樱桃番茄果脯糖煮液废水的回用工艺及其对果脯品质的影响

程 焕，姚舒婷，智 慧，刘东红，叶兴乾*

（1 浙江大学生物系统工程与食品科学学院 智能食品加工技术与装备国家地方联合工程实验室浙江省农产品加工技术研究重点实验室 馥莉食品研究院 杭州310058 2 浙江大学宁波研究院 浙江宁波315100 3 哈尔滨商业大学 哈尔滨150028）

果脯行业的市场规模于2018年已达1 200余亿元，且整体增速超20%。其中，樱桃番茄果脯作为我国传统食品是主要果脯产品之一，其风味独特，富含番茄红素和多酚类物质等活性成分，深受大众喜爱[1-2]。然而，樱桃番茄果脯加工的渗糖工序会产生大量黏稠、浑浊的糖煮液，因高黏度、无法继续渗糖而被废弃，以年产500 t 的果脯厂为例，每年至少产生50～150 t 高黏度渗糖废水，不仅造成资源浪费，还给环境带来沉重负担[3]。糖煮液废水降黏后回收利用成为果脯产业亟待解决的关键问题之一。

糖煮液废水的黏度主要来源于悬浮颗粒、果胶和其它胶体物质等[4-6]。目前关于果脯加工糖煮液回收利用的方法主要有过滤、吸附剂处理、酶处理、电荷中和处理等方法，如陈洁兰等[7]用果胶酶对甘薯果脯的糖煮液进行处理；肖春玲等[8]采用明胶单宁法对樱桃番茄果脯糖煮液进行处理。然而，关于糖煮液回用液对加工果脯品质的影响鲜见研究报道。本文通过对比不同降黏剂，建立樱桃番茄果脯糖煮液回用工艺，研究其对加工果脯营养成分、抗氧化性和感官风味等的影响，为糖煮液的循环利用提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜樱桃番茄购于云南元谋；白砂糖为市售一级；樱桃番茄果脯糖煮液废水按照工厂工艺在浙江大学实验室制备。皂土，南京草本源生物科技有限公司；壳聚糖、芦丁，上海阿拉丁试剂有限公司；果胶酶（1×105U/g）、纤维素酶（5×104U/g），北京索莱宝科技有限公司；没食子酸、福林酚、甲醇（色谱纯级）、乙腈（色谱纯级）、二氯甲烷（色谱纯级）、明胶、2-壬酮，美国Sigma-Aldrich（St.Louis,MO, USA）公司；其它试剂均为分析纯级，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

阿贝折光仪，上海光学仪器工厂；1510 全波长酶标仪，美国Thermo Fisher 公司；S210 pH 计，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；RE52-AAA型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；GDS3A 光电式浊度仪，无锡科达仪器厂；毛细管内径0.63 mm 乌式粘度计，杭州中旺科技有限公司；7890A5975C 气相色谱-质谱联用仪，美国Supelco公司；Waters2695 高效液相色谱，美国Waters 公司；L8900 氨基酸自动分析仪，日本日立公司。

1.3 试验方法

1.3.1 降黏试剂的制备

1） 壳聚糖溶液 向100 mL 冰醋酸（1%）溶液中添加1.0 g 壳聚糖，加热搅拌直到完全溶解，配成1%壳聚糖溶液。

2） 明胶溶液 准确称取10.0 g 明胶于100 mL 蒸馏水，40 ℃水浴搅拌溶解，配成10%明胶。

3） 聚乙烯吡咯烷酮（PVPP） 溶液 取9.0 g PVPP 溶于30 mL 蒸馏水中，加热溶解，配成30%的PVPP 溶液。

4） 果胶酶溶液 称取0.9 g 果胶酶于30 mL，40～50 ℃蒸馏水中溶解，配成3%的果胶酶溶液。

5） 纤维素酶溶液 称取0.9 g 纤维素酶于30 mL，40～50 ℃蒸馏水中溶解，配成3%的纤维素酶溶液。

6） 皂土溶液 称取10.0 g 皂土于100 mL蒸馏水中，浸泡24 h 后充分搅拌，配成1%皂土悬浮液。

1.3.2 降黏试剂的筛选试验 在30 ℃条件下，分别将制备好的6 种降黏剂各1 mL 加入到6 份40 mL 的糖煮液废水中，静置沉降20 h 后，在波长720 nm 处测定其透光率。

