陳 西,柳曉丹,張同童,梅曉宏

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

橙汁混濁穩(wěn)定性的研究進(jìn)展

陳 西,柳曉丹,張同童,梅曉宏*

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

橙子榨汁后,果肉顆粒、細(xì)胞壁碎片、橙油微滴、橙皮苷結(jié)晶、細(xì)胞色素及一些無定形物質(zhì)不均勻的分散于水中,使橙汁呈現(xiàn)特殊的不透明或混濁狀態(tài),即“橙混濁態(tài)”。橙混濁態(tài)能提供橙汁的大部分味道、顏色、質(zhì)地、香氣。若橙汁中顆粒過大,會(huì)導(dǎo)致橙汁沉降,產(chǎn)生橙汁混濁穩(wěn)定態(tài)喪失現(xiàn)象。本文綜述了橙混濁態(tài)主要組分,包括果膠、蛋白質(zhì)、纖維素、橙皮苷等，還介紹了橙混濁態(tài)特性及影響橙汁混濁穩(wěn)定性因素,包括果膠甲酯酶作用、甜橙品種與成熟度、酸度和鈣離子、橙混濁態(tài)穩(wěn)定劑。同時(shí)對(duì)在加工及貯藏過程中能夠保持橙汁混濁穩(wěn)定性相關(guān)方法,如添加果膠甲酯酶抑制劑及使用超高壓均質(zhì)、超聲滅菌等“冷殺菌”技術(shù)進(jìn)行全面綜述。通過繼續(xù)深入研究橙混濁態(tài)中各組分相互作用機(jī)制和橙汁加工新技術(shù),可進(jìn)一步改善橙汁在加工、貯藏過程中的混濁穩(wěn)定性,使橙汁飲品在貨架期保持較好狀態(tài)。

橙汁,橙混濁態(tài),穩(wěn)定性,果膠甲酯酶

橙汁是柑橘類水果中甜橙榨汁后所得混濁果汁,富含維生素、礦質(zhì)元素、膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)成分,有較高保健價(jià)值;且橙汁具有誘人的色澤和香氣,有較好的市場(chǎng)前景。中國(guó)橙汁消費(fèi)量逐年升高,但國(guó)內(nèi)橙汁產(chǎn)量不能滿足需求,需要從國(guó)外購(gòu)買濃縮橙汁。為提高國(guó)內(nèi)橙汁產(chǎn)量,應(yīng)使用合適的橙汁生產(chǎn)加工技術(shù),提高橙汁質(zhì)量。

橙子榨汁后,果肉顆粒、細(xì)胞壁碎片、橙油微滴、橙皮苷結(jié)晶、細(xì)胞色素及一些無定形物質(zhì)不均勻的分散于水中,使橙汁呈現(xiàn)特殊的不透明或混濁狀態(tài),即“橙混濁態(tài)”。橙混濁態(tài)能提供橙汁的大部分味道、顏色、質(zhì)地、香氣。商業(yè)上需要橙汁在加工、貯藏時(shí)維持穩(wěn)定的混濁狀態(tài),具有較長(zhǎng)的貨架期,故需要了解橙混濁態(tài)組成及特性,影響橙混濁態(tài)穩(wěn)定性因素,以及能保護(hù)橙汁混濁穩(wěn)定性的技術(shù)手段。本文將對(duì)以上方面的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 橙混濁態(tài)

橙混濁態(tài)中粒子主要由柑橘類果實(shí)中完全分離的果膠、纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)及橙皮苷等構(gòu)成[1],其中,蛋白質(zhì)含量最多,約占干重的50%左右;而果膠的含量次之,約為30%。

橙混濁態(tài)中顆粒大小一般在0.4～5 μm之間[2],通常是那些小于2 μm的顆粒能呈現(xiàn)更穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。如Busli發(fā)現(xiàn)橙汁顆粒介于1～2 μm時(shí),橙汁具有較好的穩(wěn)定性[3]。橙混濁態(tài)是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),全面研究其主要組分有助于了解其特性。

1.1 橙汁混濁組分中果膠

1.1.1 果膠結(jié)構(gòu) 果膠(圖1)的主鏈由D-半乳糖醛酸以α-(1-4)糖苷鍵縮合而成,側(cè)鏈有半乳糖、鼠李糖(Rha)、阿拉伯糖等中性糖分子。果膠按結(jié)構(gòu)不同可分為半乳糖醛酸聚糖(HG)、鼠李半乳糖醛酸聚糖I(RGI)和鼠李半乳糖醛酸聚糖II(RGII),這三類多糖又可共價(jià)結(jié)合為更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。當(dāng)果膠分子的Rha/GalA比值在0.05～1.00之間時(shí),其結(jié)構(gòu)主要為RGI型;當(dāng)比值低于0.05時(shí),結(jié)構(gòu)主要為HG和RGII型[4]。支梓鑒等測(cè)定從柑橘果肉中提取果膠的Rha/GalA值在0.20～0.26之間,高于0.05,可認(rèn)為果肉果膠組分以RGI型結(jié)構(gòu)為主[5]。

柑橘果膠含150～500個(gè)半乳糖醛酸(GalA)殘基,主要存在于柑橘類水果的果皮中,占柑橘皮干重的10%～30%,在柑橘果實(shí)不同生長(zhǎng)階段以原果膠、果膠、果膠酸形式存在,這三種形式的溶解度和酯化度均有不同[6-7]。果膠半乳糖醛酸殘基甲基化程度及模式直接影響果膠多糖的物理化學(xué)性質(zhì),如膠凝特性及與鈣離子的交聯(lián)特性等[8-9]。柑橘果皮果膠多為高酯果膠,而果肉果膠多是低酯果膠。天然橙汁中果膠的相對(duì)分子量在20～300 kDa之間;橙汁沉淀后,沉淀組分中果膠分子量為1500 kDa,此時(shí)果膠分子大量聚集,發(fā)生沉淀。橙汁混濁物中果膠可溶性糖組分主要是鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、果糖等。

