采用機械方法,比如直接壓榨破碎再榨汁,這種方法的出汁率及可溶性固形物含量比較高,操作簡便[32]。但是,漿果果膠含量較高,經(jīng)破碎得到的果漿較為粘稠,自流汁較少,存在榨汁困難等問題?，F(xiàn)有研究表明,利用酶解輔助榨汁以得到出汁率高、渣滓少的果汁[33]。該技術通過酶制劑的添加破壞漿果果漿內部細胞結構,從而提高原料浸出率。房子舒等[33]向藍莓果漿添加果膠酶,發(fā)現(xiàn)出汁率隨著酶濃度及酶解時間的增加而不斷升高,由未處理組的67%升到80%以上。姚麗敏等[34]預先對紅樹莓加熱軟化30 min,然后在40 ℃下添加0.024%的果膠酶,酶解90 min,結果發(fā)現(xiàn)紅樹莓果實出汁率可提高49.82%。Heffels等[35]分別使用六種具有多聚半乳糖醛酸酶活性、果膠裂解酶活性及纖維素酶活性的商業(yè)酶制劑對藍莓進行處理,結果表明較低酶劑量(0.5 nkat/g)對果汁產量幾乎無影響,而較高酶劑量(10 nkat/g)均可以使果汁出汁率提高10%以上,且不同種類酶制劑的效果會有一定的差別。在未來,酶解技術中酶制劑的選擇、使用條件以及與傳統(tǒng)加工工序的結合是需要加強研究的方向。

1.2.3 澄清技術 漿果果汁加工過程中,果肉纖維、果膠及酚類物質極易引起沉淀和混濁,影響果汁的外觀和品質[36]。澄清工藝可以去除果汁中全部懸浮物、果肉微粒、膠體物質及其他沉淀物,從而解決上述問題。此外,澄清汁具有良好的外觀及貯藏穩(wěn)定性,在市場上更受歡迎。因此,澄清工藝的改進和研究就顯得尤為重要。果汁澄清一般有加入澄清劑法、酶解法、超濾法等。目前常用的果汁澄清劑主要有明膠、硅藻土、膨潤土、PVPP(聚乙烯聚吡咯烷酮)等[37],以上物質通過與果汁中的多酚及蛋白質非特異性結合形成膠體絮凝物來發(fā)揮作用,但通常反應緩慢且處理不當會造成一定的危害[38]。酶解法是一種更為安全有效的澄清方法。Ghosh等[39]通過響應面優(yōu)化設計,得到黑莓果汁中使用果膠酶進行澄清的最優(yōu)工藝是,濃度為0.09%(w/v),溫度為33.58 ℃,反應時間75 min,在此條件下,果汁粘稠度和濁度均顯著下降(p<0.001)。針對引起果汁混濁的物質并不是單一酶制劑,越來越多研究開始關注不同酶制劑的組合及其協(xié)同作用。Wang等[40]使用含有果膠酶、纖維素酶及花青素酶的商業(yè)聯(lián)合酶制劑對黑莓果汁進行處理,選擇透光率和濁度來評判果汁澄清度,結果顯示經(jīng)酶制劑處理的果汁與未經(jīng)處理的果汁相比,澄清度大大提高,且花青素、多酚等生物活性物質成分含量顯著提升(p<0.05)。超濾技術可以利用超濾膜去除果汁中的果膠、纖維素、蛋白質、細菌等來達到澄清果汁的目的。實驗表明[41],超濾技術不僅可以去除原汁中的懸浮固體,還能保留果汁中的營養(yǎng)成分,但該技術在漿果果汁生產中鮮有應用,在未來具有一定的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

不同殺菌方式對漿果汁的香氣和風味也有一定的影響。近年來,國內外學者采用感官評價、固相微萃取-氣相色譜-質譜(SPME-GC-MS)、仿生學(電子鼻、電子舌等)等技術,結合雷達圖、主成分分析等方法對漿果汁的香氣及滋味進行了分析。表2列舉了常見漿果原汁的主要香味物質,可以看出,酯類、醇類、醛類等是組成漿果汁香味的主要物質,根據(jù)漿果種類的不同,其香味組成亦有所差異。研究發(fā)現(xiàn),巴氏殺菌、超高溫瞬時殺菌等常用的熱處理方式會造成漿果汁中酯類等物質的降解,從而導致氣味顯著減弱并伴有不良氣味的產生,且原果汁具有的滋味也受到了一定的破壞[54,56,58]。相比與熱處理,超高壓[56]、超聲波[59]、微波[58]、高壓脈沖電場[51]等非熱技術可以更好的保持漿果汁原有的風味,其香氣組成和滋味都更接近于原汁。

