國內(nèi)外藍莓加工技術(shù)與功能性成分研究進展

李 斌， 謝 旭， 孫希云， 田金龍， 王月華， 束 弛， 孟憲軍

(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院/國家漿果加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心/遼寧省健康食品營養(yǎng)與創(chuàng)制重點實驗室， 遼寧 沈陽 110161)

藍莓屬于越橘屬(Vaccinium)植物，含有豐富的蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素、礦物質(zhì)、多酚類化合物[1]，其中多酚類化合物，如花青素、黃烷-3-醇、原花青素和黃酮醇等[2]，具有抗衰老[3]、減少心腦血管疾病、抗癌[4-5]等功效。全世界藍莓種類有400多種，種植面積達到34.5萬hm2，年總產(chǎn)量約30萬t，主要分布于北美、南美、東南亞、歐洲等地區(qū)[6]。我國近幾年藍莓種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，總種植面積達1.49萬hm2，總產(chǎn)量約為1.23萬t。但是，與其他漿果一樣，藍莓的貯藏和運輸性能差，且隨著消費者對健康食品要求的提高，食品行業(yè)創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展迅速，更安全和更健康的加工產(chǎn)品已成為傳統(tǒng)加工產(chǎn)品的替代品，然而與國外相比，加工關(guān)鍵技術(shù)存在的瓶頸問題導(dǎo)致我國藍莓加工工業(yè)發(fā)展相對緩慢[7]。本文概述了近年藍莓果汁、藍莓果酒、藍莓干燥技術(shù)、功能成分提取等加工技術(shù)與功能性成分提取技術(shù)的研究進展，以期為藍莓深加工產(chǎn)業(yè)提供理論依據(jù)。

1 藍莓果汁加工技術(shù)與功能性成分變化

1.1 熱加工藍莓果汁

巴氏殺菌和高溫滅菌是藍莓制汁最傳統(tǒng)的加工方式，但加熱的幅度和持續(xù)時間對花青素的穩(wěn)定性有很大影響，若果汁被加熱超過安全系數(shù)，則可能導(dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量和營養(yǎng)損失。謝國芳等[8]研究了巴氏殺菌(90 ℃、30 s)和超高溫瞬時滅菌(121 ℃、5 s)加工藍莓果汁，與未經(jīng)殺菌的果汁相比，巴氏殺菌和超高溫瞬時滅菌藍莓果汁的DPPH自由基清除率顯著低于對照組。Brownmiller等[9]研究發(fā)現(xiàn)，與新鮮藍莓果實相比，高溫?zé)釥C(95 ℃、3 min)與巴氏殺菌相結(jié)合將藍莓加工成果汁導(dǎo)致總單體花色素苷損失43%，而聚合物顏色值從1%增加到12%，這表明熱不穩(wěn)定因素可以加速花青素的破壞。Ludikhuyze等[10]指出果汁加工中的額外漂燙步驟可能是至關(guān)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，除殺菌外漂燙會使多酚氧化酶失活，酶的失活有助于花青素的穩(wěn)定性。總的來說，單獨的熱加工技術(shù)無法同時保證藍莓果汁的安全性和高質(zhì)量[11]。

1.2 超高壓加工藍莓果汁

超高壓技術(shù)源自材料科學(xué)，處理壓強高于100 MPa，近年來發(fā)展成為一種用于微生物和酶滅活的非熱食品加工技術(shù)，對營養(yǎng)和質(zhì)量參數(shù)的影響較小[12]。超高壓是一種優(yōu)良的食品加工技術(shù)，具有保留植物食品中具有保健特性的功能成分的潛力。經(jīng)過超高壓處理的食品保留了更多的新鮮特性，一般在市場上的價格高于熱加工食品的價格。Indrawati等[13]研究發(fā)現(xiàn)超高壓可保留藍莓的營養(yǎng)價值，室溫下的超高壓處理對藍莓的花青素等酚類化合物含量無顯著影響。Francisco等[14]研究了超高壓(600 MPa、42 ℃、5 min)處理后4 ℃冷藏儲存56 d期間藍莓果汁的質(zhì)量變化，發(fā)現(xiàn)與未處理的藍莓果汁相比，加工后的果汁花青素含量無明顯變化。在冷藏儲存56 d后，未加工的藍莓果汁花青素損失50%，而超高壓處理的藍莓果汁僅損失了31%。研究還發(fā)現(xiàn)了超高壓(200～600 MPa)處理藍莓果汁中維生素C保留良好。另一方面，發(fā)現(xiàn)200 MPa處理的果汁總酚含量增加，400 MPa處理15 min的藍莓果汁單體花青素高于新鮮果汁16%，且與新鮮果汁相比，200 MPa處理5～15 min的抗氧化能力值保持良好[15]。

