不同工艺处理对杏汁理化指标及挥发性物质成分的影响

孔丽洁, 冯作山*, 白羽嘉*

1(新疆农业大学 食品科学与药学学院,新疆 乌鲁木齐,830052)2(新疆果品采后科学与技术重点实验室,新疆 乌鲁木齐,830052)

杏(PrunusarmeniacaL.)为木兰纲(Magnoliopsida)蔷薇目(Rosales)蔷薇科(Rosaceae)李属(Prunus)植物的果实[1]。新疆适宜栽培杏树,杏品种繁多,营养丰富,品质优良,含较多的糖、蛋白质、钙、磷等,是新疆特色林果业重要支柱产业之一[2]。杏作为典型的呼吸跃变型果实,不耐贮藏运输,迅速变软,其质地、颜色及香气等功能成分会发生较大变化[3],从而限制了新疆杏产业的发展与进步。

我国在杏产品生产加工中存在原料损耗比较严重、综合效益较低等一系列问题。目前生产杏汁的方法通常采用热烫、破碎及酶解的方式,虽然可以提高出汁率,但会对果汁的营养及风味产生不良效果[4]。在冷冻过程中,冰晶生长及重结晶作用引起的机械作用破坏细胞壁、细胞膜等组织结构,使果蔬组织软化和果胶分解,细胞内果汁流失速度加快[5]。冷冻处理可以提高果蔬的出汁率,低温榨汁可以抑制各种酶的活性,降低微生物活性,减少果蔬中热敏性营养物质的损失[6]。姚石等[7]研究荔枝在不同条件下榨汁及贮藏期的变化中发现,冷冻解冻压榨法的荔枝汁色泽澄清透明,且在储藏中褐变速度较慢。陈美霞等[8]采用SPME和GC-MS联用技术,在‘新世纪’杏中检出74种成分,‘红丰’杏中检出72种成分,主要包括紫罗兰酮、己醛、己醇、己烯醛、己烯醇、内酯类、萜烯醇类等。GREGER等[9]研究发现,杏果实中主要特征香气物质是芳樟醇、醛类和内酯类等。卢娟芳等[10]则认为,芳樟醇、γ-癸内酯、δ-十二内酯及部分醛、酮类物质构成了新疆杏品种的主要特征香气。

通过研究杏果实及不同工艺处理2种杏汁的基本理化指标以及对其挥发性物质进行分析和鉴定,对比分析杏果实、低温压榨杏汁及果胶酶酶解杏汁总糖、可溶性固形物、可溶性果胶、可溶性蛋白质等指标以及挥发性物质成分,考察不同工艺处理对杏汁品质的影响,同时为开发出可使用冷冻杏果及低温压榨工艺,且成品色香味及营养成分较好的杏汁提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

李光杏,乌鲁木齐市九鼎市场;H2SO4、NaOH,天津光复科技有限公司;苯酚,天津盛通泰化工有限公司;果胶酶,上海源叶生物有限公司,以上试剂均为分析纯(AR);2-甲基-3-庚酮,色谱纯,美国 Sigma公司。

1.2 仪器与设备

BC/BD-629HK型冰箱,青岛海尔集团有限公司;7890A气相色谱5975C质谱联用仪,美国Agilent公司;ME204型电子天平,瑞士Mettler公司;固相微萃取手动套装,青岛贞正分析仪器有限公司;NH310高精度色差仪,深圳市三恩驰科技有限公司;L191榨汁机,九阳股份有限公司;VICTOR 360S 热成像相机,西安北城电子有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

低温压榨杏汁:杏果实→挑选→清洗→预处理→冻融处理→低温压榨→杀菌→成品

果胶酶酶解杏汁:杏果实→挑选→清洗→预处理→酶解处理→过滤→杀菌→成品

1.3.2 操作要点

低温压榨杏汁预处理:选取无虫、无腐、大小均匀的‘李光杏’,将其进行清洗、晾干、对半切开、去核、用0.2%D-异抗坏血酸钠进行护色。此方法不将杏果实进行破碎处理,利用在冷冻过程中,冰晶生长引起的机械效应破坏了细胞壁、细胞膜等组织结构,加速细胞液的溶出,通过向冷冻杏果实施加压力从而获得杏汁。

