真空濃縮偶聯(lián)液氮噴霧速凍對(duì)荔枝濃縮汁品質(zhì)的影響

柳杰,程麗娜,吳繼軍,余元善,李璐,鄒波,傅曼琴,徐玉娟

1(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,廣東 廣州,510642)2(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州,510610)3(嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州,510610)

荔枝(LitchichinensisSonn.)風(fēng)味獨(dú)特、營(yíng)養(yǎng)豐富,但極不耐貯,采后在微生物和酶的雙重作用下易腐敗變質(zhì)[1]。果汁是提高其采后經(jīng)濟(jì)價(jià)值的一種重要加工產(chǎn)品。濃縮汁是果汁的一種重要流通形式,而且可以作為糕點(diǎn)、果酒、果醬等進(jìn)一步加工產(chǎn)品的原料。目前的濃縮方式主要包括:蒸發(fā)濃縮、真空濃縮、薄膜濃縮、冷凍濃縮等,其中前兩者為當(dāng)前工業(yè)上主要采用的方式,然而蒸發(fā)濃縮溫度較高,并不適合荔枝這種熱敏性極強(qiáng)的物料,易導(dǎo)致品質(zhì)劣變、產(chǎn)生蒸煮異味等[2];真空濃縮(vacuum concentration,VC)即真空聯(lián)合較中低溫的條件下進(jìn)行濃縮,保證濃縮率和濃縮效率的同時(shí),可顯著減輕熱濃縮導(dǎo)致的褐變問(wèn)題[3];膜濃縮易造成孔徑堵塞導(dǎo)致內(nèi)部污染,致使膜通量大幅下降,增加了使用成本,限制了可持續(xù)的使用,阻礙果汁行業(yè)應(yīng)用[4];冷凍濃縮主要分為漸進(jìn)式、懸浮式2種,前者存在溶質(zhì)損失嚴(yán)重,夾帶率高等問(wèn)題[5],后者存在設(shè)備成本高、操作復(fù)雜等問(wèn)題[6]。DINCER等[7]比較分析了真空濃縮和間歇式微波濃縮對(duì)濃縮汁的粒度影響,發(fā)現(xiàn)前者粒度小于后者,說(shuō)明前者較后者能夠提高果汁穩(wěn)定性以防止相分離。LOHRASBI-NEJAD等[8]研究發(fā)現(xiàn)低壓微波輔助真空濃縮較蒸發(fā)濃縮能夠較好地保護(hù)小檗子濃縮汁的花色苷、總酚、抗氧化活性和色澤等品質(zhì)。鄭亞軍等[9]研究指出真空濃縮(真空度0.75,45 ℃,60 min)較常壓蒸發(fā)濃縮(90 ℃,120 min)能夠顯著保護(hù)濃縮椰漿的感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性以及貯藏穩(wěn)定性。

濃縮汁在凍藏前,需要進(jìn)行速凍處理,以降低凍結(jié)對(duì)其品質(zhì)的損傷,最大程度保證凍藏期的品質(zhì)。液氮噴霧速凍(liquid nitrogen freezing,NF)是一種新型的快速凍結(jié)處理方式,通過(guò)液氮的氣化相變,與物料直接接觸吸收大量潛熱和顯熱,快速通過(guò)最大冰晶生成帶,具有傳熱系數(shù)高、凍結(jié)速度快、形成冰晶小、耗時(shí)短,最大限度保存物料的品質(zhì)特性的優(yōu)勢(shì),而且其設(shè)備操作簡(jiǎn)單;近幾年在我國(guó)工業(yè)上應(yīng)用迅速[10-12]。而傳統(tǒng)凍結(jié)方式的緩慢凍結(jié)形成較大的冰晶,嚴(yán)重?fù)p傷細(xì)胞組織,不能很好地保護(hù)果汁的品質(zhì)特性和揮發(fā)性成分[13-14]。液氮噴霧速凍常用于肉類、水產(chǎn)等肉制品方面[15-17],然而近幾年,隨著液氮噴霧速凍技術(shù)的成熟及推廣,逐漸應(yīng)用于果蔬速凍中,ZHU等[12]研究發(fā)現(xiàn)液氮噴霧速凍較常規(guī)風(fēng)冷對(duì)枸杞品質(zhì)的保護(hù)具有明顯的提升效果,且提出NF的環(huán)溫是一個(gè)顯著的影響因素。ALHAMDAN等[18]比較發(fā)現(xiàn)液氮低溫速凍較以空氣為介質(zhì)的單體速凍和常規(guī)慢凍能夠顯著保護(hù)棗的凍結(jié)品質(zhì)和貯藏穩(wěn)定性。因此,本論文采用真空濃縮聯(lián)合液氮噴霧速凍處理的加工模式,重點(diǎn)考察加工過(guò)程中的不同濃縮、速凍溫度對(duì)濃縮汁品質(zhì)的影響,以期獲得優(yōu)質(zhì)的凍結(jié)荔枝濃縮汁。研究結(jié)果將對(duì)提高荔枝的附加值具有實(shí)際指導(dǎo)意義,同時(shí)為凍結(jié)濃縮汁加工技術(shù)的改進(jìn)提供進(jìn)一步理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

