温度对菠萝汁流变学特性及维生素C的影响.pdf

研究与探讨 食品工业科技 Vol. 30 , No . 02 , 2009 2009年第 02期 129 温度对菠萝汁流变学特性 及维生素 C的影响 何进武, 樊伟伟, 黄惠华 * (华南理工大学轻工与食品学院, 广东广州 510641) 摘 要: 探讨了不同温度条件对菠萝汁流变学特性及不同杀菌方式对菠萝汁维生素 C含量等特性的影响。研究结果 表明, 菠萝汁的粘度随着温度的升高而降低, 浓度越高,其粘度随着温度升高而降低的趋势越明显。随着菠萝汁浓度 的升高, 其流动活化能 ( Ea)增加,频率因子 ( G0)值随浓度的增加而减少。对于 35bBrix以上的菠萝汁, 温度的提高能 够明显降低其粘度。因此, 提高温度可降低粘度来达到热能的有效利用, 菠萝汁应浓缩到 35bBrix或以上时较为理想。 三种杀菌方式,尤其是 UHT处理的菠萝汁 VC保留率都较高。巴氏杀菌和 HTST处理的菠萝汁 VC含量无明显差别,分 别为 223Lg/mL和 224Lg/mL , VC保留率为 80%左右;而 UHT处理后,菠萝汁中残留的 VC含量为 257Lg/mL,保留率达到 94%左右,同时, 采用 UHT杀菌方式时, 菠萝汁的色泽比其他两种杀菌方式更加接近于原汁。 关键词: 热处理, 菠萝汁,浓度,粘度 Effects of temperature on rheological properties and vitam in C of pineapple juice HE Jin- wu, FAN W ei - we,i HUANG Hui - hua * (Depart ment of Food Science and Technology , South ChinaUniversity ofTechnology , Guangzhou 510641, China) Abstrac:t Pineapp le juices ofd iff e rent concentra tions we re heat - trea ted a t va rious tempera tures and the viscosity and vitam in C changes we re de tec ted to study the the r ma l e ff ec ts on rheol og i ca l prope rti es and nutri ents of p ineapp l e juice1W ith the tem pe rature inc reasing,the viscos ity of p ineapp le jui cesinc reased, andthe more concentra ti ons of the j uices, the trend was m ore obvi ous1 The Arrhenius m ode lG= G0exp( Ea /RT) was f ound we ll re fl ec ting the i nfl uence of tem pe rature and concentr a tions on the vi scos ity1 At above 35bBrix , reduc i ng viscosity of p ineapp l e j uice by hea t trea t mentwas m ore significant than under 35bBrix1UHTwas found pre f e rentia ltoHTST and pasteuriza tion f or re ta ining vitam i n C1Content of vitam in C re ta ined by HTST and pasteuriza tion was a m l ost no d isti nc tion, they we re 223Lg /m L and 224Lg /mL , respec tive ly1The ir re tention ra te was 80% 1 Content of vitam i n C re ta ined by UHTwas 257Lg /mL , its re tention ra te was 94% 1The col or of pineapp le j uice by UHT was sm i ilar to na tura l juice1 Keywords: heat trea t men;t p i neapple jui ce; concentra ti on; viscosity 中图分类号: TS27515 文献标识码: A 文 章 编 号: 1002 - 0306(2009) 02 - 0129 - 04 收稿日期: 2008- 05 - 26 * 通讯联系人 作者简介: 何进武 (1983 - ), 男, 硕士研究生, 研究方向: 食品科学。 基金项目: 广东省教育部产学研结合项目 (2007B090100009); 广东省 关键领域重点突破项目 (2007498612)。 