金刺梨原汁制備及其穩(wěn)定性優(yōu)化

宋琰，張紅霞，金佳幸，艾雅娜，廖紅梅*

1(貴州省教育廳金刺梨研究與開發(fā)工程研究中心(安順學院)，貴州 安順，561000)2(江南大學 食品學院，江蘇 無錫，214122)

金刺梨(Rosakweichonensisvar.Sterilis)是貴州特有品種光枝無籽刺梨果實，其源于1株野生無籽刺梨，經(jīng)組織培養(yǎng)研究后獲得廣泛種植[1]。其果實于9～10月成熟，呈金黃色至褐色，大多數(shù)胚珠不育、少數(shù)果實有1～2粒種子。金刺梨果肉肥厚、味酸甜、富含超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、維生素C和多種微量元素。其果實含糖5.04%，較刺梨(含量4.37%)高13.3%；含單寧1.53%，比刺梨單寧含量(含量5.40%)低71.7%[2-3]。此外，以貴州普定縣金刺梨為例，果實含有沒食子酸、蘆丁、槲皮素、兒茶素、鞣花酸、綠原酸、阿魏酸等酚類物質(zhì)，果實的抗氧化活性(包括總還原力、對Fe3+還原能力、對ABTS陽離子自由基的清除能力)較高[3]。故金刺梨較刺梨更適口，適合加工成金刺梨汁及具備天然抗氧化能力的保健食品。

目前對于金刺梨的加工處于起步階段，主要有金刺梨酒[4]、金刺梨酥[5]和金刺梨果醬[6]等產(chǎn)品。例如，李小惠[4]研究并確定金刺梨酒的工藝參數(shù)為：添加安琪酵母0.32%，發(fā)酵溫度23 ℃，添加SO2100 mg/L，發(fā)酵pH為3.6，得到金刺梨酒的酒精度為13.7%(體積分數(shù))，這為金刺梨糖腌發(fā)酵酒的生產(chǎn)提供了一定的理論依據(jù)。金刺梨原汁是由物理壓榨法制得的混濁汁液，它不僅能夠解決果實不易保藏的問題，也能夠為其他加工產(chǎn)品如果汁、飲料、發(fā)酵產(chǎn)品、金刺梨茶以及相關(guān)保健品的研究開發(fā)及生產(chǎn)提供良好的原料。金刺梨原汁加工目前存在的問題主要有：(1)在熱加工中易損失大量特征生物活性成分如維生素C和SOD；(2)其在貯藏過程中極不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)沉淀和分層，這極大地限制了其加工及后續(xù)應用。已有研究表明可通過均質(zhì)或添加穩(wěn)定劑來提高混濁果汁，如蘋果濁汁、枸杞濁汁和桃汁等的穩(wěn)定性[7-9]，但目前未有關(guān)于金刺梨原汁混濁穩(wěn)定性的相關(guān)研究。

本文以貴州省安順市所產(chǎn)金刺梨為原料，在了解原汁基本理化性質(zhì)及其自然沉降規(guī)律的基礎上，擬采取高壓均質(zhì)、添加復合穩(wěn)定劑等方法提高其貯藏穩(wěn)定性，以期為解決金刺梨原汁混濁穩(wěn)定性低及容易產(chǎn)生沉淀的問題提供技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

金刺梨果實，產(chǎn)地貴州省安順市，于2020年10月采摘；取黃色或金黃色無病蟲害鮮果，冷鏈運輸至實驗室后，經(jīng)分級篩選去除碰傷果和果柄果葉等，于-20 ℃冷凍保藏。

果膠酶(pectinex，酶活力100 000 U/mL)，上海嘉衡生物技術(shù)有限公司；維生素C(≥99.9%)，上海皓塵生物科技有限公司；羧甲基纖維素鈉(carboxymethyl cellulose-Na，CMC-Na)，上海申光食用化學品有限公司；果膠、黃原膠、明膠，食品級，河南豐華生物科技有限公司；H2SO4、NaOH、無水乙醇、冰醋酸、高錳酸鉀等，AR級試劑，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SRQ—7316型多功能破壁料理機，廣東中山市速熱奇電器有限公司；SQP型電子天平，賽多利斯科學儀器有限公司；JHG-54-P100型高壓均質(zhì)機，上海普麗盛融合機械設備有限公司；DV-II+PRO型旋轉(zhuǎn)黏度計，美國Brookfield公司；UV mini-1240紫外分光光度計，島津儀器蘇州有限公司；HH-2型電熱恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；5805DL型高速離心機，德國Eppendorf公司；DELTA 320型pH計，美國梅特勒-托利多集團；S3500型激光粒度分析儀，美國Microtrac公司；3840-E16型糖度儀，日本Atago公司。