荔枝(懷枝),采購(gòu)于廣州省廣州市水果批發(fā)市場(chǎng);福林酚、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH等都為分析純?cè)噭?天津市科密歐化試劑有限公司;正構(gòu)烷烴(C7-C40),LGC公司。新鮮荔枝汁基本理化指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 新鮮荔枝汁基本理化指標(biāo)

1.2 儀器與設(shè)備

DJL-QF型液氮噴霧速凍機(jī),深圳市德捷力冷凍科技有限公司;RFM3400阿貝折光儀,英國(guó)Bellingham+Stanley;PB-10型PH計(jì),賽多利斯公司;Infinite M200PRO型酶標(biāo)儀,瑞士TECAN公司;Ultra Scan VIS型全自動(dòng)色差儀,美國(guó)Hunter Lab公司;UV1800型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),日本島津公司;冰箱[BCD-213TM(E)],美的有限公司;JW-1042型離心機(jī),安徽嘉文儀器裝備有限公司;CR22GⅢ高速冷凍離心機(jī),日本日立公司;HWS-24電熱恒溫水浴鍋,上海-恒科學(xué)儀器有限公司;LC-20AT 高效液相色譜儀,日本島津公司;Zetasizer Nano ZSE納米粒度及Zeta電位儀,英國(guó)馬爾文儀器有限公司;7890B-5977B氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀, 美國(guó)Agilent科技公司;57330-U三相(PDMS/DVB/CAR)固相微萃取頭,美國(guó)Supelco公司;Z292036樣品頂空瓶、27375 PTFE/硅膠隔墊頂部開(kāi)口式鉗口鋁瓶蓋,美國(guó)Sigma-Aldrich公司;1 cm磁力攪拌轉(zhuǎn)子、HWS24恒溫磁力攪拌器,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;HP-5MS非極性毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm;0.25 μm),美國(guó)Restek、Bellefonate公司;T型熱電偶、TC-08數(shù)據(jù)采集器,美國(guó)Omega Engineering 公司。

1.3 試驗(yàn)方案

荔枝汁在真空度0.005 MPa、轉(zhuǎn)速50 r/min、不同溫度(35、45、55、65 ℃)下進(jìn)行濃縮,濃縮后采用不同環(huán)溫(-30、-50、-70、-90 ℃)液氮噴霧速凍進(jìn)行凍結(jié)處理,處理方式如表2所示,凍結(jié)終點(diǎn)為樣品核心溫度達(dá)-20 ℃,冷凍完成后,置于-20 ℃冰柜凍藏。

表2 不同濃縮、速凍溫度的處理方式和時(shí)間

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 冷凍濃縮汁的制備

將新鮮荔枝(懷枝),剝皮去核后榨取荔枝汁。在35、45、55、65 ℃條件下真空濃縮至可溶性固形物為40 °brix左右,隨后在-30、-50、-70、-90 ℃的環(huán)溫中進(jìn)行液氮噴霧速凍,用熱電偶測(cè)溫,并通過(guò)數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù),以樣品核心溫度達(dá)到-20 ℃為終點(diǎn)。各處理組時(shí)間如表2所示。

1.4.2 真空濃縮果汁濃縮比計(jì)算

果汁中的可溶性固形物含量在真空濃縮過(guò)程中增加。濃縮比計(jì)算如公式(1)所示:

(1)

式中:Cj,1,濃縮荔枝汁可溶性固形物含量,°Brix;Cj,0,荔枝原汁可溶性固形物含量,°Brix。

由表1和公式(1)可知,濃縮比約為2.64。以下化學(xué)指標(biāo)的含量,都除以濃縮比,折算成新鮮荔枝汁濃度的含量。

1.4.3 色差測(cè)定

全自動(dòng)色差儀在反射模式下對(duì)果汁樣品的色澤進(jìn)行測(cè)定,以蒸餾水為參比樣,結(jié)果以L*、a*、b*和△E*表示[19]?？偵畎垂?2)計(jì)算:

(2)

1.4.4 可溶性糖的測(cè)定

參考YANG等[20]方法略作修改,采用熱水浸提法提取多糖,具體實(shí)驗(yàn)步驟為:取荔枝樣品5 g,加入45 mL蒸餾水,90 ℃水浴4 h,趁熱抽濾,8 000 r/min離心15 min,取上清液,定容至50 mL。采用苯酚-硫酸法在490 nm下測(cè)定吸光度,葡萄糖法制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4.5 維生素C測(cè)定

