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      影響洋蔥濃縮汁高溫凝聚物形成因素及其控制

      2018-01-18 03:23:37薛娜娜盧利群
      食品與生物技術學報 2017年11期
      關鍵詞:濃縮汁靜置稀釋液

      薛娜娜, 張 慜*, 盧利群

      (1.江南大學 食品學院,江蘇 無錫 214122;2.海通食品集團有限公司,浙江 慈溪 315300)

      洋蔥,俗稱玉蔥、圓蔥等,為百合科蔥屬草本植物,耐寒,高產,耐貯運,供應期長[1],是我國特色的農產品資源和調味料,也是傳統(tǒng)的藥食兩用植物。

      近現代醫(yī)學研究表明,洋蔥中含有的化學成分主要為硫化物、類黃酮、苯丙素酚類、甾體皂甙類、含氮化合物和前列腺素類等;其藥理作用主要有抑菌、抗癌、降血糖、降血脂、抗血小板凝聚和抗氧化作用等[2-3]。洋蔥以其豐富的營養(yǎng)成分和良好的藥理價值被譽為 “蔬菜皇后”[4]。

      我國洋蔥長期以鮮食為主,成熟的洋蔥加工產品很少,且主要存在于調味料市場,如洋蔥片或洋蔥粉等干制品。近幾年,蔥姜蒜復配調味料[5]、洋蔥醬[6]、洋蔥保健酒[7]等附加值較高的洋蔥制品逐漸被開發(fā)并報道。而在歐美國家,洋蔥的食用量較大,除鮮食外,成熟的洋蔥制品種類多樣,可用于休閑食品和方便食品的調味[8]。目前在國際市場上,濃縮汁為貿易的主要形式[9],將洋蔥加工成濃縮汁,不僅可以節(jié)省貯運量,延長貯藏期,還可以作為調味料根據需要任意調配,達到常年均衡供應,從而提高洋蔥的利用價值,推動我國調味料和農產品加工的國際化發(fā)展。

      目前我國洋蔥濃縮汁的加工中存在技術難題,其中有洋蔥濃縮汁(70°Brix)用高溫(>95 ℃)自來水稀釋后有凝聚物形成,且靜置一定時間后,凝聚物基本完全沉降形成沉淀。這種凝聚物一經產生,不會自行消失,嚴重影響產品的品質,降低消費者對產品的可接受程度。對影響此類洋蔥濃縮汁凝聚物形成的因素及其控制方法研究至今未見報道。本實驗對高溫自來水稀釋后無凝聚物產生的正常濃縮汁和有凝聚物產生的非正常濃縮汁的金屬離子、總酚、蛋白質、黃酮、還原糖含量進行比較,研究了添加金屬離子對正常濃縮汁的影響,分析了添加金屬螯合劑對凝聚物的抑制作用,為解決洋蔥濃縮汁高溫凝聚物的形成問題提供參考。

      1 材料與方法

      1.1 材料與試劑

      洋蔥濃縮汁,海通食品科徐州有限公司提供;濃硝酸、高氯酸、沒食子酸、福林酚試劑、碳酸鈉、無水乙醇、磷酸、考馬斯亮藍G-250、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、蘆丁、葡萄糖、3,5-二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、苯酚、亞硫酸鈉、檸檬酸、檸檬酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉、六偏磷酸鈉均為分析純,購于國藥集團化學試劑有限公司。

      1.2 主要實驗儀器

      UV2600紫外可見分光光度計,天美(中國)科學儀器有限公司產品;SSW-420-2S型電熱恒溫水槽,上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠制造;Spectra-AA220原子吸收分光光度計,美國Varian公司產品;MX-S旋渦混合器,北京科博賽爾科技有限公司產品;PL203電子分析天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司產品;Starter-3100型pH計,上海五久自動化設備有限公司產品。

      1.3 實驗指標與測定方法

      1.3.1 金屬離子質量分數的測定 正常濃縮汁和非正常濃縮汁樣品經濃硝酸-高氯酸消化處理,處理方法參考GB 5009.15-2014標準,采用原子吸收分光光度計測定鉀、鈣、鐵、鋅、銅元素的質量分數。