1.3 刺梨原汁的制備

1.3.1 工藝流程

金刺梨果實→解凍→清洗→熱燙→打漿→酶解→過濾→均質(zhì)→冷藏

1.3.2 操作要點

金刺梨果實(-20 ℃凍藏)經(jīng)解凍(4 ℃、8 h)后，挑選黃色或金黃色成熟飽滿的果實，流動水沖洗。果實于水浴中熱燙，條件為95 ℃下30 s；于多功能破壁料理機中進行破碎打漿(1 000 r/min)得到果漿，添加0.1%(質(zhì)量分數(shù))果膠酶，于40 ℃下酶解1 h，經(jīng)過120目篩后收集汁液。此汁液在20 MPa下均質(zhì)2次后得到金刺梨原汁。裝瓶置于4 ℃冷藏，2 h內(nèi)完成后續(xù)相關(guān)實驗。

1.4 理化指標測試

1.4.1 pH值與可滴定酸

金刺梨汁的pH值用pH計在室溫下進行測定。

總酸參考GB/T 12456—2008采用標準NaOH滴定法進行測定：將果汁樣品稀釋至合適倍數(shù)，取稀釋液20 mL，用標準NaOH溶液(0.05 mol/L)滴定至終點后讀數(shù)?？偹嵊嬎闳绻?1)所示：

(1)

式中：c，NaOH濃度，mol/L；V1，滴定樣品所消耗NaOH的體積，mL；V2，空白樣消耗NaOH的體積，mL；n，稀釋倍數(shù)；K，檸檬酸換算系數(shù)，0.070；m，樣品質(zhì)量，g。

1.4.2 粒度分布和濁度

采用激光粒度分析儀測試粒度分布。以去離子水為測試背景，測量之前用去離子水清洗光學儀器內(nèi)部，洗凈后用去離子水注滿樣品池后開始自動調(diào)參。室溫下取瓶中中位果汁5 mL加入樣品池中，在去離子水流動(5 mL/min)的狀態(tài)下平衡30 s后進行測量。記錄3次平行試驗下樣品粒徑分布(%)。

采用趙光遠等[7]的方法測試濁度。取1 mL金刺梨原汁，用去離子水稀釋10倍后在660 nm處測吸光值，以去離子水為空白對照。

1.4.3 黏度

采用DV-Ⅱ+PRO旋轉(zhuǎn)黏度計進行測量，取中位果汁，記錄3次平行試驗下的黏度(mPa·s)。選擇62號轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速設置為100 r/min。

1.4.4 可溶性固形物(soluble solids，SSC)和還原糖

采用糖度儀測定SSC值，用滴管吸取1～2滴果汁于測糖儀棱鏡表面，于常溫下進行讀數(shù)。

還原糖含量的測定采用3,5-二硝基水楊酸法(3,5-dinitrosalicylic acid，DNS)。具體操作為：1 mL稀釋50倍后的果汁或葡萄糖標準溶液(0.2、0.4、0.6、0.8和1.0 mg/mL)加1 mL DNS溶液(含27.62 mmol/L 3,5-二硝基水楊酸、0.525 mol/L NaOH、0.64 mol/L酒石酸鉀鈉、53.13 mmol/L苯酚、39.67 mmol/L Na2SO3)和1 mL去離子水，混勻后置于沸水中15 min，然后在冰水浴中冷卻至常溫，加入9 mL去離子水。采用紫外分光光度計測定在540 nm處的吸光值。按標準曲線y=1.06x-0.061 8(R2=0.997)計算還原糖含量。

1.4.5 總酚含量測定

參照WOLFE等[10]的方法。取30 g果汁，加30 mL體積分數(shù)95%乙醇，常溫低速攪拌30 min。沉淀重提2次，將所有提取液合并、離心(3 000×g, 10 min)，上清液為總酚提取液。取1 mL提取液或10、20、30、40、50、60 mg/L沒食子酸標準溶液與1 mL Folin-Ciocalteu試劑混合，靜置5 min后加入3 mL 75 g/L的Na2CO3溶液和5 mL蒸餾水，30 ℃反應1 h。在765 nm處測吸光值，總酚含量以1 L樣品中含沒食子酸當量(mg)表示。

