曲昆生,蔡 晉,郝亞斌,于東華,孟秀芹,張 濤,包 振,曲天波,陳芹芹,李景明

(1.煙臺北方安德利果汁股份有限公司,山東煙臺 264100;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,北京 100193;3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

我國是蘋果生產(chǎn)大國,據(jù)中國統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2017年我國蘋果產(chǎn)量達(dá)到了4139萬噸,居世界產(chǎn)量第一位[1]。濃縮蘋果汁是蘋果的主要加工產(chǎn)品形式[2-5],其加工及貯運過程中仍然存在一些問題,如濃縮蘋果汁的褐變、芳香成分逸散、營養(yǎng)損失及貯藏及流通后期的后渾濁等[6-8]。其中褐變使得果汁顏色變暗,風(fēng)味下降,同時易導(dǎo)致果汁的后渾濁發(fā)生[9-13]。色值是影響濃縮蘋果清汁質(zhì)量和出口的重要技術(shù)指標(biāo),加工過程中色值控制不當(dāng)會導(dǎo)致到岸色值低于客戶需求[9,14]。色值的高低與原料品種、成熟度、加工工藝及貯藏條件等因素有關(guān)[15-16]。目前,文獻(xiàn)中報道的色值控制技術(shù)主要集中在原料成熟度、超濾、反滲透及樹脂吸附技術(shù)等相關(guān)研究[17-25]。在實際產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中,濃縮蘋果汁的加工企業(yè)主要采用酶解、在酶解工序添加助劑吸附及樹脂脫色這些技術(shù)手段來穩(wěn)定產(chǎn)品色值,提高生產(chǎn)效率。然而采用上述方式加工的濃縮蘋果清汁再儲存后,色值穩(wěn)定性差,顏色變深,色值降低快,同樣對清汁的內(nèi)在質(zhì)量存在嚴(yán)重影響。

蘋果中富含果膠組分,在傳統(tǒng)的蘋果濃縮清汁加工過程中,僅使用蘋果果膠酶對濃縮果汁進(jìn)行酶解處理,這種處理方式最終得到的成品色值穩(wěn)定性差,造成該問題的原因是蘋果果膠包含由α-D-吡喃半乳糖醛酸組成的平滑區(qū)和由α-L-鼠李半乳糖醛酸組成的毛發(fā)區(qū),通過前期實驗研究發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)的蘋果汁果膠酶僅僅將平滑區(qū)的果膠進(jìn)行了分解,而毛發(fā)區(qū)的果膠未能被完全分解,因此導(dǎo)致殘留的毛發(fā)區(qū)的果膠降解產(chǎn)物在成品中造成色值變化的問題。

本文以產(chǎn)自山東省煙臺市的富士蘋果與產(chǎn)自陜西省白水縣、山西省永濟(jì)市的秦冠蘋果為原料,采用復(fù)合果膠酶處理,在果汁生產(chǎn)線上進(jìn)行在線取樣研究,明確復(fù)合果膠酶對濃縮蘋果清汁色值穩(wěn)定性的影響,以期為濃縮蘋果汁實際產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)過程中色值的有效控制提供應(yīng)用參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

富士蘋果 山東省煙臺市牟平區(qū);秦冠蘋果 陜西省白水縣及山西省永濟(jì)市;蘋果汁 取樣于煙臺北方安德利果汁股份有限公司生產(chǎn)車間;果膠酶PA(酶活力600 PLU/g) 德國WeissBioTech公司;果膠酶PP(酶活力110000 MPLU/g) 上海嘉衡生物技術(shù)有限公司;淀粉酶GA(酶活力400500 U/mL) 諾維信(中國)生物技術(shù)有限公司;樹脂LSA-900系列 西安藍(lán)曉科技有限公司。