      1.3.2 總酚的測定 福林酚試劑法[10],取沒食子酸標準品10 mg,去離子水溶解并定容至100 mL,得標準液。 分別準確量取標準液 0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL于10 mL離心管中,加入5 mL去離子水,再分別依次加入0.5 mL福林酚顯色劑和10 g/dL Na2CO3溶液2 mL,定容刻度。75℃水浴10 min,在760 nm波長下測定吸光度A。所得標準曲線方程為y=8.957x-0.001 8,R2=0.999 4。

      取2種濃縮汁各1 g,去離子水定容至100 mL,分別取0.5 mL溶液于10 mL離心管,按標曲測定方法加入試劑,以空白溶液作為參比溶液,在760 nm波長下測定吸光度。

      1.3.3 蛋白質的測定 考馬斯亮藍法[11],精確稱取牛血清蛋白10 mg,用去離子水定容至100 mL,配制成0.1 mg/mL的BSA標準溶液,置于4℃冰箱備用。精確稱取考馬斯亮藍G-250 100 mg,用50 mL體積分數95%的乙醇溶解,邊攪拌邊加入100 mL 85%的磷酸,稀釋定容至1 L,搖勻,過濾,配置成考馬斯亮藍G-250溶液,貯存于棕色試劑瓶中備用。

      分 別 準 確 量 取 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 的BSA標準液于刻度試管,分別補加蒸餾水至1.0 mL,均加入5 mL考馬斯亮藍G-250溶液,每加完一支,立即振蕩,靜置2~5 min后,在595 nm波長下測定吸光值??扇苄缘鞍踪|量分數y與吸光值x之間的關系為 y=6.488x+0.099 8,R2=0.998 2。

      取2種濃縮汁各1 g,記錄稱取的質量,去離子水定容至100 mL,分別取溶液1 mL于試管中,按照標準曲線制作方法,以空白溶液作為參比液,在595 nm波長下測定吸光度。

      1.3.4 黃酮的測定 亞硝酸鈉-硝酸鋁法[12],精確稱取105℃烘干至恒重的蘆丁25 mg至50 mL容量瓶中,加入30%乙醇溶解,超聲波處理至蘆丁完全溶解,冷卻、定容。精密量取20 mL蘆丁溶液至50 mL容量瓶,30%乙醇定容,搖勻,配制成0.2 mg/mL的蘆丁溶液。準確配制5%亞硝酸鈉溶液、10%硝酸鋁溶液、1 moL/L氫氧化鈉溶液。

      分別精確量取 0、1、2、3、4、5、6 mL、0.2 mg/mL的蘆丁溶液于25 mL試管中,30%乙醇補足至8 mL,5%亞硝酸鈉1 mL,振蕩,靜置6 min。分別加入10%硝酸鋁1 mL,振蕩,靜置6 min。再分別加入1 moL/L氫氧化鈉溶液 10 mL,30%乙醇定容至 25 mL,靜置15 min后,采用分光光度計在510 nm處測定吸光值。所得標準曲線方程y=0.468 7x+0.004 2,R2=0.999 6。

      取2種濃縮汁各3 g,記錄稱取的質量,稀釋定容至50 mL,分別取溶液5 mL于25 mL離心管,按標準曲線方法,以空白溶液作為參比液,在510 nm波長下測定吸光度。

      1.3.5 還原糖的測定 3,5-二硝基水楊酸法[13],精確稱取100 mg分析純葡萄糖(預先80℃烘干至恒重),少量蒸餾水溶解后轉移到100 mL容量瓶中,定容至刻度,搖勻,配制葡萄糖標準溶液。取3,5二硝基水楊酸6.3 g、氫氧化鈉21.0 g充分溶解于500 mL蒸餾水中(蒸餾水先煮沸10 min后冷卻)。再加入酒石酸鉀鈉182.0 g,苯酚(在50℃水中融化)5.0 g,亞硫酸鈉5.0 g,攪拌至全溶,定容至1 000 mL,配制成3,5-二硝基水楊酸溶液(DNS),充分溶解后于棕色試劑瓶中備用。