圖1 柑橘果膠主要結(jié)構(gòu)圖[10]Fig.1 The main structure of citrus pectin[10]

1.1.2 果膠的結(jié)構(gòu)特性 果膠的結(jié)構(gòu)特性包括果膠酯化度、甲氧基區(qū)域分布程度、流變性等,果膠的這些結(jié)構(gòu)特性對(duì)果膠與橙汁中其他物質(zhì)的相互作用或果膠甲酯酶(EC:3.1.1.11)對(duì)果膠的作用均有影響。

1.1.2.1 果膠酯化度 果膠酯化度(degree of methylation,DM)能反映果膠分子中半乳糖醛酸單位上羧基酯化(絕大多數(shù)是形成甲酯)的程度[11]。橙汁光密度值(OD)和橙汁中果膠DM呈正相關(guān),橙汁加入有機(jī)試劑后離心可分為可溶性和不溶性組分,不溶性組分具有較低的DM[12]。Ashley等將從冷凍濃縮橙汁中提取的果膠經(jīng)果膠甲酯酶不同程度酶解,得不同OD值的果膠溶液,初始穩(wěn)定的冷凍濃縮橙汁中果膠OD值是2.202,最大程度酶解后橙汁分層時(shí)漿液的OD值是0.107。用堿滴定和返滴定測(cè)定不同OD值果膠的DM值,發(fā)現(xiàn)隨光密度值從2.202降到0.109,DM值從74.7%降到19.6%,兩者正相關(guān),高DM果膠有利于橙汁維持穩(wěn)定性[13]。

1.1.2.2 甲氧基區(qū)域分布程度 果膠鏈上甲氧基區(qū)域分布程度(Degree of blockiness,DB)有區(qū)域分布和隨機(jī)分布兩種類型,前者DB值高于后者,DB值高有利于形成果膠鈣凝膠。利用半乳糖醛酸酶專一性地降解果膠鏈,切斷未酯化GalA之間的糖苷鍵,使果膠鏈中未酯化的GalA以單體、二聚體、三聚體的形式釋放出來。DB等于被半乳糖醛酸酶釋放的低聚物總數(shù)與未酯化GalA總數(shù)之比。DM和DB呈負(fù)相關(guān),但DB不能反映DM的變化,因此與果膠鈣凝膠特性相關(guān)性不大[14-15],為了得到更準(zhǔn)確的甲氧基的分布與凝膠特性的定量關(guān)系,提出了絕對(duì)甲氧基區(qū)域分布程度(absolute degree of blockiness,DBabs)的概念。DBabs與DB的不同之處是,DBabs計(jì)算的分母是GalA殘基總數(shù)(酯化GalA和未酯化GalA之和)[16]。與DB相比,絕對(duì)甲氧基區(qū)域分布程度(DBabs)與DM值有很強(qiáng)的相關(guān)性[17]。Willats等分別用堿法和酶法脫去果膠分子甲氧基,得到半乳糖醛酸片段,進(jìn)行果膠鈣凝膠并測(cè)定其DBabs,發(fā)現(xiàn)DBabs與果膠鈣凝膠強(qiáng)度有一定相關(guān)性[18]。

1.1.2.3 果膠流變性 果膠的流變學(xué)特性主要包括粘度特性以及膠凝特性分析等,分析流變學(xué)是為了評(píng)估果膠與鈣交聯(lián)的敏感性。鈣敏性是果膠溶液中加入Ca2+后粘度增加[19]。有研究表明:Ca2+的加入,使高酯果膠溶液的粘彈性增大,利于其形成凝膠;也有研究證實(shí)高酯果膠有鈣敏性,其凝膠速度和凝膠強(qiáng)度受到Ca2+影響[20]。鈣敏性越強(qiáng),沉淀率越少,果汁混濁體系越穩(wěn)定。

Koubala等比較了芒果、加耶檬和商業(yè)檸檬中果膠的流變學(xué)和凝膠特性,發(fā)現(xiàn)草酸銨萃取的果膠比鹽酸萃取的果膠具有較高的凝膠形成能力,芒果皮果膠形成的凝膠強(qiáng)度要大于加耶檬果皮果膠,果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)也會(huì)極大的影響凝膠強(qiáng)度[21]。Yapo等研究了果膠的不同純化過程對(duì)果膠凝膠特性的影響,比較醇沉果膠、透析果膠與金屬離子沉淀果膠形成的凝膠特性。結(jié)果顯示:金屬離子沉淀果膠最快形成凝膠且凝膠強(qiáng)度最強(qiáng)[22]。

