蓝莓(Vaccinium spp.),又叫越橘或者蓝浆果,属于杜鹃花科越橘属多年生灌木性植物,具有抗氧化、抗衰老、预防心脑血管疾病、改善眼部血液循环等健康功能,被称为“超级食品”、“功能性食物”、“营养强心剂”和“天然健康包”[1-2]。目前,蓝莓因其高营养价值而在世界市场上拥有很高的知名度,随着全球蓝莓需求持续增长,全球蓝莓栽培面积持续增长,全球栽培面积从2016年的13.26万hm2增长至2021年的23.54万hm2,全球产量从101.2万t增长至178.96万t,单位面积产量从2016年的5.6 t/hm2增长至7.6 t/hm2[3-4]。近年来,我国蓝莓产业在种植面积、产量、分布和技术方面均表现出强劲的发展势头,尤其是贵州、四川、辽宁、山东和云南等省份成为主要的蓝莓产区。根据最新数据,我国蓝莓种植面积已接近6.7 万hm2,产量达到34.72万t[5]。但是,新鲜蓝莓非常容易腐烂,导致其季节性强、保质期短,进而不可避免地会造成采后的经济损失。因此,蓝莓汁已成为将蓝莓果中活性物质运输到多样化市场的一种有效而实用的方法。
与其他浆果和水果相比,蓝莓的多酚含量更高,是其具有强抗氧化特性的主要原因之一[6]。多酚主要是由植物产生的次生代谢产物,是植物作为抵抗非生物胁迫或不利天气和击退捕食者的主要活性物质。同时,由于这些多酚的独特结构及其与人类存在复杂的相互作用,它们是提供实质性健康益处的关键成分之一[7]。蓝莓汁的抗氧化特性主要归因于多酚,但由于多酚具有大量的羟基,它们很容易被氧化,这使它们容易被降解[8-9]。因此,探明贮藏条件对蓝莓汁理化性质的影响,对提高其活性物质利用性具有重要意义。
本研究以湿法超微粉碎技术、复合酶解技术和超声波杀菌处理后的蓝莓果汁为研究对象,将其置于4、25、37 ℃条件下贮藏60 d,探讨不同温度下贮藏过程中蓝莓果汁理化性质[菌落总数(total viable count,TVC)、pH值、色差、可溶性固形物]、活性物质(花色苷、总黄酮、总酚)含量和抗氧化能力(DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率、羟自由基清除率)变化规律,为保证蓝莓果汁贮藏稳定性和延长其货架期提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
蓝莓,采自贵州省黔东南州麻江县蓝莓种植基地;芦丁、没食子酸标准品(纯度≥95%),合肥博美科技生物有限公司;ABTS(纯度≥98%),合肥千盛生物科技有限公司;DPPH(纯度≥90%),合肥巴斯夫生物科技有限公司;果胶酶(30 000 U/g)和纤维素酶(10 000 U/g),上海源叶生物科技有限公司;其他化学试剂,南京化学试剂股份有限公司。
1.2 仪器与设备
QDSJ9000-2湿法超细精磨机,无锡轻大食品装备有限公司;FBTQ600-6S六频扫频脉冲多模式超声波设备,宿州瀚能生物工程有限公司;FE28-TRIS pH计,梅特勒-托利多国际有限公司;CR-400色差仪,常州三丰仪器科技有限公司;PAL-1手持式糖度计,广州市爱宕科学仪器有限公司;T-6vm可见分光光度计、EL204电子分析天平,南京菲勒仪器有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 蓝莓果汁制作工艺流程
蓝莓果汁的制作工艺流程如下所示。
挑选蓝莓→清洗→热烫→冷却→称量→加水→湿法超微粉碎→复合酶解→过滤→蓝莓汁
选取新鲜、成熟度好、无损伤的蓝莓果,清洗后热烫15 min,捞出冷却后按比例加入去离子水置于湿法超细精磨机中打浆,分别控制料液比1∶3(质量比)、粉碎时间6 min、复合酶添加量0.15%(果胶酶∶纤维素酶=2∶1,质量比)、酶解时间120 min,匀浆液经复合酶酶解后采用200目筛网过滤得到蓝莓汁,并利用多频脉冲超声波设备进行杀菌(20 kHz,30 min,脉冲on 30 s,脉冲off 25 s),无菌罐装至250 mL无菌瓶中,分别置于冰箱或者恒温培养箱4、25、37 ℃环境下贮藏60 d(每组30瓶),在15、30、45、60 d贮藏时间节点每组随机选择5瓶蓝莓果汁样品,进行理化特性、活性物质含量和抗氧化能力检测。
1.3.2 蓝莓果汁pH值测定
按照阎佳慧等[10]方法,采用FE28-TRIS型pH计进行测定蓝莓果汁pH值。
1.3.3 蓝莓果汁TVC测定
蓝莓果汁TVC按照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》进行检测。
1.3.4 蓝莓果汁可溶性固形物测定
采用PAL-1型手持式糖度计进行测定蓝莓果汁可溶性固形物测定[11]。
