吸氧型阻隔包装材料对橙汁品质的影响

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(1.北京印刷学院印刷与包装材料重点实验室,北京102600;2.天津科技大学包装与印刷学院,天津 300222)

柑橘类果汁因其优美的色泽、口味和丰富的营养,是世界上最受欢迎的果汁产品之一。果汁饮料的营养比较丰富,热量不高。柑橘类果汁主要包括甜橙汁、葡萄柚汁、柠檬汁等多种类型,其中橙汁饮料因为色泽鲜艳,甜酸适口,更因其含有丰富的营养物质,如维生素C、类胡萝卜素、叶酸和类黄酮等,而成为果实市场消费量最大的果汁[1]。

果汁饮料的包装材料主要有塑料瓶、金属罐、玻璃瓶、纸盒等几种包装形式,其中复合纸盒与塑料包装材料的使用比例较高。备受关注的功能性吸氧包装材料在橙汁中的应用也呈现了较好的保鲜效果[2-6]。与传统的果汁包装材料相比,吸氧包装材料可以降低包装内的氧气含量及果汁中的溶解氧含量,进一步使包装袋内形成无氧环境,有效地抑制维生素C分解,延缓果汁的褐变和风味的改变。

本研究以橙汁饮料为实验对象,自制的复合吸氧薄膜为包装材料,复合阻隔薄膜为对照包装材料,在室温条件下贮存,研究吸氧包装材料在贮存期内对橙汁饮料保鲜的影响。主要研究了贮存期内橙汁的维生素C(VC)、总酸(TA)、可溶性固形物(TSS)、褐变指数(BI)、感官评价和包装袋内氧气浓度的变化。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

市售橙汁 购买于当地超市,购买时出厂20d;KOPP膜(20μm) 氧气透过率是14.2cm3/(m2·atm·24h),水蒸汽透过率是5.9g/(m2·24h),郑州卫华包装有限公司提供;LDPE,LD100-AC 中国石化北京燕山分公司提供;EVA树脂 国外进口;EVA树脂改性LDPE膜(25μm) 氧气透过率是3486.0cm3/(m2·atm·24h),水蒸汽透过率是14.8g/(m2·24h),实验室自制;吸氧剂 实验室自制;PU主剂(YH501S)、PU固化剂(YH10S) 北京高盟新材料股份有限公司;95%的乙醇、氢氧化钠 北京化工厂提供,分析纯;草酸、2,6-二氯靛酚、抗坏血酸 天津光复精细化工研究所提供,分析纯。

PAC CHECK® 650型顶空气体分析仪 美国MOCON公司;PR-101型数字式手持折光仪 日本ATAGO公司;TG16-WS型高速离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司;UV-2501PC型紫外可见光分光光度计 日本SHIMADZU公司;DZ-280/2SD型真空封口机 上海星田包装机械有限公司;DT-2008型电子计数天平 常熟市金羊砝码仪器有限公司。

1.2 吸氧薄膜的制备

以KOPP膜为外层,LDPE/EVA共混薄膜为内层,中间层为粘结层(双组份聚氨酯胶黏剂),同时也是吸氧层,由不同比例的吸氧剂和聚氨酯胶黏剂组成,采用干式复合方法制得三层结构的复合吸氧薄膜。以未添加吸氧剂的复合薄膜为OBF膜,根据吸氧剂添加比例的不同制成复合吸氧薄膜,记为OSF-1、OSF-2、OSF-3。

1.3 实验设计

以市售橙汁为实验对象,实验室制复合薄膜为包装材料,氧阻隔薄膜(KBOPP/PU/LDPE)作为对照组(OBF),吸氧薄膜为实验组(OSF-1、OSF-2、OSF-3),将薄膜裁成230mm×150mm大小,消毒后制成100mm×120mm的小袋,灌装100mL橙汁后热封。将制得的包装样品放在25℃的环境中进行贮藏实验,每隔7d分别取出样品,测定样品的理化性质及感官评价,重复实验3次,取平均值。

1.3.1 包装袋内氧气浓度的测定 使用PAC CHECK® 650型号的顶空气体分析仪(Mocon Inc.,USA)测定包装袋内的O2和CO2浓度。完成气体分析后,打开包装测试其它性质。

