超高壓鮮榨梨汁褐變因素與控制研究

尚海濤，宣曉婷，崔 燕，林旭東，俞靜芬，凌建剛

（1. 寧波市農(nóng)業(yè)科學研究院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，浙江寧波 315040；2. 寧波市農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程重點實驗室，浙江寧波 315040）

翠冠梨（Pyrus pyrifolia Nakai cv. Cuiguan） 石細胞極少，出汁率高，鮮榨汁呈白色，幾乎不褐變、風味甜[1]，具有良好的感官品質(zhì)。梨汁是良好的保健飲料，也是盛夏解渴消暑的時令佳品。中醫(yī)認為生熟梨汁功效各有不同。熟梨汁滋陰潤肺、止咳祛痰，對患肺熱久咳的病人有明顯的療效，而生鮮梨汁能明顯解除上呼吸道感染患者所出現(xiàn)的咽喉干、癢、痛、沙啞等癥狀，臨床試驗表明，生鮮梨汁還可以防治便秘[2-3]。

傳統(tǒng)梨汁以熱加工為主，用以殺菌和鈍化酶活性。但梨汁對熱極為敏感，熱殺菌或熱鈍酶過程中生鮮風味易喪失，并產(chǎn)生蒸煮味。超高壓加工技術（High Pressure Processing，HHP） 是指在室溫或溫和加熱條件下利用100～1 000 MPa 的壓力處理食品，以達到殺菌鈍酶的目的，能夠有效解決果汁熱加工無法突破的技術“瓶頸”，而對于口感、風味和營養(yǎng)的影響較小，可以很好地保留生鮮風味和功效，為鮮榨梨汁的加工提供了可能，為飲料市場增加了一個新品類?，F(xiàn)有研究表明，超高壓處理可有效殺死果汁微生物，但卻不能完全滅酶[4]，如引起褐變的多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO），甚至存在激活效應[5]，加速梨汁貨架期褐變，色澤由白色轉變?yōu)榧t褐色，嚴重影響外觀品質(zhì)和商品價值。如何控制超高壓鮮榨梨汁貨架期褐變成為了亟待解決的問題。

試驗研究成熟度、澄清、去心、檸檬酸、抗壞血酸等處理對超高壓鮮榨梨汁褐變的影響，分析鮮榨梨汁加工過程中影響褐變的因素，探索褐變控制技術，為超高壓鮮榨梨汁加工提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

翠冠梨，2019 年7.15（七成熟）、7.25（八成熟）、8.4（九成熟），寧波市鄞州綠洲果業(yè)專業(yè)合作社果園提供。

食品級無水檸檬酸、L -抗壞血酸，河南千志商貿(mào)有限公司提供；食品級維果靈（Dimethyl dicarbonate，DMDC），廣東鑫億康生物科技有限公司提供；福林酚試劑，合肥博美生物科技有限公司提供；鄰苯二酚，上海展云化工有限公司提供。

1.2 儀器及設備

CC-600 (R) plus 型原汁機，韓國圖們惠人電子有限公司產(chǎn)品；CQC2L-600 型全液相超高壓設備，北京速原中天科技股份公司產(chǎn)品；CR-5 型色差計，日本柯尼卡美能達（KONICA MINOLTA） 株式會社產(chǎn)品；UV1600 型紫外可見光分光光度計，上海赫爾普國際貿(mào)易有限公司產(chǎn)品；H1850R 型臺式高速冷凍離心機，湖南湘儀離心機儀器有限公司產(chǎn)品；FiveEasy Plus pH 計， 瑞士梅特勒- 托利多（METLER TOLEDO） 集團產(chǎn)品；PAL-BX/ACID F5型糖酸度測定儀，日本愛拓（ATAGO） 公司產(chǎn)品。

1.3 處理方法

1.3.1 成熟度

將不同成熟度的梨果實去皮、去柄、去籽后，原汁機榨汁，再經(jīng)200 目尼龍紗布過濾，制得果汁。然后測定各項指標，其中感官評定中的褐變情況在榨汁后敞口放置1 h 測定。

