非热加工与传统热处理对苹果汁品质的影响

胡秦佳宝，刘璇，毕金峰，吴昕烨，魏宝东*，高琨,，王雪媛,

1(沈阳农业大学 食品学院，辽宁 沈阳，110866) 2(中国农业科学院 农产品加工研究所，农业部农产品加工综合性重点实验室，北京，100193)



非热加工与传统热处理对苹果汁品质的影响

胡秦佳宝1，刘璇2，毕金峰2，吴昕烨2，魏宝东1*，高琨1,2，王雪媛1,2

1(沈阳农业大学 食品学院，辽宁 沈阳，110866) 2(中国农业科学院 农产品加工研究所，农业部农产品加工综合性重点实验室，北京，100193)

研究了非热加工处理与2种传统热处理对苹果清汁和苹果浊汁品质的影响。处理方式包括80 ℃、20 min的巴氏杀菌，400 MPa、15 min的高静压杀菌(HHP)和137 ℃、3 s的高温瞬时杀菌(UHT)。测定了杀菌后苹果汁的悬浮稳定性、色泽、总酚、抗氧化能力和糖类物质等指标。在感官品质方面，高静压杀菌处理苹果汁悬浮稳定性更高，巴氏杀菌处理次之，高温瞬时杀菌处理苹果汁的悬浮稳定性最差；高静压杀菌处理苹果汁色泽趋向于亮黄色，而巴氏杀菌处理苹果汁和高温瞬时杀菌处理苹果汁颜色较暗；在功能特性方面，高静压杀菌处理苹果汁总酚含量和抗氧化能力显著高于巴氏杀菌处理苹果汁和高温瞬时杀菌处理苹果汁。在糖类物质含量方面，超高温瞬时杀菌处理苹果汁中总糖和还原糖含量显著低于巴氏杀菌处理苹果汁和高静压杀菌处理苹果汁。

苹果清汁；苹果浊汁；巴氏杀菌；高静压杀菌；超高温瞬时杀菌；品质

苹果是一种很好的生产果汁的原料, 总糖含量为9%～15%[1]。目前我国市场上出售的苹果汁大部分为清汁，无沉淀，清澈透明。苹果浊汁也是苹果原汁的一种，果汁中含有细小的果肉颗粒，在果汁中均匀分布，但不会沉淀和分层[2]。

为保证鲜榨苹果汁的安全性与货架期，工业化生产中普遍采用热力加工达到灭菌的目的。果汁是一种热敏食品，传统的巴氏杀菌能很好地杀灭和钝化果汁中的微生物和酶，但对果汁的品质影响较大[3]。高温瞬时杀菌(ultra high temperature, UHT)时间较短，物料的营养成分损失及其色、香、味变化小，因此 UHT 的灭菌工艺被广泛的研究和采用。但现有的果汁灭菌方式基本上采取热灭菌的过度灭菌方式，即在灭菌温度范围中，延长灭菌时间以保证彻底灭菌的目的，过度灭菌会导致果汁的营养成分的损失加剧同时色、香、味也会变化较大[4]。高静压技术(high hydrostatic pressure, HHP)是一种非热加工技术，它既保证了食品中微生物的残留量满足安全标准，又能确保食品色泽、风味、营养等方面的质量品质[5]。利用高静压技术杀菌，不仅可以延长食品的保质期，而且与热加工方法相比具有明显优势：能最大限度地保持食品的原有品质，对食品的品质也具有一定的改善作用[6]。

本研究探讨生产中广泛应用的巴氏杀菌、HHP杀菌、UHT杀菌对苹果清汁和浊汁的感官特性、功能特性及糖类物质含量的影响，在生产中应用先进的灭菌技术代替传统的灭菌技术，以减少生产过程中苹果汁中营养物质及酚类物质的损失、颜色变化、分层浑浊的问题。

1　材料与方法

1.1试验材料

寒富苹果，采于辽宁省兴城市某果园。外观完整且无机械损伤，采后放于4 ℃冷库备用。

1.2试剂与仪器

乙醇(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司；果胶酶，诺维信(中国)生物技术有限公司；淀粉酶，诺维信(中国)生物技术有限公司；6-羟基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸(Trolox)，1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)，2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸) 二铵盐(ABTS)，2,4,6-三(2-吡啶基)三嗪(TPTZ),福林酚，美国Sigma公司。

