不同加工方式对甘薯汁品质及抗氧化活性的影响

张碧莹，唐玲，张静，蒋和体

(西南大学 食品科学学院，重庆，400715)

不同加工方式对甘薯汁品质及抗氧化活性的影响

张碧莹，唐玲，张静，蒋和体*

(西南大学 食品科学学院，重庆，400715)

为了探讨不同加工方式对甘薯汁品质及抗氧化活性的影响，选取4种不同甘薯加工方式(常压蒸煮、高压蒸煮、微波蒸煮、螺旋榨汁)制汁，对所制得甘薯汁的透光率、色泽、感官品质及主要成分(蛋白质、VC、β-胡萝卜素、总酚、黄酮)含量进行对比分析，采用DPPH自由基法、ABTS自由基法、羟自由基法、超氧阴离子自由基法、总还原力法5个体外抗氧化体系评估甘薯汁的抗氧化能力。结果表明，常压蒸煮制得甘薯汁风味和主要成分的保留率稍差于微波蒸煮，但其色泽、稳定性更佳；高压蒸煮制得甘薯汁营养成分损失最多，VC和β-胡萝卜素损失率分别高达92.54%和72.25%，且褐变严重。螺旋压榨制得甘薯汁营养成分保留率最高，其中可溶性蛋白含量保存率高达94.55%，抗氧化活性高，综合品质较好。

甘薯汁；加工方式；品质；抗氧化活性

甘薯营养均衡，药食兼用，被营养学家当做一种最健康食物。甘薯富含丰富的VC、β-胡萝卜素、叶酸、黏液蛋白等物质[1],且甘薯中含有类黄酮、酚酸等天然抗氧化成分，因此抗氧化活性也是衡量甘薯品质的一项重要指标[2]。但新鲜甘薯含水量高，不易贮藏，萌芽、腐烂等劣变症状经常发生[3]。将甘薯加工成甘薯汁，不仅能保持甘薯的保健功效与营养品质,也能满足人们的健康需求。

甘薯汁的加工方法都是先将甘薯打浆，再以甘薯浆或汁渣分离后得到的汁来加工甘薯饮料或是将甘薯蒸煮酶解后取汁[4]。目前甘薯不同加工方式对制汁综合品质的影响报道较少，且研究方向集中在优化酶处理和澄清工艺水平。本文讨论了甘薯4种不同加工方式对甘薯汁营养品质特性及抗氧化活性的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甘薯品种为渝薯17号，取自重庆市石柱县甘薯基地；浓H2SO4、NaOH、H3BO3、三氯乙酸、无水CuSO4、K2SO4、乙醇、KH2PO4、Na2CO3、无水葡萄糖、NaOH、HCl、抗坏血酸、FeSO4、双氧水,分析纯，成都市科龙化工试剂厂；K2HPO4、水杨酸，分析纯，重庆川东化工(集团)有限公司化学试剂厂；没食子酸,色谱纯，上海源叶生物科技有限公司；DPPH，分析纯，美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

VD-650型无菌操作台，苏州净化设备有限公司；UtraScan PRO测色仪，美国HunterLab公司；PAL-1手持糖度仪，上海上天精密仪器有限公司；WFJ 7200型可见分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司；HWS-26电热恒温水浴锅，上海齐欣科学仪器有限公司；微波炉，广东格兰仕微波炉电器有限公司；JYZ-E96九阳原汁机，九阳股份有限公司；高压锅，苏泊尔电器有限公司；HH·BII·600-S电热恒温培养箱，上海跃进医疗器械厂；HERMLE2323K低温高速离心机，上海精密仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 甘薯加工方式

