萬(wàn)玉煒，牛麗影，陳計(jì)巒

1(新疆石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆 石河子，823000)

2(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇南京，210014)

紫薯又名黑薯，富含花青素類物質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗氧化性和獨(dú)特的保健功能［1］。除鮮食外，紫薯還可用于提取花青素或作為配料用于糕點(diǎn)、冰淇淋等食品中［2］。由于紫薯的花青素?zé)岱€(wěn)定性優(yōu)于紫葡萄、紫蘇、黑米和黑豆等其他來(lái)源的花青素［3］，所以將其制成紫薯汁越來(lái)越受食品工業(yè)的重視。然而與其他果蔬汁類似，紫薯汁在加工和貯藏過(guò)程中易發(fā)生花青素降解［4］、氨基化合物和還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)［5］，淀粉老化分層［6］，從而引起產(chǎn)品褐變和風(fēng)味變化等現(xiàn)象。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)紫薯汁的研究主要集中在加工工藝和工藝優(yōu)化方面，如酶添加量的選擇［7］、澄清效果研究［8］、提高穩(wěn)定性［9］等。對(duì)加工過(guò)程的營(yíng)養(yǎng)成分變化研究較少。本文對(duì)常規(guī)紫薯汁生產(chǎn)流程中的花青素、游離糖、游離氨基酸和可溶性蛋白含量的變化進(jìn)行了測(cè)定，并選取巴氏殺菌和高壓蒸汽滅菌兩種殺菌方式進(jìn)行比較，以期為紫薯汁的生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和產(chǎn)品品質(zhì)的提高提供借鑒作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮紫薯，購(gòu)于南京孝陵衛(wèi)市場(chǎng);氨基酸標(biāo)樣、鄰苯二甲醛試劑、3-巰基丙酸，購(gòu)自美國(guó)Sigma公司;氯仿、甲醇硼酸、硼砂、抗壞血酸標(biāo)品、蒽酮、濃HCl、濃H2SO4、NaOH等均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TU-1810紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限公司;AR224CN電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司;1260示差檢測(cè)器(RID)的安捷倫1200液相色譜儀，美國(guó)安捷倫科技有限公司;DHG-907385-III電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海新苗醫(yī)療器械制造有限工資;恒溫水浴鍋，金壇市環(huán)保儀器公司;JYL-C010九陽(yáng)料理機(jī)，九陽(yáng)股份有限公司;SYQDSX-280B手提式不銹鋼壓力蒸汽滅菌鍋，上海申安醫(yī)療器械廠。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 游離氨基酸提取及含量測(cè)定

樣品液制備:取紫薯汁5 mL于10 000×g(4℃)離心15 min，取上清液10 μL同標(biāo)樣衍生，過(guò)膜后進(jìn)樣。

參照Kim等［10］的方法，略加改動(dòng)。色譜條件為:ZORBAX Eclipse-AAA色譜柱(150 mm×4.6 mm，3.5 μm)，RID檢測(cè)器，流動(dòng)相:A:pH 7.8的40 mmol/L的NaH2PO4溶液。B:V(乙腈)∶V(甲醇)∶V(水)=45∶45∶10。洗脫梯度:0%B(0～1.9 min)，0～57%(1.9～18.1 min)，57%～100%(18.1～18.8 min)，100%(18.8～22.3 min)，100%～0%(22.3～23.2 min)和0%(23.26 min)。流速為2.0 mL/min.

氨基酸標(biāo)準(zhǔn)溶液配制:從氨基酸混標(biāo)液中準(zhǔn)確吸取5、10、20、40、60、80 和 100 μL，分別用 0.1 mol/L HCl溶液定容 100 μL，氨基酸濃度 0.125、0.5、1.0、1.5、2 和2.5 μmol/mL。取標(biāo)樣10 μL 加入50 μL 硼酸緩沖液，混合，加入10 μL OPA，混合，然后加入640 μL水，混合后靜止30 s，進(jìn)樣前經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾，每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.3.2 花青素含量測(cè)定