CPA124S电子天平，赛多利斯科学仪器北京有限公司；3K15 离心机，德国 Sigma 公司；UV1800 紫外可见分光光度计，日本岛津公司；DK-S26电热恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司；MASTER-20M糖度计，日本爱拓公司；Color Quest XT色差计，美国Huterlab公司；中试UHT生产线，由APV均质机、POWERPOINT杀菌机和沃迪无菌灌装机组成，上海沃迪科技有限公司。

1.3实验方法

1.3.1苹果汁制作工艺

苹果清汁：取无伤病的新鲜苹果，用流动水清洗后去皮去核。将其四分切后投入质量分数0.3%的Na2SO3溶液中护色1 h[7]。护色后用榨汁机榨汁。将榨得的苹果汁进行灭酶，温度为80 ℃， 时间为20 min。完成后用淀粉酶、果胶酶进行酶解，温度为50 ℃，时间为2 h。酶解后，将果汁用流水冷却至室温，加入硅藻土溶液，加入量为0.5 g/kg，摇动30 min，加入明胶溶液， 加入量为0.1 g/kg，摇匀，静置2 h。将静置后的果汁用4层纱布过滤，再用400目滤布将滤出的果汁抽滤。最后用0.22 μm孔径的PP滤膜抽滤,得到苹果清汁待杀菌样品。

苹果浊汁：取无伤病的新鲜苹果，用流动水清洗后去皮去核。将其四分切后投入0.3%的Na2SO3溶液中护色1 h,用榨汁机榨汁,随后灭酶，温度为80 ℃， 时间为20 min。用4层纱布将果汁过滤，得到苹果浊汁待杀菌样品。

1.3.2杀菌方式

(1)巴氏杀菌：温度为80 ℃，保温时间为20 min[8]；(2)HHP杀菌：压力为400 MPa，时间为15 min[9]；(3)UHT杀菌：温度为137 ℃，时间为3 s[10]。

1.3.3悬浮稳定性测定

悬浮稳定性[11]代表一定离心力作用下，体系的混浊稳定性。取10 mL 样品于4 200×g离心力下离心15 min，所得上清液在660 nm 处测OD值，以去离子水为空白。OD值越大表示悬浮稳定性越好。

1.3.4色差测定

用Color Quest XT色差计测定苹果清汁和苹果浊汁的色差值L*、b*，其中L*值表示亮度，L*值越大，表示色泽越亮；b*值表示黄蓝值，正值偏黄，负值偏蓝。

1.3.5抗氧化能力测定

采用自由基清除能力法(ABTS+·清除法和DPPH自由基清除法)和铁离子还原能力法(FRAP法)。

ABTS法[12]：ABTS在适当的氧化剂作用下氧化成绿色的ABTS+·，在抗氧化物存在时ABTS+·的产生会被抑制，在734 nm测定ABTS+·的吸光度即可测定并计算出样品的总抗氧化能力。将2.45 mmol/L 过硫酸钾与7 mmol/L ABTS溶液混匀(体积比1∶1)，暗处30 ℃放置16 h后，用体积分数80%乙醇稀释(将近50倍)时其吸光度小于0.700(±0.02)，制成ABTS+·溶液。取0.8 mL用体积分数80%乙醇稀释过的提取液与7.2 mL的ABTS+·溶液混合均匀，静置6 min后于734 nm处测定吸光度。结果以每升苹果汁中Trolox的当量(μmol Trolox/L)表示。

DPPH法[13]：DPPH自由基有单电子，在517 nm处有一强吸收，其醇溶液呈紫色的特性。当有自由基清除剂存在时，由于与其单电子配对而使其吸收逐渐消失，其褪色程度与其接受的电子数量成定量关系，可用分光光度计进行定量分析。将2 mL稀释过的样品提取液与4 mL浓度为100 μmol/L DPPH溶液(80%乙醇溶解)混匀，暗处静置30 min后，于517 nm波长处测定吸光度。结果以每升苹果汁中Trolox的当量(μmol Trolox/L)表示。