挑选新鲜且无病虫害的甘薯，清洗干净后切成约2～3 cm厚的薄片。

常压蒸煮：在常压下，待水上气后将甘薯薄片置于蒸锅内沸水蒸煮15 min，蒸煮后的样品按甘薯鲜重的60%加纯净水于打浆机中浆化。

高压蒸煮：将甘薯薄片置于高压锅内蒸煮5～7 min，压力为0.1 MPa，温度为121 ℃，蒸煮后的样品按甘薯鲜重的60%加纯净水于打浆机中浆化。

微波蒸煮：将甘薯薄片置于微波炉内蒸煮10 min，微波功率为640 W，蒸煮后的样品按甘薯鲜重的60%加纯净水于打浆机中浆化。

螺旋榨汁：将甘薯薄片置于螺旋压榨机内榨汁，汁液与甘薯渣分离，螺杆转速75 r/min。

1.3.2 甘薯汁制备工艺流程

甘薯→清洗→前处理→破碎打浆→酶处理(加入α-淀粉酶和复合糖化酶)→灭酶→过滤(用100目纱布过滤)→杀菌(121 ℃下维持15 min)→甘薯汁

1.3.3 微生物测定[5]

参照国标GB4789—2010《食品微生物学检验 菌落总数测定》中规定的平板计数法检验。

1.3.4 透光率测定[4]

取适量甘薯汁稀释，4 000 r/min离心10 min，于600 nm波长处测定吸光度A，以蒸馏水做参照。

1.3.5 黏度值测定[6]

采用旋转黏度计以1号转子在45 r/min下测量甘薯汁的黏度值。

1.3.6 甘薯汁色泽测定

(1)

1.3.7 可溶性固形物、总糖、还原糖含量测定

可溶性固形物含量参照果汁行业标准SB/T10203—1994，采用手持糖度计直接测定(oBrix)。总糖含量的测定参照GB/T15038—2006[7]葡萄酒、果酒通用分析方法；还原糖含量采用GBT 5009.7—2008中的直接滴定法测定[8]。

1.3.8 蛋白质含量测定

参照国标GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》[9]。

1.3.9 VC含量测定

采用2，6-二氯酚靛酚(2，6-DCIP)法[10-11]。

1.3.10 β-胡萝卜素含量测定

比色法[12]。

1.3.11 总酚含量测定

采用福林酚法，测定方法参考文献[13]。

酚类物质提取[14]：取10 mL甘薯汁，加25 mL pH=3的体积分数 70%酸性乙醇溶液，摇匀，避光浸提30 min后于180 W超声辅助提取30 min，在4 ℃ 10 000 r/min离心20 min，上清液于-18℃保存备用。

以没食子酸为标准物，得标准曲线方程为：Y=0.083 6x+0.009 1，R2=0.999 0。总酚含量表示为没食子酸当量。

1.3.12 总黄酮含量测定

采用亚硝酸钠法，测定方法参考文献[15]。

以芦丁为标准物，得标准曲线方程为：Y=0.016 3x-0.006 7，R2=0.999 4。总黄酮含量表示为芦丁当量。

1.3.13 抗氧化性的测定

1.3.13.1 DPPH自由基清除率测定[16]

取稀释10倍的甘薯汁与0.2 mmol/L DPPH溶液各2.0 mL 摇匀，避光放置30 min，于517 nm处测定吸光度Ai。同时测定稀释10倍甘薯汁与溶剂乙醇各2.0 mL混合后的吸光度Aj，以及溶剂乙醇与0.2 mmol/L DPPH溶液各2.0 mL混合后的吸光度Ac。以乙醇为空白，按下式计算：

(2)

1.3.13.2 羟自由基(·OH)清除率测定[17]

取9 mmol/L FeSO4和9 mmol/L乙醇-水杨酸溶液各1 mL，然后加入甘薯汁和8.8 mmol/L H2O2溶液各1 mL，最后用蒸馏水定容到15 mL，摇匀，于37 ℃水浴加热15 min后测定吸光度。A0和Ax、Ax0测定时，参比溶液分别为不加双氧水的体系和去离子水。按公式(3)计算：

(3)