參考朱敏等[21]的方法略作修改,采用高效液相色譜進(jìn)行測(cè)定,色譜條件:C18色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),柱溫30 ℃,維生素C檢測(cè)波長(zhǎng)254 nm;流動(dòng)相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的(NH4)2HPO4,pH值2.7;流速1 mL/min;進(jìn)樣量10 μL。

1.4.6 總酚含量測(cè)定

參考KWAW等[22]的方法并略作修改。取稀釋后的樣品0.5 mL,加入1 mL Folin-Ciocalteu試劑,振蕩混合,再加入1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10% Na2CO3溶液,避光放置1 h,測(cè)定760 nm處的吸光值。

1.4.7 鐵離子還原能力(ferric reducing antioxidant power,FRAP)的測(cè)定

采用FRAP法測(cè)定還原能力,參考WU等[23]的方法略作修改。取適當(dāng)稀釋倍數(shù)后的樣品0.5 mL,加入0.1 mL 0.2 mol/L PBS(pH 6.6)和0.75 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%鐵氰化鉀,振蕩混勻,在50 ℃水浴鍋中避光水浴20 min后,放入冷水中迅速冷卻并加0.5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的三氯乙酸,振蕩混勻后3 000 r/min離心10 min,取上清液1 mL加入0.25 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3% FeCl3溶液混勻,再加1.5 mL純水,搖勻,測(cè)定波長(zhǎng)700 nm處的吸光度。以Trolox為標(biāo)準(zhǔn)品,樣品的鐵還原能力用Trolox的當(dāng)量來(lái)表示(mmol/L)。

1.4.8 ABTS陽(yáng)離子自由基清除能力測(cè)定

參考ESPOSTO等[24]的方法并略作修改,將7 mmol/L的ABTS溶液(50 mL)和140 mmol/L的K2S2O8溶液(0.88 mL)混合,在室溫、避光的條件下靜置過(guò)夜,形成ABTS儲(chǔ)備液。使用前用無(wú)水乙醇稀釋至734 nm波長(zhǎng)處吸光度為0.7±0.02。

取適當(dāng)稀釋后的樣品10 μL,加入200 μL ABTS溶液,旋渦振蕩30 s,室溫條件下避光反應(yīng)6 min,用酶標(biāo)儀測(cè)定波長(zhǎng)734 nm處吸光度。以Trolox為標(biāo)準(zhǔn)品,樣品的ABTS陽(yáng)離子自由基的清除能力用Trolox的當(dāng)量來(lái)表示(μmol/L),

1.4.9 粒徑測(cè)定

采用動(dòng)態(tài)光衍射法測(cè)定荔枝濃縮汁粒徑分布,參考蔡天[25]的方法略作修改。對(duì)樣品統(tǒng)一稀釋后,加樣10～15 mL,確保樣品量被儀器檢測(cè)得到。

1.4.10 荔枝汁揮發(fā)性物質(zhì)定性定量分析

參考AN等[26]的方法。固相微萃取樣,GC選取的是HB-5MS彈性毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm),MS采用的是全掃描模式,定性是使用C7～C40的系列正構(gòu)烷烴計(jì)算各揮發(fā)性成分的保留指數(shù),采用內(nèi)標(biāo)(己酸乙酯)法進(jìn)行定量分析。

1.4.11 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有樣品都設(shè)置3個(gè)平行,測(cè)定結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示。采用Origin 2018軟件繪圖,通過(guò)SPSS 24.0進(jìn)行主成分分析,真空濃縮溫度和液氮速凍溫度對(duì)荔枝汁理化品質(zhì)的影響采用一般線性模型進(jìn)行雙因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃縮-速凍溫度對(duì)荔枝濃縮汁維生素C的影響