FRAP法[14]：酸性条件下抗氧化物可以还原Ferric-tripyridyltriazine(Fe3+-TPTZ)产生蓝色的Fe2+-TPTZ，随后在593 nm测定蓝色的Fe2+-TPTZ即可获得样品中的总抗氧化能力。将pH值为3.6，浓度为300 mmol/L的醋酸盐缓冲液、10mmol/L TPTZ溶液、20 mmol/L FeCl3溶液按体积比10∶1∶1混合，37 ℃保温30 min，制得FRAP试剂。将6 mL FRAP试剂与0.2 mL适当稀释后的样品提取液加入试管中，37 ℃保温30 min后，593 nm处测定吸光度。结果以每升苹果汁中Trolox的当量(μmol Trolox/L)表示。

1.3.6总酚含量的测定

采用福林-酚法[15]。取0.5 mL样品，加入1 mL质量比10%福林-酚显色剂，放置6 min，加入2 mL质量比7.5% Na2CO3溶液，用蒸馏水定容至10 mL，75 ℃避光放置10 min，并于765 nm波长下测定其吸光度。样品总酚含量以每100 mL苹果汁中没食子酸的当量(mg GAE/100mL)表示。

1.3.7总糖含量的测定

采用苯酚-硫酸法[16]。多糖在硫酸的作用下先水解成单糖，并迅速脱水生成糖醛衍生物，然后与苯酚生成橙黄色化合物。再以比色法测定。取1.0 mL稀释后的提取液，然后加入质量分数6%苯酚1.0 mL及浓H2SO45.0 mL，摇匀冷却室温放置20 min，于490 nm测光密度。以标准曲线计算总糖含量。

1.3.8还原糖测定

采用3.5-二硝基水杨酸比色法[17](DNS)。还原糖在碱性条件下加热被氧化成糖酸及其他产物，3,5-二硝基水杨酸则被还原为棕红色的3-氨基-5-硝基水杨酸。在一定范围内，还原糖的量与棕红色物质颜色的深浅成正比关系，取2 mL稀释后的提取液，加入1.5 mL DNS试剂，摇匀，沸水浴加热5 min，冷却至室温，于540 nm测定吸光度。以标准曲线计算还原糖含量。

1.3.9数据处理

每个实验处理重复3次，以平均值表示，采用Excel和SPSS分析软件进行数据处理。

2　结果与分析

2.1不同杀菌方式对苹果汁悬浮稳定性的影响

3种杀菌方式对苹果清汁、浊汁悬浮稳定性的影响如图1所示。由图1-(a)可以看出，3种杀菌方式对苹果清汁的悬浮稳定性无显著性影响(P>0.05)，可能的原因是因为苹果清汁在杀菌前已经过酶解、过滤等步骤，基本去除了果胶、蛋白质、淀粉及纤维等影响其稳定性的物质，增加了果汁的澄清度，使果汁不易浑浊。由图1-(b)可以看出，采用HHP杀菌方式的苹果浊汁的浑浊稳定性最高。房子舒等[20]研究了超高压和高温瞬时杀菌对蓝莓汁品质的影响，研究得出HHP 处理组的悬浮稳定性远大于 UHT 处理组的悬浮稳定性(P<0.05)。HHP属于非热杀菌，减少了持水性物质的受热分解。在HHP处理过程中，果汁中用于形成淀粉、蛋白及等高分子物质非共价键结构发生改变，但对果胶等小分子物质影响较小，因此果汁的悬浮稳定性较高。热处理会使果胶等持水性物质受热分解，降低其持水力，同时导致果汁中发生美拉德反应，减少了果汁中的持水性物质，故UHT杀菌和巴氏杀菌方式降低了果汁的浑浊稳定性[18]。

(a)苹果清汁；(b)苹果浊汁(图2～图5同)图1　不同杀菌方式对苹果汁悬浮稳定性的影响Fig.1　Effect of different sterilization methods on suspension stability of apple juice

图2　不同杀菌方式对苹果汁色泽的影响Fig.2　Effect of different sterilization methods on color of apple juice

