不同杀菌方式对百香果汁感官和营养品质的影响

牛慧慧，张慧云，邹文惠，云雨柔，田俊，易俊洁，周林燕

(昆明理工大学 食品科学与工程学院，云南 昆明，650504)

百香果属热带多年生草质藤本常绿果树，起源于南美洲的热带和温暖气候地区，在我国主要分布于台湾、广西、广东、云南等地区。百香果含有人体所需的维生素C、类胡萝卜素、酚类化合物等多种活性物质，可较好地消除许多恶性和慢性疾病病理过程中产生的自由基，降低心血管疾病发病风险[1]。近年来，百香果因其较高的营养价值和独特的香气引起了研究者和生产者的兴趣。百香果芳香化合物以酯类为主，占总芳香化合物的72.99%～86.82%，醇类(4.87%～11.63%) 和烯类(2.68%～10.41%) 次之，酮类、醛类、酸类、烷类等含量较低[2]。

热杀菌是果汁加工的关键工序之一，能够有效杀灭原料中的微生物并钝化内源酶，对提高果汁的安全性和延长保质期有重要作用。但高温往往使产品产生不良的色泽及风味，营养价值降低，从而导致产品品质劣变[3]。SANDI等[4]发现，百香果汁经巴氏杀菌(pasteurization，PT)(80 ℃/60 s) 后芳香化合物中酯类物质降低了约50%。百香果汁中维生素C含量约为37.66 mg/100g，是主要的营养成分，对热十分敏感，热处理后(110 ℃/8.6 s)其含量显著降低了18.3%[5]。此外，研究发现百香果和木瓜复合果汁在经过不同热处理(82 ℃/40 s, 110 ℃/8.6 s)后，总酚含量分别下降了44.0%和25.8%[5-6]。

超高压杀菌技术(high pressure processing，HPP) 是一种成功商业化的非热杀菌技术，可利用压力来灭活微生物、钝化酶，减少了对营养和香气的损害[7]。大量研究表明，HPP能较好地保留果蔬产品中的芳香化合物和营养成分。ZHANG等[8]研究表明，HPP(600 MPa/15 min) 能较好地保护芒果汁中醇类和醛类等芳香化合物。虽然HPP处理后芒果汁中β-月桂烯、柠檬烯和4-蒈烯的含量显著低于新鲜芒果汁，但感官评价结果表明，600 MPa /5 min处理的芒果汁与新鲜芒果汁的相似性高于PT处理样品[9]。LABOISSIRE等[3]感官评价实验也发现，HPP(300 MPa/5 min) 处理百香果汁与新鲜果汁在感官属性上有较高的相似性，并且与商业热处理果汁有很大的差异，但未分析其芳香化合物变化。此外，大量研究已证实HPP能较好地保护猕猴桃汁、菠萝汁、芒果汁中的酚类、类胡萝卜素、维生素C等营养物质[10]。

本研究综合评价和比较了HPP，PT和高温短时间(high temperature short time，HTST)等不同杀菌方式处理后紫色百香果汁的糖、酸、色泽、芳香化合物等与感官特性相关的成分和性质，以及多酚、维生素C、类胡萝卜素等抗氧化物质和抗氧化能力的变化。该研究为HPP对百香果的产业化提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫色百香果购自云南瑞丽市万高农业开发有限责任公司。2-甲基丁酸丁酯、ABTS、DPPH和甲基叔丁基醚，阿拉丁试剂有限公司。糖及胡萝卜素标准品，上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

SHPP-DZ-600型超高压设备，山西三水河科技股份有限公司；TS-20型微型超高温杀菌机，上海顺仪实验设备有限公司；Agera色差仪，美国亨特立公司；1260型高效液相色谱，美国安捷伦科技有限公司；GC-2010 Plus气相色谱仪、GC-MS-QP 2010超系列质谱仪,日本岛津公司。