果膠與鈣形成的凝膠的結(jié)構(gòu)特性指標(biāo)是G′和G″[23]。儲(chǔ)能模量G′用于測(cè)定粘彈性固體儲(chǔ)存的能量,與組成分子的交聯(lián)密度(或果膠區(qū)塊度)相關(guān)。損耗模量G″則代表能量作為熱量耗散和凝膠基質(zhì)中的液體成分[24]。將G′/G″比值記做tanδ,表示基質(zhì)的相對(duì)流動(dòng);tanδ<1表示存在有序的分子,而tanδ>1表示粒子混亂無序,基質(zhì)呈現(xiàn)液體狀[25-26]。橙汁混濁物沉淀中后期,tanδ<1,均能在橙汁中觀察到凝膠形成。凝膠形成通常與DM相關(guān),隨DM降低,G′和G″升高[13]。不同酯化度果膠膠凝后會(huì)形成不同理化特性的柔韌的凝膠,根據(jù)形成形式不同,凝膠有不同的熱可逆性和強(qiáng)度。陽離子介導(dǎo)的果膠交聯(lián)能保護(hù)果汁混濁穩(wěn)定態(tài),故果膠在果醬、果凍、飲料加工中能作為增稠劑或懸浮劑[27]。

1.2 橙汁混濁組分中蛋白質(zhì)

Klavons等研究市售橙汁中蛋白質(zhì)的性質(zhì),得出結(jié)論:商業(yè)橙汁中提取出的蛋白質(zhì)是復(fù)雜的異構(gòu)物質(zhì),比重超過混濁物質(zhì)總重量的50%,其中少量蛋白顆粒在橙汁加工時(shí)形成[28]。蛋白質(zhì)的化學(xué)和物理特性受環(huán)境(橙汁上清液的pH和離子強(qiáng)度)影響。橙汁蛋白質(zhì)中,質(zhì)量分?jǐn)?shù)53%的蛋白質(zhì)是不溶性的,包括橙中不溶性蛋白及小部分的蛋白-果膠復(fù)合體;30%是混濁態(tài)組分中低分子量復(fù)合體;剩下的17%通過共價(jià)鍵與半纖維素等其他物質(zhì)連接。

Ilan Shomer研究參與Valencia橙汁混濁不穩(wěn)定性的蛋白質(zhì),發(fā)現(xiàn)橙皮外皮(flavedo)提取物的可溶性蛋白質(zhì)受熱會(huì)凝固,而白皮層(Albedo)提取物蛋白質(zhì)無熱凝固現(xiàn)象[29]。在Shamouti橙汁中不可溶性物質(zhì)和醇不溶性漿液固體分別含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%和12%的蛋白質(zhì),其中醇不溶性漿液固體蛋白質(zhì)由少量多肽、肽與多聚體結(jié)合的復(fù)雜體、游離氨基酸構(gòu)成。Ze Yun等利用蛋白質(zhì)組學(xué),雙向凝膠電泳結(jié)合質(zhì)譜測(cè)出了西柚果肉中100余種蛋白質(zhì),查詢數(shù)據(jù)庫后確定了其中的63種蛋白質(zhì),呈現(xiàn)了一種新的測(cè)定柑橘類水果中蛋白質(zhì)組分的方法[30]。橙汁混濁組分中還含有多種氨基酸,陳金在胡柚汁中加入酸性蛋白酶,使其中大分子蛋白質(zhì)降解為多肽或氨基酸,且隨著酸性蛋白酶添加量的增加氨基酸呈上升趨勢(shì),而酸性蛋白酶對(duì)胡柚汁的粘度及可溶性果膠影響不明顯[31]。

1.3 橙汁混濁組分中纖維素

纖維素是由纖維素二糖為重復(fù)單元,通過β-1,4-D-糖苷鍵連接而成的線性大分子,化學(xué)結(jié)構(gòu)式為(C6H10O5)n,n為纖維素的聚合度[32]。纖維素是自然界中來源最廣泛、含量最豐富的天然高分子,具有聚合度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、力學(xué)性能優(yōu)良等特性。纖維素被人體攝入后經(jīng)體內(nèi)分解具有束縛營(yíng)養(yǎng)成分或致癌物的作用。

每100 g橙汁中總纖維素含量約為9～11 g,含量受原料種類、榨汁技術(shù)等因素影響。纖維素組成按含量高低為果膠、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。柑橘類水果含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.39%～18.22%可溶性纖維,如檸檬果肉的可溶性纖維約為18.22%[33]。祝淵等測(cè)定柑橘類水果檸檬、柚子、蜜柑、橘子、臍橙、胡柚中總膳食纖維、木質(zhì)素、總果膠、原果膠的含量,發(fā)現(xiàn)這些柑橘類水果均含較高的纖維含量。其中,檸檬的果皮和果肉中纖維含量最高,可據(jù)此探究檸檬皮廢渣的利用[34]。

1.4 橙汁混濁組分中橙皮苷

柑橘類果汁中黃酮類物質(zhì)含量較低,約為果汁質(zhì)量的1%～5%。常見的黃酮類物質(zhì)如橙皮苷、柚皮苷、新橙皮苷等在柑橘皮中質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于6%,柚皮中柚皮苷含量大于7%,且不同品種產(chǎn)地的柑橘皮中橙皮苷含量也不同[35]。巖崎從溫州蜜柑糖液中提取出白濁物質(zhì),是微細(xì)的白色針狀結(jié)晶和不定形物質(zhì)的混合物。其結(jié)晶物質(zhì)是橙皮苷,它占白色混濁物質(zhì)總量的57.3%,而其無定形物質(zhì)是果膠和蛋白質(zhì),白濁的主要原因是橙皮苷的結(jié)晶析出,即橙皮苷由可溶型向不溶型變化,溶解在糖液中橙皮苷結(jié)合親水集團(tuán),親水基團(tuán)又可結(jié)合沉淀變性的高分子蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)果膠復(fù)合體,使橙皮苷轉(zhuǎn)為不溶型沉淀[36]。而Shalom等運(yùn)用模擬體系,發(fā)現(xiàn)橙皮苷與果膠結(jié)合是否穩(wěn)定取決于橙皮苷與果膠的比率及果膠分子的相對(duì)分子量大小,其測(cè)定的橙皮苷與果膠穩(wěn)定結(jié)合比例為1∶4.4[37]。

