制汁工艺对紫薯汁品质及香气成分的影响

钱籽霖，秦宏文，刘 奕，蒋和体*

紫薯富含淀粉、蛋白质、果胶、纤维素、维生素、氨基酸及矿物质，特别是花青素和硒元素含量丰富[1-2]，长期食用可增强人体免疫力、延缓衰老、改善肝功能、抑制癌变等[3-4]。新鲜紫薯由于含水量高，贮藏时容易出现脱水、萌芽、腐烂及风味改变等不良现象，尤其在温度较高的地区，长期贮藏并保持品质较为困难。因此，紫薯深加工显得尤为必要。我国紫薯种植面积大、产量高、品种多，将紫薯加工成纯天然紫薯汁，既解决鲜薯的浪费问题，又提高其商品价值，且能较好地保持紫薯原有风味和营养价值，因此具有良好发展前景和研究价值。

目前对紫薯汁的研究多集中于糖化酶解工艺优化、提高紫薯汁花色苷稳定性以及分析加工过程中化学成分变化等方面[5-10]。万玉炜等[5]分析了烫漂、酶解等加工过程中紫薯汁化学成分的变化，发现护色和烫漂使游离氨基酸、游离糖、花色苷含量降低，但酶解使其含量增加；闫征等[9]发现酶解能提高花色苷稳定性；杨静[11]发现不同烹煮方式对甘薯总酚、VC含量及抗氧化活性影响显著。此外，冯莉梅等[12]分析鉴定出猕猴桃-紫薯复合酒与普通紫薯酒中香气成分共39 种。虽然各类研究很多，但多针对酶解等单一加工过程，关于不同加工工艺对紫薯汁品质影响的研究较少；此外，对紫薯汁香气成分分析较为欠缺，研究多集中于紫薯酒。本研究比较分析了生浆、熟浆、蒸料3 种加工方式对紫薯汁品质的影响，并对紫薯汁香气成分进行了鉴定，为工业化生产中选择紫薯汁制汁工艺提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

渝紫7号取自四川省开江县紫薯基地。VC、硫酸亚铁、H2O2、无水乙醇、NaOH、无水葡萄糖、HCl、Na2CO3（分析纯） 成都市科龙化工试剂厂；水杨酸（分析纯） 重庆川东化学试剂厂；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）（分析纯） 美国Sigma公司；福林-酚试剂（分析纯）北京索莱宝科技有限公司；没食子酸（色谱纯） 上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

PHS-3C型pH计 上海仪电科学仪器股份有限公司；7200紫外-可见分光光度计 尤尼柯（上海）仪器有限公司；HWS-26型电热恒温水浴锅 上海齐欣科学仪器有限公司；UltraScan PRO型全自动色差仪 美国Hunter Lab公司；PAL-1手持糖度仪 上海上天精密仪器有限公司；HERMLE2323K型低温高速离心机 上海精密仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 紫薯汁制备

1.3.1.1 紫薯原汁制备流程

原料→清洗→挑选→切分→打浆→过滤→灌装→封口→高温灭菌→常温贮藏备用。

1.3.1.2 生浆工艺流程

原料→清洗→挑选→切分→打浆→沸水浴煮制→酶解→过滤→封口→高温灭菌→成品。

1.3.1.3 熟浆工艺流程

原料→清洗→挑选→切分→煮制→打浆→酶解→过滤→封口→高温灭菌→成品。

1.3.1.4 蒸料工艺流程

原料→清洗→挑选→切分→蒸制→打浆→酶解→过滤→封口→高温灭菌→成品。

1.3.1.5 具体操作

挑选新鲜无病虫害紫薯，洗净后切成2～3 cm的薄片，分别做如下处理：1）生浆工艺：按紫薯鲜质量50%加纯净水打浆，浆液沸水浴煮熟，取出冷却；2）熟浆工艺：将紫薯片置于已沸锅中煮熟，捞出，按鲜质量50%加入煮锅中的水打浆；3）蒸料工艺：将紫薯片置于蒸锅内蒸至外硬内软无硬心，按鲜质量50%加入蒸锅中的水打浆。将紫薯浆先后加入中温α-淀粉酶（添加量0.4 mL/kg、pH 6.0、60 ℃左右）液化2.5 h、复合糖化酶（添加量0.4 mL/kg、pH 5.5、65 ℃左右）糖化2 h，85 ℃灭酶10 min后100 目细纱布过滤，罐装封口后121 ℃灭菌15 min，冷却，常温贮藏备用。测定前加纯净水调节可溶性固形物质量分数至15%。

