马建勇,李梦丽,李春美,2,*

(1.华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070;2.华中农业大学环境食品学重点实验室,湖北武汉 430070)

两种不同成熟度树莓营养成分分析及果胶酶对树莓出汁率的影响

马建勇1,李梦丽1,李春美1,2,*

(1.华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070;2.华中农业大学环境食品学重点实验室,湖北武汉 430070)

比较了两种成熟度(六到七成熟和八到九成熟)树莓营养成分含量及出汁率,发现除水分和果胶含量外,八到九成熟树莓的总糖、总酸、蛋白质、维生素C、总酚、花色苷、鞣花酸、树莓酮的含量及出汁率均高于六到七成熟的树莓。通过单因素实验、正交实验对八到九成熟树莓的酶解条件进行了优化,结果表明:果胶酶添加量0.05%、酶解温度45 ℃、酶解时间1.75 h,在此条件下树莓出汁率可达到80.63%。优化的酶解条件合理、可行,可以应用于树莓果汁加工。

树莓,营养成分,成熟度,果胶酶,出汁率

树莓又称木莓、托盘、马林、覆盆子等,属于蔷薇科悬钩子属植物,主要品种有欧洲红树莓和美国黑树莓[1]。现代研究表明,树莓含有多种生物活性因子,如鞣花酸、树莓酮、花色苷等。树莓中的鞣花酸对癌症有明显的抑制作用[2];树莓酮具有减肥功效[3];树莓花色苷的抗氧化能力强于红酒和葡萄皮中的花色苷[4],能有效清除自由基,抑制脂质和低密度脂蛋白以及内皮细胞氧化损伤[5];此外,树莓中SOD含量更是居各种水果之首[6],具有很高的利用价值。

目前我国国内树莓加工产品极少,超市中树莓加工产品大多来自国外[7],包括果酱、果酒、果冻、果汁饮料等[8]。国内对树莓果汁的酶解条件作了一些研究,但是存在出汁率低、酶解时间长等问题,如马荣山等的研究结果树莓出汁率仅有71.50%,而酶解时间需要2.8 h[9]。树莓果实出汁率受品种、成熟度、榨汁工艺等多种因素影响。一般而言,树莓果成熟度越大,出汁率越高。但完全成熟的树莓,易自然脱落,且采摘过程中极易破碎,采收困难,难以贮藏和运输,因此一般不等完全成熟便采收。现有文献鲜见成熟度对果实营养和出汁率影响的具体报道,因此本文选择了六到七成熟和八到九成熟两个不同成熟度的树莓,对其营养成分含量和出汁率进行了比较,并进一步优化了树莓果汁的酶解条件,旨在为树莓果汁饮料的生产提供参考和科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

树莓 双季红树莓,参考王有升[10]等按颜色将树莓分为四个成熟度,果实表面颜色黑红为完全成熟，鲜红为八到九成熟，浅红为六到七成熟，青绿到淡红为一到三成熟，本文研究了六到七成熟和八到九成熟两个成熟度的树莓;氢氧化钠、浓硫酸、苯酚、葡萄糖、牛血清白蛋白、考马斯亮蓝、没食子酸、福林酚、碳酸钠、氯化钾、醋酸钠、氯仿、甲醇、乙醇、丙酮 均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司;树莓酮、鞣花酸 均为色谱纯,纯度≥98%,上海源叶生物科技有限公司;果胶酶 食品级,酶活力30000 U/g,和氏璧生物技术有限公司。