1.3.5 蓝莓果汁色差测定
采用CR-400型色差仪测定蓝莓果汁的亮度、红度和黄度,蓝莓果汁色差计算如公式(1)所示:
(1)
式中:ΔE为实验组与对照组之间的色差;L、a、b分别为实验组亮度、红度、黄度;L0、a0、b0分别为对照组亮度、红度、黄度。
1.3.6 蓝莓果汁活性物质含量测定
参照李晨等[2]方法测定蓝莓汁花色苷、总黄酮、总酚含量。
1.3.7 蓝莓汁抗氧化能力测定
分取1 mL各实验组蓝莓果汁,参照程宏桢等[12]方法测定蓝莓果汁的DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率和羟自由基清除率。
1.4 数据处理及分析
实验数据均以“平均值±标准差”表示,使用SPSS 22.0和Origin 9.1进行统计分析和方差分析,显著性差异水平设置为P<0.05。
2 结果与分析
2.1 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁理化特性的影响
2.1.1 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁菌落总数的影响
微生物污染是衡量食品腐败变质程度的重要指标,更是食品安全风险评估的关键监控指标,与食品成分和贮藏环境密切相关[13]。不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁菌落总数变化如图1所示。各温度条件下的蓝莓果汁在贮藏过程中菌落总数整体呈上升趋势,且贮藏温度越高,蓝莓果汁的菌落总数增长越快。在4、25、37 ℃贮藏条件下蓝莓果汁菌落总数由初始的1.12 lgCFU/mL分别上升到贮藏60 d后的2.09、3.76、5.23 lgCFU/mL。4 ℃贮藏时菌落总数增长速率明显低于25、37 ℃贮藏组,说明蓝莓果汁置于低温贮藏可以减缓微生物的增长,有利于延长蓝莓果汁的货架期,保证产品在销售期内的品质。此外,GB 7101—2022《食品安全国家标准 饮料》规定饮料中微生物限量为100 CFU/mL(2 lgCFU/mL),本研究中25、37 ℃贮藏组蓝莓果汁菌落总数均在30 d时即超过限量要求,而4 ℃贮藏组蓝莓果汁菌落总数在45 d时为1.91 lgCFU/mL,仅在60 d时超过限量要求(2.09 lgCFU/mL)。
图1 不同贮藏温度及贮藏时间下蓝莓果汁菌落总数变化
Fig.1 Changes in total bacterial count of blueberry juice under different storage temperatures and times
2.1.2 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁pH值的影响
不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁pH值变化如图2所示。蓝莓果汁在4 ℃贮藏60 d,pH值变化不大。蓝莓果汁的初始pH值为3.69,当蓝莓果汁在25 ℃下贮藏60 d时,pH值从3.69下降到3.32,30 d后pH值迅速下降(P<0.05)。在37 ℃贮藏过程中,蓝莓果汁的pH值从3.69显著降低到3.14(P<0.05)。果蔬汁中pH值与其感官品质和口感密切相关,这说明蓝莓果汁在4 ℃环境下贮藏更能保持其口感。不同贮藏温度下蓝莓果汁pH值的变化趋势与汪平[14]的研究结果相似。高温、长时间贮存蓝莓果汁pH值降低,一方面可能是微生物繁殖代谢产酸导致的[15-16];另一方面则可能由于蓝莓果汁中氨基酸和还原糖发生美拉德反应生成还原醛酮,还原醛酮进一步被氧化释放酸性物质导致pH值降低[17]。
图2 不同贮藏温度及贮藏时间下蓝莓果汁pH值变化
Fig.2 Changes in pH of blueberry juice under different storage temperatures and times
2.1.3 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁色差的影响
不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁色差变化如图3所示,蓝莓果汁在4、25、37 ℃下贮藏60 d后,其色差值分别为1.13、2.51和3.53,与贮藏前的色差值相比均显著增高(P<0.05),而且不同贮藏温度下蓝莓果汁色差值变化趋势存在较大差异。色差值是评估色泽变化的一个综合指标,当色差值<2时,说明色泽变化较小,人眼难以观察到变化;当色差值为2～4时,说明色泽变化虽可被观察到,但仍在可接受范围内;当色差值≥4时,说明色泽出现显著变化,不可被接受[18]。蓝莓果汁在4 ℃贮藏下色差值均小于2,25 ℃贮藏60 d时色差值大于2,37 ℃贮藏30 d时色差值大于,说明蓝莓果汁在高温贮藏易发生非酶褐变[19],进而导致蓝莓果汁红度和黄度加深、亮度下降。