      取6支具塞刻度試管,編號,精確加入1 mg/mL的葡萄糖標準液 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL,分別補加蒸餾水至2 mL,均加入DNS試劑1.5 mL,搖勻,沸水加熱5 min后冷卻至室溫,用蒸餾水定容至20 mL,加塞后顛倒混勻。540 nm波長下,以0號管作為參比調零,測顯色液的吸光值。所得標準曲線y=0.701 3x-0.071 1,R2=0.998 1。

      準確稱取2種濃縮汁各0.3 g左右,記錄稱量質量,分別用蒸餾水稀釋定容至100 mL,80℃恒溫水浴30 min,使還原糖浸出,取出后冷卻,分別取0.5 mL還原糖提取液,按與制作標準曲線相同的方法操作,測定各管中溶液的吸光值。

      1.3.6 澄清度的測定 分光光度法[14-15],取正常濃縮汁用95℃以上的自來水稀釋至飲用要求,靜置冷卻至室溫,取樣液,稀釋3倍,以自來水作為對照,在400~750 nm波長范圍內以5 nm的間隔,用分光光度計連續(xù)測定樣品的吸光度,以此來確定澄清度測定的合適波長。

      2 結果與分析

      2.1 金屬離子與化學成分分析

      2.1.1 金屬離子質量分數的測定 如表1所示,2個樣品中的所測的金屬離子含量有顯著差異。產生凝聚物的濃縮洋蔥汁中Fe、Zn、Ca、K的金屬質量分數分別是正常濃縮汁樣品中對應的金屬質量分數的4.51倍、1.63倍、1.04倍、1.03倍。濃縮汁采用高溫自來水稀釋后形成凝聚物,可能與這些活潑金屬有關?;顫娊饘倏赡茉谀畚锏漠a生過程中起到催化劑或激活劑的作用,也可能與濃縮汁中的某些物質直接發(fā)生反應,對凝聚物的產生造成重要影響。Fang等[16]對楊梅汁的沉淀物進行化學分析,檢測發(fā)現沉淀物中含有鈣、鎂、鉀等金屬礦物質;孫英[17]在對胡蘿卜濃縮汁的加工研究中發(fā)現,在胡蘿卜汁產品貯藏過程中會有少量白色沉淀生成,對白色沉淀進行金屬含量的分析,推斷出白色沉淀主要為不溶性的鈣鹽、鎂鹽和鐵鹽。

      2.1.2 化學成分比較 2種洋蔥濃縮汁化學成分的比較如表2所示。非正常濃縮汁所含的總酚、蛋白質、黃酮和還原糖質量分數均高于正常品。溫度的變化會對洋蔥中所含的生物活性物質有不同程度的影響[18-19]。樣品在高溫自來水稀釋后產生凝聚物的原因可能與原樣品中所含的這4種物質中的某一物質或幾種物質相關。結合表1的金屬含量,酚類物質可能與活潑金屬相互作用,或是酚類物質與蛋白質等物質形成復合物[20-21],在一定溫度下,形成凝聚物。隨時間的延長,凝聚物質聚集,形態(tài)增大,最終形成沉淀。 產生凝聚物的濃縮汁中的蛋白質質量分數比正常濃縮汁多大約58.8%。而蛋白質對溫度敏感,溫度越高,可能導致了蛋白質變性,促進凝聚物的形成。綦菁華[22]等對蘋果濃縮汁二次混濁物的形態(tài)分析,初步確定蘋果濃縮汁二次混濁物的化學成分主要是蛋白質和酚類以及兩者自身或相互共聚的產物。

      表1 正常濃縮汁和非正常濃縮汁金屬質量分數的比較Table 1 Comparison of metal content between normal concentrate and abnormal concentrate

      表2 正常濃縮汁和懸浮濃縮汁化學成分的比較Table 2 Comparison of chemical composition between normal concentrate and abnormal concentrate

      洋蔥的營養(yǎng)組成非常復雜,在許多國家,洋蔥被認為是膳食黃酮類物質的主要來源之一[23]。洋蔥原料中的黃酮類化合物可以降低不同類型的自由基,還可以作為金屬離子的螯合劑[24]。非正常濃縮汁的黃酮質量分數高于正常汁,但相對于2個樣品中金屬離子質量分數的明顯差距幾乎可以忽略。不同的加熱溫度對不同品種洋蔥所含總黃酮質量分數的影響不同[25]。加工過程中的高溫以及濃縮汁中較高的金屬離子質量分數會對黃酮化合物抗氧化作用有一定限制。