式中：A0为空白吸光值，Ax为加样品吸光值，Ax0为不加H2O2吸光值。

1.3.13.3 ABTS+自由基清除率测定[18]

取140 mmol/L的过硫酸钾溶液440 μL加入到7 mmol/L的ABTS自由基溶液25 mL中混合，制备ABTS自由基储备液溶液，避光反应12～16 h。测定前用无水乙醇将ABTS自由基储备液溶液稀释吸光值为(0.700 ± 0.002)(734 nm)。取ABTS自由基稀释液2.7 mL与0.3 mL甘薯汁混合均匀，在室温下反应10 min后，于734 nm波长下测定吸光值A1。取0.3 mL蒸馏水加2.7 mL ABTS自由基稀释液测定吸光值A0为空白。按公式(4)计算：

(4)

取3只试管均加入pH 8.2，0.1 mol/L的Tris-HCl缓冲液2.35 mL，pH 7.8，0.05 mol/L的磷酸缓冲液2.00 mL，于25 ℃水浴保温15 min。然后在空白管中加入10 mmol/L的盐酸0.15 mL，试验管中加入4.50 mmol/L邻苯三酚盐酸溶液0.15 mL，样品管中加入4.50 mmol/L邻苯三酚盐酸溶液0.15 mL和稀释10倍的甘薯汁1 mL，加完后立即混合均匀并迅速倒入比色皿，以空白管调零，于320 nm波长下测定邻苯三酚反应体系与样品液抑制邻苯三酚自氧化反应体系的速率。速率记录为开始吸光度值和300 s内吸光度差值。按公式(5)计算：

超氧阴离子自由基清除率/%=(1-ΔA′/ΔA)×100

(5)

式中：ΔA′为邻苯三酚自氧化速率，ΔA为样品液抑制邻苯三酚自氧化速率。

1.3.13.5 总还原力的测定[20]

在试管中加入0.2 mol/L pH=6.6的磷酸缓冲

液PBS、稀释一定倍数甘薯汁、质量分数1%的铁氰化钾溶液各2.5 mL，混匀于50 ℃水浴保温20 min后冷却至室温，再加入质量分数10%的三氯乙酸溶液2.5 mL，混匀转移至离心管中，3 000 r/min下离心10 min。取上清液2.5 mL于试管中，加入2.5 mL蒸馏水及0.5 mL质量分数0.1%的FeCl3溶液，混匀置于暗室反应30 min，于700 nm处测定吸光度。以抗氧化剂BHT为参照，蒸馏水做参比。

1.3.14 甘薯汁感官风味评定方法

组织10 名专业品评员组成感官风味评价小组，按照甘薯汁感官评分标准表(表1)，采用9分制对样品的色泽、风味、口感、组织状态以及综合评价进行评分，5分为最低可接受分数线[21]。

表1 甘薯汁感官评分标准Table 1 The standard score sheet for the sensory evaluation of sweet potato juice

1.4 数据分析

采用Origin(Version 8.6)和SPSS(Version 19)软件进行统计分析，试验数据以3次重复的(平均值±标准差)差表示，并采用Duncan’s法进行差异显著性分析。

2 结果分析

2.1 甘薯汁菌落总数、透光率及黏度测定结果

表2显示了不同加工方式制得甘薯汁中菌落总数、透光率和黏度的变化结果。在甘薯成熟期，由于其营养丰富，微生物会大量聚集在甘薯表面。经过高温高压蒸煮处理后，甘薯汁的菌落总数均在100 CFU/mL以下。果蔬汁的透光率与稳定性是衡量果蔬汁澄清度的一项重要指标。与螺旋鲜榨原汁相比，经过蒸煮处理后制得甘薯汁的透光率都发生了显著降低(p<0.05)，这主要是因为在高温高压蒸煮下甘薯汁中的果胶、蛋白质以及多酚等物质相互结合形成大的胶体颗粒，且酚类物质经酶促褐变及非酶褐变之后也会汇聚成大的分子颗粒，进而影响甘薯汁的透光率[22]。微波和高压蒸煮加工后甘薯直链淀粉溶出更多，导致老化速度较快[23]，所以较常压蒸煮制得甘薯汁的粘性较大。