2.2不同杀菌方式对苹果汁色泽的影响

3种杀菌方式对苹果清汁、浊汁色泽的影响如图2所示。由图2可以看出，3种杀菌方式对苹果清汁的颜色影响较小，但对苹果浊汁影响较大，HHP杀菌处理苹果浊汁的L*值显著高于其他2种处理(P<0.05)，即亮度大于其他2种杀菌方式处理的苹果汁，说明HHP处理的样品在处理过程中褐变程度较低。此结果与王寅等[19]的研究中结果一致，经超高压处理的蓝莓汁褐变程度减轻。本研究中HHP处理苹果汁褐变程度较低的原因可能是HHP处理会钝化果汁中的酶，抑制酶促反应导致的褐变。而传统的巴氏处理和UHT处理由于温度较高会发生色素变化、Vc降解等一系列反应，导致果汁发生褐变，亮度降低[21]。b*值为蓝黄色度指标。苹果浊汁固有的颜色为黄色，HHP处理样品b*值显著高于其他2种处理，果汁颜色更黄。冀晓龙等[20]研究了不同杀菌方式对梨枣汁色泽的影响。发现超高压处理能较好地保持梨枣汁原有的色泽。与本研究结果一致。

2.3不同杀菌方式对苹果汁总酚含量及抗氧化性的影响

苹果汁抗氧化性高低主要是由果汁中的酚类物质决定。经过不同杀菌方式处理后苹果清汁和苹果浊汁中总酚含量和抗氧化能力如图3所示。苹果清汁经不同杀菌处理后总酚含量为10.76～47.94 mg/100 mL，苹果浊汁经不同杀菌处理后总酚含量为16.37～26.86 mg/100 mL。

图3　不同杀菌方式对苹果汁总酚含量及抗氧化能力的影响Fig.3　Effect of different sterilization methods on total phenolic contents and antioxidant capacity of apple juice

UHT处理的苹果清汁和浊汁总酚含量显著低于其他2种杀菌处理苹果汁(P<0.05)。由图3可知，苹果清汁及浊汁抗氧化能力高低变化规律基本一致并与总酚含量高低趋势相同，为HHP处理最高，UHT处理最低。可能的原因是UHT温度较高，可能会引起酚类物质热降解而导致总酚含量下降。此结果与冀晓龙[21]的研究一致。CHEN等[22]研究了高静压杀菌处理和高温杀菌对芦笋汁总酚含量的影响。6种高静压杀菌处理总酚含量均显著高于高温杀菌处理(P<0.05)。SANTOS等[22]对石榴汁进行了高静压杀菌，研究得出石榴汁经高静压杀菌后总酚含量显著增加。HHP处理使样品处于高压条件下，苹果汁中的多酚氧化酶、过氧化物酶、β-糖苷酶可能失活，使果汁中的酚类物质得以保存[25]。故HHP处理苹果浊汁总酚含量显著高于巴氏杀菌处理苹果汁和UHT处理苹果汁。

2.4不同杀菌方式对糖类物质含量的影响

2.4.1不同杀菌方式对苹果汁总糖含量的影响

总糖是果蔬汁检测的基本理化指标[25]。经过不同杀菌方式处理后苹果清汁和苹果浊汁中总糖含量如图4所示，苹果清汁经不同杀菌处理后总糖含量为60.58～115.24 mg/mL，苹果浊汁经不同杀菌处理后总糖含量为73.10～126.71 mg/mL。

图4　不同杀菌方式对苹果汁总糖含量的影响Fig.4　Effect of different sterilization methods on total sugar of apple juice

苹果浊汁总糖含量整体略高于苹果清汁，此结果与王萍等[25]的研究结果一致。可能的原因是澄清的加工过程造成了果汁中总糖的损失，巴氏杀菌处理、HHP杀菌处理的苹果清汁和HHP杀菌处理的苹果浊汁总糖含量无显著性差异(P>0.05)。UHT处理苹果汁总糖明显低于其他2种处理的果汁，在吴锦铸等[26]的研究中，荔枝原汁的总糖含量随贮藏温度升高而降低，温度越高，总糖降解速度越快。胥钦等[27]研究了柑橘汁在灭菌过程中总糖含量的变化，得出结论为灭菌温度越高，总糖含量越低。原因可能是UHT处理温度较高，高温促进糖类物质水解成CO2和水。

2.4.2不同杀菌方式对苹果汁还原糖含量的影响

经过不同杀菌方式处理后苹果清汁和苹果浊汁中还原糖含量如图5所示。

图5　不同杀菌方式对苹果汁还原糖含量的影响Fig.5　Effect of different sterilization methods on reducing sugar of apple juice