1.3.2 超高壓處理

將八成熟的梨果實，按1.3.1 方法加工制得果汁，灌裝密封于塑料瓶中。采用0，100，200，300，400，500，600 MPa 超高壓處理5 min。由于0～300 MPa超高壓處理5 min 后仍會發(fā)酵變質(zhì)，影響色澤觀察，為了保持樣品一致性，所有處理添加質(zhì)量濃度為200 mg/L 的DMDC 防止發(fā)酵對色澤的影響。超高壓處理后分裝于50 mL 樣品瓶中，密封后于25 ℃下放置24 h，每6 h 取樣測定一次色澤。

1.3.3 澄清、去心處理

將八成熟的梨果實去皮、去柄、去籽后，分成3 組。一組直接榨汁；一組榨汁后再采用硅藻土過濾得澄清梨汁；一組完全去心（石細胞組織），然后再榨汁過濾得去心梨汁。分別灌裝密封后，于500 MPa超高壓處理5 min，同1.3.2 樣品處理測定指標。

1.3.4 檸檬酸、抗壞血酸處理

將八成熟的梨果實，去皮、去柄、去籽后，添加0.1%，0.2%，0.3% 檸檬酸或抗壞血酸。于500 MPa超高壓處理5 min，同1.3.2 樣品處理測定指標。

1.4 測定方法

1.4.1 感官評定

參照李麗梅等人[6]的梨汁感官評定標準，略有修改。5 人評分小組分別對甜度、酸度、香氣和褐變情況進行評定。

梨汁的感官評定標準見表1。

表1 梨汁的感官評定標準

1.4.2 色澤的測定

參照Gao G 等人[7]的方法，取15 mL 樣品于樣品皿內(nèi)，采用色差計測定，測定模式為反射測量，測定口徑為30 mm，測定L*值，a*值，b*值。按公式（1） 計算色差值（ΔE）。

式中：L0*，a0*，b0*——初始值；

Lt*，at*，bt*——貨架期t 時的測量值。

1.4.3 PPO 活性的測定

參照曹建康等人[8]方法測定，略作修改。取梨汁5 mL，12 000 g，于4 ℃條件下離心15 min，上清液即為酶液。采用蒸餾水配制濃度50 mmol/L 鄰苯二酚溶液。3 mL 反應體系中含1.9 mL 蒸餾水、1 mL 濃度50 mmol/L 鄰苯二酚溶液和0.1 mL 酶液。測定4 min 內(nèi)A420nm變化，以每分鐘吸光度上升0.1 作為一個酶活力單位（U）。PPO 活力按公式（2） 計算。

1.4.4 總酚含量的測定

采用福林酚法測定[9]。取1 mL 梨汁，加入4 mL蒸餾水，振蕩混勻；取梨汁12 000 g，于4 ℃條件下離心15 min，取1 mL 上清液，加1 mL 福林酚試劑，3 mL 質(zhì)量濃度20%無水碳酸鈉；于50 ℃下保溫30 min，于波長765 nm 處測定吸光度；以鄰苯二酚為底物繪制標準曲線。結果以mmol/L 表示。

1.4.5 pH 值的測定

采用pH 計測定。

1.4.6 糖度的測定

使用糖酸度測定儀測定，滴入1～2 滴梨汁，讀取糖度值。

根據(jù)圖1，發(fā)射機和信號源各自發(fā)射的信號經(jīng)測試鏈路的幅度衰減和相位延遲后，到達對方射頻端口的信號分別為vtj(t)和vjt(t)，如圖2所示.

1.4.7 酸度的測定

稱取1 g 梨汁，稀釋50 倍。使用糖酸度測定儀測定，滴入1～2 滴樣品，讀取酸度值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

各指標平行測定3 次，結果以平均值±標準差表示。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SPSS 18.0 統(tǒng)計軟件，差異顯著性檢驗采用鄧肯多重比較法，差異顯著性水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 成熟度對鮮榨梨汁感官、品質(zhì)及褐變相關指標的影響

成熟度對鮮榨梨汁感官評分的影響見表2。

表2 成熟度對鮮榨梨汁感官評分的影響

由表2 可知，成熟度顯著影響梨汁綜合感官評分（p＜0.05)，八成熟的梨汁綜合得分最高，九成熟次之，七成熟最差。七成熟梨汁不甜卻較酸，風味輕淡；八成熟梨汁酸甜適宜，風味適中；九成熟很甜卻不酸，風味濃郁。其中，七成熟的梨汁易發(fā)生褐變，而八九成熟的梨汁未褐變或輕微褐變。