表2 不同加工方式对甘薯汁菌落总数、透光率及黏度的影响Table 2 Effects of different extracting juice technologies on the inactivation of total aerobic bacteria(TAB)， transmittance and viscosity of sweet potato juice

注：(1)ND表示某类菌的菌落总数低于最低检出限(1CFU/mL)；(2)a,b,c,d表示同一行各数值之间的显著性差异(p<0.05)。

2.2 甘薯汁色泽测定结果

由表3可知，不同加工工艺对甘薯汁的色泽影响显著。以螺旋鲜榨原汁为色差测定的参比样，可以得到经蒸煮工艺制得甘薯汁的a*(p<0.05)、b*(p<0.05)上升较为显著，说明甘薯在蒸煮过程中色素物质有溶出和分解现象，使甘薯汁的颜色变暗[24]。研究表明，高温加热能降低多酚氧化酶的活性，在100 ℃加热20 min 时，甘薯多酚氧化酶基本完全失活，从而能较好的保存甘薯汁的色泽[25]。而经微波蒸煮工艺制得甘薯汁的L*值最低，a*、b*值最大，表明甘薯汁色泽比较偏暗、偏黄。这是因为微波热效应使美拉德反应剧烈[26]，蒸煮处理时间越长，甘薯汁色泽变化越大。因此，从甘薯汁色泽的保持角度来讲，常压蒸煮工艺的效果最好。

表3 不同加工方式对甘薯汁色差的影响Table 3 Effects of different extracting juice technologies on the color of sweet potato juice

注：a,b,c,d表示同一行各数值之间的显著性差异(p<0.05)。表4同。

2.3 甘薯汁营养成分测定结果

表4显示了不同加工方式制得甘薯汁中各营养成分变化结果。可溶性固形物指体系中所有溶于水的糖、酸、氨基酸、维生素和矿物质等成分，其中影响最大的是糖类[27]。可溶性固形物在经过4种不同加工工艺处理后都表现出不同程度的增加(p<0.05)，表明通过蒸煮糊化以及淀粉酶和糖化酶的酶解作用，能够使甘薯本身所含的大量淀粉转化成还原糖，促进可溶性固形物的溶出。不同加工方式制得的甘薯汁可溶性蛋白含量呈不同程度的下降。常压蒸煮处理后可溶性蛋白下降为鲜样的58.56%。高压蒸煮处理后损失最为严重，下降为鲜样的24.35%。这可能是由于高温蒸煮后蛋白质吸热膨胀后暴露在表面，与脂肪、纤维素、多酚类物质结合为水不溶性物质[28-29]，过滤后损失。微波蒸煮处理后可溶性蛋白含量保存率仅为48.12%，这是因为微波高频振荡能使极性分子和基团产生热量，由于升温迅速导致内部压力较大，分子内部物质急剧向外部扩散，从而导致淀粉[30]、蛋白质[31]和脂类降解[32]。螺旋压榨保存的可溶性蛋白含量最高为97.99%，表明在螺杆挤压过程中的高剪切力促进可溶性蛋白质的溶出。

表4 不同加工方式对甘薯汁蛋白质、VC、β-胡萝卜、总糖及还原糖含量的影响Table 4 Effects of different extracting juice technologies on the soluble solids and protein，Vc， β-carotene and polysaccharide of sweet potato juice

甘薯原料VC和β-胡萝卜素含量分别为24.12 mg/100 g和3.16 mg/100 g，4种不同加工工艺均使VC和β-胡萝卜素含量有不同程度的降低，其中微波蒸煮和螺旋榨汁对VC的保存率最高为11.77%和16.58%，常压蒸煮次之，仅为8.62%，高压蒸煮最低，损失率高达92.54%。与甘薯原料相比较，甘薯汁中胡萝卜素含量损失高达72.25%。这是因为在破碎压榨过程中，氧气不可避免地进入甘薯浊汁体系，使得料液中的活性氧增加[33]。此外，VC和β-胡萝卜素是热敏性物质，温度越高分解越严重，蒸煮酶解和杀菌这两道高温处理均使其含量大幅降低。