苹果清汁经不同杀菌处理后还原糖含量为6.11%～10.87%，苹果浊汁经不同杀菌处理后还原糖含量为7.68%～10.18%。巴氏杀菌处理的苹果浊汁含量显著高于其他处理苹果汁(P<0.05)，巴氏杀菌处理和HHP处理的苹果清汁与HHP处理的苹果浊汁还原糖含量无显著差异(P>0.05)。不同杀菌方式对苹果清汁及浊汁还原糖含量的影响趋势相同。

由图5可知，无论在苹果清汁还是苹果浊汁中UHT杀菌的果汁还原糖含量显著低于其他2种杀菌方式。故UHT处理会显著影响苹果汁还原糖含量(P<0.05)。刘静等[28]发现，加热过程会迅速降低红枣浓缩汁中还原糖的含量且加热温度越高，还原糖损失越大。此结果与本文研究结果一致。

有研究指出，在高温下还原糖会部分转化为5-羟甲基糠醛(5-HMF)，5-HMF是葡萄糖或果糖参与美拉德反应、焦糖化反应及抗坏血酸氧化分解反应的共同中间产物，5-HMF可参与美拉德反应的后阶段生成褐色物质[29]。在热杀菌过程中苹果汁的还原糖可能参与美拉德反应，部分转化为5-HMF，同时与有机酸结合生成褐色物质[30]，造成果汁颜色变暗。此结果与色泽结果一致。故UHT处理苹果汁还原糖含量显著低于巴氏杀菌苹果汁和HHP处理苹果汁。

3　结论

本文将巴氏杀菌、高温瞬时杀菌2种传统杀菌方式与高静压杀菌对苹果清汁和苹果浊汁感官理化特性、营养功能特性的影响进行对比分析，高静压杀菌处理苹果清汁及浊汁的稳定性和亮度相对较高，总酚含量和抗氧化能力较高。高温瞬时杀菌处理苹果清汁及浊汁颜色较暗，稳定性相对较低，总酚含量、抗氧化能力、糖类物质含量均显著低于其他2种杀菌方式(P<0.05)。

以上结果说明，高静压处理的苹果清汁和苹果浊汁与其它两种杀菌方式处理相比，果汁的商品性更好，而且能更好的保持苹果汁的营养品质，符合消费者对果汁外观和营养的要求。

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The impact of the nonthermal and thermal sterilization on the quality of apple juices

HU Qin-jiabao1, LIU Xuan2, BI Jin-feng2, WU Xin-ye2,WEI Bao-dong1*, GAO Kun1,2, WANG Xue-yuan1,2

1(College of Food Science，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China) 2(Institute of Agro-products Processing Science and Technology，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Key Laboratory of Agro-Products Processing，Ministry of Agriculture，Beijing 100193，China)

The impact of the nonthermal and thermal sterilization on the quality of clear and cloudy apple juices was studied in this paper, including pasteurization, high hydrostatic pressure sterilization(HHP) and ultra high temperature sterilization (UHT).The sterilization parameters were 80°C, 20min for pasteurization, 400 MPa, 15min for HHP and 137°C, 3 s for UHT, respectively. The suspension stability, color, total phenolic contents, antioxidant capacities, sugar contents of apple juice were analyzed. The results revealed that: in the aspect of sensory quality, HHP showed more stable than pasteurized cloudy apple juice and UHT apple juice was the least stable. The color of HHP apple juice was bright yellow, while the color for pasteurization sterilization UHT treated apple juice were darker yellow. In terms of functional characteristic, the total phenolic contents and antioxidant capacity of HHP apple juice were significantly higher than pasteurized apple juice and UHT apple juice. Total sugar and reducing sugar of UHT apple juice were significantly lower than pasteurized apple juice and HHP apple juice.

clear apple juice; cloudy apple juice; pasteurization sterilization; high hydrostatic pressure sterilization; ultra high temperature sterilization; quality

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201601019

硕士研究生(魏宝东副教授为通讯作者 E-mail:bdweisyau@163.com)。

国家自然科学基金青年科学基金(No.31301527);公益性行业(农业)科研专项经费资助 (No.201303076-02)

2015-07-06，改回日期：2015-07-30