維生素C是果汁中重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)之一。不同濃縮-速凍溫度對(duì)荔枝汁維生素C的含量如圖1 所示。各處理組與未處理組對(duì)比維生素C含量皆下降,這主要是由于加熱誘導(dǎo)氧化反應(yīng)的發(fā)生,從而降解了濃縮荔枝汁中的維生素C含量[27]。由組內(nèi)、組間顯著性分析可知G7處理組顯著高于其他處理組;從組間顯著性分析可知,除G12處理組外,相同速凍溫度下(-70℃、-90 ℃),真空濃縮溫度為55 ℃、65 ℃處理組在組間顯著低于45 ℃濃縮組,這主要是由于溫度過(guò)高加快維生素C的分解[28];從組間顯著性分析結(jié)果可知,真空濃縮為35 ℃時(shí),除G4、G8、G12、G16、G6、G15處理組外,維生素C含量在組間顯著低于其他處理組,這可能是因?yàn)?5 ℃熱濃縮過(guò)程,溫度較低,時(shí)間較長(zhǎng),維生素C發(fā)生了有氧分解和無(wú)氧分解[28-29]。綜合說(shuō)明低溫-長(zhǎng)時(shí)間、高溫-短時(shí)間的真空濃縮都不適合熱敏性荔枝汁。相同真空濃縮處理后,速凍溫度對(duì)荔枝濃縮汁維生素C保留效果的影響總體可分為2組,低溫組(-30和-50 ℃)和超低溫組(-70和-90 ℃),后者的保留效果顯著優(yōu)于前者,這主要是由于相對(duì)較高溫度的速凍,凍結(jié)速度慢,導(dǎo)致維生素C的分解時(shí)間變長(zhǎng)[30],亦說(shuō)明較低的速凍溫度有利于保護(hù)荔枝濃縮汁的維生素C含量。然而,NF-70 ℃較NF-90 ℃處理,維生素C的保留率提高了 38.24%～56.81%,說(shuō)明并不是凍結(jié)溫度越低對(duì)果汁中的維生素C保護(hù)效果越好,需選擇適宜的速凍溫度,-70 ℃是荔枝濃縮汁的適宜凍結(jié)溫度,這可能是因?yàn)?5、55、65 ℃的真空濃縮溫度同-70 ℃的液氮速凍溫度,產(chǎn)生了新的交互作用,使-70 ℃較-90 ℃的液氮速凍對(duì)維生素C有更好的保護(hù)效果。

圖1 不同濃縮-速凍溫度對(duì)濃縮荔枝汁維生素C含量的影響

綜上,45 ℃真空濃縮聯(lián)合-70 ℃液氮噴霧速凍是保護(hù)荔枝汁維生素C含量的適宜處理模式。值得注意的是,35 ℃真空濃縮處理后,速凍溫度越低對(duì)維生素C的保護(hù)效果越好,各速凍組之間的差異梯度為1.5～3 μg/mL;而65 ℃真空濃縮處理后,并未表現(xiàn)出類似的趨勢(shì),NF-30 ℃與NF-50 ℃無(wú)差異顯著性,NF-70 ℃保留效果最好,但較其他組差異梯度僅為1～2 μg /mL,這說(shuō)明濃縮溫度和速凍溫度在荔枝濃縮汁維生素C的影響上可能存在一定的耦合效應(yīng)。

2.2 不同濃縮-速凍溫度對(duì)濃縮荔枝汁總酚含量及其抗氧化活性的影響

濃縮荔枝汁含有大量酚類活性物質(zhì),與濃縮汁的抗氧化活性、色澤等品質(zhì)特性息息相關(guān)。不同濃縮-速凍溫度對(duì)荔枝汁總酚的含量如圖2-a所示。不同組之間差異顯著:G12處理組總酚保留效果最好,這主要是由于濃縮荔枝汁經(jīng)過(guò)55 ℃較高溫度的真空濃縮,導(dǎo)致內(nèi)源酶失活,使其不能通過(guò)內(nèi)源酶來(lái)加速酚類物質(zhì)的降解,此外較高溫度誘導(dǎo)不穩(wěn)定化合物水解釋放單體和二聚體,使酚類物質(zhì)無(wú)法聚合,阻遏酚類物質(zhì)參與褐變反應(yīng)[2,31]。除G4處理組外,G12處理組總酚含量在組內(nèi)和組間顯著高于其他處理組,這主要是由于溫度過(guò)高(65 ℃)加快酚類化合物的分解,從而導(dǎo)致總酚含量下降;溫度較低(35、45 ℃)時(shí)濃縮時(shí)間較長(zhǎng),因?yàn)榉宇愇镔|(zhì)具有熱不穩(wěn)定的特性,長(zhǎng)時(shí)間的真空濃縮會(huì)導(dǎo)致總酚含量下降[32-33],說(shuō)明低溫長(zhǎng)時(shí)間、高溫短時(shí)間的真空濃縮都不適合熱敏性荔枝汁。相同真空濃縮處理后,速凍溫度對(duì)荔枝濃縮汁總酚含量保留效果總體可分為兩組,低溫組(-30、-50 ℃)和超低溫組(-70、-90 ℃),后者的保留效果顯著優(yōu)于前者,這主要是由于在低溫環(huán)境下,多酚氧化酶保留一定的活性,速凍溫度越高,凍結(jié)速率越低,氧化反應(yīng)和酶促褐變的時(shí)間變長(zhǎng)[30]。不同濃縮處理后,NF-90 ℃較NF-70 ℃凍結(jié)處理,總酚的保留率提高了3.31%～84.09%;亦說(shuō)明越低的速凍溫度越有利于保護(hù)荔枝濃縮汁的總酚含量,-90 ℃是荔枝濃縮汁的適宜凍結(jié)溫度。