甘薯中多糖含量最少，仅为21.60 mg/100 g，螺旋压榨制得甘薯汁多糖含量较甘薯原料增加了3.38倍。生薯中含大量淀粉，α-淀粉酶的作用使淀粉水解成麦芽糖、葡萄糖和其他多糖，导致淀粉含量逐渐降低，多糖含量逐渐增加[34]。蒸煮处理制得甘薯汁的多糖含量高于螺旋榨汁，是因为其酶促糖化强度高。在高压蒸煮过程中，还原糖参与焦糖化褐变和美拉德反应加剧[35]，使得果糖和葡萄糖含量显著下降，且加热温度越高,还原糖损失越大。微波蒸煮制得甘薯汁的还原糖比常压蒸煮高，这是由于微波处理后淀粉糊化速度远高于热传导方式，淀粉酶接触淀粉的空间位阻较常压蒸煮的小[36]，从而产生较多的还原糖和葡萄糖。

2.3 甘薯汁酚类物质测定结果

多酚、黄酮类物质具有抗氧化、清除自由基、延缓衰老等生物活性。但酚类物质在加热条件下容易氧化缩合产生黑褐色物质，从而影响产品的感官和品质。由图1可知，不同加工方式制得甘薯汁中总酚含量存在显著性差异(p<0.05)，螺旋鲜榨甘薯汁中总酚含量最高为691.73 mg/L，常压、高压、微波蒸煮制得甘薯汁较原汁总酚含量保留率依次为71.67%、63.68%、78.73%。由此可见，温度越高，总酚含量降低越多。高压蒸煮制得甘薯汁总黄酮含量较螺旋榨汁减少41.80%，常压蒸煮、微波蒸煮制得甘薯汁中黄酮含量依次为424.39、445.86 mg/L，这可能是因为在高温高压下，总黄酮类物质空间结构发生变化或质构类型倒置，从而引起总黄酮含量变化[37]。总之，非蒸煮加工更易于甘薯汁中总酚、总黄酮成分的保留。

图1 不同加工工艺对甘薯汁酚类物质的影响Fig.1 Effects of different extracting sweet potato juice technologies on the phenolic compounds

2.4 甘薯汁抗氧化活性测定结果

图2反映了4种抗氧化评价方法对不同加工工艺制得甘薯汁清除自由基能力的强弱。有研究表明，甘薯汁清除DPPH能力的高低主要取决于其多酚含量的高低[38]。DPPH自由基清除率的强弱顺序依次为：86.99%(螺旋榨汁)>85.39%(微波蒸煮)>82.14%(常压蒸煮)>80.19%(高压蒸煮)，这与上述结论一致。羟自由基为高反应活性自由基，不同加工工艺制得甘薯汁对羟自由基的清除能力存在着较大差异，清除率在77.38%～95.92%内。ABTS+自由基清除率的强弱顺序依次为：91.54%(螺旋榨汁)>63.13%(微波蒸煮)>61.08%(常压蒸煮)>55.31%(高压蒸煮)。超氧阴离子自由基清除率的强弱顺序依次为：47.10%(螺旋榨汁)>43.30%(微波蒸煮)>37.16%(常压蒸煮)>36.78%(高压蒸煮)。在自由基清除率评价方法中，螺旋榨汁的抗氧化能力都是最高的，这表明在加热初始阶段，总酚、黄酮类物质溶出，使得甘薯抗氧化能力有所升高；但随着加热过程进行，这部分物质温度升高发生降解或失活，抗氧化能力减弱。而微波处理使得甘薯汁组织基质发生较大的改变，使细胞壁发生破坏，使之释放出结合性酚酸导致抗氧化能力有所上升[39]。