成熟度對鮮榨梨汁品質(zhì)和褐變相關指標的影響見表3。

表3 成熟度對鮮榨梨汁品質(zhì)和褐變相關指標的影響

由表3 可知，成熟度對糖度、酸度、糖酸比也存在著顯著性影響（p＜0.05）。隨著成熟度的上升，糖度上升，酸度和pH 值下降，糖酸比從17.4 上升到85.0。九成熟梨汁風味更濃郁，但榨汁后甜度和酸度需要適當調(diào)節(jié)。PPO 活性隨成熟度升高逐漸下降。前期研究表明翠冠梨PPO 活性存在2 個最適pH 值，分別為5.0 和7.0。邱禮根等人[10]研究也發(fā)現(xiàn)翠冠梨存在2 個最適pH 值，分別為4.5 和7.0。九成熟梨汁自然pH 值0.57，遠離2 個最適pH 值，在此pH 值下PPO 會表現(xiàn)出較低的催化活性。

大多數(shù)的果汁褐變發(fā)生在榨汁過程，為防止褐變發(fā)生，需要在榨汁前進行護色鈍酶預處理。如劉樹興等人[11]打漿前首先使用功率720 W 的微波處理20 s，再用濃度為3 mmol/L 抗壞血酸浸泡15 min。董瑞雪等人[12]研究表明復合抑制劑比單一抑制劑效果好，質(zhì)量分數(shù)0.22%抗壞血酸、質(zhì)量分數(shù)0.008%氯化鈉和質(zhì)量分數(shù)0.50%檸檬酸混合形成的復合抑制劑防褐變效果最好。八九成熟翠冠梨榨汁后1 h 仍未發(fā)生明顯褐變現(xiàn)象。因此，八九成熟梨果實適宜于榨汁，榨汁前無需切塊護色處理，可以減化加工步驟。

2.2 超高壓處理對鮮榨梨汁褐變的影響

超高壓處理對鮮榨梨汁色差值的影響見圖1。

由圖1 可知，超高壓處理前后梨汁隨著貨架時間的延長，色差值會逐漸增大。0～200 MPa 處理，貨架期24 h 未見明顯褐變，色差值遠低于1.5（肉眼可見差別）。而300～600 MPa 處理，隨著貨架時間的延長，色差值快速上升，且處理壓力越高，上升的越快，越早達到1.5，表現(xiàn)出褐變現(xiàn)象。結果表明，超高壓加速鮮榨梨汁褐變，其原因主要是由于超高壓提高PPO 與底物的親和力，激活潛在PPO，提高酶促反應速度，加速鮮榨梨汁褐變[5]。超高壓酶激活效應早有報道。曾慶梅等人[13]研究表明，處理溫度50 ℃，保壓時間為10 min，pH 值為5 的條件下，200～300 MPa 處理梨汁時多酚氧化酶被激活，活性表現(xiàn)最高，相對活性分別為115.3%和111.4%。Asaka M 等人[14]的研究結果更是表明600 MPa，10 min 超高壓處理拉法蘭西梨后PPO 活性上升了13.8 倍。Terefe N S等人[15]研究也發(fā)現(xiàn)在500 MPa，30 ℃下超高壓處理藍莓激活PPO 活性最大可達6.1 倍。因此，超高壓加工鮮榨梨汁還需要協(xié)同技術控制激活的酶活性，防止褐變的發(fā)生。

2.3 澄清、去心處理對超高壓鮮榨梨汁褐變的影響

澄清、去心處理對超高壓鮮榨梨汁色差值的影響見圖2。

由圖2 可知，超高壓處理后澄清梨汁色差值會快速上升，發(fā)生褐變的時間與對照組相近。但是澄清梨汁色差值很快出現(xiàn)平臺效應，24 h 時其色差值遠低于對照。表明澄清處理不影響褐變發(fā)生時間，但是會降低褐變的程度。超高壓處理后去心梨汁色差值雖然也會上升，但也遠低于對照。同時還發(fā)現(xiàn)，澄清處理、去心處理只能減輕或延緩并不能完全抑制褐變的發(fā)生。

澄清處理、去心處理對超高壓鮮榨梨汁品質(zhì)及褐變相關指標的影響見表4。

由表4 可知，澄清處理和去心處理都使梨汁總酚含量和PPO 活性顯著下降。而且去心處理同時使酸度下降，糖度、糖酸比和pH 值上升。這可能與梨果心（石細胞組織） 相對果肉糖度較低、酸度較高有關。去心處理可以減緩梨汁褐變與果實貯藏過程易發(fā)生果心褐變相一致。如劉佰霖等人[16]研究發(fā)現(xiàn)“玉露香梨”貯藏過程中易發(fā)生果心褐變。