1.3.3 皂土降黏条件的确定 取40 mL 樱桃番茄果脯糖煮液废水各5 份，使皂土的质量分数分别为0.02%，0.04%，0.08%，0.12%，0.16%，在20 ℃下静置8 h 后，经3 层纱布过滤，测定滤液的运动黏度和浊度。

1.3.4 糖煮液回用液渗糖速率测定试验 将刺孔后的樱桃番茄果实与经真空浓缩后的回用液以1∶1 质量比，在20 ℃室温下进行渗糖，每隔2，4，8，16，32 h 取出部分樱桃番茄果实测定其可溶性固形物含量。

1.3.5 用糖煮液回用液加工樱桃番茄果脯的工艺流程 按照图1所示的樱桃番茄果脯加工流程生产果脯，在72 h 干腌后加入糖煮液回用液，再通过加入白糖来调节糖煮液回用液的糖度，使最后分离烘干前的果实糖度为40°Bx 左右。

图1 樱桃番茄果脯的加工流程Fig.1 The production process of preserved cherry tomato

1.3.6 果脯水提物和脂提物的制备

1） 水提物 将湿果与去离子水以1∶1 比例打成浆，在6 000×g 转速下离心15 min，取其上清液。

2） 脂提物 将湿果打成浆后，取5 g 浆液至研钵内，加入少许石英砂，用丙酮提取后过滤取上清液，反复提取直至残渣变为白色，将所有丙酮提取上清液混合后于旋转蒸发仪中60 ℃条件下真空浓缩直至蒸干，再用丙酮定容至30 mL。

1.3.7 理化指标测定 可溶固形物含量：采用阿贝折光仪测定；pH 值：采用pH 计测定；浊度：采用浊度仪测定；透光率：在波长720 nm 处测定；蛋白质含量：采用考马斯亮蓝法测定[9]；运动黏度：根据《粘度测量方法》（GB/T 10247-2008）测定[10]；游离氨基酸：根据《植物中游离氨基酸的测定》（GB/T 30987-2014）测定[11]；水溶性黄酮含量：采用黄睿[12]的方法稍作修改；水溶性总酚含量：按照福林酚法测定多酚含量[13]；总类胡萝卜素含量：采用比色法测定[14]。

1.3.8 DPPH 自由基清除活性的测定 采用Zhang 等[15]的试验方法，并稍作修改。0.5 mL 样品与2 mL 的0.2 mmol/L DPPH-乙醇（60%）混匀，静置30 min 后在波长517 nm 处测定其吸光度。结果以维生素E 水溶性类似物（Trolox） 当量表示（μg TE/g）。

1.3.9 铁离子还原能力的测定 采用Benzie 等[16]的试验方法，并稍作修改。20 mmol/L FeCl3溶液、10 mmol/L TPTZ 溶液（溶于40 mmol/L HCl）和0.1 mol/L 醋酸盐缓冲液（pH 3.6）按照1∶1∶10 体积比制成FRAP 反应液。4.9 mL FRAP 反应液和0.1 mL 样品溶液在37 ℃避光反应10 min，在波长593 nm 处测定吸光度值。结果以Trolox 当量表示（μg TE/g）。

1.3.10 ABTS 自由基清除活性的测定 采用Bao等[17]的试验方法，并稍作修改。取7 mmol/L ABTS·+溶液10 mL 和176 μL 过硫酸钾溶液（140 mmol/L）避光反应12～16 h，并稀释该溶液使其在波长734 nm 处的吸光值为0.7±0.002，即为ABTS反应液。取4.9 mL ABTS 反应液加入0.1 mL 的样品，避光反应10 min，并于波长734 nm 处测定吸光度值。结果以Trolox 当量表示（μg TE/g）。

1.3.11 抗氧化能力综合指数（APC index）分析按照Seeram 等[18]提出的APC 指数分析果脯的综合抗氧化能力。指定3 种方法中抗氧化活性最强组的指数为100，其它组指数按照以下公式，取3种方法指数的平均值。

1.3.12 顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用法测定挥发性成分 采用常培培等[19]的方法，并稍作修改。取10 g 样品于20 mL 钳口样品瓶中，加入3 g NaCl 后，加入10 μL 2-壬酮（0.425 mg/mL），用聚四氟乙烯隔垫密封，于50 ℃加热平衡10 min 后，通过隔垫插入已老化好的SPME 萃取头，推出纤维头，顶空吸附40 min 后，插入GC-MS进样口解析5 min。

气相色谱条件：色谱柱为HP-5MS 弹性石英毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序：柱温40 ℃（保留5 min），以1 ℃/min 升到100 ℃，再以10 ℃/min 升到230 ℃。