图2 不同加工工艺对甘薯汁清除自由基能力的影响Fig.2 Effects of different extracting sweet potato juice technologies on the free radical scavenging activity

总抗氧化能力是指样品在各抗氧化机制的协同作用下体现出的抗氧化的综合能力。甘薯汁中的VC和多酚类物质对其抗氧化能力贡献很大[40]。不同加工工艺制得甘薯汁的总还原力如图3所示。吸光度越大，总还原力也越大。螺旋榨汁总还原力最强，其次是微波蒸煮、常压蒸煮，高压蒸煮最弱。这是因为高压蒸煮过程耗时较长，甘薯汁中的VC在高温作用下已大量损失，多酚类物质发生轻微氧化，导致总抗氧化能力持续降低。

图3 不同加工工艺对甘薯汁总还原力的影响Fig.3 Effects of different extracting sweet potato juice technologies on the total reducing force

2.5 不同加工工艺下甘薯汁特征指标相关性分析

由表5可知，不同加工工艺制得甘薯汁中VC、总酚与与总还原力、DPPH自由基清除率、ABTS+自由基清除率呈显著正相关(p<0.05)，但总黄酮与抗氧化活性相关性不大。说明在甘薯汁中主要起抗氧化作用的是VC、总酚和多酚类物质。羟自由基清除率与各抗氧化类指标之间相关性不显著，这可能是因为甘薯汁中存在其他的抗氧化活性成分在羟自由基体系中发挥更强的抗氧化作用所致。

表5 不同加工工艺下甘薯汁总酚、总黄酮含量与抗氧化能力相关性分析Table 5 Correlation between total phenolics，flavonoids content and antioxidant capacity of sweet potato juice

注：* 和** 分别表示p<0.05和p<0.01水平显著相关。

2.6 甘薯汁风味感官评价结果

由图4可知，常压蒸煮制得甘薯汁组织状态分值较高，但口感较差；高压蒸煮制得甘薯汁整体分值偏低；微波蒸煮制得甘薯汁风味浓郁，口感较好，只是色泽欠佳。这是因为高压蒸煮方式加热时间短，压力突然释放的瞬间导致甘薯汁的风味散失较多，褐变程度高[41]。微波蒸煮内部积聚高温引起还原糖和氨基酸发生美拉德反应，进一步产生风味物质[26]；螺旋鲜榨甘薯汁的色泽、口感和风味分值均比较高，感官评价综合得分最高。鲜榨加工较蒸煮加工对风味物质破坏程度较小，也会导致感官品质较好。

图4 不同加工工艺下甘薯汁的风味感官评价Fig.4 The sensory evaluation of sweet potato juice with different extracting juice technologies

3 结论

本实验对不同加工工艺制得甘薯汁的营养品质及抗氧化活性进行研究，分析了透光率、黏度、色泽、蛋白质含量、总糖、VC、β-胡萝卜素及总酚、黄酮等变化情况。由实验得出常压蒸煮制得甘薯汁营养成分的保留率稍差于微波蒸煮，但其色泽、稳定性较好；高压蒸煮制得甘薯汁蛋白质、VC、β-胡萝卜素损失严重，其感官品质、抗氧化活性均劣于常压蒸煮，且色泽褐变严重，表明高压对甘薯细胞液结构破坏程度最大；经过螺旋压榨制得甘薯汁蛋白质含量保留率较高且抗氧化活性明显上升，口感更好。综合考虑，甘薯汁生产选取螺旋压榨方式能较好保持营养品质，达到保健功效，且可进行规模化投入生产。

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Effectofdifferentextractingtechnologiesonthequalityandantioxidantactivityofsweetpotatojuice

ZHANG Bi-ying,TANG Ling,ZHANG Jing,JIANG He-ti*

(College of Food Science Southwest University,Chongqing 400715,China)

sweet potato juice; extracting juice technologies; quality; antioxidant activity

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.014531

硕士研究生(蒋和体教授为通讯作者，E-mail：jheti@163.com)。

2017-04-14，改回日期：2017-05-25