1.3 试验方法

1.3.1 百香果汁制备

百香果切开，分离果肉，采用2层尼龙纱布过滤，去除残渣[3]。

1.3.2 HPP

HPP在超高压设备中进行。处理压力：600 MPa；保压时间：5 min；处理温度：(20±1) ℃。

1.3.3 热处理

热处理在微型超高温杀菌机中进行。处理强度：PT(85 ℃/30 s)、HTST(110 ℃/8.6 s)[11]。将百香果原汁作为未处理组。

1.3.4 总可溶性固形物(total soluble solids，TSS)及单糖的测定

TSS采用数字Brix折射仪测定。单糖参照万鹏等[12]的方法用高效液相色谱进行分析。

1.3.5 pH，总酸和有机酸的测定

pH值采用pH计测定，总酸采用GB/T 12456—2021《食品中总酸的测定》，有机酸根据WIBOWO等[13]的方法使用高效液相色谱分析。

1.3.6 色泽测定

利用Hunter Lab色差仪测定色差值(L*,a*和b*)。总色差(ΔE)由公式(1)计算[5]：

(1)

根据HU等[7]的方法，褐变指数(browning index，BI)用420 nm处的吸光度表示。

1.3.7 芳香化合物测定

采用GC-MS对样品芳香化合物进行测定[9]。吸取5 mL样品于顶空瓶，加入1.8 g NaCl、10 μL 2-甲基丁酸丁酯(100 μL/L)，在40 ℃平衡5 min，插入老化过的萃取头，顶空吸附10 min。色谱柱：HP-5柱(5% phenyl-polymethylsiloxane, 30 m × 0.25 mm × 0.25 mm)。电子电离离子源：离子源温度230 ℃；电子能量70 eV；接口温度230 ℃；全扫描方式；质量扫描范围m/z33～500。GC-MS分析得到的质谱数据经NIST文库的检索及保留指数，鉴定色谱峰；采用内标法对各成分进行定量。

1.3.8 维生素C测定

维生素C测定参照SANCHEZ等[5]的方法，采用液相色谱法分析。

1.3.9 类胡萝卜素测定

类胡萝卜素的提取方法参照GIUFFRIDA等[14]的方法进行提取，用液相色谱法分析。

1.3.10 总酚含量(total phenolic content，TPC)、总黄酮含量(total flavone content，TFC)及抗氧化能力分析

基于殷晓翠等[15]的方法，采用福林酚法、三氯化铝比色法分别测定TPC和TFC。TPC以果汁的没食子酸当量(gallic acid equivalent, GAE)来表示(mg GAE/L)，TFC以果汁的芦丁当量(rutin equivalent, RE)来表示(mg RE/L)。

采用自由基清除能力法(DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除法)测定百香果汁的抗氧化能力。结果用mmol trolox equivalent当量(TE)/L表示。

1.3.11 感官评价分析

感官评价小组由30名评分员组成，按照标准的定量描述分析方法对未处理、HPP、PT和HTST处理后的百香果汁进行评价。参照LABOISSIRE等[3]的方法，制定评分标准。采用九分制评估每个感官属性的强度，感官评价总分为各指标得分之和的平均值。

1.4 数据处理

采用Origin 8.0(OriginLab, Inc., USA)和SPSS 20.0对数据进行统计分析，结果用均值±SD(n≥3)表示。采用单因素方差分析进行Tukey显著性差异检验，P<0.05，差异显著。采用在线处理软件Bioinformaticsa进行主成分分析(principal component analysis，PCA)，MetaboAnalyst进行热图分析。

2 结果与分析

2.1 糖和酸的变化

由表1可知，未处理组的TSS、pH和总酸分别为14.55 °Brix、2.89和28.65%，HPP处理后均无显著性变化。YI等[16]也发现苹果汁HPP(600 MPa/3 min)处理后，上述指标无显著性变化。热处理后TSS显著增加，其中HTST处理后TSS增加了6.7%，推测是由于加热过程中淀粉和果胶在百香果汁(pH 2.89)的酸性条件下降解为可溶性的小分子物质[12]。本研究中，百香果汁中检测到葡萄糖、果糖、蔗糖3种糖，草酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸和奎宁酸6种有机酸。其中，柠檬酸是含量最高的有机酸，占88.5%。XIE等[17]也发现黄色百香果汁的有机酸中柠檬酸含量最高，占总含量的85.3%。糖和有机酸的组成决定了水果及产品的甜味和酸味，对水果制品的感官特性起着决定性作用[13]。HPP处理后百香果汁里的糖和有机酸没有发生显著变化，表明HPP不会改变百香果汁的甜味和酸味特性。YI等[16]的研究也发现HPP不会改变苹果汁中糖和有机酸的含量。果汁中的糖较为稳定，PT和HTST处理后3种糖均无显著性变化。CHENG等[18]等发现热处理(90 ℃/30 s)后柑橘汁的糖没有显著变化。但热处理后百香果汁中的奎宁酸含量增加，而奎宁酸有苦味和涩味[19]，导致果汁的感官品质有所下降。另外，HTST处理后苹果酸含量显著降低20.5%，可能是由于高温使得苹果酸的降解反应加快。李晓磊等[20]的研究也发现热处理(90 ℃/15 s)后苹果汁中苹果酸含量降低了14.45%。