a-總酚含量;b-FRAP;c-ABTS

不同濃縮-速凍溫度對(duì)荔枝汁還原能力FRAP和ABTS陽(yáng)離子自由基清除能力的影響如圖2-b和2-c所示,兩種指標(biāo)的結(jié)果趨勢(shì)基本一致,蔣儂輝等[34]對(duì)35種新鮮荔枝進(jìn)行抗氧化活性評(píng)價(jià), 還原能力FRAP介于1.18～10.10 μmol/g,曾慶帥等[35]對(duì)黑葉荔枝果肉進(jìn)行了多酚提取和抗氧化比較,ABTS清除能力為592.14 μg/mL,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相同。還原能力FRAP由組內(nèi)、組間顯著性差異結(jié)果可知,除G7處理組與G11處理組無(wú)顯著性差異,G7處理組在組內(nèi)、組間顯著高于其他處理組;還原能力FRAP由組間顯著性差異結(jié)果可知,相同速凍溫度下(-30/-50/-70/-90 ℃),除G4處理組無(wú)顯著性差異,真空濃縮為35、65 ℃處理組在組間顯著低于45 ℃濃縮組;還原能力FRAP由組間顯著性結(jié)果可知, G6、G10和G7、G11分別在組間無(wú)顯著性差異,同總酚含量變化趨勢(shì)相似,這主要是由于水果中的多酚含量和抗氧化活性之間存在一定線性關(guān)系[36-37],但不完全同步,因?yàn)闊崽幚硎沟枚喾臃N類或形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,使其抗氧化活性增強(qiáng)[38]。此外抗氧化活性可能與美拉德反應(yīng)有關(guān),由于加熱破壞了細(xì)胞壁,使一部分多酚類物質(zhì)溶出,從而提高了酚含量[32,39-40]。

綜上,55 ℃的真空濃縮聯(lián)合-90 ℃的液氮噴霧速凍是保護(hù)荔枝汁總酚含量的適宜處理模式,此外,在圖2-a中,45 ℃濃縮處理后,總酚含量并未表現(xiàn)出其他濃縮處理后,速凍溫度越低對(duì)總酚的保護(hù)效果越好的類似趨勢(shì),由組內(nèi)顯著性差異分析可知,在45 ℃處理組中NF-50 ℃顯著高于NF-70 ℃處理組,NF-90 ℃保留效果最好。因此推測(cè)濃縮溫度和速凍溫度在荔枝濃縮汁總酚的影響上可能存在一定的協(xié)作效應(yīng)。結(jié)合總酚含量變化,45 ℃的真空濃縮聯(lián)合-70 ℃的液氮噴霧速凍是保護(hù)荔枝汁抗氧化能力的適宜處理模式。

2.3 不同濃縮-速凍溫度對(duì)荔枝濃縮汁可溶性糖的影響

可溶性糖含量是衡量荔枝汁營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味成分的指標(biāo)之一。不同溫度的濃縮-速凍處理后荔枝汁可溶性糖含量的變化如圖3所示,由組內(nèi)、組間顯著性差異分析可知,G3處理組在組內(nèi)和組間顯著高于其他處理組;由組間顯著性差異可知,相同速凍溫度下(-50/-70 ℃),真空濃縮溫度為45、55、65 ℃顯著低于35 ℃濃縮組,這主要是由于較高溫度的真空濃縮中,果肉細(xì)胞的蛋白質(zhì)分解為氨基酸,同羰基化合物(還原糖類)發(fā)生美拉德反應(yīng),導(dǎo)致可溶性糖含量下降[41-42]。進(jìn)一步佐證說(shuō)明高溫-短時(shí)間的真空濃縮不適合熱敏性荔枝汁。35、65 ℃的真空濃縮處理后,NF-70 ℃較NF-90 ℃處理組,可溶性糖的保留率提高了14.23%～28.36%,說(shuō)明并不是凍結(jié)溫度越低對(duì)果汁中的可溶性糖保護(hù)效果越好,這主要是由于冷凍過(guò)程通過(guò)最大冰晶生成帶的時(shí)間對(duì)冰晶尺寸起主要作用,NF-70 ℃較NF-90 ℃處理組,冷凍溫度較高,冷凍時(shí)間較長(zhǎng),穿過(guò)最大冰晶生成帶的時(shí)間變長(zhǎng),形成的冰晶尺寸大,細(xì)胞間隙變大,導(dǎo)致荔枝濁汁中的果肉細(xì)胞汁液不能重新回到細(xì)胞內(nèi),大部分可溶性糖和胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流出[41],因此相對(duì)于NF-90 ℃處理組,NF-70 ℃處理組可能間接提高了可溶性糖的提取率。NF-30/-50 ℃可溶性糖含量較低,說(shuō)明較高的速凍溫度,不利于保護(hù)可溶性糖,需選擇適宜的溫度,-70、-90 ℃是荔枝濃縮汁的適宜凍結(jié)溫度。