1.3.2 贮存期内果汁维生素C的测定 从一个试样中取出10mL,用2%的草酸定容至100mL,充分摇匀,吸取样品液10mL于锥形瓶中,用已标定的2,6-二氯靛酚钠溶液滴定,至桃红色15s不褪为止,记下染料用量[7]。VC含量按下式计算:

式中:V为滴定样液时消耗染料溶液的体积,mL;V0为滴定空白时消耗染料溶液的体积,mL;T为2,6-二氯靛酚染料滴定度,我们测出为0.086mg/mL;A为稀释倍数;W为样品体积,mL。

1.3.3 贮存期内果汁总可溶性固形物的测定 TSS是指液体或流体食品中所有溶解于水的化合物的总称,主要指可溶性糖类,包括单糖、双糖、多糖等。使用PR-101数字折射仪测定贮存期内橙汁中可溶性固形物含量。

1.3.4 贮存期内果汁总酸的测定 根据酸碱中和原理,用碱液滴定试样中的酸,以酚酞指示剂确定滴定终点,按碱液的消耗量计算食品中总酸的含量[8]:

式中,c为氢氧化钠标准滴定溶液浓度,mol/L;V1为滴定试液时消耗氢氧化钠标准滴定液的体积,mL;V2为空白实验时消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积,mL;K为酸的换算系数,取0.07(柠檬酸);F为稀释倍数；W为试样的体积,mL。

1.3.5 贮存期内果汁褐变指数的测定 将贮存期内的橙汁样品5mL与等体积95%乙醇混合,混合均匀后在7200r/min条件下离心20min取上清液,采用紫外-可见光分光光度计测定上清液的吸光度。95%的乙醇做参比,以420nm处的吸光度A420nm表示褐变指数BI[9-10]。

1.3.6 感官评价 参照NY/T290-1995[11]和GB/T21731-2008[12]方法处理。

1.3.7 数据统计分析 本实验所得数据采用软件Excel和Origin 8进行处理分析。

2 结果与讨论

2.1 贮存期内包装袋内O2含量的变化

橙汁是一种对氧气敏感的饮料。包装体系中的氧气能加速果汁中营养物质的损耗,促进果汁的褐变,同时不能抑制好氧细菌的繁殖。有研究报道橙汁的褐变和VC的损失与最初氧气的浓度线性相关[13]。降低包装体系中的氧气浓度是延长橙汁保质期的重要方法之一。贮存期内包装袋内的氧气浓度随时间的变化如图1所示。吸氧薄膜组的氧气浓度下降的较快,OSF-1、OSF-2、OSF-3三个实验组下降速度依次增加,在第8～12d时,达到无氧状态,主要是由于吸氧薄膜能够及时清除包装袋内的氧气。OBF组的氧气浓度下降较缓慢,在第2周的时候稳定在2.3%左右,主要是由于VC的有氧裂解反应导致氧气浓度下降,当VC下降到零时,氧气浓度就不再发生变化,这与VC含量的变化结果一致。

图1 贮存过程中包装袋内O2含量的变化 Fig.1 Change of O2 concentration of package during storage

2.2 贮存过程中果汁维生素C含量的变化

VC是橙汁饮料中的主要营养成分之一,因兼具酸性及还原性,故极易氧化裂解[14]。贮存期内果汁VC含量的变化趋势如图2所示。OBF包装的橙汁中VC含量下降很快,经历两周贮存时间，由初始的387.9mg/L下降到0mg/L，主要是因为VC经历了有氧裂解反应形成去氢抗坏血酸,再经脱水、去羧基产生木糖醛酮,最终产生还原酮[14]。吸氧薄膜组果汁中VC的含量也会下降,因为在无氧或氧气浓度较低时,VC会发生厌氧性裂解。在第5周时,OSF-1、OSF-2和OSF-3的果汁VC含量分别为137.92、224.12、241.36mg/L,与初始的387.9mg/L比,橙汁中VC保留率分别为35.56%、57.78%和62.24%。因此,OSF-2和OSF-3可以通过降低包装袋内的氧气浓度达到抑制VC裂解的目的。