与其它类型水果相比, 大部分的热带、 亚热带水 果都具有采收期高度集中和不耐贮藏特点, 市场单 位时间内的消费压力相当大。而目前鲜果的销售受 到多种因素尤其是冷链的制约, 因此发展这些水果 的深加工就显得尤为重要。在产业链的下游开发果 汁, 尤其是浓缩果汁可以减少体积, 便于贮藏和运 输, 而且适用于果浆、 果粉、 原汁、 调配饮料、 果酒等 新产品的进一步生产和转化而成为关键产品。但由 于热敏性的关系, 多次和较长时间的高温处理, 会导 致产品风味损失严重、 产生褐变现象, 而热处理也是 果汁灭菌不可缺少的工艺。因此, 研究热处理中果 汁物性的变化以及营养成分的损失尤其是流变学的 变化, 对于工厂管道设计, 优化物料输送, 控制生产 流程, 提高食品质量有重要的指导作用。目前果汁 的热处理杀菌技术包括: 巴氏杀菌、 高温短时杀菌 (HTST)、 超高温瞬时杀菌 (UHT)。本研究通过对菠 萝汁进行不同的温度处理, 以研究热对菠萝汁主要 流变学特性和营养成分的影响, 为后续的深加工提 供初步的工艺参数, 以利于更好地控制果蔬汁品质 食品工业科技 Science and Technology of F ood Industry 研究与探讨 130 2009年第 02期 和提高产品的稳定性。 1 材料与方法 111 材料与仪器 新鲜菠萝 市售。 W aters- 600型 HPLC, DC- P3型全自动测色色差 计, SGZ- 3数显浊度仪, 725分光光度计, NDJ) 1转 子粘度计, 折光仪, 电子分析天平, 打浆机等。 表 1 基于 Arrhenius模型不同浓度菠萝汁的频率因子及流动活化能参数 菠萝汁浓度 (bBrix)LnG0 Ea( kJ# mol- 1)相关系数 (R 2) 方差 ( SD) 10- 317813? 0114181213337? 013786019953010233 20- 311658? 0118541019141? 014949019898010304 25- 312018? 0124531113160? 016549019835010403 30- 310790? 0125031116871? 016683019839010411 35- 311548? 0121421216674? 015719019899010352 40- 317979? 0127711418885? 017399019878010455 45- 318433? 0126141513086? 016978019897010429 112 实验方法 11 21 1原料处理 处理流程如下: 原料y 清洗拣选y 去皮、 切分y 榨汁 y 离心 y 浓缩与浓 度调配y 热处理 11 21 2 热处理方法 本实验采用工业中常用的三种 热杀菌方式对菠萝汁进行处理。三种杀菌条件分别 为巴氏杀菌: 621 8e , 30min ; 高温短时杀菌 (HTST): 121e , 30s ; 超高温瞬时杀菌 (UHT): 140e , 8s 。流变 特性研究的热处理范围采用 20 90e , 10e 为一个处 理。果汁的巴氏杀菌、 HTST、 UHT处理是在自制的 螺旋状不锈钢制 毛细管中 进行, 毛细管 内径为 21 0mm, 壁厚 01 56mm, 长约 21 0m, 大约可以装进 25mL 的果蔬汁, 管的两端安装有小阀门。热处理时, 把果 汁装入毛细管内, 关上两端阀门, 巴氏杀菌用水浴, HTST 、 UHT处理用聚乙二醇浴。达到预定时间后, 立即将毛细管移至冷水中冷却。 11 21 3 测定方法 11 21 31 1 粘度的测定 在不同温度下利用 NDJ) 1转 子粘度计 (转子: 1号; 转速: 60r/min)测定各不同浓 度样品的表观粘度。 11 21 31 2 浓度的测定 (白利糖度 ) 用 WYT( 0- 80) 手持糖量计在室温 ( 25e )下测定果汁样品的糖度, 单位: bBrix 。 11 21 31 3 色差的测定 用 DC- P3型全自动测色色差 计进行测定。 11 21 31 4 维生素 C的测定 采用 HPLC法 12。 a1 样 品的处理: 吸取原果汁, 用 0145Lm 微孔滤膜过滤后 作为供试样品溶液, 以上操作应尽量避光以免 VC降 解。用外标法定量, VC标准溶液: 准确称取维生素 C 标准品 1001 4mg于小烧杯中, 用 01 1 %草酸溶液溶解, 转移至 100mL棕色容量瓶中, 稀释至刻度, 得到维生 素 C含量为 1000Lg/mL的标准溶液。 b1 HPLC流动 相的制备: 准确称取 11 005g(纯度为 9915 % )草酸于 100mL小烧杯中, 用超纯水溶解, 转移至 1000mL容 量瓶中, 用超纯水稀释至刻度, 然后用 01 45Lm滤膜 过滤, 滤液即为流动相。 c1 HPLC检测条件: 分析柱为 C18( 5Lm, 416mm 25cm), 流动相为 011 % 草酸溶液, 流速为 01 5mL/min ; 紫外检测波长为 254nm, 进样量 为 20LL , 柱箱温度为 30e 。 