图3 不同贮藏温度及贮藏时间下蓝莓果汁色差变化
Fig.3 Changes in colour difference of blueberry juice under different storage temperatures and times
2.1.4 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁可溶性固形物的影响
不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁中可溶性固形物含量变化如图4所示,贮藏前蓝莓果汁中可溶性固形物含量为11.37%,不同贮藏温度下蓝莓果汁中可溶性固形物含量变化存在明显差异。蓝莓果汁在4 ℃贮存60 d,可溶性固形物含量略有降低(10.71%)。蓝莓果汁在25 ℃和37 ℃下贮藏60 d后,可溶性固形物含量分别为9.72%和9.03%,与贮藏前的可溶性固形物含量相比均显著降低(P<0.05)。蓝莓果汁中可溶性固形物含量下降的原因可能是可溶性糖和氨基酸发生聚合反应和褐变反应[20],这与贮藏期内蓝莓果汁色差升高和pH值下降相互验证。与迟恩忠等[21]研究蓝莓果汁贮藏品质变化的结果相比,不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁可溶性固形物含量变化趋势与本研究结果一致,而本研究中各实验组蓝莓果汁可溶性固形物含量均维持在较高范围内(9%以上),说明湿法超微粉碎-复合酶法制备蓝莓果汁工艺比高速组织捣碎机打浆酶解工艺更有优势。
图4 不同贮藏温度及贮藏时间下蓝莓果汁可溶性固形物含量变化
Fig.4 Changes in soluble solid content of blueberry juice under different storage temperatures and times
2.2 贮藏温度及时间对蓝莓果汁活性物质含量的影响
2.2.1 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁花色苷含量的影响
不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁花色苷含量变化如图5所示。在不同贮藏温度下蓝莓果汁的花色苷含量整体呈下降趋势,初始值为612.98 mg/L。贮藏60 d后,4、25、37 ℃条件下贮藏的蓝莓果汁花色苷含量分别下降至539.42、495.49、437.08 mg/L,保留率分别为88.00%、80.83%、71.30%。在整个贮藏过程中,37 ℃贮藏组蓝莓果汁花色苷含量下降速率最快,从15 d开始就与其他贮藏组出现显著性差异(P<0.05)。本研究中蓝莓果汁花色苷含量变化与汪平[14]的研究结果一致,在贮藏期间不同品种蓝莓果汁总花色苷含量均发生降低现象。其原因可能是花色苷稳定性较差[22],在较高温度(25、37 ℃)贮藏条件下容易被诱导而发生降解导致含量降低。
图5 不同贮藏温度及贮藏时间下蓝莓果汁花色苷含量变化
Fig.5 Changes in anthocyanin content of blueberry juice under different storage temperatures and times
2.2.2 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁总黄酮含量的影响
不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁总黄酮含量变化如图6所示,不同贮藏温度组蓝莓果汁总黄酮含量均随贮藏时间延长而逐渐降低,而且各温度贮藏组之间存在显著差异(P<0.05)。贮藏时间为0～30 d,各温度贮藏组蓝莓果汁总黄酮含量下降趋势较小;贮藏时间为30～60 d,各温度贮藏组蓝莓果汁总黄酮含量下降速率明显增大。在不同温度下贮藏60 d后,4、25、37 ℃条件下贮藏的蓝莓果汁总黄酮含量分别下降至2.71、2.59、2.47 g/L,保留率分别为93.13%、89.00%、84.88%。以上结果说明,低温短时(4 ℃、30 d)贮藏更有利于保持蓝莓果汁中总黄酮含量,这与吴振等[23]研究结果一致。此外,在整个贮藏过程中尽管蓝莓果汁中的总黄酮含量均出现降低趋势,但是总体上均有较高的保留率,这与王行等[24]研究发现不同温度条件下贮藏5周蓝莓果汁总黄酮含量无显著变化的结果不一致。