2 影響橙汁混濁狀態(tài)的因素

橙汁中混濁物質(zhì)在果膠甲酯酶作用或其他因素作用下沉淀后,發(fā)生橙汁混濁穩(wěn)定態(tài)喪失現(xiàn)象。表現(xiàn)為柑橘果汁中固體顆粒與液相上清分離分層,上層為淡黃色液體,底部有橙色沉淀[38]。主要原因是橙汁中內(nèi)源性果膠甲酯酶脫去果膠甲氧基,使果膠酯化度降低,低甲酯化果膠與鈣離子結(jié)合生成不溶性的果膠酸鈣鹽,吸附果蔬汁中的果肉微粒及其他混濁成分。橙汁失去混濁穩(wěn)定性的主要因素是果膠甲酯酶對(duì)果膠的脫脂化作用,但還有一些其他因素的影響,如混濁組分及其顆粒大小,制備橙汁的甜橙原料的品種和成熟度,橙汁的酸度和是否存在鈣離子等[39-40]。對(duì)這些因素加以控制,能達(dá)到維持橙汁混濁穩(wěn)定性的目的。

2.1 果膠甲酯酶

果膠甲酯酶是羧酸酯水解酶,催化果膠脫去甲氧基,形成果膠凝膠或果膠酸鈣鹽[1]。

Versteeg等從橙汁中分離出3種果膠甲酯酶同工酶,其中2種是熱敏性的,70 ℃加熱后失活,另一種耐熱,90 ℃才會(huì)失活。當(dāng)把不耐熱的同工酶加入橙汁中,橙汁澄清很慢,而耐熱的果膠甲酯酶同工酶能快速澄清橙汁[41]。Wicker等發(fā)現(xiàn)加入果膠甲酯酶后橙汁澄清程度與果膠甲酯酶活性正相關(guān)。在重組橙汁中加入1.2 U/mL 果膠甲酯酶,橙汁顆粒粒徑增加,透明度(%T)增加,4 ℃貯存13 d未發(fā)生澄清。此外,橙汁中無果膠甲酯酶存在時(shí),加入陽離子不會(huì)改變橙汁的粒徑和透明度;若在樣本中加入果膠甲酯酶后再加入陽離子,橙汁粒徑增大,2 d后發(fā)生澄清[42]。鐘琳研究發(fā)現(xiàn),滅酶后果膠含量高的橙汁在貯存初期混濁穩(wěn)定性較好,因在鈍化果膠甲酯酶的同時(shí)增加了蛋白質(zhì)和可溶性果膠的溶出,這些物質(zhì)有助于橙汁保持混濁穩(wěn)定性;但隨貯藏時(shí)間延長(zhǎng),橙汁成分在其他因素的作用下發(fā)生變化,天然橙汁混濁物質(zhì)部分沉淀[43]。

2.2 甜橙品種和成熟度

Topuz等分析四個(gè)不同甜橙品種時(shí)發(fā)現(xiàn),甜橙的品種特性及生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件是造成果實(shí)生理品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有區(qū)別的主要原因,不同品質(zhì)甜橙的果實(shí)大小、體積、重量、果實(shí)密度和干物質(zhì)含量、VC含量、糖酸含量及礦物質(zhì)含量均有不同[44]。不同品種甜橙的糖酸比及果膠、蛋白質(zhì)、多酚等物質(zhì)的含量均有差異,故所制橙汁在貯藏時(shí)混濁穩(wěn)定性不相同。即使品種相同的甜橙,也會(huì)因成熟度的不同具有不同的組成成分或組分含量,這些甜橙加工所得橙汁也會(huì)具有不同的穩(wěn)定性。Busli研究三種市售甜橙制得的橙汁的混濁穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)晚熟伏令夏橙混濁穩(wěn)定性最好,其次是中熟鳳梨橙,早熟哈姆林混濁穩(wěn)定性最差[3]。

2.3 橙汁酸度和鈣離子

酸度的變化對(duì)橙汁穩(wěn)定性也有影響,酸能使混濁組分中蛋白質(zhì)、果膠等物質(zhì)相互作用,使天然橙汁逐步喪失混濁穩(wěn)定性[45]。Ellerbee等研究pH和鈣離子對(duì)橙汁混濁穩(wěn)定性影響,比較橙汁中添加草酸銨及pH4.0和5.5的橙汁中混濁物穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)只有不含草酸銨,pH4.0的橙汁組貯藏3周時(shí)發(fā)生澄清。粒徑分析顯示pH4.0的樣本比pH5.5的樣本顆粒大,這是因?yàn)椴菟徜@中鈣離子能與果膠形成鈣橋阻止沉淀生成[46]。Krop等將草酸銨加入含有果膠甲酯酶的重組橙汁,通過測(cè)定濁度及橙汁貯存2周后釋放的甲醇,研究鈣離子對(duì)澄清的作用。結(jié)果顯示,含有活性果膠甲酯酶的橙汁加入草酸銨后貯存2周仍能保持橙汁穩(wěn)定[47]。Croak等使用鈣螯合劑,通過測(cè)定加入EDTA后pH3.8橙汁中果膠甲酯酶增加的水平,得出結(jié)論:在外加的果膠甲酯酶體積分?jǐn)?shù)達(dá)到天然橙汁中10倍時(shí)(15～24 U/mL),即使鈣離子缺乏,橙汁也不穩(wěn)定[48]。