圖3 不同濃縮、速凍溫度對(duì)濃縮荔枝汁可溶性糖含量的影響

綜上,35 ℃的真空濃縮聯(lián)合-70 ℃的液氮噴霧速凍是保護(hù)荔枝汁可溶性糖含量的適宜處理模式。此外,55 ℃濃縮處理后,速凍溫度越低對(duì)可溶性糖的保護(hù)效果越好,各速凍組之間的差異梯度為113.1～241.4 mg/L;而45 ℃處理后,并未表現(xiàn)出類似的趨勢(shì),NF-70 ℃處理組顯著低于NF-30 ℃和NF-50 ℃處理組,NF-90 ℃處理組保留效果最好,這說(shuō)明濃縮溫度和速凍溫度在荔枝濃縮汁可溶性糖的影響上可能存在一定的耦合效應(yīng)。

2.4 不同濃縮-速凍溫度對(duì)荔枝濃縮汁的色澤的影響

果汁的色澤是評(píng)價(jià)果汁褐變程度最直觀的指標(biāo)之一,不同溫度的濃縮-速凍處理后濃縮荔枝汁色差值變化如表3所示。

表3 濃縮荔枝汁色差值

新鮮荔枝汁L*值最高,色澤鮮亮,液氮噴霧速凍濃縮-速凍后,L*值顯著下降,a*、b*值均有顯著上升(P<0.05),這跟荔枝汁經(jīng)過(guò)濃縮后,觀察到果汁顏色變深的現(xiàn)象相符,果汁顏色變深的機(jī)制主要有非酶促褐變和酶促褐變2種,美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)的非酶促褐變是導(dǎo)致顏色加深的根本原因[43]。通過(guò)表3和組內(nèi)、組間顯著性差異分析可知,除G1處理組外,G3處理組在組內(nèi)和組間L*值顯著高于其他處理組,最接近未處理原汁;由組內(nèi)顯著性差異分析和圖2-a總酚含量變化可知, NF-90 ℃處理組在35、45、55、65 ℃的濃縮處理組組內(nèi)總酚含量顯著高于其他組,NF-30 ℃處理組在35、45、55、65 ℃的濃縮處理組內(nèi)總酚含量顯著低于其他組,說(shuō)明總酚含量與L*值變化呈負(fù)相關(guān)性,這可能是因?yàn)榭偡雍吭礁咴饺菀资构瓬啙岫恋韺?dǎo)致L*值下降[44]。由組間顯著性差異分析可知,除G2、G4處理組,35 ℃濃縮處理組中G1、G3的b*值在組間顯著高于其他組,此外,除G13、G15處理組,65 ℃濃縮處理組G14、G16的b*值在組間顯著高于其他處理組。說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間低溫真空濃縮或者短時(shí)間高溫真空濃縮,對(duì)濃縮荔枝汁的品質(zhì)影響較大,這跟維生素C、總酚、可溶性糖、FRAP的結(jié)論相同。ΔE*值越小,代表荔枝濃縮汁顏色變化越小。G3處理組ΔE*值最小,經(jīng)真空濃縮和液氮噴霧速凍聯(lián)合處理后顏色變化最小。因此,VC35 ℃-NF-70 ℃可被認(rèn)為是對(duì)荔枝濃縮汁色澤保護(hù)效果較優(yōu)的處理模式。

2.5 不同濃縮-速凍溫度對(duì)荔枝濃縮汁粒徑的影響

粒徑是對(duì)果汁穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一,粒徑值越小,果汁越穩(wěn)定。不同溫度的濃縮-速凍處理后濃縮汁的粒徑和聚合物分散性系數(shù)(polymer dispersity index,PDI)變化如圖4所示。各處理組(除G10、G16)與原汁相比粒徑值均有所降低(5.70%～112.91%),這可能是因?yàn)檎婵諢釢饪s溫度有降低濃縮汁粒徑的作用。這與MAPELLI-BRAHM等[45]的研究結(jié)果類似,巴氏殺菌熱處理后的橙汁相比于液氮冷凍-冰箱解凍、液氮冷凍-室溫解凍、超冷凍-微波解凍以及未處理組粒徑值最小。NF-30 ℃包括的4個(gè)處理組(G1、G5、G9、G13)和NF-90 ℃包括的3個(gè)處理組(G4、G8、G12)粒徑呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì),G13處理組粒徑值最低、G16處理組粒徑值最高。

a-粒徑值;b-PDI

在NF-30 ℃處理組發(fā)現(xiàn)65 ℃的真空濃縮溫度粒徑值都較其他處理組低,這可能是由于65 ℃的真空濃縮中荔枝汁體系溫度升高,顆粒能量增加,顆粒之間結(jié)合交聯(lián)的概率降低,濃縮汁體系的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞,水與顆粒結(jié)合的作用增加,使得粒徑降低[45-46]。G13處理組較G3、G7、G12處理組粒徑降低13.17%～74.81%,這可能是由于真空濃縮溫度的提高,使得粒徑值不斷降低[46]。YU等[47]也發(fā)現(xiàn)香蕉汁在經(jīng)過(guò)45～60 ℃的熱處理后,隨著處理溫度提高,果汁中的粒徑值越小。