图6 不同贮藏温度及贮藏时间下蓝莓果汁总黄酮含量变化
Fig.6 Changes in total flavonoid content of blueberry juice under different storage temperatures and times
2.2.3 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁总酚含量的影响
不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁总酚含量变化如图7所示。蓝莓果汁在4 ℃贮藏60 d,总酚含量略有下降。蓝莓果汁总酚含量的初始值为3.48 g/L,当蓝莓果汁在25 ℃下贮藏60 d时,蓝莓果汁总酚含量下降到2.91 g/L,保留率为83.62%。在37 ℃贮藏过程中,蓝莓果汁的总酚含量从3.48 g/L显著降低到2.73 g/L(P<0.05),保留率为78.45%。出现以上现象可能是由于蓝莓果汁中多酚类物质在较高温贮藏下发生聚合反应,进而导致游离羟基含量减少[25]。不同温度贮藏组下蓝莓果汁总酚含量随贮藏时间延长而出现不同程度的下降趋势,这与迟恩忠等[21]和李雨浩[26]研究结果相似。此外,吴振等[23]研究了不同热处理温度(60～90 ℃)对蓝莓果汁在冷藏过程(4 ℃)中总酚和黄酮含量变化,结果表明冷藏期间蓝莓果汁总酚保留率为68.43%～73.62%。本研究中4 ℃贮藏下蓝莓果汁总酚含量的保留率高达90.23%,推测其原因一方面是湿法超微粉碎结合复合酶技术能有效释放蓝莓果实中的总酚;另一方面是本研究中采用多频脉冲超声杀菌,温度较低,能更好地保留蓝莓果汁活性成分。
图7 不同贮藏温度及贮藏时间下蓝莓果汁总酚含量变化
Fig.7 Changes in total phenolic content of blueberry juice under different storage temperatures and times
2.3 贮藏温度及时间对蓝莓果汁抗氧化能力的影响
2.3.1 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁DPPH自由基清除率的影响
不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁DPPH自由基清除率变化如图8所示。各温度条件下的蓝莓果汁在贮藏过程中DPPH自由基清除率整体呈下降趋势,且贮藏温度越高,蓝莓果汁的中DPPH自由基清除率下降越快。在4、25、37 ℃贮藏条件下蓝莓果汁DPPH自由基清除率由初始的91.83%,分别下降到贮藏60 d后的80.96%、69.13%、61.07%。4 ℃贮藏时DPPH自由基清除率下降速率明显低于25、37 ℃贮藏组。实验结果与王晓琼[27]的研究结果一致,非热加工(超高压、超声波)蓝莓复合果汁DPPH自由基清除率在贮藏期间总体呈现下降趋势。出现以上现象可能是由于蓝莓果汁中抗氧化活性物质在较高温贮藏下易发生氧化损失效应,进而导致清除DPPH自由基能力降低[28]。以上研究结果表明,蓝莓果汁低温贮藏可以减缓DPPH自由基清除率的降低,有利于保留蓝莓果汁产品在销售期内的抗氧化能力。
图8 不同贮藏温度及贮藏时间下蓝莓果汁DPPH自由基清除率变化
Fig.8 Changes in DPPH free radical scavenging rate of blueberry juice under different storage temperatures and times
2.3.2 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁ABTS阳离子自由基清除率的影响
不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁ABTS阳离子自由基清除率变化如图9所示。蓝莓果汁在4 ℃贮藏60 d后,其ABTS阳离子自由基清除率从初始值的85.03%降低至73.14%,降幅为13.98%。在25 ℃和37 ℃贮藏过程中,蓝莓果汁ABTS阳离子自由基清除率随贮藏时间延长均呈现显著降低的变化趋势(P<0.05),贮藏60 d时分别为63.88%、59.31%,降幅分别为24.87%、30.25%。在整个贮藏过程中尽管蓝莓果汁清除ABTS阳离子自由基的能力均出现降低趋势,但是总体上均有较高的清除率,这与徐亚平等[29]的研究结果一致,蓝莓浊汁饮料在4 ℃和25 ℃贮藏条件下抗氧化能力虽有降低但总保持稳定。