      還原糖是指含有自由醛基和酮基的糖類。在果蔬的貯藏和加工過程中,還原糖與蛋白質會發(fā)生美拉德反應,使加工品發(fā)生非酶褐變。不同階段發(fā)生的美拉德反應對產品的作用效果不同[26]。非正常濃縮汁比正常濃縮汁還原糖質量分數高,且加工過程中會經過高溫,2組樣品中均含有蛋白質,產生非正常濃縮汁高溫自來水稀釋后比正常濃縮汁的顏色深,這可能與還原糖的反應有關。凝聚物形成是否與還原糖和蛋白質發(fā)生反應有關,還需要進一步分析。

      2.2 金屬離子的添加對正常濃縮汁的影響

      2.2.1 澄清度的掃描 對濃縮洋蔥汁在加熱稀釋后的混濁程度進行量化,有利于評定控制凝聚物產生的方法對濃縮汁的影響程度。澄清度的測定首先需要確定合適的測定波長。掃描波長圖1所示,在波長400~520 nm范圍內,隨波長的增加吸光度急劇減少,670~750 nm范圍吸光度減小非常緩慢,但在695~710 nm范圍內有吸光度的波動。根據Lambert-Beer定律,吸光度A越小,透光率越大,溶液澄清度就越高,混濁程度越小。選擇較小且穩(wěn)定的吸光度所對應的波長,有利于減少樣品本身的顏色對澄清度比較所照成的誤差。因此選擇730 nm作為澄清度測定波長,用來比較溶液的澄清度。

      圖1 洋蔥濃縮汁稀釋液在400~750 nm范圍內的掃描曲線Fig.1 Scanning curve of the diluent of onion juice concentrate in the wavelength from 400~750 nm

      2.2.2 金屬離子的添加對正常濃縮汁的影響 取等量正常濃縮汁3 g,處理組7組,分別添加等質量的含 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+、Cu2+的金屬無機鹽,對照組為無添加的等質量正常濃縮汁。均用100 mL的95℃以上的自來水稀釋,觀察現象。對照組仍無凝聚物產生;添加K+、Na+、Cu2+的處理組無明顯凝聚物形成;添加 Ca2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+的處理組有明顯凝聚物形成,靜置后有明顯沉淀。進一步研究Ca2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+對正常濃縮汁稀釋后的影響,分別向正常濃縮汁中添加不同質量分數的4種金屬離子,測定溶液澄清度如圖2所示。同時測定無添加的正常濃縮汁和懸浮濃縮汁稀釋相同倍數后的澄清度。

      圖2 Ca2+、Zn2+、Fe2+、Mg2+對正常濃縮汁稀釋液澄清度影響Fig.2 Influence of calcium,zinc,iron and magnesium ions on clarification of the normal concentrate dilute solution

      未添加金屬離子的正常濃縮汁、懸浮濃縮汁靜置至室溫后,上層溶液的透光率分別為45%~50%、65%~70%,pH在5.6~5.7。產生凝聚物的濃縮汁靜置后澄清度高于正常汁,原因是靜置后凝聚物沉降,上層溶液變得澄清透明;正常汁始終保持穩(wěn)定、均一的混濁態(tài)。由上圖看出,Ca2+、Zn2+的加入使溶液澄清度明顯增大,原因是加入Ca2+、Zn2+鹽后,有明顯凝聚物形成,靜置后沉降,上層液體透光率增大,且隨著添加量的增加,透光率小幅度增大,說明凝聚物沉降量增大。Mg2+加入產生的凝聚物形態(tài)明顯小于Ca2+、Zn2+處理組,凝聚物相對細密,數量較少。但隨著Mg2+含量的增加,凝聚物的形成更加明顯,因此靜置之后澄清度會增大。Fe2+的添加質量分數在0.005~0.010 g之間,有凝聚物形成,且形態(tài)更加細密,因此能夠長時間不沉降,使得澄清度低于正常濃縮汁。當添加量增大到0.020 g時,明顯有大量凝聚物形成,靜置沉降,上部溶液的澄清度增大。由此得出金屬離子是影響濃縮汁凝聚物形成的重要因素。