1.4.6 總黃酮含量測定

參照WU等[11]的方法，略作修改。取30 g果汁加入30 mL 95%乙醇，常溫低速攪拌30 min。沉淀重提1次，將所有提取液合并、離心(3 000×g，10 min)，上清液為總黃酮提取液。取1 mL提取液或0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35 mg/mL的兒茶素標準溶液，加入5 mL 10 g/L香草醛-甲醇溶液，然后在1 min內(nèi)加入3 mL HCl溶液，置于室溫下反應20 min。在500 nm處測吸光值，總黃酮含量以1 L樣品中含兒茶素當量(mg)表示。

1.4.7 維生素C含量測定

參照TIWARI等[12]的方法略作修改測定維生素C含量。取20 g果汁與100 mL體積分數(shù)2.5%偏磷酸混合，在4～10 ℃下提取2 h。提取液離心(4 ℃，10 000×g，10 min)，上清液即維生素C提取液。維生素C提取液和5、10、20、25、50、100 mg/mL的維生素C標準溶液(超純水配制)用0.45 μm水系針頭式過濾器過濾后進行HPLC檢測。HPLC條件：流動相為V[50 mmol/L KH2PO4(pH 3.0)]∶V(乙腈)=95∶5，等速洗脫(1 mL/min)，柱溫28 ℃；進樣量20 μL；紫外檢測器設置波長245 nm。

1.5 高壓均質(zhì)對金刺梨原汁懸浮穩(wěn)定性的影響

為探究高壓均質(zhì)壓力和次數(shù)對金刺梨原汁穩(wěn)定性的影響，在40 ℃，均質(zhì)壓力分別為0、10、20、30、40 MPa的條件下均質(zhì)2次；或均質(zhì)壓力為20 MPa，分別進行1、2、3次均質(zhì)，并立即測定樣品的離心沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)。離心沉淀率的計算如公式 (2)所示[8]，離心沉淀率越高則懸浮沉降物越多，即果汁的穩(wěn)定性越差。

(2)

分別取10 mL離心后的金刺梨原汁上清液，利用分光光度計在410 nm處測定吸光度。穩(wěn)定系數(shù)的計算如公式(3)所示[8]；穩(wěn)定系數(shù)越接近1，則果汁的穩(wěn)定性越好。

(3)

1.6 添加穩(wěn)定劑對金刺梨原汁懸浮穩(wěn)定性的影響

選取果膠、羧甲基纖維素鈉(carboxymethylcellulose sodium，CMC-Na)、黃原膠3種不同的穩(wěn)定劑，先通過單因素試驗確定添加量范圍，然后進行L9(33)正交試驗設計以選擇最佳復配穩(wěn)定劑，以期獲得較好的穩(wěn)定效果。

1.6.1 單因素穩(wěn)定劑

取15 mL金刺梨原汁，分別添加0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%黃原膠或果膠，0.10%、0.15%、0.2%、0.25%、0.30%CMC-Na；然后在4 500 r/min下離心15 min，取其上清液于410 nm處測吸光值，計算其離心沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)。

1.6.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上進行L9(33)正交試驗，通過離心沉淀率和穩(wěn)定系數(shù)篩選出最佳復配穩(wěn)定劑配方。正交試驗各因素水平見表1。

表1 復配穩(wěn)定劑正交試驗因素水平設計Table 1 Factors and levels of orthogonal test on stabilizers

1.7 數(shù)據(jù)分析

實驗結(jié)果以平均數(shù)±標準方差(X±SD)表示，采用SPSS 23.0進行數(shù)據(jù)分析，兩樣本比較采用獨立樣本t檢驗，多組樣本采用ANOVA分析，選擇Duncan檢驗，P<0.05表示差異性顯著，采用Origin 9.0繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 金刺梨原汁的理化指標及穩(wěn)定性評價

為順利開展后續(xù)金刺梨原汁穩(wěn)定性優(yōu)化研究，首先分析了金刺梨原汁的基本理化指標并評價了在4～37 ℃下的貯藏穩(wěn)定性(表2)。結(jié)果顯示，金刺梨原汁的可溶性固形物含量為12.85 °Brix，pH值(2.85)遠低于高酸食品的臨界值pH 4.5，可滴定酸高達1.77%。由此可推測一方面原汁的口感較酸，另一方面高酸可能會影響原汁的混濁穩(wěn)定性。在原汁中，除含有還原糖、維生素C、黃酮和多酚等營養(yǎng)物質(zhì)外，應含有較多果肉顆粒會使果汁混濁。