表1 HPP、PT及HTST对百香果汁糖和酸的影响Table 1 Effects of HPP, PT and HTST on sugars and acids of passion fruit juice

2.2 颜色的变化

百香果汁经HPP、PT和HTST处理后的CIELAB参数见表2。未处理百香果汁初始的L*、a*和b*值分别为62.71、13.95、65.50。HPP处理与未处理百香果汁的颜色参数无显著差异，这是由于HPP对颜色相关化合物的共价键影响较小，因此能较好地保护样品颜色[21]。热处理对颜色影响较大，PT和HTST处理后L*值分别降低了4.4%和8.0%；a*值增加了10.4%和11.1%；b*值降低了10.1%和13.6%。HPP处理后百香果汁的ΔE值为0.65, PT和HTST处理后样品的ΔE值显著提高至7.31和10.45。同样的，百香果汁的BI值在HPP处理后没有显著变化，而PT和HTST处理后分别显著增加了15.1%和20.8%。HU等[7]也发现嘉宝果汁(Myrciaria cauliflora)在PT(90 ℃/60 s)处理后，BI值显著增加了51.2%，而HPP(400 MPa/5 min;600 MPa/5 min)处理后没有显著变化。上述颜色参数的变化都说明HPP能较好地保护百香果汁的颜色，而PT和HTST处理后颜色明显变暗(ΔE>6)[11]。

2.3 芳香化合物的变化

未处理百香果汁共鉴定出47种芳香化合物，包括19种酯类、16种醇类、5种酮类、5种烃类和2种酸类，其中甲基庚烯醇(37.26 μg/L)、橙化基丙酮(23.32 μg/L)、茶螺烷(12.53 μg/L)、硬脂醇(10.30 μg/L)、硬脂酸(8.55 μg/L)5种化合物在已知的百香果相关文献中未见报道。从图1-a可以看出，未处理果汁中的芳香化合物以酯类为主，占比73.0%，其主要表现为果香[13]。酯类中以丁酸乙酯含量最高，为2 785.91 μg/L，其次为已酸乙酯(649.21 μg/L)；醇类是百香果汁中的第二大类芳香化合物，占总芳香化合物的21.9%，主要呈现出酒香和果香。醇类中丙酮醇含量最高，为736.84 μg/L，其次为芳樟醇，含量为252.91 μg/L。酮类在总芳香化合物中占2.3%，赋予了百香果汁花香和果香味。酸仅占1.6%，其具有脂肪味、蜡味等特征。另外，还检测到少量的烯烃类化合物，仅占1.3%。百香果汁中醇类、酮类在HPP处理后分别显著提高11.5%和32.3%，烯烃类则显著降低14.6%。而热处理后主要芳香化合物均显著降低，酯类在PT和HTST处理后分别降低了12.6%和34.9%。前人的研究也表明，与热处理相比，HPP能较好地保留苹果汁和芒果汁的芳香化合物[9，16]。

表2 HPP、PT及HTST对百香果汁颜色特性(L*、a*、b*、 ΔE及BI值)的影响Table 2 Effect of HPP, PT and HTSTon color characteristics (L*, a*, b*, ΔE and BI values) of passion fruit juice