图2 贮存过程中果汁VC含量的变化 Fig.2 Change of VCcontent of orange juice during storage

2.3 贮存期内可溶性固形物含量的变化

TSS含量是橙汁的重要质量指标之一,直接影响产品的销售价格。橙汁中TSS主要反映橙汁中糖含量(葡萄糖、果糖及山梨醇糖)[15]。贮存期内果汁TSS含量的变化趋势如图3所示。OBF组从第4周时,TSS含量开始大幅下降,一周后下降至9.3%。贮存至第5周时,OSF-1、OSF-2和OSF-3果汁中TSS的含量分别为9.9%、10.4%和10.2%。贮存期内TSS含量的下降主要是其发生了美拉德反应,其基本反应是还原糖与含氨基化合物(如游离氨基酸、肽、蛋白质等)先进性反应形成羰胺,经过重排或转位后形成重排(或转位)化合物[14]。

图3 贮存过程中果汁TSS含量的变化 Fig.3 Change of TSS content of orange juice during storage

2.4 贮存期内总酸含量的变化

有机酸是影响果汁口感酸味的主要成分,其含量和种类直接影响果汁的品质,含量多以总酸表示。贮存期内果汁TA含量的变化趋势如图4所示。贮存期内,对照组和实验组的TA含量都没有发生明显变化。有研究将果汁贮存过程中总酸的相对稳定归因于果汁自身的缓冲能力[16]。因此,吸氧包装材料对果汁中总酸的影响并不明确。

图4 贮存过程中果汁TA含量的变化 Fig.4 Change of TA content of orange juice during storage

2.5 贮存期内果汁褐变指数的变化

果汁褐变是指果汁在贮存过程中颜色发生改变的一种现象。这种颜色的改变,不仅影响果汁的外观、风味,还会造成营养物质的损失,甚至食品的变质。造成果蔬汁贮藏期间褐变的主要原因是非酶褐变,而引起非酶褐变的主要反应有四种类型,即美拉德反应、焦糖化反应、抗坏血酸降解及酚类化合物的氧化聚合,这些反应均有可能造成果蔬汁的色泽劣变[17]。非酶褐变反应产生的色素在420nm波长处有很强的吸光度,此波长下的吸光度大小可反映褐变的严重程度[18]。贮存期内果汁的褐变指数如图5所示。果汁的褐变指数随着贮藏时间的延长呈增长趋势,且吸氧薄膜包装果汁的褐变指数要低于对照组,这主要与包装袋内的氧气浓度、抗坏血酸的降解和TSS的变化有关。OBF组褐变指数的初始值是0.151,两周后上升到0.3217,增长趋势较快,主要是由抗坏血酸氧化褐变引起的;吸氧薄膜包装果汁褐变指数的增长趋势在前两周也较快,这主要是因为吸氧薄膜在8～12d可以把包装袋内的氧气浓度降低到零,包装袋内的氧气浓度影响了前两周果汁的褐变。因此,吸氧包装薄膜可以通过降低包装袋内的氧气浓度抑制果汁的褐变,且OSF-3吸氧薄膜效果比较明显。

图5 贮存过程中果汁褐变指数变化 Fig.5 Change of browning index of orange juice during storage

2.6 感官评价(橙汁贮存期间感官质量评定)

橙汁贮存期间感官质量评定参照NY/T290-1995和GB/T21731-2008,主要从外观形态、色泽和香气方面进行评定,结果见表1。普通复合包装膜包装的果汁到第2周时就失去橙香气,到第3周时出现絮状物、酸败味并有菌斑飘落。在第5周时,OSF-2、OSF-3吸氧薄膜包装的果汁浊度较好、颜色正常、橙香气较好且没有出现明显的分层,对果汁的保鲜效果要好于OSF-1薄膜。

表1 橙汁感官质量评定Table 1 The sensory quality evaluation of orange juice

3 结论

贮藏期间,普通复合薄膜包装果汁的保鲜效果较差,在第2周时,果汁中的VC含量就已经变为零且失去橙汁香气;吸氧型阻隔包装膜包装的橙汁VC含量、TSS含量和感官评价要高于普通复合膜,且褐变指数明显低于对照组。结果表明,吸氧包装材料可以有效清除包装袋内的氧气,且氧清除速率足以减缓橙汁中VC的降解、延缓橙汁褐变及品质下降,有利于延长橙汁的货架期。此外,吸氧薄膜的残余吸氧能力对渗透氧提供持续的屏障,从而延长对果汁氧化降解的保护。

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