图9 不同贮藏温度及贮藏时间下蓝莓果汁ABTS阳离子自由基清除率变化
Fig.9 Changes in ABTS cationic radical scavenging rate of blueberry juice under different storage temperatures and times
2.3.3 贮藏温度及贮藏时间对蓝莓果汁羟自由基清除率的影响
不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁羟自由基清除率变化如图10所示,不同贮藏温度组蓝莓果汁羟自由基清除率均随贮藏时间延长而逐渐降低,而且各温度贮藏组之间存在显著差异(P<0.05)。在贮藏时间为0～15 d期间,各温度贮藏组蓝莓果汁羟自由基清除率下降趋势较大;而在30～60 d期间,各温度贮藏组蓝莓果汁羟自由基清除率下降速率略有降低。在不同温度下贮藏60 d后,4、25、37 ℃条件下贮藏的蓝莓果汁总黄酮含量分别下降至61.57%、57.38%、53.42%。总体上贮藏温度越高,贮藏时间越长,蓝莓果汁清除羟自由基的能力越弱,这与高温破坏蓝莓果汁的维生素C、花青素、黄酮、多酚等抗氧化物质直接相关[21,24]。
图10 不同贮藏温度及贮藏时间下蓝莓果汁羟自由基清除率变化
Fig.10 Changes in hydroxyl radicals scavenging rate of blueberry juice under different storage temperatures and times
2.4 贮藏期间蓝莓果汁活性成分与抗氧化能力相关性分析
不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁活性成分与抗氧化能力相关性如表1所示,蓝莓果汁总酚与DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率、羟自由基清除率均具有最高的Person相关系数,分别为0.932、0.917、0.872,这说明总酚在蓝莓果汁抗氧化能力中占主导作用,与汪平[14]的研究结果一致。而贮藏期间蓝莓果汁总花色苷与总黄酮含量均与其抗氧化能力呈显著相关,其中花色苷与3种抗氧化能力的相关系数分别为0.928、0.903、0.867,而总黄酮与3种抗氧化能力的相关系数分别为0.857、0.832、0.787。以上结果表明贮藏期间蓝莓果汁总酚、总黄酮与花色苷均为有效抗氧化活性成分,是蓝莓果汁具有强抗氧化能力的关键活性成分。同时,DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率、羟自由基清除率之间相关系数均达到0.985以上,表明这3种指标能有效的代表蓝莓果汁的抗氧化能力。此外,蓝莓果汁DPPH自由基清除率与其总酚、总黄酮和花色苷含量变化的相关系数最高,表明蓝莓果汁清除DPPH自由基能力在其抗氧化能力中占主导作用。
表1 贮藏期间蓝莓果汁活性成分与抗氧化能力的Person相关性分析
Table 1 Person correlation analysis of active ingredient and antioxidant capacity of blueberry juice during storage
名称总酚总黄酮花色苷DPPH自由基清除率ABTS阳离子自由基清除率羟自由基清除率总酚1总黄酮0.8871花色苷0.8910.7681DPPH自由基清除率0.9320.8570.9281ABTS阳离子自由基清除率0.9170.8320.9030.9971羟自由基清除率0.8720.7870.8670.9890.9861
3 结论
本研究以湿法超微粉碎技术、复合酶解技术和超声波杀菌处理后的蓝莓果汁为研究对象,置于4、25及37 ℃条件下贮藏60 d,探讨不同贮藏温度和贮藏时间对蓝莓果汁理化性质、活性物质含量和抗氧化能力的影响。结果表明不同贮藏温度下蓝莓果汁pH值和可溶性固形物含量随贮藏时间延长而逐渐下降,而蓝莓果汁菌落总数和色差随贮藏时间延长而显著上升;不同贮藏温度和贮藏时间下蓝莓果汁活性物质含量和抗氧化能力均呈逐渐下降趋势,其中多酚是蓝莓果汁活性物质的主要成分,而清除DPPH自由基能力在蓝莓果汁强抗氧化作用中占主导作用;综合考虑,低温短时(4 ℃,30 d)贮藏更有利于维持蓝莓果汁活性物质含量和抗氧化能力。该研究结果为维持蓝莓果汁品质特性和延长其货架期提供理论依据。
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