1.3 脈沖電場加工藍莓果汁

脈沖電場處理是將高壓脈沖(通常為20～80 kV/cm、短時間<1 s)應(yīng)用于放置在兩個電極之間的流體食物[16]。實驗證實脈沖電場對各種致病、腐敗微生物和酶都有效，且沒有明顯的風(fēng)味、顏色和生物活性成分如花青素的損失[17]。Elez-martínez等[18]通過脈沖電場(1.2～3.0 kV/cm)從紅樹莓中純化的錦葵色素-3-葡萄糖苷證明了查耳酮的形成，開放吡喃環(huán)和查爾酮形成被認為是花青素降解的第一步。如β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和過氧化物酶等部分酶的失活也可能導(dǎo)致脈沖電場加工藍莓果汁貯存過程中花青素的降解[19]。Tiwari等[20]通過脈沖電場(2 kV/cm)處理藍莓果汁樣品，發(fā)現(xiàn)脈沖電場預(yù)處理的藍莓果汁樣品和非脈沖電場預(yù)處理的藍莓樣品之間總酚、抗氧化活性、花青素和主要酚酸和黃酮醇的無顯著差異(P>0.05),脈沖電場預(yù)處理的藍莓樣品的微生物數(shù)量低于未進行脈沖電場預(yù)處理的樣品。得出脈沖電場處理提高了藍莓的微生物質(zhì)量，而不影響其營養(yǎng)品質(zhì)的結(jié)論。Tony等[21]使用脈沖電場實現(xiàn)了果汁中大腸桿菌和李斯特菌減少3個數(shù)量級、菌落總數(shù)減少2個數(shù)量級。脈沖電場處理不會導(dǎo)致藍莓的顏色和外觀發(fā)生任何變化，而且脈沖電場處理后，藍莓中的花青素和酚類化合物分別增加了10%和25%。結(jié)果表明，脈沖電場應(yīng)用能增強水果及其衍生產(chǎn)品的安全性并改善其質(zhì)量和營養(yǎng)價值。

1.4 超聲波加工藍莓果汁

超聲波被美國食品藥物監(jiān)督管理局認定為食品加工熱處理的替代技術(shù)，它可保證加工后果汁中大腸桿菌落總數(shù)減少5個數(shù)量級[22-23]。Fathima等[24]研究了連續(xù)超聲波處理對藍莓果汁微生物，化學(xué)和物理特性的影響。發(fā)現(xiàn)連續(xù)較高強度的超聲處理顯著減少了果汁微生物數(shù)量；與未處理和對照的果汁樣品相比，在高流速(93.5 mL/min)超聲處理條件下實現(xiàn)了總需氧菌的減少，良好地保留了藍莓果汁的花青素和顏色。Zhu等[25]研究對比了傳統(tǒng)的熱處理，超聲處理結(jié)合溫和熱處理和壓力處理分別可以使多酚氧化酶失活23.36%和10.91%，花青素保留率為98.48%和97.49%。同時，兩種處理方法均可有效破壞大腸桿菌細胞。因此，超聲處理下，高壓和溫和熱處理組合使得藍莓果汁的安全性得以保持，而不會妨礙所需抗氧化劑化合物的保留。