FWC-4破碎機(jī) 德國BELLMER公司;BFRU2500LR榨汁機(jī) 德國FLOTTWEG公司;酶解及樹脂罐 煙臺永盛金屬結(jié)構(gòu)有限公司;超濾機(jī) 南京凱米科技有限公司;全自動無菌灌裝機(jī) 意大利FBR-ELPO公司;TU-1810紫外分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 濃縮蘋果清汁生產(chǎn)工藝流程 原料果→清洗、破碎→果漿→壓榨→鮮榨汁→巴氏殺菌→酶解→超濾→樹脂吸附→濃縮→無菌灌裝→濃縮蘋果清汁→低溫貯藏。

其中,巴氏殺菌溫度為≥98 ℃,殺菌時間≥30 s;在酶解工序添加果膠酶PA和淀粉酶GA進(jìn)行澄清,以提高果汁色值及其穩(wěn)定性、超濾通量。果膠酶PA及淀粉酶GA的使用量以果膠、淀粉檢測為陰性結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)。果汁酶解溫度為50～55 ℃;超濾膜孔徑0.02～0.2 μm,截留不溶物含量<35%,允許可溶性固形物含量<18%;在常溫下于8 m3的樹脂罐中,添加8 m3食品級大孔吸附樹脂進(jìn)行吸附,流量為3～5 BV/h;灌裝殺菌溫度為98～102 ℃,時間 ≥ 45 s;灌裝冷卻后溫度為18～23 ℃;低溫貯藏溫度為4 ℃。

1.2.2 果膠酶PP添加量對蘋果清汁灌裝前后色值的影響 根據(jù)果汁中果膠測定為陰性的生產(chǎn)經(jīng)驗,固定果膠酶PA的用量為25 mL/t,在1.2.1中所述酶解工藝中復(fù)合添加果膠酶PP,其添加量分別為0、5、10、15、20、25、30 mL/t,酶解時間為45 min,研究不同添加量的果膠酶PP與PA復(fù)合使用對蘋果清汁灌裝前后色值的影響,確定果膠酶PP的適宜添加量。

1.2.3 復(fù)合果膠酶的作用時間對蘋果清汁灌裝前后色值的影響 固定果膠酶PA和PP的添加量分別為25 mL/t和10 mL/t,研究復(fù)合果膠酶酶解時間分別為20、30、45、60、75、90 min下對蘋果清汁灌裝前后色值的影響,確定復(fù)合果膠酶的適宜酶解時間。

1.2.4 復(fù)合果膠酶處理對超濾及樹脂吸附的影響 研究蘋果清汁在復(fù)合果膠酶(PA為25 mL/t，PP為10 mL/t)酶解60 min條件下,其對超濾通量、超濾后色值變化及樹脂有效運行時間的影響。其中,以樹脂吸附后色值達(dá)到80%計算每周期樹脂有效運行時間。

1.2.5 果膠及淀粉定性檢測方法 果膠的定性檢測、淀粉的定性檢測均采用GB/T 18963-2012[26]中所示的方法。

1.2.6 色值測定方法 參照張建新等[10]的方法,將濃縮蘋果清汁稀釋至可溶性固形物為11.5 °Brix,采用分光光度計測定440 nm下的透光率即為色值。

1.2.7 復(fù)合果膠酶處理對濃縮蘋果清汁貯藏色值穩(wěn)定性的影響 將通過復(fù)合果膠酶處理后濃縮得到的濃縮蘋果清汁,于4 ℃下冷藏100 d[26],對貯藏前后產(chǎn)品的色值進(jìn)行測定,計算得到日褐變量。日褐變量的計算公式如下:

ΔT=(Td0-Td100)/100

其中,ΔT為色值日褐變量(%),Td0為濃縮蘋果清汁0 d的色值(%),Td100為濃縮蘋果清汁在4 ℃下冷藏100 d后的色值(%)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗重復(fù)3次,所得結(jié)果表示為均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用方差分析(ANOVA)對各因素對產(chǎn)品色值影響的顯著性進(jìn)行分析;各處理之間的差異分析采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行Duncan Multiple Range Test檢驗,p<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 果膠酶PP添加量對不同種蘋果清汁灌裝前后色值的影響