表2 金刺梨原汁基本理化指標Table 2 Physicochemical indexes of cloudy chestnut rose juice

如圖1所示，原汁中果肉顆粒直徑在0～4 μm，在0.975 μm處有1個峰。與桃汁、橙汁等果肉顆粒相比較[9]，金刺梨原汁中果肉顆粒更??；但在4～37 ℃貯藏中，果肉顆粒依然發(fā)生明顯沉降(圖2-b)，其中位果汁濁度在8 h內(nèi)迅速降低，在8～96 h內(nèi)呈緩慢降低趨勢；此后由于大部分果肉沉降而趨于穩(wěn)定，在瓶底部形成肉眼可見果肉顆粒層。

圖1 金刺梨原汁果肉顆粒粒徑分布Fig.1 Particle size distribution of cloudy chestnut rose juice

a-濁度變化;b-實物示例圖2 金刺梨原汁在4～37 ℃條件下自然沉降中濁度變化及實物示例Fig.2 Turbidity changes and the pictures of cloudy chestnut rose juice during storage at 4～37 ℃

2.2 添加穩(wěn)定劑對金刺梨原汁混濁穩(wěn)定性的影響

果汁中常用的穩(wěn)定劑有藻酸丙二醇酯、CMC-Na、黃原膠、果膠以及結(jié)冷膠[13]。其中黃原膠黏度較高，具有很好的耐酸性，在pH值為2.5～4的酸性環(huán)境下具有極好的溶解性和穩(wěn)定性[14]；能與多種穩(wěn)定劑兼容，并在一定程度上防止蛋白質(zhì)達到等電點后發(fā)生沉降[15-16]。羧甲基纖維素鈉在酸性條件下具有良好的水溶性，能夠補償?shù)鞍踪|(zhì)陰離子電荷以防止蛋白質(zhì)沉降，但容易發(fā)生降解，因此可以作為膠體保護劑與黃原膠組合使用，從而能夠更有效地防止飲料凝聚[17-18]。果膠在pH值為3.6～4.4的酸性體系中帶負電荷，與蛋白質(zhì)所帶正電荷發(fā)生靜電作用，從而達到穩(wěn)定劑的效果。其黏度特性能達到天然果汁的逼真效果，具有較低黏性和較好假塑性，能夠使果汁保持良好流動性[19]。本文所得金刺梨原汁pH值穩(wěn)定在2.83～3.10，故擬采用黃原膠、CMC-Na和果膠以提高原汁穩(wěn)定性。

2.2.1 添加單一穩(wěn)定劑對金刺梨原汁穩(wěn)定性的影響

由圖3可得，添加膠體后金刺梨果汁的離心沉淀率均呈現(xiàn)先顯著下降后顯著上升的趨勢(P<0.05)，穩(wěn)定系數(shù)均呈現(xiàn)先顯著上升后顯著下降的趨勢(P<0.05)。添加0.15% CMC-Na、0.10%黃原膠或0.15%果膠時，金刺梨原汁的混濁穩(wěn)定性最佳，其穩(wěn)定系數(shù)分別為0.596 3、0.586 7和0.633 8(圖3-b)。在此范圍內(nèi)，隨著穩(wěn)定劑增多，離心沉淀率下降、穩(wěn)定系數(shù)增大；這是由于添加穩(wěn)定劑使得果汁黏度增加，并通過膠體的靜電排斥和空間位阻作用增加其穩(wěn)定性。超過最佳添加量后，膠體難以溶解，也會產(chǎn)生分層現(xiàn)象。故穩(wěn)定劑的添加量應選擇合適的范圍。

a-離心沉淀率；b-穩(wěn)定系數(shù)圖3 添加黃原膠、CMC-Na、果膠量對金刺梨原汁穩(wěn)定性的影響Fig.3 Effect of xanthan gum, sodium carboxymethyl cellulose and pectin on cloud stability of cloudy chestnut rose juice

2.2.2 復配穩(wěn)定劑對金刺梨原汁穩(wěn)定性的優(yōu)化

表3、表4為復配穩(wěn)定劑的L9(33)正交試驗結(jié)果，可見在復配穩(wěn)定劑中對金刺梨原汁的穩(wěn)定系數(shù)影響順序為：CMC-Na>果膠>黃原膠。最佳復配穩(wěn)定劑所對應的配方為A1B2C2，即0.05%黃原膠、0.20% CMC-Na和0.20%果膠。

表3 L9(33)正交試驗結(jié)果(穩(wěn)定系數(shù))Table 3 The cloud stability coefficient of L9(33) tests