1.3.2 可溶性固形物、总糖、还原糖质量分数的测定

可溶性固形物、总糖质量分数分别参照果汁行业标准SB/T 10203—1994《果汁通用试验方法》[13]的直接测定法、直接滴定法进行测定；还原糖质量分数的测定采用GB 5009.7—2016《食品安全国家标准 食品中还原糖的测定》[14]的直接滴定法。

1.3.3 色泽的测定

以UltraScan PRO型全自动色差仪（反射模式）测定，结果以亮度值（L*）、红绿值（a*）、黄蓝值（b*）表示，紫薯原汁色度分别为L0*值、a0*值、b0*值，平行测定3 次。总色差值（ΔE）按式（1）进行计算[15]。

1.3.4 花色苷含量的测定

取2 g紫薯汁于50 mL容量瓶中，用10 mL 0.01 mol/L HCl-体积分数80%乙醇溶液定容至50 mL，160 W超声15 min，摇床振荡1 h，10 ℃放置23 h，4 ℃ 10 000 r/min离心15 min，上清液即为花色苷提取液。取2 mL提取液分别用pH 1.0 NaCl-HCl缓冲溶液、pH 4.5 NaAc-HAc缓冲液稀释5 倍，平衡15 min后分别于530、700 nm波长处测定吸光度。花色苷含量（C）按式（2）、（3）计算，以矢车菊素-3-葡萄糖苷计[16]。

式中：V为吸取提取液的体积/mL；DF为稀释倍数；m为样品质量/g；449.2为矢车菊素-3-葡萄糖苷摩尔质量（g/mol）；26 900为矢车菊素-3-葡萄糖苷吸光系数（L/（mg·cm））。

1.3.5 总酚质量浓度的测定

酚类物质提取[17]：取10 mL紫薯汁，加25 mL pH 3.0的体积分数70%乙醇溶液，摇匀，避光浸提30 min后180 W超声辅助提取30 min，4 ℃ 10 000 r/min离心20 min，上清液于－18 ℃保存备用。

总酚质量浓度参考文献[18]采用福林-酚法进行测定。以没食子酸质量浓度为横坐标、吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，得到线性方程：y＝13.123 0x+0.002 1，R2＝0.999 4，取0.5 mL提取液测定吸光度。总酚质量浓度以没食子酸计，单位为（mg/mL）。

1.3.6 褐变指数的测定

取4 g紫薯汁加10 mL体积分数80%乙醇溶液混匀，室温下避光反应0.5 h，每隔5 min搅拌一次，4 ℃ 8 000 r/min离心10 min，取上清液，在420 nm波长处测定吸光度。以体积分数80%乙醇溶液为空白，平行测定3 次。褐变指数（BD）按式（4）计算[15]。

式中：A为吸光度；V为提取液体积/mL；m为样品质量/g。

1.3.7 抗氧化活性的测定

1.3.7.1 DPPH自由基清除率的测定

稳定的DPPH自由基在乙醇溶液中呈现深紫色，在517 nm波长处有强吸收峰。DPPH自由基与自由基清除剂通过配对作用使颜色逐渐消失，一定范围内，褪色程度与其接受的电子数量呈线性关系。取稀释10 倍的紫薯汁与0.2 mmol/L DPPH溶液各3 mL摇匀，避光放置30 min，517 nm波长处测定吸光度A0。同时测定稀释10 倍的紫薯汁与溶剂乙醇各3 mL混合后的吸光度A1，以及乙醇与DPPH溶液各3 mL混合后的吸光度A2。以乙醇为空白，DPPH自由基清除率按式（5）进行计算[19]。

1.3.7.2 羟自由基清除率的测定

取9 mmol/L FeSO4和9 mmol/L乙醇-水杨酸溶液各1 mL于25 mL比色管中，加入适量紫薯汁和1 mL 8.8 mmol/L H2O2溶液，用蒸馏水定容至15 mL，摇匀，37 ℃水浴15 min后测定吸光度。A0测定时参比溶液为不加H2O2体系，Ax、Ax0测定时参比溶液为去离子水。羟自由基清除率按式（6）进行计算[20]。