冻融处理:将经预处理的杏果实冷冻至果肉中心温度-17 ℃后放入0 ℃冷库,缓慢解冻至杏果实温度为(0±2) ℃,再将其放入冷库中冻结,此过程重复1次,最后,将冷冻的杏果实放在室温下自然解冻到表面微冻的状态,进行压榨,冻融次数为3次。

低温压榨:杏果实经冻融处理后,处于冷冻状态的杏果实在室温下自然解冻,直至表面微冻的状态,将杏果实放入压榨机中,在5～10 ℃的压榨温度下进行压榨。杏汁从果肉中渗出,获得杏汁。

果胶酶酶解杏汁预处理:选取无虫、无腐、大小均匀的‘李光杏’,将其进行清洗、晾干、对半切开、去核、用0.2%D-异抗坏血酸钠进行护色后放入榨汁机进行破碎成浆状。

酶解处理:将经破碎处理的1 kg杏浆中加入1 g果胶酶并充分搅拌均匀,40 ℃水浴酶解3 h,过滤获得杏汁。

1.3.3 理化指标的测定

总糖参照曹建康等[11]的方法 ,采用苯酚-硫酸法测定;可溶性固形物使用手持式折光仪测定;可溶性果胶参照曹建康等[11]的方法,采用咔唑比色法测定;可溶性蛋白质参考曹建康等[11]的方法,采用考马斯亮蓝法测定;澄清度使用紫外可见分光光度计在波长625 nm处测定;色差使用高精度色差仪进行测定;褐变度参考LAURIANNE等[12]的方法,使用紫外可见分光光度计在波长420 nm处测定,蒸馏水为空白。

1.3.4 挥发性物质的测定

萃取方法[13]:对50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取头进行老化处理,其温度、时间分别为250 ℃和30 min,载气流速1.0 mL/min。在顶空瓶中加入(9.00±0.05)g样品(杏果实,杏汁)、2.5 g NaCl和磁力转子,密封混匀,温度为60 ℃恒温平衡15 min,将经老化后的萃取头插入顶空瓶,吸附50 min;抽回纤维头,拔出萃取头;插入GC进样口,250 ℃脱附10 min,一个样品重复进样3次。

GC条件[14]:色谱柱Agilent HP-5 ms Ultra Inert(30 m×0.25 mm,0.25 μm),初始温度为40 ℃,恒温2 min,当温度升至50 ℃时,以3 ℃/min升至150 ℃,恒温2 min,以8 ℃/min升至230 ℃,恒温15 min;载气He流速1.0 mL/min;进样口温度250 ℃;传输线温度230 ℃;选择不分流进样。

MS条件[15]:电子能量70 eV;离子源温度230 ℃;四极杆温度150 ℃;扫描模式Scan;质量扫描范围35～500 u。

1.4 挥发性成分分析[16]

定性方法:用气相色谱-质谱联用技术分离鉴定其中的挥发性化合物,使用标准品进样,检索NIST 2.0谱库、Wiley谱库检索、保留时间和保留指数等方法测定各挥发性物质的化学成分。

定量方法:参考陈琪等[17]的方法,以内标物浓度(2-甲基-3-庚酮1.044 mg/mL)与峰面积(基峰)的比值作为校正因子,并以此来计算所有鉴定成分的含量。每个样本重复3次,计算其平均值。

1.5 数据处理

采用SPSS 20.0 软件进行统计分析,数据以平均值±标准误差来表示,P<0.05表示差异具有统计学意义;采用 Origin 2019b 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同工艺处理杏汁的理化指标分析