质谱条件：离子源温度230 ℃，四极杆温度150 ℃，离子化方式EI，电子能量70 eV，质量范围45～350 u/s。

定性分析：化合物经计算机检索与NISTII 谱库相匹配。选择较高匹配度的检索结果，并结合文献报道的已知化合物及RI 值确认检测物成分。

定量分析：采用内标法计算不同挥发性组分的含量，按公式（2）计算。

1.3.13 感官评价 选择20 名专业的感官评价人员，按照表1所示评分标准对果脯的感官质量进行综合评定。

表1 樱桃番茄果脯感官评价标准Table 1 Sensory evaluation standards of preserved cherry tomato

1.3.14 数据分析 每组试验重复3 次，结果以平均值±标准偏差表示。采用SPSS 22.0 软件进行数据分析，采用Origin pro 7.5 软件进行制图。

2 结果与分析

2.1 糖煮液废水降黏回用工艺的建立

如图2所示，经不同降黏试剂处理后樱桃番茄果脯糖煮液废水的透光率为：皂土＞壳聚糖＞纤维素酶＞果胶酶＞PVPP＞明胶，皂土的降黏效果最好，其经吸水膨胀后可形成稳定的带负电荷的胶体悬浮液，与糖煮液中带正电荷的蛋白质、色素、单宁等粒子相互作用产生絮状沉降[20]，透光率达（90.20±0.28）%，且与其它5 种试剂存在显著性差异（P＜0.05），故选择皂土作为樱桃番茄果脯糖煮液废水的降黏试剂。对皂土降黏条件的进一步研究发现，当皂土质量分数低于0.12%时，樱桃番茄果脯糖煮液的运动黏度和浊度随着皂土质量分数的增加而减小；当皂土质量分数为0.12%时，糖煮液的运动黏度和浊度达到最小值，分别为（1.93±0.01）mm2/s 和（29.13±2.40）NTU，其浊度和运动黏度不再随着皂土质量分数增加而显著变化（P＞0.05），故最终选择皂土质量分数0.12%作为最适添加量（图3）。樱桃番茄果脯糖煮液废水的降黏工艺如图4所示，糖煮液废水经过初筛后与质量分数0.12%的皂土混合，在20 ℃下静置沉降8 h后，经过滤装置进行过滤处理，上清液通入旋转蒸发仪在70 ℃下进行真空浓缩去除约50%水分，最终得到糖煮液回用液。

将废浓缩液（50.48±1.03）°Bx、糖煮液回用液（50.10±0.14）°Bx 和新鲜糖水（50.40±0.57）°Bx 回腌樱桃番茄，测定其渗糖速率，结果如图5所示。在渗糖的第2 小时，废浓缩液、回用液和50°Bx糖水所对应的果实糖度分别为（6.00±0.42），（6.15±0.35）和（6.25±0.07）°Bx，无显著性差异（P＞0.05）。然而在第8 小时之后，废浓缩液处理的果实糖度显著低于其它果实的糖度（P＜0.05），而回用液和50°Bx 糖水组果实的糖度无显著性差异（P＞0.05）。由此可知，通过皂土降黏处理可显著提升糖煮液回用液的渗糖速率，达到与纯糖水相同的渗糖效果，最终实现循环利用。

图2 不同澄清剂对樱桃番茄果脯糖煮液透光率的影响Fig.2 Effects of different clarifiers on the light transmittance of sugar cooking liquid from preserved cherry tomato

图3 不同质量分数的皂土对糖煮液的运动黏度和浊度的影响Fig.3 Effects of different mass percentage of bentonite on the kinematic viscosity and turbidity of the sugar cooking liquid

图4 糖煮液降黏回用的工艺流程Fig.4 The technological process of the reuse of sugar cooking liquid

图5 不同降黏处理糖煮液回用液的渗糖速率变化Fig.5 Changes of sugar permeation rate of reusable sugar cooking liquid after different viscosity reducing treatments