2.4 穩(wěn)定劑

天然橙汁會(huì)隨時(shí)間凝聚沉降,生成不可逆的聚集體,故在橙汁中加入穩(wěn)定劑(clouding agent,CA)能維持果汁一定的濁度;CA還能使飲料具有一定的風(fēng)味、色澤、口感。最早使用溴化植物油作為合成添加劑,但后來隨著對(duì)天然添加劑的需求,限制了溴化植物油的使用,轉(zhuǎn)而研究CA。Jasentuliyan等在果膠溶液中加入大豆分離蛋白,優(yōu)化果膠和大豆分離蛋白比例,以得到更穩(wěn)定的果膠溶液[49]。

橙子榨汁時(shí),50%的重量被棄去,包括果皮、膜、汁囊和種子,從這些廢物中獲得的副產(chǎn)品能增加橙汁產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值?？蓮闹刑崛〕鳇S酮類物質(zhì)[50]、芳香成分、類胡蘿卜素、膳食纖維濃縮物[51],作為混濁汁飲料的CA來源。用酶法提取果皮中CA可不降低可溶性固形物和色素含量。

3 提高橙汁混濁穩(wěn)定性方法

3.1 果膠甲酯酶抑制劑

Balestrieri等在獼猴桃中發(fā)現(xiàn)一種對(duì)多種植物中果膠甲酯酶均有抑制作用的糖蛋白,命名為果膠甲酯酶抑制劑(pectin methylesterase inhibitor,PMEI)[50]。PMEI相對(duì)分子量大小為28 kDa,在pH3.5～7.5有活性作用,但對(duì)其他多聚糖酶,如真菌和細(xì)菌果膠甲酯酶無抑制作用。獼猴桃果膠甲酯酶抑制劑能與果膠甲酯酶的活性部位以非共價(jià)鍵的形式結(jié)合,形成復(fù)合物,抑制PME的活性[53]。Casstaldo等將獼猴桃果膠甲酯酶抑制劑加入橙汁中,5 ℃貯存,橙汁能保持9個(gè)月的混濁態(tài)穩(wěn)定[54]。從獼猴桃中提取PMEI工藝難、產(chǎn)量低,故可利用基因工程技術(shù),體外大量表達(dá)PMEI蛋白。如梅曉宏等將獼猴桃果膠甲酯酶抑制劑基因轉(zhuǎn)入巴斯德畢赤酵母菌KM71中,獲得重組菌株,PMEI蛋白表達(dá)量能達(dá)0.2 g/L[55]。之后將巴斯德畢赤酵母菌KM71換為GS115,能提高蛋白表達(dá)量至700.302 mg/L[54]。Aguayo等通過上調(diào)植物內(nèi)編碼PMEI上游基因PMEI的表達(dá)抑制PMEI的表達(dá),降低種子甲酯化程度[57]。

3.2 橙汁加工新技術(shù)

傳統(tǒng)的熱處理方法加工橙汁雖有較好的滅菌效果,但會(huì)損失橙汁的風(fēng)味和色澤。因此,應(yīng)用一種新的生產(chǎn)加工方法,既能抑菌、鈍化酶活性[58],又能盡可能保留橙汁穩(wěn)定狀態(tài),減少色澤、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和香氣的損失,在橙汁加工產(chǎn)業(yè)有重要意義[59]。近幾年對(duì)冷殺菌技術(shù)研究較多,如超高壓殺菌、超聲波殺菌、高壓脈沖電場(chǎng)殺菌、微波殺菌、紫外殺菌等。下面主要介紹應(yīng)用較廣的超高壓殺菌和超聲波殺菌。

3.2.1 超高壓殺菌技術(shù) 超高壓殺菌技術(shù)的原理是使用液態(tài)介質(zhì)加工食品原料,可保持食品原有的風(fēng)味色澤,對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分破壞較小[60]。故超高壓殺菌技術(shù)處理的橙汁與熱處理的相比,既有較好的抑菌鈍酶效果,還能保持較長(zhǎng)時(shí)間的混濁穩(wěn)定狀態(tài)[61]。此外,超高壓處理后食品內(nèi)部組織均一,能一定程度保護(hù)橙汁混濁狀態(tài)。

Irwe等[62]和Nienaber等[63]分別用400 MPa或600 MPa的超高壓處理橙汁2 min,均可鈍化90%體積分?jǐn)?shù)的果膠甲酯酶活性,且不影響橙汁化學(xué)組成成分。超高壓均質(zhì)技術(shù)能減小果蔬汁中果肉顆粒的平均直徑,影響粒度分布,并且均質(zhì)壓力越大,對(duì)顆粒粒徑的影響越顯著[64]。如用20 MPa均質(zhì)處理橙汁,橙汁的顆粒平均直徑由1 mm降至100 μm,且隨著均質(zhì)壓力和均質(zhì)次數(shù)的增加,顆粒平均直徑和粒度分布范圍降低[65]。而已有實(shí)驗(yàn)證明橙汁顆粒平均粒徑越小,粒子在橙汁中分布越趨于均勻,故超高壓技術(shù)能提高橙汁混濁穩(wěn)定性[43]。