      2.3 金屬螯合劑的添加對懸浮濃縮汁的影響

      處理組分4組,取3 g非正常濃縮汁,分別添加不等質量的檸檬酸、檸檬酸鈉、EDTA-2Na、六偏磷酸鈉。采用100 mL的95℃以上自來水稀釋后,靜置同樣的時間,測定溶液的澄清度和pH。以不添加任何化合物的非正常濃縮汁采取同樣的稀釋條件作為對照組。添加質量以濃縮汁和稀釋所用自來水的總質量來計,所添加的化合物在用高溫自來水稀釋前加入。

      圖3 檸檬酸對稀釋液澄清度和pH的影響Fig.3 Influence of citric acid on the clarification and pH of dilute solution

      圖4 檸檬酸鈉對稀釋液澄清度和pH的影響Fig.4 Influence of sodium citrate on the clarification and pH of dilute solution

      圖5 乙二胺四乙酸二鈉對稀釋液澄清度和pH的影響Fig.5 Influenceofethylenediaminetetraaceticacid disodium on clarification and pH ofdilute solution

      由圖3、4、5、6比較可得,檸檬酸的添加對pH的影響最大,其次是檸檬酸鈉和EDTA-2Na,隨著六偏磷酸鈉添加質量分數的增大,稀釋液的pH變化最平緩且接近無任何添加劑的稀釋液。雖然添加檸檬酸的稀釋液的澄清度隨著添加質量分數的增大而提高,但對凝聚物的形成沒有明顯抑制作用,且隨著添加質量分數的增大,凝聚物沉降程度增大,使得上部溶液澄清度增大。添加檸檬酸鈉的稀釋液仍有較細密的凝聚物形成,靜置后沉降下來的凝聚物較少,上部溶液澄清度較低。EDTA-2Na和六偏磷酸鈉的加入均能明顯抑制凝聚物的形成。二者雖然對凝聚物的形成均有抑制作用,隨著添加量的增大,前者的澄清度降低,后者澄清度增大,原因可能是這2種物質對凝聚物的抑制機理不同。綜合未添加任何物質的正常濃縮汁和懸浮濃縮汁同樣處理后的澄清度與pH,保證添加質量分數盡可能小的條件下,以稀釋后洋蔥汁質量計,EDTA-2Na和六偏磷酸鈉的最佳添加質量分數分別是0.1、3 g/kg。

      圖6 六偏磷酸鈉對稀釋液澄清度和pH的影響Fig.6 Influence of sodium hexametaphosphate on the clarification and pH of dilute solution

      EDTA-2Na、六偏磷酸鈉均為金屬螯合劑,且均為食品添加劑。洋蔥濃縮汁樣品中含有金屬元素,且懸浮濃縮汁中所含的Fe、Zn、Ca、K的質量分數顯著高于正常濃縮汁;向正常濃縮汁中添加選定的金屬離子,高溫自來水稀釋后有凝聚物形成;向懸浮濃縮汁中添加金屬螯合劑EDTA-2Na、六偏磷酸鈉,同樣稀釋后均無明顯的凝聚物形成。因此,可以推斷洋蔥濃縮汁高溫稀釋有凝聚物的形成與樣品中所含金屬離子有關。洋蔥濃縮汁在加工過程中采用不銹鋼與非金屬設備,可以推斷樣品中金屬元素來源于洋蔥原料本身或是加工用水。

      3 結 語

      洋蔥濃縮汁在高溫稀釋后會有凝聚物產生的原因與樣品中所含的金屬離子有關。金屬螯合劑EDTA-2Na、六偏磷酸鈉的添加對凝聚物的形成有一定的抑制作用。凝聚物的形成是否為金屬離子與樣品中的酚類物質、蛋白質、酮類化合物、還原糖等在高溫下發(fā)生反應或是催化某些化學成分反應而產生的,還需要進一步驗證。本研究為解決洋蔥濃縮汁高溫凝聚物的形成問題提供了參考。

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