如上所述,盡管已有關于超高壓、脈沖電場等非熱加工技術對漿果果汁中腐敗微生物和病原微生物殺滅效果的研究,但關鍵工藝和實驗條件等不一致會導致實驗結果存在差異,因此需要大量可靠數(shù)據(jù)的積累,才能據(jù)此針對不同技術設計可行有效的非熱殺菌工藝,最終實現(xiàn)其在漿果果汁加工中的商業(yè)化應用。

2 漿果果汁生物活性成分及功效作用研究進展

2.1 生物活性成分

花青素,是一種水溶性色素,屬于酚類化合物中的類黃酮類,具有抗炎、抗氧化、抗癌、改善視力等功效作用[1],在體內的生物利用度較高,且作用持久[60],被廣泛應用于保健食品、醫(yī)藥、化妝品等領域。研究表明,漿果果汁中含有較高水平和結構多樣的花青素,是其中主要的生物活性成分[61]?？蒲腥藛T在藍莓汁中檢測出多達27種花青素,總含量高達1000 mg/100 g,并在藍莓汁具有的多項功效作用中起到積極和重要作用[62];Tomas等[63]發(fā)現(xiàn),桑葚汁可以保留鮮果中60%～70%的花青素,并主要以矢車菊素-3-葡萄糖苷和矢車菊素-3-蕓香糖苷兩種形式存在;而在花楸汁中,花青素主要有矢車菊素-3-半乳糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷、矢車菊素-3-阿拉伯糖苷、矢車菊素-3-木糖苷等[48]。

多酚,屬植物的次生代謝產物,主要包括酚酸類、黃酮類和花色苷類等。多酚的種類復雜,功效多樣,一般具有抗氧化、抗炎、緩解心血管疾病等作用[64]。研究表明,相比于其他果汁和果汁飲料,漿果果汁是很好的多酚來源,且顏色越深,其酚類物質含量較高,比如黑色樹莓中的總酚含量就遠遠超過紅色樹莓[61]。不同種類漿果的多酚種類亦有差別,比如藍莓汁中的多酚主要是芪類化合物、單寧、類黃酮、黃酮等[62];蔓越莓汁中的多酚主要以酚酸類物質,如原兒茶酸、香草酸、水楊酸等形式存在[65];桑葚汁中富含花色苷、咖啡酸、奎寧酸等多酚類物質[63];黑莓汁中的多酚主要有原花青素、黃酮,水楊酸,鞣花酸等[66]。不同的多酚組成造成漿果汁功效作用存在一定差異,如藍莓、花楸等的果汁抗氧化能力相對較強,蔓越莓汁則具有更顯著的抑菌作用[65]。

黃酮,在果蔬中常以黃酮糖苷的形式存在。黃酮類物質可預防心腦血管疾病、改善血液循環(huán)、延緩衰老、預防癌癥,對人體的健康和疾病的預防都具有重要意義[1]。漿果果汁中的黃酮類物質主要有槲皮素和楊梅素兩大類[61],比如花楸汁中主要含有槲皮素-3-蕓香糖苷、槲皮素-3-半乳糖苷等[48];藍莓汁中的黃酮主要以多種槲皮素苷(槲皮素-3-半乳糖苷,槲皮素-3-葡萄糖苷,槲皮素-3-蕓香糖苷)和楊梅素苷(楊梅素-3-葡萄糖苷,楊梅素-3-鼠李糖苷)的形式存在。

其他物質。除了花青素、多酚和黃酮,漿果果汁中還富含有機酸、纖維素、維生素和礦物質等[61-62,66]。

目前,有關漿果果汁中生物活性成分含量的檢測報道較多,但其在加工過程中和貯藏期間發(fā)生的構效變化及機制有待深入研究,不同成分互相之間存在的關系和產生的影響還需進一步驗證。