如图1-b所示，HPP处理果汁的香气特征更接近于未处理组，另外，HPP促进了某些酯类增加。例如，HPP处理后乙酸丙酯、乙酸苄酯和丁酸甲酯分别增加了33.8%、13.2%和12.5%，酯的增加也增加了样品的果香味[13]。有研究报道，HPP可通过促进或延缓酶促反应和化学反应间接改变芳香化合物的含量，从而导致香气的总体变化[22]。热处理降低了大部分芳香化合物含量，其总含量分别降低17.3%(PT)和38.8% (HTST)。其中乙酸异戊酯、异戊醇、苯乙烯在两种热杀菌处理后完全消失，表明这些化合物对高温非常敏感。PT和HTST处理后百香果汁中酯类和醇类的损失，导致样品新鲜、果香和草香味减弱。另外，经HTST处理后甲基庚烯酮、氧化芳樟醇、棕榈酸、乙酸丙酯、苯甲醇和柠檬烯分别显著升高261.3%、171.9%、146.1%、138.6%、95.3%和70.9%。这些化合物的增加可能与美拉德反应和氧化反应(如类胡萝卜素和不饱和脂肪酸降解) 有关。一些芳香化合物的增加可能会产生不受欢迎的气味，如甲基庚烯酮是发霉味的主要来源，而氧化芳樟醇带有轻微泥土香。

a-未处理、HPP、PT及HTST处理百香果汁主要芳香化合物的含量；b-未处理、HPP、PT和HTST处理的百香果汁中47种的芳香化合物聚类分析图图1 未处理、HPP、PT及HTST处理百香果汁芳香化合物分析Fig.1 Analysis of aroma compounds in control, HPP, PT and HTST treated passion fruit juice

2.4 抗氧化物质和抗氧化能力的变化

如表3所示，未处理百香果汁中维生素C、抗坏血酸(ascorbic acid，AA)和脱氢抗坏血酸(dehydroascorbic acid,DHAA)的初始值分别为219.69、87.8、131.89 mg/mL。HPP和PT处理对其均无显著性影响，但HTST处理后AA和DHAA分别显著降低了8.9%和13.4%。维生素C极不稳定，AA可能具有抗氧化和促氧化的特性，通过氧化反应被降解为DHAA，而DHAA可继续被水解为2,3-二酮古醛酸(2,3-diketogulonic acid，DKG)，DKG可再被氧化为50多种物质[23]。百香果汁中共检出番茄红素、玉米黄质、β-隐黄质和β-胡萝卜素等4种类胡萝卜素。其中β-胡萝卜素(221.21 μg/mL)含量最高，占总类胡萝卜素的66.4%。百香果的类胡萝卜素种类主要取决于其品种和产地。DOS REIS等[1]发现紫色百香果汁中类胡萝卜素含量依次为β-胡萝卜素(59.6%)、α-胡萝卜素(35.9%)和β-隐黄质(10.7%)；黄金百香果中类胡萝卜素含量依次为β-胡萝卜素(74.7%)、β-隐黄质(14.3%)、α-胡萝卜素(4.8%)、玉米黄质(3.7%)和叶黄素(2.5%)；橙色百香果中含量最多的类胡萝卜素是番茄红素，占比高达82.4%。由于类胡萝卜素分子结构不同，其对不同杀菌方式的稳定性差异较大。番茄红素具有线性分子结构，可在叶绿体中以针状结晶颗粒形式存在，因此具有较好的稳定性[24]。本研究发现，百香果汁经HPP和PT处理后番茄红素没有显著变化。而其他3种类胡萝卜素经处理后含量均显著降低，尤其是HTST处理后百香果汁中的玉米黄质、β-隐黄质和β-胡萝卜素的损失率分别达22.8%、25.4%和31.8%。热处理后百香果汁中类胡萝卜素的损失会导致百香果汁颜色劣变，营养品质降低。HPP和PT处理后样品的TPC、TFC没有显著变化，而HTST处理后TPC和TFC显著增加，这可能是由于高温破坏细胞结构、加速液泡内酚类物质的溶出，从而极大地提高了酚类含量[10]。

采用DPPH法和ABTS法测定百香果汁的抗氧化能力为3 583.70 mmol TE/L和3 411.43 mmol TE/L。不同杀菌处理后，两种方法测定结果的变化相似。与未处理组相比，HPP处理样品的抗氧化能力无显著变化，HTST处理后两种方法测定的百香果汁抗氧化性分别降低了35.1%和12.1%。CHEN等[6]采用DPPH法和FRAP法测定芦笋汁抗氧化能力变化时发现，HPP(550 MPa/5 min)处理样品的抗氧化能力较HTST(110 ℃/8.6 s)处理高了7.0%和9.3%。