2 藍莓果酒加工技術(shù)與功能性成分變化

藍莓肉嫩多汁適用于果酒等飲料加工。薛桂新等[26]確定了提取藍莓果汁的最佳酶解工藝：果膠酶添加量為0.3 mL/kg、溫度為35 ℃、時間150 min，出汁率為78.43%。在藍莓果酒發(fā)酵加工過程中，易出現(xiàn)沉淀、渾濁、營養(yǎng)成分損失等現(xiàn)象，針對此問題，辛秀蘭等[27]研究對比了明膠、殼聚糖、硅藻土3種澄清劑的澄清效果，得出了殼聚糖是一種理想的單一澄清劑，最佳用量為0.2 g/L，最終產(chǎn)品透光率為96.43%。由明膠、單寧與殼聚糖組成的復(fù)合澄清劑效果更好，最佳用量為明膠0.55 g/L、單寧1.45 g/L、殼聚糖 2.5 g/L，最終產(chǎn)品透光率可達到 97.21%。Mins等[28]研究了花青素、總酚含量及其抗氧化活性在藍莓果酒、藍莓果醋加工中的變化，結(jié)果表明，在發(fā)酵過程中，花青素、總酚含量和抗氧化活性都有顯著提高。而在酸化過程中，花青素、總酚含量和抗氧化活性顯著下降。為了有效保留果酒中的功能成分，Sun等[29]研究了不同含量甘露糖蛋白對藍莓果酒的影響，結(jié)果表明，甘露糖蛋白處理抑制了藍莓果酒中花青素含量的降低，總酸含量的降低，酒精含量的增加，保持了藍莓果酒的色澤，改善了藍莓果酒的口感。

3 藍莓干燥技術(shù)與功能性成分變化

藍莓果茶、果脯、果粉等產(chǎn)品是采用不同的干燥技術(shù)制備而成的藍莓深加工產(chǎn)品。藍莓的主要干燥方式有熱風(fēng)干燥、微波干燥、冷凍干燥、真空干燥、噴霧干燥、紅外干燥、熱風(fēng)- 微波真空聯(lián)合干燥等。

陳宏毅[30]以藍莓葉、藍莓果和藍莓花瓣干燥后的產(chǎn)品為原料，配置成口感風(fēng)味俱佳，并具有抗衰老、降低血糖等功效的保健茶。王春榮等[31]將真空干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥 3 種干燥技術(shù)所得的藍莓果脯進行對比研究，發(fā)現(xiàn)真空干燥能夠保持藍莓原有的色澤和風(fēng)味。Shi等[32]針對藍莓體積和表面蠟質(zhì)層對干燥速度的影響進行了研究，發(fā)現(xiàn)藍莓紅外干燥速率隨著藍莓體積的增大而減慢，在93 ℃下處理5 s后能夠破壞藍莓表皮蠟質(zhì)層，增強表面通透性，從而提高藍莓干燥速率和水分?jǐn)U散率。Veerachandra等[33]研究了強迫空氣干燥、流化床干燥、氣體流沖擊干燥、改進的氣體流沖擊干燥4種不同干燥技術(shù)，以及藍莓品種、成熟度和干燥溫度對藍莓品質(zhì)的影響。研究表明，從干制品的整體品質(zhì)上看，氣體流沖擊干燥得到的藍莓干制品品質(zhì)好于另外3種干燥技術(shù)。Lim等[34]研究了藍莓果汁與麥芽糊精的比例、干燥溫度對藍莓果粉品質(zhì)的影響，研究表明，隨著藍莓與麥芽糊精比例的增大，藍莓抗氧化活性、花青素和多酚的保持率有所增大；噴霧干燥器的進風(fēng)、出風(fēng)口溫度對藍莓粉的品質(zhì)影響較小。Alejandro等[35]研究了藍莓體積、紅外預(yù)處理以及真空冷凍干燥和常壓冷凍干燥對藍莓品質(zhì)產(chǎn)生的影響，經(jīng)對比分析，選擇體積相對較小的藍莓并采用紅外- 真空冷凍干燥能夠較好的保持藍莓的營養(yǎng)成分。邵春霖等[36]研究了熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、中短波紅外干燥、熱風(fēng)- 微波真空聯(lián)合干燥和變溫壓差膨化干燥5種不同干燥方式對藍莓產(chǎn)品物理性質(zhì)和營養(yǎng)成分的影響。實驗結(jié)果表明復(fù)水比由大到小依次為:熱風(fēng)- 微波真空聯(lián)合干燥、變溫壓差膨化干燥、真空冷凍干燥、熱風(fēng)干燥、中短波紅外干燥;硬度由大到小依次為:熱風(fēng)干燥、中短波紅外干燥、變溫壓差膨化干燥、熱風(fēng)- 微波真空聯(lián)合干燥、真空冷凍干燥;各干燥方式之間色澤變化不顯著。5種干燥方法處理后,藍莓營養(yǎng)成分均有所降低,其中真空冷凍干燥方式除總糖外,其他各營養(yǎng)成分保持率最高。Rodriguez等[37]研究發(fā)現(xiàn)與滲透脫水- 微波工藝和對照干燥相比，熱空氣組合微波干燥預(yù)處理的藍莓水分含量、干燥速率、力學(xué)性能、光學(xué)性能、抗氧化能力均優(yōu)于對照組。Victor等[38]使用具有紅外干燥和常規(guī)微波干燥的混合設(shè)備進行藍莓葉的干燥。在干燥期間采集葉子樣品以分析總酚含量，使用高效液相色譜法測量在藍莓干葉中的兒茶素含量，發(fā)現(xiàn)常規(guī)微波干燥比在紅外過程中微波干燥具有更好的濃縮結(jié)果。