實際生產(chǎn)中,一般將淀粉、果膠定性檢驗為陰性作為酶解完全的標(biāo)志,但是在長期貯藏過程中,果膠酶解后的寡糖、寡聚糖等組分與果汁中的酚類或者蛋白質(zhì)組分結(jié)合,從而引起貯藏中色值下降的問題。因此,酶制劑的選用至關(guān)重要。前期研究表明,傳統(tǒng)的蘋果汁果膠酶PA僅僅將平滑區(qū)的果膠結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分解,而毛發(fā)區(qū)的果膠結(jié)構(gòu)未能被完全分解。本研究中采用果膠酶PP針對果膠毛發(fā)區(qū)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解,研究了PA和PP酶的使用對富士及秦冠蘋果清汁灌裝前后色值的影響,結(jié)果分別如表1及表2所示。經(jīng)統(tǒng)計分析,不同果膠酶品種對蘋果濃縮清汁的色值有顯著影響。僅使用PA進(jìn)行酶解處理,富士及秦冠濃縮清汁灌裝前后差值最高,達(dá)到6.7%～6.9%。隨著PP酶添加量的增加,濃縮蘋果清汁灌裝前后色差值顯著降低。與未添加PP酶相比,當(dāng)PP酶添加量達(dá)到25 mL/t時,其對富士蘋果清汁灌裝前的色值具有顯著影響;而15 mL/t的PP酶對秦冠蘋果清汁的罐裝前色值已有顯著影響,但是其與10 mL/t的PP酶處理之間不存在顯著性差異。當(dāng)PP酶的添加量為10 mL/t時,兩種蘋果清汁灌裝前后色值差值為3.2%左右,是僅添加PA酶處理的灌裝前后色差值的一半左右,色澤提升效果顯著;當(dāng)PP的添加量超過20 mL/t時,各處理之間灌裝前色值、灌裝后色值無顯著性差異。綜合復(fù)合果膠酶的使用成本及作用效果,在PA添加量為25 mL/t時，選擇PP的添加量為10 mL/t作為蘋果濃縮清汁加工的適宜添加量。

表1 果膠酶PP添加量對富士蘋果清汁灌裝前后色值的影響Table 1 Effect of concentration of pectinase PP on the color value of Fuji apple juice before and after filling

表2 果膠酶PP添加量對秦冠蘋果清汁灌裝前后色值的影響Table 2 Effect of concentration of pectinase PP on the color value of Qinguan apple juice before and after filling

2.2 復(fù)合果膠酶的酶解時間對蘋果清汁灌裝前后色值的影響

復(fù)合果膠酶不同酶解時間(20～90 min)對富士和秦冠蘋果清汁灌裝前后色值的影響如表3及表4所示。結(jié)果表明,酶解時間對于蘋果清汁色值具有顯著影響(p<0.05)。隨著酶解時間的延長,富士及秦冠濃縮蘋果清汁灌裝后的色值均有不同程度的增加,且灌裝前后色值差逐漸降低。當(dāng)酶解時間為60、75及90 min時,秦冠蘋果灌裝前色值無顯著性差異。而對于富士蘋果濃縮清汁來說,75 min的酶解時間于60、90 min之間均無顯著性差異。綜合來講,60 min酶解處理組的灌裝前后色值要顯著高于20～30 min處理組,且在60 min處理下,灌裝前后色值差在3%以下。因此,選擇酶解時間60 min作為復(fù)合果膠酶的適宜處理時間。

表3 復(fù)合果膠酶的酶解時間對富士蘋果清汁灌裝前后色值的影響Table 3 Effect of enzymatic hydrolysis time on the color value of Fuji apple juice before and after filling

表4 復(fù)合果膠酶的酶解時間對秦冠蘋果清汁灌裝前后色值的影響Table 4 Effect of enzymatic hydrolysis time on the color value of Qinguan apple juice before and after filling