結(jié)合PDI值進(jìn)一步分析,一般PDI越大,分子量分布范圍越寬,PDI越小,分子質(zhì)量分布越均勻,G13、G16處理組PDI值分別為0.34、0.83,因此可知G13處理組比G16處理組的果汁體系更穩(wěn)定。這說(shuō)明在65 ℃的真空濃縮溫度下,NF-30 ℃能夠顯著降低濃縮汁的粒徑大小, NF-90 ℃卻顯著提高了粒徑值,這可能是由于前者較低的冷凍速率形成的大冰晶,在融解過(guò)程中,將聚集的大分子物質(zhì)分散。綜上,G13(VC65 ℃-NF-30 ℃)是提高荔枝汁穩(wěn)定性的適宜處理模式。

2.6 不同濃縮-速凍溫度荔枝濃縮汁的理化評(píng)價(jià)指標(biāo)主成分分析和聚類熱圖分析

為了深入分析濃縮-速凍溫度對(duì)荔枝濃縮汁品質(zhì)的影響,首先進(jìn)行了雙因素方差分析,發(fā)現(xiàn)真空濃縮、液氮速凍溫度以及二者的交互作用對(duì)維生素C含量、FRAP、可溶性糖含量、粒徑值以及Pdi皆具有極顯著影響(P<0.01),在總酚含量上分別具有顯著和極顯著的影響(P<0.05、P<0.01), 綜合證明濃縮和速凍溫度之間確實(shí)存在顯著的耦合功效。進(jìn)一步對(duì)不同濃縮-速凍溫度的荔枝濃縮汁10個(gè)理化指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(principal component analysis,PCA)和聚類熱圖分析(cluster analysis,CA)。

PCA結(jié)果如表4所示,第一主成分得分最高的是G12,第二主成分得分最高的是G16,第三主成分得分最高的是G12。在綜合得分中,G12處理組得分最高,為1.43,因此G12處理組理化品質(zhì)最好。

表4 標(biāo)準(zhǔn)化后主成分綜合得分

為了進(jìn)一步驗(yàn)證PCA的結(jié)果,結(jié)合聚類熱圖(圖5),其通過(guò)變量值和聚類結(jié)果的樹(shù)狀圖2部分組成,顏色不同的色塊對(duì)應(yīng)不同的變量值,參考色標(biāo)進(jìn)行分析,如圖5所示,CA將17組荔枝汁分為6大組,分別以I～ VI表示,其中G9、G5聚為一組(I組);G14、G1和G13聚為一組(II組);G16、G2、G10聚為一組(III組);G11、G8、G4、G12聚為一組(IV組);G6、G7、G15聚為一組(V組);G3、原汁聚為一組(VI組)。熱圖顯示,IV組總酚、FRAP、可溶性糖顯著高于其他組,L*相對(duì)較低, G12處理組總酚、FRAP、可溶性糖的色塊較原汁深,說(shuō)明G12在以上4個(gè)評(píng)價(jià)顯著高于原汁,因此在主成分分析的綜合得分也相對(duì)較高,VI組G3與原汁聚為一類且色塊分布相似。

圖5 不同濃縮-速凍溫度條件下荔枝濃縮汁的聚類熱圖

綜上,可得出G12處理組能夠提高荔枝汁總酚、總黃酮、FRAP、可溶性糖的理化品質(zhì),G3處理組在L*、維生素C能夠保留同新鮮荔枝汁相似的理化品質(zhì)。

2.7 不同荔枝濃縮汁的揮發(fā)性物質(zhì)變化

綜上,G3、G7、G12處理組在荔枝濃縮汁理化品質(zhì)保護(hù)上優(yōu)于其他組,因此重點(diǎn)對(duì)這3組的風(fēng)味變化展開(kāi)分析。如圖6所示,從原汁、G3、G7、G12中分別鑒定出41、24、21、21種揮發(fā)性成分,香氣物質(zhì)總含量分別為174.25、44.31、42.73、9.68 mg/L。由此可看出,隨著真空濃縮溫度的增加,風(fēng)味物質(zhì)種類和物質(zhì)總含量都有逐漸減小的趨勢(shì)。荔枝原汁主要風(fēng)味成分是醇類、萜烯類和酯類物質(zhì),這些成分含量占到其總揮發(fā)性成分91.49%;其中醇類物質(zhì)含量較多的異戊烯醇19.377 mg/L、1-辛烯-3-醇14.084 mg/L、香葉醇7.966 mg/L,香葉醇是典型的香氣物質(zhì)具有柑桔、水果的香味;酯類物質(zhì)含量較多的(Z)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇甲酸酯65.184 mg/L;萜烯類物質(zhì)含量較多的是月桂烯7.559 mg/L,月桂烯具有淡淡的脂香味;此外芳樟醇是常用的香料,具有典型甜香的木青香味,苯乙醇有典型的花香。荔枝原汁與3種不同處理的荔枝濃縮汁共有的香氣物質(zhì)有異戊烯醇、芳樟醇、苯乙醇、4-萜烯醇、α-松油醇、香葉醇、γ-松油烯。