HH-2型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司;SHB-3型循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司;UV-1700型紫外可见分光光度计 日本Shimadzu公司;LC-20A型高效液相色谱仪 日本岛津公司;PB-10型pH计 赛多利斯公司;SKG1246型高效破壁料理机 佛山爱斯凯奇电器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 营养成分测定 水分测定:烘干法;总酸测定:GB/T12456-2008[11];总糖测定:苯酚-硫酸法;果胶测定:果胶酸钙重量法[12];蛋白测定:考马斯亮蓝法;总酚测定:福林酚法;维生素C测定:GB/T5009.159-2003[13];总花色苷测定:pH示差法;鞣花酸测定:采用高效液相色谱法，条件为CAPCELL PAK C18色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),流动相甲醇-0.3%三氟乙酸(50∶50),流速1.0 mL/min,检测波长254 nm,进样体积20 μL,以色谱峰面积定量;树莓酮测定:采用高效液相色谱法，条件为CAPCELL PAK C18色谱柱(250 mm×4. 6 mm,5 μm),流动相甲醇-水(30∶70),检测波长271 nm,流速1.0 mL/min,进样体积20 μL,以色谱峰面积定量[14]。

1.2.2 六到七成熟和八到九成熟两种不同成熟度树莓出汁率对比 称取500 g树莓,在室温下自然解冻,放入SKG高效破壁料理机中5000 r/min打浆3 min,收集树莓浆备用。

分别称取打浆后两种成熟度的树莓两份,每份100 g,一份不添加果胶酶,用双层纱布过滤,称量滤液质量,一份添加果胶酶0.04%,在45 ℃酶解1.5 h,之后用双层纱布过滤,称量滤液体积,分别计算出汁率。

树莓出汁率(%)=滤液质量/树莓浆质量×100

比较加酶和不加酶条件下两种不同成熟度树莓的出汁率。

1.2.3 果胶酶酶解实验

1.2.3.1 果胶酶添加量对树莓出汁率的影响 按1.2.2方法对树莓进行打浆,称取5份打浆的树莓,每份100 g,按0.01%、0.02%、0.03%、0.04%、0.05%加入果胶酶,在45 ℃水浴锅中酶解1.5 h,计算树莓果实的出汁率。

1.2.3.2 果胶酶酶解温度对树莓出汁率的影响 按1.2.2方法对树莓进行打浆,称取5份打浆的树莓,每份100 g,果胶酶添加量0.04%,分别在35、40、45、50、55 ℃水浴锅中酶解1.5 h,计算树莓果实的出汁率。

1.2.3.3 果胶酶酶解时间对树莓出汁率的影响 按1.2.2方法对树莓进行打浆,称取5份打浆的树莓,每份100 g,果胶酶添加量0.04%,酶解温度45 ℃,分别酶解0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h,计算树莓果实的出汁率。

1.2.3.4 酶解条件优化 在果胶酶添加量、酶解温度、酶解时间等单因素实验的基础上,按照表1进行L9(33)正交优化实验,以出汁率为指标,确定酶解的最佳条件。

表1 正交因素水平表

1.3 数据处理

以上实验均重复3次,使用SPSS 19.0进行显著性分析,使用Origin 8.5作图。

表2 不同成熟度树莓主要营养成分含量

注:*表示两种成熟度之间同一营养成分含量差异显著(p<0.05),**表示两种成熟度之间同一营养成分含量差异极显著(p<0.01)。

2 结果与分析

2.1 不同成熟度树莓营养成分比较分析

表2为两种不同成熟度树莓的营养成分含量。由表2可知,两种成熟度的树莓中水分含量差异不显著,总糖、总酸有极显著差异。砂梨酸甜可口,树莓与砂梨相比糖含量约为砂梨(5.00～7.49×103mg/100 g)的1.5倍,但是酸含量约是砂梨(0.14～0.34×103mg/100 g)的9倍[15],这使得树莓果实的酸性较强,糖酸比不协调,口感较差。蛋白质、总酚和维生素C在两种不同成熟度的树莓中差异极显著,说明随着树莓的不断成熟,这些成分积累量逐渐增多。维生素C是人体必需营养成分,摄入不足容易引发坏血病,因此在加工和食用时最好选择成熟度较高的果实。水果中果胶含量高不利于果实出汁,常见不易出汁的水果苹果、梨、桃等果实果胶含量为0.5～1.0%[16],而两种成熟度的树莓中果胶含量都大于1.0%,且低成熟度的树莓果胶含量更高,这使得树莓出汁更困难,不利于加工。