由表4可知，對金刺梨原汁的黏度影響順序是：黃原膠>果膠>CMC-Na。其最佳復配穩(wěn)定劑所對應的配方為A1B1C1，即0.05%黃原膠、0.15% CMC-Na和0.15%果膠。

表4 L9(33)正交試驗結(jié)果(黏度)Table 4 The viscosity of L9(33) tests

綜合考慮穩(wěn)定性及果汁黏度，確定最佳的穩(wěn)定劑復配配方為0.05%黃原膠、0.20% CMC-Na以及0.20%果膠。添加復配穩(wěn)定劑并于40 ℃下水浴加熱攪拌10 min后所得果汁穩(wěn)定性最佳，其穩(wěn)定系數(shù)為0.675 5，離心沉淀率為2.24%，對應黏度為164.4 mPa·s，不會產(chǎn)生不適口感。

2.3 高壓均質(zhì)對金刺梨原汁混濁穩(wěn)定性的影響

為解決金刺梨原汁果肉沉降分層的問題，本文進一步采取高壓均質(zhì)提高其穩(wěn)定性。如圖4所示，隨均質(zhì)壓力增加、均質(zhì)次數(shù)增多，金刺梨原汁穩(wěn)定系數(shù)增加、離心沉淀率降低；并分別在20 MPa或2次后達到1個平衡期。在20 MPa下均質(zhì)2次，原汁離心沉淀率為2.53%，穩(wěn)定系數(shù)為0.530 7(圖4-a)，表明果汁穩(wěn)定性較好。隨著均質(zhì)壓力增加、均質(zhì)次數(shù)增加，果汁受到剪切作用變大，使得顆粒減小，從而可提高果汁的懸浮穩(wěn)定性[20]。但繼續(xù)增大均質(zhì)壓強或增加均質(zhì)次數(shù)并不會繼續(xù)提高果汁穩(wěn)定性。這可能是由于均質(zhì)過程果汁溫度增加，導致剪切變稀，黏度下降，無法持續(xù)提高果汁的懸浮穩(wěn)定性[21-22]。

a-均質(zhì)壓強；b-均質(zhì)次數(shù)圖4 均質(zhì)壓強(a，2次)和次數(shù)(b，20 MPa)對金刺梨原汁穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effects of homogeneous pressure for twice and number of it at 20 MPa on cloud stability of cloudy chestnut rose juice注：不同字母表示存在顯著性差異(P<0.05)

2.4 金刺梨原汁貯藏穩(wěn)定性試驗驗證

如圖5所示，將添加前述優(yōu)化復配穩(wěn)定劑后的金刺梨原汁經(jīng)高壓均質(zhì)(20 MPa、2次)與未經(jīng)處理樣品在4 ℃下避光保存10 d，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過處理后的金刺梨原汁穩(wěn)定性增強效果明顯，主要表現(xiàn)在肉眼可見沉淀量減少，無明顯分層現(xiàn)象。表明該高壓均質(zhì)聯(lián)合復配穩(wěn)定劑的處理可以提高金刺梨原汁貯藏期間的混濁穩(wěn)定性，可為未來相關(guān)產(chǎn)品的貯運和深加工提供理論和技術(shù)參考。

a-未處理金刺梨原汁；b-復合處理后金刺梨原汁圖5 未處理與復合處理后金刺梨原汁在4 ℃貯藏10 d后實物圖Fig.5 Comparison of storage stability of untreated and compounded stabilizers-homogenization treated cloudy chestnut rose juice, at 4 ℃ for 10 d

3 結(jié)論

金刺梨原汁營養(yǎng)豐富，其加工不僅可以解決金刺梨季節(jié)性強、地域性集中等問題，還可以作為金刺梨汁、飲料和發(fā)酵飲品等產(chǎn)品的加工原料。但其不穩(wěn)定，在4～37 ℃下放置1 h 后即產(chǎn)生沉淀并出現(xiàn)分層現(xiàn)象。本研究通過復配0.05%黃原膠、0.2% CMC-Na以及0.2%果膠，進一步經(jīng)過20 MPa下2次高壓均質(zhì)處理，初步解決了金刺梨原汁不穩(wěn)定的問題；其在4 ℃下貯藏10 d可保持較好的穩(wěn)定性。

后續(xù)研究可充分研究金刺梨原汁中多酚-蛋白質(zhì)復合物、單寧、內(nèi)源酶(如果膠酶)等對其穩(wěn)定的影響，并在此基礎上減少穩(wěn)定劑的使用，以期為高品質(zhì)、原滋味金刺梨原汁的生產(chǎn)提供技術(shù)支持。