2 结果与讨论 21 1 温度对不同浓度菠萝汁粘度的影响 图 1 所 示 为20 80e 范 围 内 不 同 浓 度 (10 45bBrix)菠萝汁的粘度变化规律, 从其粘度的 变化得出温度及浓度差别对菠萝汁流变特性的影 响。菠萝汁的表观粘度随着浓度的提高而增加, 温 度的提高可以有效地降低菠萝汁的粘度。粘度的降 低, 对于强化菠萝汁的管路输送和有效地减少果汁 输送过程中的能耗具有重要意义, 所以菠萝汁的浓 度、 粘度与温度之间的关系是菠萝汁浓缩和车间中 管道设计时的重要参数。对于浓度不同的菠萝汁来 说, 提高温度导致粘度降低的效果存在较大的差别。 图 1中曲线越陡, 说明温度对其粘度降低的效果越 明显。从图 1中可以看到, 对于浓度低于 35bBrix的 菠萝汁, 温度的提高, 其粘度的下降较缓慢; 而对于 35bBrix 以上的菠萝汁, 温度的提高能够明显降低其 粘度。因此, 要有效地利用提高温度可降低粘度来 达到能耗的有效利用, 菠萝汁的浓度浓缩到 35bBrix 或以上时较为理想。 图 1 温度对不同浓度菠萝汁粘度的影响 不同浓度的菠萝汁, 其粘度与温度的关系, 可以借 用 Arrhenius模型来进行数学表达, 把随温度变化而测 得的菠萝汁粘度值代入 Arrhenius方程, 求菠萝汁的流 动活化能 Ea : G= G0exp (Ea/RT), 或 lnG= lnG0+ Ea R 1 T。 式中: G为样品的表观粘度 (mPa# s); G 0为常 数 (视为频率因子 ); R 为气体常数; T 为绝对温度 (K); Ea为流动活化能 ( J/mol)。在本实验中, Ea值 的大小可以衡量和比较输送过程所需要的能耗大 小。如果以 lnG对 1/T作图, 可以得到温度对菠萝汁 粘度影响的线性关系, 进行回归分析后, 可得到相应 的回归方程和不同浓度时温度与粘度关系的 G0值、 活化能 Ea值等常数值 (表 1)。 表 1反映了不同浓度的菠萝汁流动性的动力学 研究与探讨 食品工业科技 Vol. 30 , No . 02 , 2009 2009年第 02期 131 性质。随着菠萝汁浓度的提高, 其频率因子 ( G0)值 减小, 而其流动活化能 (Ea)而增大, G0值的减小与 Ea的增大, 说明菠萝汁物料的流动性将下降。此种 相关性与果汁浓缩车间中对物料的输送有密切关 系, 涉及到工厂的能耗与生产效率。对于浓度越高 的菠萝汁, 由于其 G0值的减小与 Ea的增大, 需要通 过升温来增加果汁的流动性。因此, 在菠萝汁输送 的温度与浓度之间存在着一个最优化的选择问题。 不同温度下不同浓度菠萝汁的粘度变化可以利用 Arrhenius模型进行综合估算, 以指导加工与输送过 程中对产品粘度的推算。从图 1和表 1中可知, 菠 萝汁的 G0值与 Ea的跃变是在 35 40bBrix的浓度 变化过程。此种变化, 可为工厂对菠萝汁浓缩程度 的需要及与输送和能耗的关系提供参考。也就是 说, 要有效地利用提高温度可降低粘度来达到能耗 的有效利用, 在果汁浓度为 35bBrix以上时较为 理想。 212 不同杀菌方式对菠萝汁中汁维生素 C含量的 影响 巴氏杀菌、 HTST和 UHT是三种主要的食品杀 菌技术。虽然巴氏杀菌对于酸性的菠萝汁比较适 用, 但是考虑到热对果汁营养成分及感官特性的影 响, 以及进行技术改造, 比较了三种杀菌技术对菠萝 汁维生素 C含量的损失和相应的物性变化。图 2所 示为菠萝原汁和几种杀菌热处理后 VC的 HPLC图 谱, HPLC定量分析表明, 巴氏杀菌和 HTST处理的 VC无明显差别, 分别为 223Lg/mL和 224Lg/mL , 相 比于原汁的 272Lg/mL , 其 VC保留率为 80 %左右; 而 UHT处理后的果汁, 残留的 VC含量明显提高, 达到 257Lg/mL , 其保留率达到 94 % 左右, 三种杀菌方式 的菠萝汁 VC保留率都较高, 可能与菠萝汁的偏酸特 性有关。但超高温瞬时杀菌处理比巴氏杀菌和高温 短时杀菌方式更有利于保留 VC含量。 图 2 菠萝汁中 VC的 HPLC图谱 213 杀菌方式对菠萝汁色差及褐变度的影响 表 2是菠萝汁在经过不同热杀菌后, 以原汁为 对照标准, 所得到的色差值。 v E表示总色差的大 小; v L变负时表示果汁亮度变弱, 变正时表示亮度 加强; v a为正时表示果汁色泽偏红, 为负时表示偏 绿; v b为正时表示果汁偏黄, v b为负时表示偏蓝。 表中数据表明, 热处理后, 菠萝汁有亮度增大的趋 势, 其中巴氏杀菌方式导致菠萝汁的色差最大, 而 UHT处理的果汁色差最小, HTST处理果汁的色差居 中。总色差越小, 越接近于果蔬原汁, 因此超高温瞬 时的杀菌方式下, 果汁的色泽更加接近于原汁。 表 2 不同热处理的对菠萝汁色差值的影响 热处理v Lv av bv E 巴氏杀菌3190- 221110- 10100221144 HTS T3119- 202180- 8153203108 UHT2188- 184110- 7131184130 3 结论 菠萝汁的流变特性在温度和浓度改变的情况 下, 粘度的变化随着温度的升高而降低, 较低温度下 菠萝汁的粘度随着浓度升高而升高, 浓度越高, 其粘 度随着温度升高而降低的趋势越明显。