式中：A0为不加样品的吸光度；Ax为加样品的吸光度；Ax0为加样品不加H2O2的吸光度。1.3.8 香气成分的测定

1.3.8.1 顶空固相微萃取

取紫薯汁6 mL于20 mL萃取瓶中，加入1.0 g NaCl，密封后插入老化好的萃取针，50 ℃水浴中放稳并推出萃取针头，顶空萃取30 min后插入气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrum，GC-MS）仪进样口进样，解吸5 min[21]。

1.3.8.2 香气成分的GC-MS分析

GC条件[22]：色谱柱：DB-5MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：40 ℃保持2 min，14 ℃/min升至90 ℃，保持2 min，再以5 ℃/min升至130 ℃，保持5 min，最后以16 ℃升至230 ℃，保持2 min；载气（He）流速1.00 mL/min，压力53.5 kPa，进样口温度230 ℃，进样量1 μL；不分流进样。

MS条件[23]：电子电离源；电子能量70 eV；离子源温度230 ℃；扫描方式为Scan；扫描范围m/z 35～400；扫描速率769 amu/s。

1.3.9 感官评价

由15 名参加过感官评价培训的品评员组成感官评定小组，按照紫薯汁感官评分标准表，采用9 分制对样品色泽、气味、滋味、组织状态以及综合评价进行评分，5 分为最低可接受分数。

表1 紫薯汁感官评分标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of purple sweet potato juice

1.4 数据分析

使用OriginPro 8.1软件制图，SPSS 19.0软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA），以P＜0.05表示差异显著，数据以 ±s表示（n＝3）。

2 结果与分析

2.1 可溶性固形物、总糖、还原糖质量分数测定结果

表2 不同工艺制得的紫薯汁糖类指标测定结果Table 2 Effect of processing methods on soluble solids, total sugar and reducing sugar contents of purple sweet potato juice

如表2所示，与紫薯原汁相比，加工后紫薯汁可溶性固形物、总糖、还原糖质量分数均显著上升（P＜0.05），且蒸料汁＞熟浆汁＞生浆汁。这主要是因为高温蒸煮使紫薯中的淀粉大量糊化，经淀粉酶、糖化酶进一步酶解，促进可溶性固形物溶出，并使淀粉及其他可溶性多糖转化成还原糖，从而使可溶性固形物、总糖以及还原糖的质量分数显著增加。结果显示，生浆、熟浆、蒸料3 种紫薯汁的可溶性固形物质量分数虽相差不大，但熟浆汁和蒸料汁的总糖及还原糖质量分数却高于生浆汁。这可能是因为紫薯在蒸煮过程中由于与水分子直接接触，更有利于淀粉的前期糊化，从而使后期糖化、液化比生浆汁更彻底，还原糖质量分数更高。

2.2 紫薯汁花色苷含量、总酚质量浓度及褐变指数的测定结果

花色苷是由花青素与糖通过糖苷键结合而成的一类多酚类化合物，是紫薯汁中主要的天然色素，不仅赋予紫薯鲜艳的色彩，而且具有诸多保健功能。但花色苷稳定性易受pH值、氧浓度、温度、光照、酶、亲核试剂和金属离子等因素的影响，在食品加工及贮藏中常发生化学变化[24-28]。如图1A所示，蒸料汁和熟浆汁花色苷含量显著高于生浆汁（P＜0.05），紫薯原汁、生浆汁、熟浆汁、蒸料汁花色苷含量依次为0.10、0.12、0.59、0.78 mg/100 g。有研究表明，酶解作用将淀粉大分子降解为小分子，使溶液中更多的花青素游离出来，并转化为花色苷[29]。蒸料和熟浆工艺由于蒸煮使淀粉充分糊化，因而后续酶解较生浆汁更彻底，从而使花色苷含量上升更显著。此外，在实验过程中发现，紫薯汁经酶解后，在相同温度和pH值下紫色较原汁更稳定，推测酶解后花色苷的稳定性更好，有研究表明酶解可增强紫薯汁花色苷的稳定性[9]。