a-揮發(fā)性物質(zhì)種類組成;b-揮發(fā)性物質(zhì)含量

與原汁相比,G3、G7、G123個(gè)處理組的濃縮汁的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分別消失了20種、28種、31種,同時(shí)也分別產(chǎn)生10種、17種、8種新的揮發(fā)性物質(zhì),說(shuō)明35 ℃較低溫度的真空濃縮能夠較好的保護(hù)揮發(fā)性物質(zhì)。G3總物質(zhì)含量分別是后2個(gè)處理組的4.41倍、4.58倍,香葉醇(荔枝中典型的香氣物質(zhì)[48])的含量也是最高的。其中原汁中異戊烯醇、(Z)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯-1-醇甲酸酯、1-辛烯-3-醇等物質(zhì)含量較高;G12中壬醛、偽檸檬烯、去氫白菖烯等物質(zhì)含量較高,G3中異長(zhǎng)葉烯、2-己醇、萜品油烯等物質(zhì)含量較高,G7中對(duì)二甲苯、3-蒈烯、α,α-4-三甲基-1-環(huán)己烯-1-甲醇等物質(zhì)含量較高。進(jìn)一步定性定量分析發(fā)現(xiàn),G12處理的荔枝濃縮汁產(chǎn)生了10種新的高級(jí)醇類、萜烯類物質(zhì)、醛類、酮酸類、醚類物質(zhì),如:2,3-丁二醇α-蒎烯、(E)-β-金合歡烯等,這可能是因?yàn)槔笾χ谡婵諠饪s中發(fā)生了美拉德反應(yīng),生成了新的化合物使風(fēng)物物質(zhì)增多。綜上,G3處理組對(duì)荔枝汁風(fēng)味物質(zhì)影響較小,新產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)少,能保護(hù)荔枝汁的原有風(fēng)味。并對(duì)4種荔枝汁樣品中的67種揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行主成分分析,結(jié)果顯示,荔枝汁香氣品質(zhì)由高到低排序依次為原汁、G3、G7、G12。綜上,烯烴類、醇類、酯類物質(zhì)是荔枝汁的主要揮發(fā)性物質(zhì),4個(gè)荔枝汁樣品中原汁整體風(fēng)味最佳,其次為G3。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以懷枝荔枝汁為對(duì)象,研究真空濃縮聯(lián)合液氮噴霧速凍不同處理對(duì)濃縮汁品質(zhì)特性的影響,以維生素C、總酚、可溶性糖、色差、FRAP、粒徑、揮發(fā)性成分等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)并對(duì)其分析。通過(guò)主成分分析和聚類熱圖分析構(gòu)建理化品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型和揮發(fā)性物質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型,結(jié)果表明,不同組合的真空濃縮和液氮噴霧速凍處理對(duì)濃縮荔枝汁的品質(zhì)影響存在顯著性差異:高溫-短時(shí)間(65 ℃)的真空濃縮不適合熱敏性荔枝汁;液氮噴霧速凍能較好地保護(hù)濃縮荔枝汁的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),可分為低溫組(-30、-50 ℃)和超低溫組(-70、-90 ℃),后者對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)保留效果顯著優(yōu)于前者;G12聯(lián)合處理組在理化品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型中綜合得分最高,且部分活性成分如總酚、抗氧化能力、可溶性糖可得到較好的提升;G3處理組在揮發(fā)性物質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型中綜合得分最高,因此判斷其對(duì)濃縮汁揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)方面保護(hù)效果最好,揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量在3個(gè)處理組中皆為最高,且消失的揮發(fā)性物質(zhì)數(shù)目最少,因此認(rèn)為VC55 ℃-NF-90 ℃和VC35 ℃-NF-70 ℃的聯(lián)合處理在保護(hù)荔枝汁的品質(zhì)特性方面各有優(yōu)勢(shì),濃縮溫度和速凍溫度對(duì)濃縮汁品質(zhì)影響顯著,且二者之間存在顯著的耦合效應(yīng);兩者聯(lián)合顯著提高了濃縮荔枝汁的品質(zhì),具有一定的實(shí)際生產(chǎn)意義。