如表1可知,杏果实的总糖含量为49.69 mg/mL;果胶酶酶解杏汁的总糖含量为47.94 mg/mL,果胶酶酶解杏汁的总糖含量比杏果实低3.52%;低温压榨杏汁总糖含量为75.01 mg/mL,低温压榨杏汁的总糖含量比杏果实的高50.96%。通过方差分析可得,不同工艺处理得到的2种杏汁与杏果实的总糖含量差异显著(P<0.05),经过果胶酶酶解处理的杏汁比杏果实的总糖含量低,但低温压榨杏汁的总糖含量显著增加。

表1 不同工艺处理杏汁的理化指标分析Table 1 Analysis of physicochemical indexes of apricot juice treated by different processes

果胶酶酶解杏汁的可溶性固形物含量(13.5 °Brix)与杏果实(13 °Brix)无显著差异,但果胶酶酶解杏汁的可溶性固形物含量(15 °Brix)比杏果实高;低温压榨杏汁与杏果实的可溶性固形物含量有显著差异(P<0.05),低温压榨杏汁的可溶性固形物含量显著增加。

不同工艺处理得到的2种杏汁与杏果实的可溶性果胶含量均有显著差异(P<0.05),且不同工艺处理得到的2种杏汁比杏果实的可溶性果胶含量高。

杏果实可溶性蛋白质含量为22.75 mg/100 mL;果胶酶酶解杏汁的可溶性蛋白质含量为14.45 mg/100 mL,果胶酶酶解杏汁的可溶性蛋白质含量比杏果实中低36.48%;低温压榨杏汁的可溶性蛋白质含量为23.97 mg/100 mL,比杏果实的可溶性蛋白质含量高5.36%。通过方差分析可得,不同工艺的2种杏汁与杏果实的可溶性蛋白质含量差异显著(P<0.05),其中果胶酶酶解处理的杏汁可溶性蛋白质含量显著降低,但低温压榨杏汁的可溶性蛋白质含量显著增加。

如表2可知,经过低温压榨处理的杏汁的澄清度(86.97%)比果胶酶酶解杏汁(72.33%)高20.24%。可能由于果胶酶酶解杏汁需要进行破碎、打浆、酶解以及过滤等一系列处理,而经冷冻处理的杏果实没有进行打浆和破碎处理,仅对杏果实进行了切半处理,并对杏果实进行了多次冻融处理,在低温的环境下进行压榨,最终获得杏果实的汁液,故低温压榨杏汁的澄清度比果胶酶酶解杏汁的澄清度高。

表2 不同工艺处理杏汁的理化指标分析Table 2 Analysis of physicochemical indexes of apricot juice treated by different processes

颜色是果汁的重要品质指标,其决定着购买者对产品的接受程度[18]。L*反映样品的亮度,L*值越大,亮度越高,经过低温压榨处理的杏汁的L*值为38.81比果胶酶酶解杏汁的36.73高5.66%,低温压榨杏汁较亮,说明果胶酶酶解杏汁在进行加热酶解过程中杏汁发生一定程度褐变。

褐变现象会引起产品颜色变深,美拉德反应、焦糖化反应及抗坏血酸氧化分解反应共同的中间产物是5-羟甲基糠醛,它不仅是色素沉着形成的潜在条件,也是美拉德反应和非酶褐变的标志物[19-20]。果胶酶酶解杏汁的褐变指数为0.45,冷冻处理的杏果实经过低温压榨杏汁褐变指数为0.23,比果胶酶酶解杏汁低48.89%,说明果胶酶酶解杏汁在进行加热酶解过程中杏汁发生一定程度褐变。