4 藍莓功能性成分提取技術(shù)

4.1 溶劑萃取技術(shù)

目前花青素提取技術(shù)主要有溶劑萃取法、酶解法、超高壓提取法、微波提取法等[39-40]。馬養(yǎng)民等[41]采用乙醇作為提取溶劑提取藍莓花青素，得出最佳提取工藝為:以體積分?jǐn)?shù)60%乙醇作為提取劑，在溫度為50 ℃，pH值為1，料液比為1∶15(g/mL)條件下提取120 min，提取1次，最終花青素提取量為2.18 g/L。Oancea等[42]研究了不同的提取條件對花青素提取量的影響，結(jié)果表明不同提取液對花青素的提取量具有一定的影響，其中體積分?jǐn)?shù)50%乙醇溶液作為提取液時，花青素提取量最大(148.51 mg/100 g);升高溫度有助于提取液中有效成分的擴散和溶解，進而增強提取效果，增加提取量。最終得出提取溫度50 ℃，時間2 h，體積分?jǐn)?shù)50%乙醇為最佳提取工藝。Jeremy等[43]研究了物料均質(zhì)、提取液的類型、酸的類型對花青素提取的影響。結(jié)果表明，采用凍干后研磨的方法均質(zhì)，實驗重復(fù)性好。水和三氟乙酸溶液(體積比70∶30)為最理想的提取液。雖然乙醇、丙酮和甲醇是最有效的藍莓花青素萃取溶劑，但三氟乙酸和鹽酸是最適合的酸化萃取溶劑。

4.2 超高壓提取技術(shù)

潘興橋等[44]利用超高壓技術(shù)提取藍莓中黃酮類化合物，得出藍莓中黃酮類化合物的最佳提取工藝為：提取溫度65 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，料液比1∶40(g/mL)，超高壓強300 MPa，在此工藝條件下黃酮類化合物提取率為3.94%。結(jié)果表明超高壓提取藍莓中黃酮類化合物的工藝合理。Lee[45]研發(fā)了一種通過超高壓提取工藝改善藍莓提取物的抗氧化活性的方法。將藍莓在60 ℃、300 MPa下用水提取5 min和15 min。通過超高壓提取工藝獲得的提取產(chǎn)率分別為18.48%和19.89%?？偠喾雍考s為28.39 mg/g和28.9 mg/g，而類黃酮含量分別測量為5.99 mg/g和6.0 mg/g。此外，藍莓的抗氧化活性隨處理時間的延長而增加。因此，超高壓提取的藍莓比常規(guī)水提取可獲得更高的抗氧化活性成分。這些結(jié)果表明超高壓提取在更高的效率，更短的提取時間和更低的能源成本方面具有明顯的優(yōu)勢。