表3 HPP、PT及HTST对百香果汁抗氧化剂(TPC、TFC、维生素C、类胡萝卜素)及总抗氧化性的影响Table 3 Effect of HPP, PT and HTST on antioxidants (TPC, TFC, Vitamin C and carotenoids), antioxidant capacity of passion fruit juice

2.5 主成分分析

以不同杀菌方式处理获得的百香果汁作为样本单元，选取糖、酸、颜色参数、芳香化合物、抗氧化物质及抗氧化能力含量等指标作变量，计算VIP(variable importance in projection) 系数来进行PCA(|VIP|>1)，并生成PC载荷矩阵，对不同杀菌方式处理后百香果汁的品质进行综合评价。由图2可知，PC1和PC2分别为61.7%和19.7%，总贡献率为81.4%。HPP处理百香果汁与未处理组较为接近，表明HPP可以较好的保持百香果汁的原有品质。大部分芳香化合物(如丙酮醇、乙酸苄酯、异戊醇、3-羟基丁酸乙酯、巴豆酸乙酯、丁酸乙酯和乙酸己酯)，及部分类胡萝卜素(β-胡萝卜素、玉米黄质和总胡萝卜素)在PC1负坐标上有较高的载荷，表明HPP处理后百香果汁的芳香化合物和类胡萝卜素等损失较小。另外，HTST处理后氧化芳樟醇、丙酮醇、乙酸苄酯、异戊醇等芳香化合物含量降低更明显。

2.6 感官评价分析

如图3所示，未处理组和HPP处理组的感官描述曲线高度相似。经HPP处理的百香果汁感官属性总分最高为6.85分，其次为对照组(6.80分)、PT处理组(6.45分) 和HTST处理组(6.30分)。结果表明，HPP处理组的整体接受度最高，并且与对照组相比样品细腻度、酸味(滋味)和悬浮颗粒得分明显提高了4.6%、3.1%和2.7%，即HPP处理对百香果汁的口感、稳定性等感官属性有较好的提升作用。HTST处理后百香果汁，甜味(滋味)(5.69)、酸味(滋味)(5.71) 和涩味(5.86) 评分明显下降，致使其综合评分最低，说明高温降低了百香果汁的大部分感官特性。

图2 未处理、HPP、PT及HTST百香果汁感官属性、 颜色及相关属性、香气化合物、抗氧化剂及抗氧化能力属性的 主成分分析Fig.2 PCA plot of the taste and related attributes, color and related attributes, aroma compounds, antioxidants and antioxidant capacity attributes in control, HPP, PT and HTST treatment passion fruit juice

图3 未处理、HPP、PT及HTST百香果汁感官评分的 蜘蛛图分析Fig.3 Spider plot of sensory attributes of control, HPP, PT and HTST treated passion fruit juice

3 结论

百香果因其独特的风味和丰富的营养品质，深受消费者和生产者的欢迎。热处理后百香果汁的色泽、风味和营养品质等显著降低。其中，维生素C、类胡萝卜素及抗氧化活性等在HTST处理后分别显著降低了11.6%、65.2%、35.1%(DPPH自由基) 和12.1%(ABTS阳离子自由基)。此外，热处理导致大部分芳香化合物的损失，尤其是酯类、醇类化合物的减少，减弱了果汁的新鲜、果香味；并且增加了发霉味(甲基庚烯酮)、泥土味(氧化芳樟醇)、脂肪味(棕榈酸)等温度诱导的化合物，产生不良气味。作为一种非热加工技术，HPP 处理则最大限度的保留了百香果汁的风味、色泽和抗氧化物质。HPP处理后百香果汁中的维生素C、类胡萝卜素、多酚等抗氧化物质均没有显著性变化。HPP还促进了百香果汁中酯类(乙酸丙酯、乙酸苄酯和丁酸甲酯)、醇类(苯甲醇和氧化芳樟醇)等芳香化合物的释放，增强了其香气特征。感官评价的结果与仪器分析的结果基本一致。因此，HPP是一种有潜力的加工方式，能较好的保护百香果汁品质，尤其能较好地保护其抗氧化物质和香气特征。