2.2 挥发性物质成分分析

醇类的生成主要来源于酵母的埃利希代谢途径及原料中蛋白质、氨基酸和糖类的次级代谢产物[21],赋予杏果实及杏汁醇香。如表3所示,检测出的挥发性物质中醇类物质含量最高,赋予杏果实及杏汁醇香、果香及花香,杏果实及不同工艺处理的2种杏汁中共检出19种醇类物质,低温压榨杏汁、果胶酶酶解杏汁、杏果实中分别有17、11、8种,共有的醇类为4种,分别为芳樟醇、α-松油醇、香叶醇、顺式-香叶醇。其中芳樟醇是含量较高的物质,杏果实、低温压榨杏汁、果胶酶酶解杏汁的含量分别为4.03、16.43、11.25 mg/mL,赋予杏果实及不同工艺处理2种杏汁紫丁香、铃兰、玫瑰花、薰衣草香;α-松油醇赋予物质丁香味,低温压榨杏汁中含量较高为13.09 mg/mL,其次是果胶酶酶解杏汁、杏果实,含量分别为11.39、2.37 mg/mL;香叶醇赋予物质玫瑰香、天竺葵香,低温压榨杏汁中含量最高为4.41 mg/mL,其次是果胶酶酶解杏汁、杏果实,含量分别3.34、0.53 mg/mL;与杏果实相比低温压榨杏汁特有的挥发性物质有乙醇、4-松油醇、顺式-罗勒醇、罗勒烯醇、甲醇、反式-罗勒醇、α-紫罗兰醇、α-2,6,6-四甲基-1-环己烯-1-丙醇、2-甲基-6-乙烯-7-辛烯-2-醇、2,2,6,β,7-四甲基双环[4.3.0]壬-1(9),7-二烯-5-醇这些高级醇可以赋予低温压榨杏汁甜香、花香,增加杏汁的醇厚感、复杂感,能够衬托酯香,使杏汁香气更加完美。

表3 不同工艺处理杏汁的挥发性物质成分分析Table 3 Analysis of volatile compounds in apricot juice treated by different processes

检测出的挥发性物质中酯类物质种类最多,赋予杏果实及杏汁果香和花香的香气特征,增加的多样性、复杂性和愉悦性[22]。杏果实及不同工艺处理的2种杏汁中共检出21种酯类物质,低温压榨杏汁、果胶酶酶解杏汁、杏果实中分别有11、10、9种,共有的酯类为2种,分别邻苯二甲酸二丁酯、谷氨酸二(异丁基)酯。前者含量较高,杏果实、低温压榨杏汁、果胶酶酶解杏汁含量分别为0.24、2.97、2.48 mg/mL,赋予杏果实及不同处理杏汁芳香气味。杏果实与低温压榨杏汁共有的酯类物质为5种,与杏果实相比低温压榨杏汁特有的挥发性物质有6种,其中辛酸甲酯、壬酸甲酯、苯甲酸甲酯分别赋予低温压榨杏汁柑橘味、椰子味及西梅、香草、橙子味等。

酮类物质是杏果实中是常见的香气物质之一,杏果实及不同工艺处理的2种杏汁中共检出13种酮类物质,果胶酶酶解杏汁、低温压榨杏汁、杏果实中分别为6、5、7种,共有的酮类为2种,分别是紫罗兰酮、2-甲基-3-庚酮,其中紫罗兰酮在低温压榨杏汁中含量较高为1.42 mg/mL,在杏果实和果胶酶酶解杏汁含量分别为0.07、0.98 mg/mL。与杏果实相比,低温压榨杏汁特有的物质有二氢脱氢-β-紫罗兰酮和α-紫罗兰酮,含量分别为0.82、0.24 mg/mL。

醛类物质赋予杏果实及杏汁果香及脂香,杏果实及不同工艺处理的2种杏汁中共检出15种醛类物质,杏果实、低温压榨杏汁、果胶酶酶解杏汁中分别有12、9、6种,共有的醛类为3种,分别为苯甲醛、α,4-二甲基-3-环己烯-1-乙醛、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲醛,其中苯甲醛的含量较高,低温压榨杏汁中含量最高为1.23 mg/mL,其次是果胶酶酶解杏汁、杏果实,含量分别0.31、0.07 mg/mL,使杏果实及不同处理2种杏汁呈现杏仁、焦糖味。杏果实与低温压榨杏汁共有的醛类物质还有正己醛、β-环柠檬醛、(E,E)-2,4-己二烯醛、(E)-2-己烯醛4种,其中杏果实中正己醛含量较高为5.35 mg/mL,赋予杏果实青草、牛脂香;β-环柠檬醛有薄荷味,杏果实与低温压榨杏汁的含量分别为0.21、0.24 mg/mL;低温压榨杏汁中(E)-2-己烯醛含量较高为4.10 mg/mL赋予杏汁新鲜的苹果味。