2.2 功效作用

漿果果汁具有多種功效作用,如抑菌、抗炎、抗氧化、降血糖、降血脂等。梳理近年來的國內外研究進展,可以發(fā)現(xiàn)對漿果果汁的功效評價主要從體外實驗、動物實驗和人體實驗等三個層面進行研究和驗證。

抑菌性。漿果汁中富含花青素、多酚、黃酮等物質,可有效抑制細菌的繁殖。Yang等[66]在肉湯、脫脂牛奶和全脂牛奶中分別接種了李斯特菌、鼠傷寒沙門氏菌和大腸桿菌等三種致病菌,然后按總體積的10%加入黑莓汁,結果顯示上述致病菌的菌落數(shù)被降低了1～3個對數(shù)值,而體系中的益生菌,比如乳酸菌的菌落數(shù)則上升了1～4個對數(shù)值,說明黑莓汁可以作為天然抗菌劑和益生菌的促生長因子被應用于食品中。Huttunen等[67]的研究表明蔓越莓汁(可溶性固形物含量達到8.7 mg/g時作用最顯著)可以明顯抑制肺炎鏈球菌間的粘附現(xiàn)象,從而預防肺炎、腦膜炎、中耳炎等炎癥疾病的發(fā)生。

抗病毒。Joshi等[68]發(fā)現(xiàn)鮮榨藍莓汁及其含有的B型原花青素可有效抑制腸道病毒的增殖,在預防和治療腸道疾病方面具備一定的潛力。從1966年開始,科研人員就針對蔓越莓汁對泌尿系統(tǒng)的影響進行臨床研究,后續(xù)有大量的學者使用蔓越莓汁對無尿路感染患者進行隨機雙盲實驗或對老年患者進行非盲交叉實驗,實驗結果均顯示蔓越莓汁對尿路感染有一定的預防作用,主要起作用的生物活性物質是原花青素[69]。但是,由于漿果汁中成分復雜,對于其抑菌、抗病毒的作用機制尚不完全明確,仍需后續(xù)的實驗進行進一步研究。

抗氧化、抗衰老。漿果汁中富含多酚、黃酮等成分,可有效清除自由基,達到抗氧化、延緩機體衰老的目的。鄧秀婷等[70]向小鼠連續(xù)40 d灌胃桑葚提取液后,對小鼠血清及肝臟中超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等的含量進行測定,結果顯示,鮮榨桑葚汁可顯著提高血清和肝臟中SOD、GSH-Px活性,并降低MDA含量,從而具有一定的抗氧化和延緩衰老的作用。Kardum等[71]招募了29名25～49歲健康女性作為受試者,讓她們每天飲用100 mL富含多酚的花楸汁,連續(xù)12周對受試者的常規(guī)理化指標、硫代巴比妥酸反應性物質水平、總抗氧化能力、總氧化狀態(tài)等進行檢測和觀察,結果表明持續(xù)飲用12周花楸汁可以通過抗氧化作用達到預防肥胖的效果。Savikin等[72]挑選了29名年齡在25～48歲、皮下脂肪團等級為2(桔皮狀脂肪粒自發(fā)分層于皮下組織,且清晰可見)、經(jīng)期正常的成年女性作為受試者,在每頓餐前讓她們飲用100 mL花楸汁,持續(xù)90 d后,通過超聲測量受試人的表皮、皮膚和皮下厚度等結構參數(shù),總膽固醇、甘油三酯等生化指標以及體重、全身脂肪等的測定,發(fā)現(xiàn)皮下脂肪團體積明顯減小、水腫現(xiàn)象有效緩解、皮膚狀態(tài)顯著改觀,這很可能得益于花楸汁中含量較高的花青素等成分。