參照Yang等［11］的方法。取上述紫薯汁離心上清液1 mL，加入pH 4.5醋酸鈉緩沖液或pH 1.0的氯化鉀緩沖液4 mL，搖勻后放置15 min。放入1 cm的比色皿后，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)分別在520 nm和700 nm下分別測(cè)定吸光度。提取液的花青素濃度(C，mg/L)計(jì)算:

總花青素含量=(A×Mw×f×1 000)/ε

A=(Abs510nm-Abs700nm)pH1.0-(Abs510nm-Abs700nm)pH4.5

其中，A為最終吸光度;f為稀釋倍數(shù);L為比色皿光路長(zhǎng)度，cm;矢車菊色素-3-葡萄糖苷為標(biāo)準(zhǔn)，其摩爾吸光系數(shù)ε為26 900;摩爾質(zhì)量Mw 449.2 Da。

1.3.3 蔗糖、果糖和葡萄糖的提取及含量測(cè)定

蔗糖、果糖和葡萄糖的提取參照 Giannoccaro等［12］的方法。取紫薯汁上清液1 mL，加入等體積乙腈，0.45 μm過(guò)濾器過(guò)濾，用于液相色譜分析。色譜條件為:Carbohydrate色譜柱(150 mm×4.6 mm，5 μm)，RID 檢測(cè)器，流動(dòng)相:V(乙腈)∶V(水)=75∶25，流速1.00 mL/min，檢測(cè)器溫度30℃，柱溫箱溫度30℃。

糖標(biāo)準(zhǔn)溶液配制:準(zhǔn)確稱取蔗糖、果糖、葡萄糖各3.000 g，轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶，高純水定容至100 mL，得到30 mg/mL的混標(biāo)溶液，分別稀釋到10、8、6、4、2 mg/mL。進(jìn)樣前經(jīng) 0.45 μm 微孔濾膜過(guò)濾。每個(gè)樣品重復(fù)3次。

1.3.4 可溶性蛋白的測(cè)定

采用考馬斯亮藍(lán)方法。取每個(gè)樣品5 mL，在10 000×g(4℃)離心15 min，取上清液1.6 mL(依據(jù)標(biāo)曲范圍做一定稀釋)，加蒸餾水2.4 mL，再加入4 mL考馬斯亮藍(lán)G-250蛋白質(zhì)染色液，搖勻靜置2 min，在紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)595 nm下的吸光值，蒸餾水做參比。

1.3.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用OriginLab OriginPro 8和SAS V8統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和差異顯著性檢驗(yàn)，差異顯著性釆用Duncan新復(fù)極差法。所有數(shù)值均為3次重復(fù)平均值。

1.3.6 紫薯汁制備流程圖

按照?qǐng)D1進(jìn)行紫薯汁的制作及取樣，上述樣品都放于4℃避光保存，24 h內(nèi)完成測(cè)定。

圖1 紫薯汁生產(chǎn)工藝流程Fig.1 Process procedure of purple sweet potato juice

2 結(jié)果與分析

2.1 加工過(guò)程中花青素含量分析

紫甘薯花青素主要包括矢車菊色素和芍藥色素［13］。圖2顯示花青素含量隨著紫薯汁加工過(guò)程而發(fā)生明顯變化。

圖2 紫薯汁加工環(huán)節(jié)中花青素含量Fig.2 Anthocyanin contents in purple sweet potato juice during processing

花青素具有較好的水溶性，在護(hù)色過(guò)程中，紫薯片中的花青素部分進(jìn)入護(hù)色液而損失，下降為護(hù)色前的24.88%。沸水熱燙3 min后花青素含量繼續(xù)降低為護(hù)色后榨汁的34.31%。熱燙造成花青素?fù)p失在其他產(chǎn)品中也有報(bào)道，如黑莓在蒸汽熱燙后3 min后花青素類物質(zhì)也會(huì)溶出80%以上［14］。然而經(jīng)熱燙后的紫薯片勻漿后經(jīng)過(guò)淀粉酶和糖化酶的酶解，紫薯汁中花青素含量又顯著上升，甚至高于護(hù)色前紫薯的鮮榨汁。一方面隨著酶解作用使得淀粉大分子變?yōu)樾》肿?，溶液中更多的花青素游離出來(lái);另一方面是酶解前pH值調(diào)為4.5，檸檬酸釋放的H+使得花青素向黃钅羊鹽陽(yáng)離子方向發(fā)展，有效地提高了花青素的穩(wěn)定性［7］。并且本文的酶解條件(90℃，1 h)，對(duì)花青素并無(wú)明顯影響［15］。