烯类物质赋予杏果实及杏汁木香及果香,杏果实及不同工艺处理的2种杏汁共检出17种烯类物质,果胶酶酶解杏汁、低温压榨杏汁、杏果实中分别为12、8、8种,共有的烯类为5种,分别为异松油烯、巨豆4,6(Z),8(E)-三烯、β-月桂烯、α-紫罗烯、D-柠檬烯,其中异松油烯赋有青香、木香,低温压榨杏汁、杏果实、果胶酶酶解杏汁的含量分别为0.61、0.09、0.55 mg/mL;β-月桂烯具有甜橘味和香脂气,低温压榨杏汁、杏果实、果胶酶酶解杏汁含量分别为0.37、0.09、0.22 mg/mL;D-柠檬烯具有柑橘、薄荷味,低温压榨杏汁、杏果实、果胶酶酶解杏汁中含量分别为0.33、0.01、0.27 mg/mL。

酸类和酚类是的重要协调成分,影响杏果实及杏汁的口感和品质。杏果实及不同工艺处理的2种杏汁中共检出8种酸类,低温压榨杏汁、果胶酶酶解杏汁、杏果实,种类分别为5、5、2种,共有的酸类物质仅乙酸1种,赋予杏果实及杏汁酸味、干酪味。杏汁中未检出酚类物质,不同工艺处理的2种杏汁中共检出5种酚类物质,共有的酚类物质为3-甲氧基-5-甲基苯酚,低温压榨杏汁、果胶酶酶解杏汁挥发性物质含量分别为1.91、0.14 mg/mL,其中低温压榨杏汁特有的丁香酚含量为0.72 mg/mL,赋予低温压榨杏汁丁香的香气。

3 讨论与结论

通过对杏果实及不同工艺处理的2种杏汁理化指标进行分析和鉴定,结果发现:低温压榨杏汁的总糖、可溶性固形物、可溶性果胶、可溶性蛋白质含量均高于杏果实及果胶酶酶解杏汁;通过对不同工艺处理的2种杏汁相比较,低温压榨杏汁的澄清度、L*值、褐变指数含量均优于果胶酶酶解杏汁,可能是由于杏果实在冷冻与解冻交替过程中,由于冰晶的多次反复生长和冰晶再结晶引起的机械作用,破坏了细胞壁、细胞膜等组织结构,加剧了细胞内汁液的溶出,使其含量增加。

本研究结果与张方方等[23]探究冻融次数对巨峰葡萄出汁率和品质的关系的研究结果一致,1次冻融可以提高巨峰葡萄出汁率,且保持其原有品质;与王紫梦等[24]的研究结果一致,即冷冻预处理后的刺葡萄榨汁对花色苷含量影响不大,冷冻预处理后的刺葡萄榨出的汁比冷藏后直接榨汁的颜色更红;与NADULSKI等[25]在研究胡萝卜和大黄预处理对汁液提取效率和性质影响的结论一致,冷冻预处理可提高提取效率。

经SPME技术提取,且采用GC-MS对杏果实及不同工艺处理的2种杏汁的挥发性物质进行分析和鉴定,共检测出118种挥发性物质成分,包括醇类、酮类、酯类、醛类、烯类、酸类、酚类及其他类物质分别为19、13、21、15、17、8、5和20种。低温压榨杏汁中检测出种类最多,为72种,其次是果胶酶酶解杏汁,检测出63种挥发性物质,而杏果实仅检出挥发性物质56种。低温压榨杏汁中芳樟醇、α-松油醇、香叶醇、顺式-香叶醇等杏的特征香气物质比杏果实及果胶酶酶解杏汁的含量高,说明低温压榨杏汁有清甜的花香和果香,具有较浓郁的杏特征香气。