預防心血管疾病。心血管疾病包括高血壓、高血脂、高血糖等所導致的心臟、大腦及全身組織發(fā)生的缺血性或出血性疾病,是一種嚴重威脅人類得常見疾病,具有高患病率、高致殘率和高死亡率的特點。Olas[3]對前人的研究進行歸納總結,認為漿果普遍具有抗血小板凝聚的作用,從而能一定程度上預防和治療心血管疾病。Olas所在課題組[73]在體外將花楸汁與健康的人血清混合孵育,結果發(fā)現(xiàn)血小板活性顯著降低、其凝集現(xiàn)象得到有效抑制。Azofeifa等[74]在由鏈脲佐菌素誘導產生的大鼠II型糖尿病模型中,讓大鼠連續(xù)40天口服一定濃度(12.5%和25%)的黑莓汁,生化指標檢測結果顯示,較高濃度的黑莓汁(25%)可顯著降低血清中甘油三酯和膽固醇水平,從而對糖尿病及其并發(fā)癥的治療有積極的影響。人體實驗亦證明,服用花楸汁對高血壓患者的血壓水平、血清脂質等有積極的影響[75-76],可以在血壓異常者的膳食中補充一定量的漿果汁對高血壓起到預防和緩解的效果。

抗癌、抑制腫瘤。漿果汁中的花青素、鞣花酸等物質對預防和治療癌癥有著積極作用。Boivin[77]等選取了包括藍莓、樹莓、黑莓、蔓越莓在內的13種漿果汁為研究對象,分別用這13種漿果汁對胃腺癌、乳腺癌、前列腺癌、結腸直腸腺癌等細胞進行處理,結果發(fā)現(xiàn)大多數(shù)漿果汁對上述癌細胞的增殖均有一定的抑制作用,其中,樹莓、藍莓、蔓越莓等的效果更佳,其作用機理主要是通過下調cdk4、cdk6等蛋白的水平引起細胞周期阻值導致細胞死亡。álvarez-González等[78]研究發(fā)現(xiàn),讓小鼠連續(xù)四周口服藍莓汁,可以有效緩解由氧化甲烷誘導產生的異常隱窩和氧化損傷現(xiàn)象,說明藍莓汁對直腸癌、結腸癌等具有預防和治療的潛力。Duthied等[79]招募了20名18～40歲的健康女性作為受試者。受試者被隨機分配到治療組或安慰劑組,治療組每天飲用750 mL(3×250 mL)的蔓越莓汁,安慰劑組給予安慰劑飲料(即草莓味礦泉水+蔗糖)。持續(xù)2周后,測定血液和尿液中的各項指標,結果顯示蔓越莓汁可以通過清除體內自由基對癌癥起到預防作用。

其它保健作用。漿果汁還具有保護視力、延緩記憶力衰退等功效作用。研究表明[80],黑莓果汁中的多酚類物質對AlCl3和NaF誘導引起的腦部氧化應激和神經(jīng)病癥有保護作用。藍莓汁中富含的花青素可活化和促進視網(wǎng)膜細胞中視紫質再生,有助于預防眼睛疾病,增進視力[6]。黑果腺肋花楸果汁中含有大量花色苷,可以起到抗輻射的效果[81]。

3 展望

綜上所述,漿果具有很高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值,且風味獨特、外觀誘人,深受人們的青睞。但漿果水分含量較高,易發(fā)生腐爛變質而難以貯藏保鮮。上文提到,我國漿果資源豐富,亟待通過合理的加工手段和技術提高其產業(yè)附加產值。將漿果加工成果汁,不僅解決了不耐儲藏和運輸困難等問題,還很大程度上保持了漿果原有的口感、風味和營養(yǎng)成分,是一種有效的深加工手段。漿果汁加工過程中,要重點開發(fā)以超高壓、脈沖電場、超聲波、等離子體等為代表的新型非熱食品加工技術和裝備,通過操作參數(shù)與菌落總數(shù)、酶活及生物活性物質構效變化等的相關性研究,優(yōu)化工藝條件,與此同時,通過護色、澄清、均質等關鍵工藝的改進解決褐變、功效成分降解、風味劣變等加工過程中存在的問題,最大程度保持漿果汁原有品質和風味,從而生產出更加安全、富含營養(yǎng)、貨架期長、口感美味的果汁產品。目前在漿果汁生理活性的研究中,無論體外實驗、動物實驗還是人體實驗,都主要側重于某些特定功效的驗證,而其作用機理、生物利用度、代謝途徑尚不清楚,亟需在分子層面進行闡述。