3.2.2 超聲波殺菌技術(shù) 超聲波殺菌技術(shù)的原理是機(jī)械波的振蕩[66],與熱處理相比,超聲處理能較好地保持橙汁原有的色澤、香氣和營(yíng)養(yǎng)。之前已有將超聲技術(shù)運(yùn)用于橙汁滅菌的報(bào)道,如Tiwari等用超聲加工橙汁,發(fā)現(xiàn)處理后橙汁的酸度和還原糖無明顯變化,但酶促褐變情況有較大改善,說明超聲技術(shù)在鈍化酶方面有較好效果[67]。一定程度可鈍化橙汁中內(nèi)源性果膠甲酯酶,而果膠酯酶是橙汁喪失混濁穩(wěn)定性的主要原因,故超聲波殺菌技術(shù)可提高橙汁混濁穩(wěn)定性。超聲處理對(duì)果膠結(jié)構(gòu)有一定影響,Zhang用超聲波法處理柑橘果膠,發(fā)現(xiàn)機(jī)械波振蕩30 min能將果膠平均分子量從464 kDa降到296 kDa,但不改變果膠的酯化度和可溶糖組成,即將果膠由大聚集體打散成小聚集體,猜測(cè)若用超聲處理橙汁,能使橙汁中果膠分子量降低,分布更加均勻,維持橙汁混濁穩(wěn)定性[68]。

4 結(jié)論

本文介紹了橙混濁態(tài)物質(zhì)的主要組分、各組分的特性及相互作用。綜述了影響橙汁混濁穩(wěn)定性的因素,包括果膠甲酯酶的作用,甜橙品種和成熟度,橙汁酸度和鈣離子,添加穩(wěn)定劑等。同時(shí)對(duì)提高橙汁混濁穩(wěn)定性的相關(guān)方法,如果膠甲酯酶抑制劑及超高壓均質(zhì)和超聲波殺菌技術(shù)加以總結(jié)和分析。通過繼續(xù)深入研究混濁態(tài)物質(zhì)各組分相互作用機(jī)制和橙汁加工新技術(shù),可進(jìn)一步改善橙汁在加工、貯藏過程中的混濁穩(wěn)定性。

[1]Polydera AC,Galanou E,Stoforos NG,et al. Inactivation kinetics of pectin methylesterase of greek Navel orange juice as a function of high hydrostatic pressure and temperature process conditions[J].Journal of Food Engineering,2004,62(3):291-298.

[2]Klavons JA,Bennett RD,Vannier SH. Physicalchemical nature of pectin associated with commercial orange juice cloud[J]. Journal of Food Science,1994,59(2):399-401.

[3]Buslig BS,Carter RD. Particle size distribution in orange juices[J].Proceedings of Florida State Horticultural Society,1974,87:302-305.

[4]支梓鑒,鄒明明,李珊,等.柑橘果肉果膠的流變和結(jié)構(gòu)特性[J]. 高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào),2016,37:1175-1181.

[5]Schols H A,Voragen A G. Complex pectins:Structure elucidation using enzymes[J]. Biotechnology Programs,1996(14):3-19.

[6]Coenen G,Bakx E,Verhoef R,et al. Identification of the connecting linkage between homo-or xylogalacturonan and rhamnogalacturonan type[J].Carbohydrate Polymers,2007,70(22):224-235.

[7]Yapo BM,Lerouge P,Thibault JF,et al. Pectins from citrus peel cell walls contain homogalacturonans homogenous with respect to molar mass,rhamnogalacturonan I and rhamnogalacturonan II[J].Carbohydrate Polymers,2007,69(3):426-435.

[8]Tanhatan-Nasseri A,Crépeau MJ,Thibault JF,et al. Isolation and characterization of model homogalacturonans of tailored methylesterification patterns[J].Carbohydrate Polymers,2011,86(3):1236-1243.

[9]Liners F,Thibault JF,Van Cutsem P. Influence of the degree of polymerization of oligogalacturonates and of esterification pattern of pectin on their recognition by monoclonal antibodies[J]. Plant Physiology,1992,99(3):1099-1104.

[10]魏子淏,楊偉,劉夫國(guó),等. 改性柑橘果膠研究進(jìn)展[J].中國(guó)食品添加劑,2014(3):194-200.

[11]Baker RA. Clarifying properties of pectin fractions separated by ester content[J].J Agr Food Chem,1979,27(6):1387-1389.

[12]Daas PJ,Voragen AG,Schols HA. Characterization of non-esterified galacturonic acid sequences in pectin with endopolygalacturonase[J].Carbohydrate Research,2000,326(2):120-129.

[13]Galant AL,Widmer WW,Luzio GA,et al. Characterization of molecular structural changes in pectin during juice cloud destabilization in frozen concentrated orange juice[J].Food Hydrocolloids,2014,41:10-18.

[14]Guillotin S,Bakx E,Boulenguer P,et al. Populations having different GalA blocks characteristics are present in commercial pectins which are chemically similar but have different functionalities[J].Carbohydrate Polymers,2005,60(3):391-398.

[15]Chen EM,Mort AJ. Nature of sites hydrolyzable by endopolygalacturonase in partially-esterified homogalacturonans[J].Carbohydrate Polymers,1996,29(2):129-136.

[16]黃雪松,郭秀君. 影響果膠鈣凝膠形成的因素以及果膠鈣凝膠應(yīng)用[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2013,39(12):145-151.

[17]Thakur BR,Singh RK,Handa AK,et al. Chemistry and uses of pectin-a review[J].Critical Reviews in Food Science & Nutrition,1997,37(1):47-73.

[18]Willats WG,Orfila C,Limberg G,et al. Modulation of the Degree and Pattern of Methyl-esterification of Pectic Homogalacturonan in Plant Cell Walls implications for pectin methyl esterase action,matrix properties,and cell adhesion[J]. Journal of Biological Chemistry,2001,276(22):19404-19413.