4.3 酶法提取技術(shù)

李穎暢[46]采用酶解法提取藍莓花青素，結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)睦w維素酶可以提高花青素提取率，而果膠酶降低花青素提取率。復(fù)合使用 2 種酶可以提高花青素提取率，但要低于單一使用纖維素酶的提取率。孟憲軍等[47]研究了將纖維素酶用于從提取花色苷后的藍莓殘渣中提取多糖的工藝,以達到優(yōu)化工藝的目的。通過單因素實驗和正交試驗,確定了最佳酶解提取工藝為:酶解時間為100 min,酶解溫度為40 ℃,酶的添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.6%。在此條件下,藍莓多糖的得率為2.3%。 劉剛等[48]研究了在單因素實驗的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)曲面法的中心組合設(shè)計,對果膠酶提取藍莓果汁工藝條件進行優(yōu)化，結(jié)果表明加酶量、酶解溫度、酶解時間對出汁率影響顯著,加酶量和酶解溫度以及酶解溫度和酶解時間的交互作用影響顯著;最佳提取工藝參數(shù)為:加酶量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.067%、酶解溫度48.5 ℃、酶解時間181 min,實測結(jié)果的出汁率為(90.49±0.30)%,與模型預(yù)測值基本相符。

4.4 微波提取技術(shù)

張玉香等[49]建立了微波提取藍莓中黃酮的二次回歸方程，并以黃酮提取率為響應(yīng)值繪制響應(yīng)面圖和等高線圖。考察乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、溫度、微波功率及時間對黃酮提取率的影響。方差分析結(jié)果表明：乙醇體積分?jǐn)?shù)、溫度和微波功率對黃酮提取率影響顯著；最佳工藝條件為提取溫度72 ℃，乙醇體積分?jǐn)?shù)64%，微波功率456 W，在此工藝條件下黃酮提取率為4.2%。Elik等[50]研究了微波輔助提取對藍莓酚類化合物回收的影響，應(yīng)用響應(yīng)面法優(yōu)化提取條件，選擇微波功率、萃取時間和料液比作為萃取參數(shù)，自變量范圍為100～300 W的微波功率，2～16 min的提取時間和0.02～0.2 g/mL的料液比，模型的響應(yīng)是提取產(chǎn)量和總酚含量和總花青素含量提取藍莓粉?；谧畲箜憫?yīng)水平的最佳條件是287 W的微波功率，13 min的提取時間，40∶1 (mL/g)的溶劑與樣品的比率。在獲得的最佳條件下的最大響應(yīng)水平是78.35%的提取產(chǎn)率，30.75 mg/g藍莓粉末的總酚和8.92 mg/g藍莓粉末的總花色苷。

5 結(jié)論與展望

隨著人們對藍莓保健功能的重視，藍莓深加工產(chǎn)業(yè)不斷地發(fā)展，生產(chǎn)逐漸規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化、加工產(chǎn)品多樣化。新型加工技術(shù)的發(fā)展必定會推動藍莓產(chǎn)業(yè)高產(chǎn)、高效、健康可持續(xù)發(fā)展。藍莓加工技術(shù)未來發(fā)展方向主要有:1)藍莓果汁加工方面將在非熱加工技術(shù)上進行創(chuàng)新，同時多種加工方式結(jié)合處理有希望更有效保護果汁生物活性成分。2) 藍莓果酒加工方面，活性成分提取和輔助護色技術(shù)將會得到進一步發(fā)展。3) 藍莓干燥方面，開展新型、環(huán)保、節(jié)能提質(zhì)的聯(lián)合干燥技術(shù)研究，如中短波紅外- 變溫壓差膨化聯(lián)合干燥、熱風(fēng)- 微波真空聯(lián)合干燥等聯(lián)合干燥技術(shù)，研發(fā)新型高效、安全、衛(wèi)生的藍莓干燥產(chǎn)品勢在必行。4) 藍莓功能成分提取技術(shù)方面，將在新型輔助提取技術(shù)領(lǐng)域進行進一步拓展。