2.2 糖煮液降黏回用工艺对加工果脯品质的影响

2.2.1 糖煮液降黏回用工艺对加工果脯营养成分的影响 分别将废浓缩液【（50.48±1.03）°Bx，pH（4.03±0.18）】、糖煮液回用液【（50.10±0.14）°Bx，pH（4.04±0.15）】和新鲜糖水【（50.40±0.57）°Bx，pH（6.77 ± 0.01）】按照图4所述流程腌渍樱桃番茄果脯。各果脯湿果的营养成分含量如图6所示，糖煮液回用液组果脯的水溶性总酚 【（0.461 ±0.014）mg/g】、水溶性总黄酮【（0.151 ± 0.003）mg/g】、蛋白质【（0.176 ± 0.002）mg/g】含量均为 最高（P＜0.05），而其脂溶性营养成分含量与新鲜糖水组间无显著性差异（P＞0.05），且比废浓缩液组略高或无显著性差异（P＞0.05）。同时，废浓缩液组果脯的水溶性营养物质含量显著高于新鲜糖水组（P＜0.05），但其脂溶性营养成分含量低于新鲜糖水组或无显著性差异。因此，糖煮液回用液可提高加工果脯的水溶性营养成分含量，这可能与糖煮液回用液中富含部分酚类、蛋白质等营养成分有关[21]，且糖煮液回用液呈酸性（pH 值约为4），而水溶性黄酮不易溶解于低pH 值水溶液中[22]。

图6 不同糖煮液对樱桃番茄果脯营养成分的影响Fig.6 Effects of different sugar cooking liquid on the nutrients in preserved cherry tomato

2.2.2 糖煮液降黏回用工艺对加工果脯抗氧化性的影响 如图7所示，糖煮液回用液腌渍果脯的DPPH 自由基清除活性、铁离子还原能力和ABTS自由基清除活性（包含水溶性和脂溶性）均显著高于废浓缩液组，且其3 种水提物的抗氧化能力均显著高于新鲜糖水组，而其3 种脂提物的抗氧化能力低于新鲜糖水组或与其无显著性差异。同时，废浓缩液腌渍果脯的3 种水提物的抗氧化能力均高于新鲜糖水组或与其无显著性差异，但其3 种脂溶性抗氧化能力低于新鲜糖水组（P＜0.05）。3 种果脯的综合抗氧化能力的大小为回用液组（60.77）＞新鲜糖水组（59.82）＞废 浓缩液组（44.55），因此废浓缩液会显著降低所加工果脯的综合抗氧化能力，而糖煮液回用液可略微提升果脯的综合抗氧化能力，该结果可能与上文营养成分的测定存在密切关系。

图7 不同糖煮液对樱桃番茄果脯抗氧化性的影响Fig.7 Effects of different sugar cooking liquid on the antioxidant capacity of preserved cherry tomato

2.2.3 糖煮液降黏回用工艺对加工果脯感官风味的影响

2.2.3.1 糖煮液降黏回用工艺对加工果脯游离氨基酸的影响 樱桃番茄中的氨基酸对其营养和风味具有显著影响，其中游离氨基酸中的呈味氨基酸是关键味觉成分[23]。游离氨基酸可分为甜味氨基酸、鲜味氨基酸、芳香族氨基酸和苦味氨基酸。不同糖煮液腌渍果脯中的游离氨基酸含量如表2所示，共检测出17 种氨基酸，比岳冬等[24]在樱桃番茄中共检测出的13 种氨基酸多了苏氨酸、丝氨酸、甲硫氨酸和胱氨酸。从游离氨基酸总量来看，糖煮液回用液（3.499%）＞新鲜糖水（3.305%）＞废浓缩液（3.148%），糖煮液回用液组游离氨基酸的总量最高，这可能与皂土处理糖煮液中仍含有部分游离氨基酸等有关。糖煮液回用液腌渍果脯的各类游离氨基酸含量均高于废浓缩液，但与新鲜糖水组相比，糖煮液回用液组的甜味氨基酸、芳香族氨基酸和苦味氨基酸含量更高，仅鲜味氨基酸略低。由此可见，糖煮液废水经降黏回用工艺后可提高腌渍果脯各类游离氨基酸的含量。

表2 不同糖煮液腌渍果脯游离氨基酸的含量Table 2 The contents of free amino acids in the preserved cherry tomato with different sugar cooking liquid