[19]Fry SC. Cross-linking of matrix polymers in the growing cell walls of angiosperms[J].Annual Review of Plant Physiology,1986,37(1):165-186.

[20]Morris E,Powell D,Gidley M,et al. Conformations and interactions of pectins:IPolymorphism between gel and solid states of calcium polygalacturonate[J].Journal of Molecular Biology,1982,155(4):507-516.

[21]Koubala BB,Kansci G,Garnier C,et al. Rheological and high gelling properties of mango(Mangiferaindica)and ambarella(Spondiascytherea)peel pectins[J].International Journal of Food Science & Technology,2009,44(9):1809-1817.

[22]Yapo BM. Biochemical characteristics and gelling capacity of pectin from yellow passion fruit rind as affected by acid extractant nature[J].J Agr Food Chem,2009,57(4):1572-1578.

[23]Powell D,Morris E,Gidley M,et al. Conformations and interactions of pectins:II Influence of residue sequence on chain association in calcium pectate gels[J].Journal of Molecular Biology,1982,155(4):517-531.

[24]Rees D,Wight A. Polysaccharide conformation Part VII. Model building computations forα-1,4 galacturonan and the kinking function of L-rhamnose residues in pectic substances[J]. Journal of the Chemical Society B:Physical Organic,1971,1:1366-1372.

[25]Audebrand M,Kolb M,Axelos MA. Combined rheological and ultrasonic study of alginate and pectin gels near the sol-gel transition[J].Biomacromolecules,2006,7(10):2811-2817.

[26]Espinosa-Muioz L,Renard C,Symoneaux R,et al. Structural parameters that determine the rheological properties of apple puree[J].J Food Eng,2013,119(3):619-626.

[27]Galant AL,Luzio GA,Widmer WW,et al. Compositional and structural characterization of pectic material from Frozen Concentrated Orange Juice[J].Food Hydrocolloids,2014,35:661-669.

[28]Klavons JA,Bennett RD. The nature of the protein constituent of commercial lemon juice cloud[J].J Agr Food Chem,1985,33(4):708-712.

[29]Shomer I,Yefremov T,Merin U. Involvement of proteins in cloud instability of Shamouti orange[Citrussinensis(L)Osbeck]juice[J].J Agr Food Chem,1999,47(7):2623-2631.

[30]高潔,湯烈貴. 纖維素科學(xué)[M]. 北京:科學(xué)出版社,1999.

[31]陳金. 胡柚果汁混濁態(tài)喪失的原因探討及超高壓均質(zhì)處理對(duì)其穩(wěn)定性的影響[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[32]魏紅,徐宏偉,鐘紅艦,等. 膳食纖維的應(yīng)用及檢測(cè)方法[J].海峽預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2004,10(2):25-27.

[33]董文成. 柑橘果實(shí)膳食纖維物化特性及其性能表征研究[M]. 杭州:浙江大學(xué),2015.

[34]祝淵,陳力耕,胡西琴. 柑橘果實(shí)膳食纖維的研究[J].果樹學(xué)報(bào),2003,20(4):256-260.

[35]容艷筠. 酶制劑在果汁澄清中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].科技與創(chuàng)新,2015,14:10-11.

[36]鄭耀秋. 糖水桔子罐頭白色混濁問題[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1981,2(p):12-13.

[37]Ben SN,Pinto R,Kanner J,et al. Model system of natural orange juice cloud:effect of calcium on hesperidin-pectin particles[J].Journal of Food Science,1985,50(4):1130-1132.

[38]Baker RA. Role of Pectin In Citrus Quality And Nutrition[J]. Abstr Pap Am Chem S,1980,179(26):45-49.

[39]Bruemmer JH. Relationship between enzymes and quality of citrus-fruit and their products[J].Abstr Pap Am Chem S,1980,179:46-50.

[40]Shomer I. Protein coagulation cloud in citrus-fruit extract .1. formation of coagulates and their bound pectin and neutral sugars[J]. J Agr Food Chem,1991,39:2263-2266.

[41]Versteeg C,Rombouts F,Spaansen C,et al. Thermostability and orange juice cloud destabilizing properties of multiple pectinesterases from orange[J].Journal of Food Science,1980,45(4):969-971.

[42]Wicker L,Ackerley J,Corredig M. Clarification of juice by thermolabile Valencia pectinmethylesterase is accelerated by cations[J].J Agr Food Chem,2002,50(14):4091-4095.

[43]鐘琳. 橙汁混濁穩(wěn)定性研究[M].重慶:西南大學(xué),2010.

[44]Topuz A,Topakci M,Canakci M,et al. Physical and nutritional properties of four orange varieties[J].J Food Eng,2005,66(4):519-523.

[45]高彥祥,方政. 柑橘類果汁混濁穩(wěn)定化研究進(jìn)展[J].飲料工業(yè),2004,7(5):11-16.

[46]Ellerbee L,Wicker L. Calcium and pH influence on orange juice cloud stability[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2011,91(1):171-177.

[47]Krop J,Pilnik W. Effect of pectic acid and bivalent cations on cloud loss of citrus juice[J].Lebensmitt Wissensch Technol,1974,1(1):1-2.

[48]Croak S,Corredig M. The role of pectin in orange juice stabilization:effect of pectin methylesterase and pectinase activity on the size of cloud particles[J].Food Hydrocolloids,2006,20(7):961-965.

[49]Jasentuliyana N,Toma R,Klavons J,et al. Beverage cloud stability with isolated soy protein[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,1998,78(3):389-394.