表4 澄清處理、去心處理對超高壓鮮榨梨汁品質(zhì)及褐變相關指標的影響

2.4 檸檬酸、抗壞血酸處理對超高壓鮮榨梨汁褐變的影響

檸檬酸、抗壞血酸處理對超高壓鮮榨梨汁色差值的影響見圖3，檸檬酸、維C 處理對超高壓鮮榨梨汁品質(zhì)及褐變相關指標的影響見表5。

由圖3 可知，檸檬酸不僅不能抑制超高壓鮮榨梨汁褐變，反而出現(xiàn)了加重的現(xiàn)象。同時，由表5可知，檸檬酸的添加明顯增加了酸度，降低了pH 值和糖酸比，會對感官品質(zhì)產(chǎn)生較大影響?？箟难崾浅Ｓ玫姆篮肿儎?。由圖3 可知，抗壞血酸的添加可以顯著抑制褐變的發(fā)生。添加0.2%～0.3%的梨汁24 h 色差值僅為0.8 和0.6。繼續(xù)貯藏，色差值升高速度趨于穩(wěn)定，形成平臺效應。另外試驗表明添加0.2%～0.3%的梨汁于4 ℃下貯藏60 d 也未發(fā)生褐變現(xiàn)象（數(shù)據(jù)未列出）。由表5 可知，抗壞血酸的添加雖然一定程定上也影響著梨汁的酸度和pH 值，但遠小于檸檬酸的影響。

表5 檸檬酸、維C 處理對超高壓鮮榨梨汁品質(zhì)及褐變相關指標的影響

大多數(shù)研究認為檸檬酸可以有效控制梨汁褐變，如周會玲等人[17]研究認為壓榨過程中添加檸檬汁、pH 值為4 時抑制褐變效果最佳。連文綺等人[18]研究表明4 mg/mL 檸檬酸處理后，鮮切蘋果褐變程度得到了明顯改善。而司紅起等人[19]研究表明在0.1～0.4 mmo/L 內(nèi)，檸檬酸對小麥PPO 活性起激活作用，在0.6～0.8 mmol/L 濃度范圍內(nèi)，檸檬酸對小麥PPO活性起抑制作用。如同成熟度對PPO 活性的影響，檸檬酸的添加使得梨汁的pH 值更接近最適pH 值，致使PPO 活性更高。不同來源的PPO 最適pH 值不同，當自然酸度小于最適pH 值，添加檸檬酸會抑制PPO 活性，但翠冠梨果汁自然酸度大于最適pH 值，添加檸檬酸反而會增加PPO 活性。研究表明，當添加0.50%檸檬酸時，pH 值會降至2.5，雖可有效抑制酶促褐變，但會使得梨濁汁因過酸而不宜食用[20]。由此可見，檸檬酸主要可作為翠冠梨汁的酸度調(diào)節(jié)劑，而不適合作為防褐變劑?？箟难峥梢砸种瞥邏杭せ畹腜PO 活性，防止梨汁的褐變，具有較好的褐變抑制作用[21]。

2.5 相關性分析

超高壓鮮榨梨汁品質(zhì)及褐變相關指標相關性分析見表6。

表6 超高壓鮮榨梨汁品質(zhì)及褐變相關指標相關性分析

超高壓鮮榨梨汁的色差值與總酚含量和PPO 活性存在極顯著相關性。pH 值雖然與色差值相關性不顯著，但與PPO 活性顯著相關，可以通過影響PPO活性間接影響褐變。趙光遠等人[22]認為pH 值是影響蘋果酶促褐變最重要的因素。由些可見，PPO 活性和總酚含量是影響鮮榨梨汁褐變的主要因素，而pH值是影響PPO 活性的另一個重要因素，可間接影響褐變的發(fā)生。選用八九成熟的果實，提高pH 值可以避免榨汁時褐變發(fā)生；澄清處理、去心處理可以降低PPO 活性和總酚含量，減輕或延緩褐變發(fā)生；抗壞血酸處理可有效抑制PPO 活性，抑制超高壓鮮榨梨汁褐變。