（续表2）

2.2.3.2 糖煮液降黏回用工艺对加工果脯挥发性风味物质的影响 从3 种腌渍果脯中共检测出53 种挥发性风味物质，包含14 种醇类、12 种醛类、8 种烃类、5 种酮类、2 种酯类和12 种其它物质，其中醇类物质最多，醛类次之，而酯类物质最少，该种类分布与常培培等[19]对新鲜樱桃番茄挥发性物质进行检测的结果相一致。Liu 等[25]和Wu等[26]对樱桃番茄的特征挥发性成分进行研究发现，癸醛、愈创木酚、芳樟醇、水杨酸甲酯、壬醛、（Z）-3-己烯醛、（E）-2-己烯醛、β-紫罗酮、5-乙基-2（5H）-呋喃酮、芳樟醇氧化物、2-异丁基噻唑、苯甲醛、法尼基丙酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮、（E）-2-庚烯醛、2-苯乙醇、香叶基丙酮、α-萜品烯、苯乙醛、假性紫罗兰酮，这20 种物质对樱桃番茄挥发性气味上具有重要贡献，然而在本试验的果脯中仅检测出3 种，分别是己醛、6-甲基-5-庚烯-2-酮和2-异丁基噻唑。如表3所示，挥发性风味物质的种类上，新鲜糖水组的种类数量最多（31），糖煮液回用液组次之（29），废浓缩液组的最少（27）；从挥发性物质的组成来看，经糖煮液回用液组的挥发性醇类、醛类和酯类物质相对含量要高于新鲜糖水组，而新鲜糖水组的挥发性烃类、酮类和其它类物质相对含量更高；挥发性物质的总含量上，糖煮液回用液腌渍组含量最多（1 463.737 μg/kg），废浓缩液组次之（1 330.411 μg/kg），而新鲜糖水组最少（1 135.759 μg/kg）；从樱桃番茄特征挥发性物质含量来看，糖煮液回用液组（265.349 μg/kg）＞新鲜糖水组（207.080 μg/kg）＞废浓缩液组（166.856 μg/kg）。由此可见，糖煮液回用液腌渍果脯的挥发性气味更佳。

2.2.3.3 糖煮液降黏回用工艺对加工果脯感官评价的影响 3 种糖煮液腌渍果脯的感官评价结果如表4所示，在外观上，糖煮液回用液腌渍果脯的得分最高，为17.13±2.92，且与其它果脯间存在显著性差异（P＜0.05），新鲜糖水组次之，而废浓缩液组最低；在香味上，3 种果脯间不存在显著性差异（P＞0.05）；在色泽上，糖煮液回用液组（15.75±3.11）＞新鲜糖水组（15.50±2.92）＞废浓缩液组（12.88±3.38），其中新鲜糖水和糖煮液回用液组间不存在显著性差异（P＞0.05）；在口感上，糖煮液回用液组的得分最高（22.69±3.94），但与新鲜糖水组无显著性差异（P＞0.05）；从总分来看，糖煮液回用液腌渍果脯的感官评价最高（77.00±9.87），新鲜糖水组（74.81±10.78）次之，废浓缩液组最低（61.63±11.91）。总之，糖煮液回用液腌渍果脯的外观、香味、色泽、口感和整体感官评价分值均最高或与最高间不存在显著性差异（P＞0.05）。而废浓缩液腌渍的果脯在外观、香味、色泽、口感和整体上的感官评价分值均是最低。因此，糖煮液废浓缩液会严重影响所加工果脯的品质，而糖煮液降黏回用工艺可在一定程度上提高所加工果脯的感官品质，这可能与糖煮液回用液中富含的活性营养成分、呈味氨基酸和诱人挥发性气味等成分有关。

表3 不同糖煮液腌渍果脯的挥发性物质及其含量Table 3 The volatile substances and their contents in the preserved cherry tomato from different sugar cooking liquid

（续表3）

表4 不同糖煮液对樱桃番茄果脯感官评价的影响Table 4 Effects of different sugar cooking liquid on the sensory evaluation of preserved cherry tomato

3 结论

从6 种试剂中筛选出皂土作为降黏试剂，并发现当皂土质量分数为0.12%时，其运动黏度和浊度最低，故最终建立的降黏工艺如下：糖煮液废水经初筛后与质量分数0.12%的皂土混合，在20℃下沉降8 h 后再过滤，经真空浓缩后得到糖煮液回用液，其渗糖速率与新鲜糖水无显著性差异（P＞0.05）。

糖煮液回用液腌渍果脯的品质最高，新鲜糖水组次之，废浓缩液组最低。回用液腌渍果脯的水溶性营养物质、综合抗氧化能力、总游离氨基酸含量（3.499%）、挥发性风味物质总含量（1 463.737 μg/kg）、樱桃番茄特征挥发性物质总含量（265.349 μg/kg）和整体感官评价值（77.00）均比新鲜糖水组的果脯更高（P＜0.05），且其脂溶性营养物质间无显著性差异。而废浓缩液直接回用腌渍会对加工果脯的脂溶性营养物质、综合抗氧化能力和感官风味造成显著影响。因此糖煮液降黏回用工艺可在一定程度上提高所加工果脯的品质。