树莓含有丰富的花色苷、鞣花酸、树莓酮等功能成分,其中花色苷和鞣花酸能够有效清除自由基,抑制肿瘤和癌症,而树莓酮具有抗氧化、抗癌及抑制肥胖的作用[17]。研究发现,不同成熟度的树莓花色苷和鞣花酸的含量有极显著差异,高成熟度的树莓中花色苷含量约为低成熟度树莓中的3倍,鞣花酸含量约为低成熟度树莓中的2倍。

与现有文献比较发现,本文所测高成熟度的双季红树莓总酸含量与赵利群等[18]所测的九个树莓品种基本在同一范围(1.02×103～2.24×103mg/100 g)内,总糖含量高于树莓和黑莓引种驯化品种(4.80×103～5.90×103mg/100 g)[19],低于新疆树莓(10.62×103mg/100 g)[20]。维生素C的含量高于赵利群[18]等所测的九个树莓品种(15.20～40.00 mg/100 g)和树莓、黑莓引种驯化品种(35.00～72.30 mg/100 g)[19],这主要是因为品种和产地不同,造成树莓营养成分的含量存在一定差异。

2.2 两种不同成熟度的树莓出汁率对比

树莓由于果胶含量较高,在不添加果胶酶的条件下出汁率很低。由图1可知,六到七成熟的树莓出汁率仅有48.86%,八到九成熟的树莓出汁率也只有56.89%,因此,需要采用适量的果胶酶处理才能提高其出汁率。两种不同成熟度的树莓用果胶酶在相同酶解条件下处理,六到七成熟的树莓出汁率提高了20.30%,八到九成熟的树莓出汁率提高了21.42%,证明果胶酶可以提高树莓出汁率,这与李淑芳等的研究结果是一致的[21],且高成熟度的树莓出汁率更高。

图1 两种不同成熟度树莓出汁率Fig.1 Juice yield of two different mature raspberry

2.3 树莓出汁工艺优化

果胶对树莓出汁率有较大影响,所以进一步探究果胶酶对树莓出汁率的影响十分必要。由于六到七成熟的树莓营养成分含量较低,果汁色泽和口感均不佳,同时出汁率也相对较低,利用价值低,因此后续的研究选用八到九成熟的树莓为研究对象。

2.3.1 果胶酶添加量对树莓出汁率的影响 果胶酶添加量对树莓出汁率的影响实验结果见图2。

图2 果胶酶添加量对树莓出汁率影响Fig.2 Effect of pectase content on juice yield of raspberry

如图2所示,果胶酶添加量在0.01%～0.04%的范围内时,树莓的出汁率不断增加,开始增加较快,果胶酶添加量从0.03%增加到0.04%时出汁率增加变慢,当果胶酶添加量大于0.04%后,出汁率变化不明显,这是因为刚开始酶量少,底物充足,酶量增加出汁率会迅速上升,随着酶量继续增加,能与酶结合的底物减少,出汁率增加变慢,当酶增加到0.05%时,没有多余底物与酶结合,出汁率不再明显变化,因此确定果胶酶的适宜添加量为0.04%。

2.3.2 果胶酶酶解温度对树莓出汁率的影响 果胶酶酶解温度对树莓出汁率的影响实验结果见图3。

图3 酶解温度对树莓出汁率影响Fig.3 Effect of enzymolysis temperature on juice yield of raspberry

如图3所示,在35 ℃到45 ℃范围内,随着温度升高,树莓出汁率开始增加较快,温度继续升高,出汁率增加变慢,温度升高到50 ℃时,树莓出汁率开始下降,当温度升高到55 ℃时,由于温度偏高,影响果胶酶的活力,树莓出汁率下降明显,说明45 ℃是适宜的酶解温度,因此选用45 ℃作为树莓的酶解温度。