經(jīng)不同殺菌方式處理后，花青素含量均出現(xiàn)不同程度的降低，較酶解后的澄清汁相比較，高壓蒸汽滅菌降低50.00%，巴氏殺菌降低15.06%。由此可知高溫會(huì)導(dǎo)致花青素大量損失，所以在生產(chǎn)加工中應(yīng)避免高溫、高壓處理［16］。

2.2 游離糖在加工過(guò)程中的變化

如表1所示，紫薯汁中游離糖主要有果糖、葡萄糖和蔗糖，在加工過(guò)程中紫薯汁中的游離糖含量存在顯著差異(P＜0.05)。從總糖來(lái)看，熱燙、酶解和巴氏殺菌可使游離糖含量增加，尤其是酶解后達(dá)到酶解前的3.50倍，而護(hù)色和高壓蒸汽滅菌使紫薯汁中的游離糖含量減少。沸水熱燙后果糖和葡萄糖分別增加為護(hù)色榨汁的2.32和1.50倍，蔗糖無(wú)明顯變化。吳烈洪等［17-18］對(duì)甘薯蒸煮前后糖分相關(guān)性研究表明，生薯中存在淀粉酶尤其是β-淀粉酶，在蒸煮的過(guò)程中，淀粉經(jīng)過(guò)糊化和糖化，還原糖可增加約117.9%。游離糖的變化中，另一個(gè)很顯著的特點(diǎn)是蔗糖/果糖+葡萄糖比例的變化，酶解前二者的比例大于1，而酶解后小于1。這可能由于本文中采用α-淀粉酶和糖化酶酶解后，紫薯汁果糖和葡萄糖含量大幅增加，致使蔗糖/果糖+葡萄糖比酶解前下降約3.28倍，可能是淀粉酶解后大量生成葡萄糖和果糖所致。

酶解后的紫薯汁過(guò)濾后分別進(jìn)行了巴氏殺菌、高溫蒸汽滅菌。巴氏殺菌的游離糖含量為酶解后的澄清汁的1.23倍，高壓蒸汽滅菌則降低酶解后的31.49%。巴氏殺菌中游離糖含量的增加可能是因?yàn)榈矸勖冈谝欢囟确秶鷥?nèi)仍具有一定的熱穩(wěn)定性［19］，在巴氏殺菌過(guò)程中淀粉酶持續(xù)會(huì)將淀粉轉(zhuǎn)化為果糖和葡萄糖，另一方面是在酸性高溫環(huán)境下，蔗糖會(huì)分解成葡萄糖和果糖［20］。高壓蒸汽滅菌中，還原糖參與美拉德反應(yīng)速度加快［21］，果糖和葡萄糖含量顯著下降。

表1 紫薯汁加工環(huán)節(jié)中游離糖含量Table 1 Free sugars contents in purple sweet potato juice during processing