紫薯加工过程中，紫薯组织中含有的多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）会催化多酚类物质氧化聚合成黑色素，发生酶促褐变，这类反应严重影响紫薯的感官品质，降低其经济利用价值。由图1B可知，加工后紫薯汁总酚质量浓度总体下降不明显，紫薯原汁、生浆汁、熟浆汁、蒸料汁总酚质量浓度依次为0.20、0.11、0.16、0.17 mg/mL。此外，熟浆汁及蒸料汁的褐变指数显著降低（P＜0.05），紫薯原汁、生浆汁、熟浆汁、蒸料汁的褐变指数依次为4.52、2.11、0.63、0.91（图1C）。有研究表明，高温加热能降低PPO的活力，在100 ℃加热20 min时，紫薯PPO基本失活[30]；但是，如果热处理方式不适宜，不但不能使酶钝化，反而会加速酶与底物的接触，从而促进褐变[9]。本实验蒸煮加热条件下，PPO基本失活，减少了酚类物质的氧化损失，从而抑制褐变。

图1 不同制汁工艺对紫薯汁花色苷含量（A）、总酚质量浓度（B）、褐变指数（C）的影响Fig. 1 Effects of different processing methods on anthocyanins (A), total phenolics content (B) and browning index (C) of purple sweet potato juice

2.3 紫薯汁抗氧化活性的测定结果

DPPH自由基是一种比较稳定的自由基，在517 nm波长处有较强吸收[31]，广泛用于衡量样品的体外抗氧化活性。羟自由基作为活性氧中最活跃的自由基之一，几乎可与活细胞中任何分子发生反应，并促进机体组织蛋白解聚、核酸断裂、多糖裂解和脂质氧化等，从而引发细胞病变，导致疾病发生，加速机体衰老[32]，因此也常作为衡量抗氧化活性的特征指标。

图2 不同制汁工艺对紫薯汁抗氧化活性的影响Fig. 2 Effects of different processing methods on antioxidant capacity of purple sweet potato juice

由图2可知，不同制汁工艺下，紫薯汁清除DPPH自由基和羟自由基的能力也有所不同，但相比紫薯原汁均显著增强（P＜0.05）。DPPH自由基清除率强弱顺序依次为：生浆汁（72.26%）＞熟浆汁（63.86%）＞蒸料汁（61.71%）＞紫薯原汁（53.53%）。羟自由基清除率强弱顺序依次为：生浆汁（81.27%）＞熟浆汁（66.77%）＞蒸料汁（60.95%）＞紫薯原汁（21.17%）。有研究表明，紫薯汁中起主要抗氧化作用的是花色苷等多酚类物质，VC次之，此外多糖对抗氧化作用的贡献也较大[33-34]。在加热初期，多酚和多糖类物质溶出，使其抗氧化活性增强，但随着加热温度的升高，这部分物质会发生一定程度的降解和失活，且VC基本被破坏，从而使其抗氧化活性降低[35]。此外，热处理温度越高，花青素清除羟自由基的能力越弱[36]。在本实验中，加热初期促进紫薯汁中花色苷及多酚、多糖类物质的溶出，同时使PPO失活，减少了酚类物质的氧化，从而使其抗氧化活性增强；而熟浆和蒸料工艺由于高温蒸煮，使得多酚、多糖类物质部分降解或失活，花青素清除羟自由基能力减弱，且VC基本被破坏，从而使其抗氧化活性低于生浆汁。

2.4 紫薯汁色泽的测定结果

表3 不同工艺制得的紫薯汁色泽测定结果Table 3 Effects of different processing methods on color of purple sweet potato juice

由表3可知，制汁工艺对紫薯汁色泽影响显著。ΔE值表示色泽变化程度，ΔE值越小，紫薯汁颜色变化越小。由于紫薯原汁褐变最严重，故色泽各项指标较低。熟浆汁ΔE值（13.10）最高，蒸料汁（8.88）次之，生浆汁（1.32）最低，说明蒸煮处理对紫薯汁色泽变化影响较大（P＜0.05），这可能是由于紫薯在蒸煮过程中色素物质有溶出和分解现象，使紫薯汁的颜色发生变化[7]，同时蒸煮热效应使美拉德反应剧烈[37]，蒸煮处理时间越长，紫薯汁色泽变化越大。L*值表示亮度，L*值越大亮度越大；a*值表示有色物质的红绿偏向，正值越大，越偏向红色，负值的绝对值越大，越偏向绿色；b*值表示有色物质的黄蓝偏向，正值越大，越偏向黄色，负值的绝对值越大，越偏向蓝色。熟浆汁L*、a*、b*值最大，表明色泽比较透亮、偏红、偏黄；蒸料汁b*值为负，说明偏向蓝色；生浆汁L*、a*、b*值均较低，说明色泽偏暗。研究表明，高温加热能降低PPO的活力，在100 ℃加热20 min时，甘薯PPO基本失活，从而能较好地保存甘薯汁的色泽[30]。因此，从紫薯汁色泽保持角度来看，熟浆工艺效果最好。