2.3.3 果胶酶酶解时间对树莓出汁率的影响 果胶酶酶解时间对树莓出汁率的影响实验结果见图4。

图4 酶解时间对树莓出汁率影响Fig.4 Effect of enzymolysis time on juice yield of raspberry

如图4所示,在0.5 h到1.5 h的范围内,随着时间增加,树莓出汁率开始增加较快,之后变慢,当酶解时间大于1.5 h后,时间继续增加,出汁率变化不明显,且时间过长会增加生产成本,加大果汁营养成分的破坏,因此确定1.5 h为适宜的酶解时间。

2.3.4 正交实验结果 在单因素实验的基础上,进行正交实验,优化制取树莓汁的酶解条件,得到的实验结果如表3所示。

表3 树莓酶解正交实验结果

对表3通过极差分析得到A(果胶酶添加量)、B(酶解时间)、C(酶解温度)三个因素的主次顺序为A>C>B,A的影响最大,B的影响最小。综合各因素K值和极差,确定最佳的因素水平为A3B3C2,即果胶酶添加量0.05%,酶解时间1.75 h,酶解温度45 ℃,按此条件树莓出汁率可达80.63%。与姚丽敏等的研究结果64.91%相比有了很大提高[22],赵艳玲等将树莓出汁率提高到了84.60%,高于本研究的结果,但是其酶解时间需要3.5 h,时间过长、效率低,而且会增加树莓汁中主要呈色物质花色苷的降解,不利于果汁颜色的保存[23]。本研究在保持树莓较高出汁率的基础上缩短了酶解时间,减少了营养物质的损失,对树莓果汁的研制有很高的参考价值。

3 结论

八到九成熟的树莓除水分和果胶含量低于六到七成熟的树莓之外,其它营养成分含量均高于后者,且出汁率高、汁液色泽鲜红,更适于果汁加工。果胶酶可以提高树莓出汁率,通过单因素和正交实验,确定树莓的最佳酶解条件为果胶酶添加量0.05%、酶解温度45 ℃、酶解时间1.75 h。在此条件下树莓出汁率可达80.63%,相比于不加果胶酶出汁率提高了23.74%。

除了出汁率低以外,变色、沉淀也是影响树莓澄清果汁生产的重要因素。树莓果汁鲜红的颜色是由于其富含花色苷,而花色苷对温度敏感,加热杀菌会对其造成破坏[24],使果汁褪色,pH、光照也对花色苷的稳定性有影响[25]。此外,在放置过程中树莓澄清果汁容易产生沉淀,这些都严重影响树莓果汁的产品品质和货架期,因此,目前市场上鲜有树莓澄清果汁销售。而有效预防树莓果汁在贮藏过程中产生的褪色、二次沉淀是下一步要重点研究和解决的问题。

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Nutrition analysis of raspberry with two different maturity and effect of pectase on juice yield of raspberry

MA Jian-yong1,LI Meng-li1,LI Chun-mei1,2,*

(1.College of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China;2.Key Laboratory of Environment Correlative Food Science(Huazhong Agricultural University)Ministry of Education,Wuhan 430070,China)

The contents of the main nutrients and the juice yield of raspberry with two different maturity(maturity of 60% to 70% and 80% to 90%)were compared. The results showed that except for the water and pectin contents,the contents of total sugar,total acid,protein,vitamin C,total phenol,anthocyanins,ellagic acid,raspberry ketone and juice yield of 80% to 90% mature raspberry were higher than raspberry with maturity of 60% to 70%. The enzymolysis conditions were optimized by single factor and orthogonal experiment. The optimum conditions were determined as follows:pectase 0.05%(w/w),enzymolysis temperature 45 ℃,enzymolysis time 1.75 h. Under these conditions,the juice yield of raspberry was 80.63%. The conditions were reasonable and feasible,and it could be applied in raspberry juice making.

raspberry;nutrients;maturity;pectase;juice yield

2016-09-19

马建勇(1991-)，男，硕士研究生，研究方向：食品工程，E-mail：m15827255811@163.com。

*通讯作者:李春美(1973-)，女，教授，研究方向：果蔬深加工，E-mail：lichmyl@mail.hzau.edu.cn。

TS255.44

A

1002-0306(2017)06-0213-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.06.032