2.3 復(fù)合果膠酶處理對超濾及樹脂吸附的影響研究

復(fù)合果膠酶處理對超濾通量、超濾清汁色值及樹脂有效運行時間的影響如表5所示。

表5 復(fù)合果膠酶處理對超濾通量、超濾清汁色值、樹脂有效運行時間的影響Table 5 Effect of couple pectinase treatment on the color value,ultrafiltration flux and resin running time

由表5可知,10 mL/t的PP酶與25 mL/t的PA復(fù)合使用,可以顯著提升超濾后蘋果清汁的色值,提高超濾通量,并延長樹脂運行時間。與單獨使用PA酶相比,使用復(fù)合果膠酶的富士和秦冠蘋果清汁的色值分別增加2.2%及2.3%;超濾通量分別增加10.4%及9.5%;樹脂運行時間分別提高11.6%和11.1%。

2.4 復(fù)合果膠酶處理對濃縮蘋果清汁貯藏色值穩(wěn)定性的影響

復(fù)合果膠酶處理對濃縮蘋果清汁貯藏色值穩(wěn)定性的影響如表6所示。將濃縮蘋果清汁在4 ℃下貯藏100 d,通過貯藏前后產(chǎn)品色值變化可知,貯藏期間產(chǎn)品色值顯著下降。按照以往的單一PA酶工藝處理,100 d后產(chǎn)品色值下降10%以上,日褐變量ΔT超過0.1%;對于秦冠蘋果汁,貯藏100 d后色值低于70%。而通過加入PP酶的復(fù)合處理,貯藏100 d后,其產(chǎn)品色值在80%左右,日褐變量ΔT低于0.05%以下,此條件下可以有效保證產(chǎn)品的品質(zhì)[9,14]。

表6 復(fù)合果膠酶處理對濃縮蘋果清汁貯藏后日褐變量的影響Table 6 Effect of couple pectinase treatment on the stability of color value during storage

2.5 混合蘋果品種色值穩(wěn)定技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化研究

在富士和秦冠濃縮蘋果清汁色值穩(wěn)定技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,將不同品種原料進(jìn)行混合,確定了濃縮蘋果清汁的產(chǎn)業(yè)化工藝技術(shù),復(fù)合果膠酶處理對不同蘋果品種加工的濃縮清汁的色值影響如表7所示。結(jié)果表明,通過復(fù)合果膠酶(PA∶PP=25∶10 mL/t)酶解60 min,與原工藝相比,超濾后色值提高2.2%;灌裝后色值提高4.6%,灌裝前后色值差僅為2.9%;貯藏過程中日褐變量由原工藝的0.11%降至0.05%;且超濾平均通量和樹脂有效運行時間均提高10%。綜合結(jié)果表明,將PA與PP酶進(jìn)行復(fù)合使用,可以有效解決濃縮蘋果清汁產(chǎn)業(yè)化加工中的色值下降及不穩(wěn)定的問題,對于提升產(chǎn)品品質(zhì)具有顯著效果。

表7 不同蘋果品種混合后色值穩(wěn)定技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化研究Table 7 Industrialization research of color value during apple juice processing with different varieties of apple fruits

3 結(jié)論

通過果膠酶PA和PP的復(fù)合使用,可以有效提高濃縮蘋果清汁加工過程中的色值,其中優(yōu)化得到了復(fù)合酶解工藝為PA和PP酶的添加量分別為25 mL/t和10 mL/t,于50～55 ℃溫度下酶解60 min。同時,復(fù)合果膠酶的使用可以顯著提高濃縮蘋果清汁貯藏過程中的色值穩(wěn)定性,使其日褐變量可降低至0.05%;同時,超濾平均通量及樹脂有效運行時間可提高10%以上。綜上所述,PA與PP酶的復(fù)合使用可有效解決濃縮蘋果清汁產(chǎn)業(yè)化加工中的色值下降及不穩(wěn)定的問題,顯著提升產(chǎn)品的市場競爭力。