2.5 紫薯汁感官评价结果

图3 不同加工工艺下紫薯汁风味感官评价结果Fig. 3 Sensory evaluation of purple sweet potato juices produced by different processing methods

如图3所示，不同制汁工艺对紫薯汁色泽和气味影响较大，对组织状态以及滋味影响次之。在感官评价中，大多数人更喜欢熟浆汁及蒸料汁，说明这两种工艺改善了紫薯汁的气味及滋味，较好地保持了紫薯汁的色泽及组织状态。生浆汁褐变较为严重，色泽较差，且应有的紫薯香气不浓郁。这可能是因为蒸煮和酶解有利于风味物质的溶出，如糖类、花色苷等，高温加热有利于美拉德反应的发生，从而产生多种风味物质，同时一定温度下能使PPO失活以抑制褐变，这些均有利于提升感官品质。感官评价结果与色泽测定结果趋势一致，熟浆汁综合感官评分最高，呈现透亮的深紫色，口感柔和，有少许沉淀，具有紫薯特有的香气。

2.6 紫薯汁香气成分鉴定结果

采用GC-MS对不同工艺紫薯汁香气成分进行鉴定，保留相似度不低于80%的成分，结果如表4所示。共鉴定出40 种香气成分，其中紫薯原汁21 种，占总峰面积的39.18%；生浆汁24 种，占总峰面积的45.00%；熟浆汁21 种，占总峰面积的82.38%；蒸料汁16 种，占总峰面积的72.80%。经蒸煮及酶解后的紫薯汁香气成分含量明显增加，相对于紫薯原汁，熟浆汁和蒸料汁分别增加了43.20%和33.62%。

表4 不同工艺制得的紫薯汁香气成分分析结果Table 4 Analysis of aroma components in purple sweet potato juices made by different processing methods

紫薯原汁主要香气成分为烯萜类（14.54%）和醛类（13.57%），生浆汁主要香气成分为醛类（14.42%）、醇类（13.19%）和烯萜类（10.65%），二者特征香气成分中的醛类和烯萜类物质主要为果汁提供木香和花香等清新气息。熟浆汁和蒸料汁主要香气成分为酯类（28.19%、23.47%）和醇类（20.14%、19.00%），二者的特征香气成分如异戊醇及葵酸乙酯等酯类物质为果汁提供了浓郁的果香、花香和酯香，香气更加悦人。可见经蒸煮后，熟浆汁产生了更多的酯类和醇类物质，提供了更丰富浓郁的香气，这是因为蒸煮过程中加热发生了美拉德反应，从而促使酯类物质的生成；醇类物质在加热初期产生[21]，同时酶解也有利于香气物质的释放。香气成分分析结果与感官评定结果基本一致。

3 结 论

本研究考查了生浆、熟浆、蒸料3 种制汁工艺对紫薯汁品质的影响，分析了糖类质量分数、花色苷含量、总酚质量浓度、褐变指数、抗氧化活性、色泽等品质指标的变化情况，并进行感官评价和香气成分分析。结果表明：生浆汁抗氧化活性最高，但褐变严重，色泽及香气不佳；蒸料汁花色苷含量最高，但色泽偏暗，感官及香气不如熟浆汁；熟浆汁虽然花色苷含量低于蒸料汁，且抗氧化活性不及生浆汁，但褐变指数最低，香气最佳，色泽最好，呈现透亮的深紫色，口感柔和，具有紫薯的特有香气。熟浆工艺中水煮和酶解均有利于提高糖含量，并促进花青素和多酚类物质的溶出，在一定程度上能提高抗氧化活性；高温加热使PPO基本失活，从而抑制紫薯汁褐变，有利于色泽的保持；加热产生的酯类和醇类等有利香气的产生，赋予紫薯汁浓郁的酯香、花香和果香。综合考虑，熟浆工艺能较好地保持紫薯汁的营养成分，在一定程度上提高花色苷含量和抗氧化活性，并对色泽、滋味、香气等具有较大的改善作用，产品品质较好，且便于在实际生产中进行操作。