2.3 加工過(guò)程中游離氨基酸含量變化

游離氨基酸不僅直接形成滋味，而且還是很多風(fēng)味物質(zhì)的前體物質(zhì)［22］。紫薯汁中游離氨基酸的含量變化如表2所示，共檢測(cè)出16種游離氨基酸。紫薯汁中主要的氨基酸為天冬氨酸，其次為谷氨酸和絲氨酸等，甘氨酸、纈氨酸、脯氨酸含量最少。加工過(guò)程顯著影響紫薯汁中的游離氨基酸含量，并且不同的氨基酸含量之間存在著顯著的差異。總氨基酸含量在巴氏滅菌后出現(xiàn)最高值，其次為鮮切片榨汁，而最低值出現(xiàn)在熱燙后。從氨基酸的種類上分析，巴氏滅菌后樣品除丙氨酸、蛋氨酸、胱氨酸外，均為最高值;而熱燙后的樣品除丙氨酸、蛋氨酸、絲氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸，均為最低值。胱氨酸在酶解前的樣品中未檢測(cè)到，而在滅菌過(guò)程中增加，尤其是高壓蒸汽滅菌后為酶解的3.93倍。氨基酸在食品中除了提供營(yíng)養(yǎng)價(jià)值外，還存在呈味性質(zhì)差異［23］。甜味氨基酸主要包括賴氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸，酸味氨基酸主要有天冬氨酸和谷氨酸，苦味氨基酸有組氨酸、蛋氨酸、纈氨酸、精氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸［24-26］。由表4可知護(hù)色對(duì)甜味氨基酸影響較為顯著，酸味和苦味氨基酸變化不大。熱燙后苦味氨基酸顯著下降，甜味和酸味氨基酸變化不大。酶解后甜味氨基酸較前處理顯著增加40.33%，如草莓汁和番茄汁在蛋白酶的作用下丙氨酸和絲氨酸含量明顯上升［27］。在飲料加工中這些游離氨基酸的變化主要是由非酶褐變所導(dǎo)致［28］。

不同的殺菌方式下，巴氏殺菌后甜味氨基酸、酸味氨基酸、苦味氨基酸較殺菌前分別增加1.27、1.55、2.14倍;高壓蒸汽滅菌后甜味氨基酸和苦味氨基酸分別下降為滅菌前的10.81%和22.71%，酸味氨基酸變化不大。就殺菌方式來(lái)看，巴氏殺菌對(duì)樣品中的總氨基酸含量和各種呈味氨基酸的保留率均最高，但酸味和苦味氨基酸含量顯著上升。在滋味研究中，酚類、糖、核苷、蛋白類物質(zhì)均存在著相互的作用［29］。紫薯汁中的氨基酸、花青素、可溶性糖和蛋白對(duì)滋味的影響還有待進(jìn)一步研究。

2.4 加工過(guò)程中可溶性蛋白含量的變化

在紫薯汁的加工過(guò)程中，可溶性蛋白含量隨紫薯汁的加工總體呈下降趨勢(shì)(圖3)。護(hù)色后可溶性蛋白下降為鮮樣的88.88%。熱燙后損失最為嚴(yán)重，下降為護(hù)色后的16.48%。這可能是由于燙漂過(guò)后導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，與脂肪、纖維素、多酚類物質(zhì)結(jié)合水不溶性物質(zhì)［30］，過(guò)濾后損失。另外，在酸性環(huán)境下蛋白質(zhì)發(fā)生水解產(chǎn)生多肽和氨基酸，導(dǎo)致酶解后可溶性蛋白含量持續(xù)降低［31］。巴氏殺菌和高壓蒸汽滅菌對(duì)比后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示高壓蒸汽滅菌可溶性蛋白較高于巴氏殺菌，可能是高溫蒸汽滅菌下更多細(xì)胞破損更多的可溶性蛋白溶出所導(dǎo)致。巴氏殺菌不僅使紫薯汁可溶性蛋白下降，而且長(zhǎng)時(shí)間的殺菌導(dǎo)致產(chǎn)蛋白飲料色澤變暗、黏度下降、穩(wěn)定性變差［32］。

圖3 紫薯汁加工過(guò)程中可溶性蛋白含量Fig.3 Soluble protein content in purple sweet potato juice during processing

3 結(jié)論

在整個(gè)加工過(guò)程中，花青素，游離糖和游離氨基酸變化趨勢(shì)基本一致。護(hù)色后花青素和蔗糖含量顯著降低。熱燙后花青素含量降低為鮮榨的8.19%，可溶性蛋白降低為16.48%，總糖含量降低約87.30%，總氨基酸含量降低約24.00%。但隨后酶解過(guò)程中花青素和游離糖含量回升，并接近鮮榨汁的水平，酶解對(duì)總氨基酸含量變化無(wú)顯著影響，但甜味氨基酸含量顯著上升，為酶解前的1.21倍。酶解有助于紫薯汁中花青素、游離糖和氨基酸含量的增加。巴氏殺菌后的紫薯汁中的花青素、游離糖和氨基酸的保留率高于高壓蒸汽滅菌。

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