[50]Arriaga F. Aprovechamiento de subproductos citricos:Flavonoides,Alimentacion[J].Equipos y Tecnología,1989,1:173-179.

[51]Cameron RG,Baker RA,Grohmann K. Citrus tissue extracts affect juice cloud stability[J].Journal of Food Science,1997,62(2):242-245.

[52]Balestrieri C,Castaldo D,Giovane A,et al. A glycoprotein inhibitor of pectin methylesterase in kiwi fruit(Actinidiachinensis)[J].European Journal of Biochemistry,1990,193(1):183-187.

[53]Giovane A. Kiwi protein inhibitor of pectin methylesterase amino-acid sequence and structural importance of two disulfide bridges[J].Eur J Biochem,2000,267:456-465.

[54]Castaldo D,Lovoi A,Quagliuolo L,et al. Orange juices and concentrates stabilization by a proteic inhibitor of pectin methylesterase[J].Journal of Food Science,1991,56(6):1632-1634.

[55]梅曉宏,高紅巖,羅云波. 不同發(fā)酵條件對(duì)重組獼猴桃果膠甲酯酶抑制劑表達(dá)量的影響[J].食品科技,2007,32(5):37-40.

[56]李曉紅,柳倩,王蓓,等. 重組獼猴桃果膠甲酯酶抑制劑發(fā)酵條件優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技,2016,3(4):134-137.

[57]Saez-Aguayo S,Ralet M-C,Berger A,et al. North HMpectin methylesterase inhibitor6 promotes Arabidopsis mucilage release by limiting methylesterification of homogalacturonan in seed coat epidermal cells[J].The Plant Cell,2013,25(1):308-323.

[58]吳晗,張?jiān)拼?韓清華,等. 果汁超高壓加工技術(shù)的研究進(jìn)展[J].包裝與食品機(jī)械,2011,29(1):42-45.

[59]黃麗. 食品超高壓加工技術(shù)研究進(jìn)展[J].廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,2(2):46-49.

[60]Adapa S,Schmidt KA,Toledo R. Functional properties of skim milk processed with continuous high pressure throttling[J].J Dairy Sci,1997,80(9):1941-1948.

[61]趙玉生,趙俊芳. 食品工業(yè)中超高壓滅菌技術(shù)[J].糧食與油脂,2006,26(3):25-26.

[62]Irwe S,Olsson I. Reduction of pectinesterase activity in orange juice by high-pressure treatment[J].Minimal Processing of Foods and Process Optimization,1994,1:35-42.

[63]Nienaber U,Shellhammer T. High-pressure processing of orange juice:Kinetics of pectin methylesterase inactivation[J]. Journal of Food Science,2001,66(2):328-331.

[64]Sentandreu E,del Carmen Gurrea M,Betoret N,et al. Changes in orange juice characteristics due to homogenization and centrifugation[J].J Food Eng,2011,105(2):241-245.

[65]Augusto PE,Ibarz A,Cristianini M. Effect of high pressure homogenization(HPH)on the rheological properties of a fruit juice serum model[J].J Food Eng,2012,111(2):474-477.

[66]Demird ven A,Baysal T. The use of ultrasound and combined technologies in food preservation[J].Food Reviews International,2008,25(1):1-11.

[67]Tiwari B,Muthukumarappan K,O’Donnell C,et al. Effects of sonication on the kinetics of orange juice quality parameters[J].J Agr Food Chem,2008,56(7):2423-2428.

[68]Zhang L,Ye X,Xue SJ,et al. Effect of high-intensity ultrasound on the physicochemical properties and nanostructure of citrus pectin[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2013,93(8):2028-2036.

Research progress on cloud stability of orange juice

CHEN Xi,LIU Xiao-dan,ZHANG Tong-tong,MEI Xiao-hong*

(College of Food Science and Nutritional Engineering,Ching Agricultural University,Beijing 100083,China)

After squeezed,pulp particles,cell wall fragments,orange oil drops,hesperidin crystal,cytochrome and some amorphous material in orange were dispersed in water ununiformly. They contribute to the turbidity of citrus juices,which was known as “cloud”. Quality factors such as flavor,color,texture,and aroma are partly attributable to the cloud. If the cloud particles were too large,cloud will settle down,with the occurrence of loss cloud,leading to cloud loss. In this paper,the main components and characteristics of cloud in orange juice were summarized. The cloud was made of pectin,protein,cellulose,hesperidin,and so on. Simultaneously,the factors affecting the stability of cloud in orange juice were reviewed,including the effect of pectin methylesterase,orange’s varieties and maturity,pH,calcium,and clouding agents. Addition of pectin methylesterase inhibitor,or usage of non-thermal processing technologies,such as ultra-high pressure homogenization technique and ultrasonic treatment,could maintain cloud stability in processing or storage of orange juices. Studying the cloud’s component interaction mechanism and the orange juices processing new technology unceasingly in a deep-going way could improve cloud stability of orange juices in processing and storage,making orange juices keep better conditions in its shelflife.

orange juice;cloud;stability;PME

2016-09-02

陳西(1992-)，女，碩士研究生，研究方向:食品化學(xué)與營(yíng)養(yǎng)，E-mail：chenxi100083@163.com。

*通訊作者:梅曉宏(1971-)，女，博士，副教授，研究方向:果蔬汁穩(wěn)定性機(jī)理研究及轉(zhuǎn)基因食品的安全性研究，E-mail：mxh@cau.edu.cn。

TS275.5

A

1002-0306(2017)08-0384-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.08.066