随着菠萝汁 浓度的升高, 其流动活化能 (Ea)增加, 频率因子 (G0) 值随浓度的增加而减少。对于 35bBrix以上的菠萝 汁, 温度的提高能够明显降低其粘度。因此, 要有效 地利用提高温度来降低粘度以达到能耗的有效利 用, 菠萝汁的浓度浓缩到 35bBrix或以上时较为理 想。在不同的杀菌方式中, 巴氏杀菌和 HTST处理的 VC无明显差别, 分别为 223Lg/mL和 224Lg/mL , 其 VC保留率为 80 % 左右; 而 UHT处理后的果汁, 残留 的 VC含量达到 257Lg/mL , 保留率达到 94 %左右。三 种杀菌方式, UHT处理比巴氏杀菌和 HTST杀菌方式 更有利于保留 VC含量。同时, 采用 UHT杀菌方式, 菠 萝汁的色泽比其他两种杀菌方式更加接近于原汁。 参考文献: 1 解维域 1 浓缩苹果汁中若干重要指标的检测与控制 J1 中国果菜, 2001( 3): 25 301 2 A Kaya , et al 1Rheology of solid Gazantep Pekmez J1 JournalofFood Engineering , 2002( 3): 221 2261 3 E Cepeda , M C Villaran1Density and viscosity of Malus floribunda juice as a f unction of concentration and te mperature J1 Journal ofFood Engineering, 1999, 41: 103 1071 4 A Ibarz , A Garvin , J Costa1Rheological behaviour of sloe ( Prunus spinosa)fruit juices J 1Journal of Food Engineering , 1996 , 27: 423 4301 5 J Giner , A Ibarz , S Garza , S Xhian- Quan1Rheology of Clarified Cherr Juices J1Journalof Food Engineering , 1996, 30: 147 1541 6 C I Nindo , J Tang a , J R Powers b , P Singh1Viscosity of blueberry and raspberry juices for processing applications J 1 JournalofFood Engineering , 2005, 69: 343 3501 7 J Telis - Ro mero , V R N Telis, F Yamashita 1Friction factors and rheological properties of orange juice J 1Food Engineering , 1999 , 40: 101 1061 8 王琦, 李海涛, 刁宪军 1食品的力学参数及影响因素研究 J1 哈尔滨商业大学学报 (自然科学 版 ), 2004, 20( 1): 98 1021 (下转第 135页 ) 研究与探讨 食品工业科技 Vol. 30 , No . 02 , 2009 2009年第 02期 135 表 4 不同加热时间下盐渍刺参的流变学特性变化 参数 E0( 102 N/c m2) E1( 102 N /cm2) E2( 10 N/c m2) S1( s)S2( s) G1( 103 N# s/cm2) G2( 102 N# s/c m2) 破断力 (N) 鲜活刺参6122? 11223124? 016729169? 51605114? 01881101? 01211125? 11193104? 1115130? 13107 5m in1109? 010210121? 01010168? 0100716169? 21672157? 01171171? 11061175? 01011188? 0107 10m in1142? 01018164? 01025153? 0100518125? 31732121? 01191157? 11231121? 01022157? 0105 15m in1121? 01018182? 01023129? 0100620145? 21682134? 01111181? 11277172? 01013127? 0109 30m in0178? 01026121? 01031157? 0100834113? 21942139? 01132111? 11463175? 01013159? 0106 注: Ei: 对样品进行第 i次解析的弹性模量; E0= E1+ E2+ ,+ En, 瞬间弹性模量; Si:对样品进行第 i次解析的应力松弛时间; Si = Gi/Ei, Gi是第 i个样品的粘性模量, 本实验进行了二次解析。 间条件加热的盐渍刺参样品, 加热 5min的样品弹力 大, 硬度小, 柔嫩性好。 3 结论 与鲜活样品相比, 加热盐渍刺参的组织构造由 于刺参蛋白质的热变性而发生显著变化, 随着加热 时间的延长, 盐渍刺参肌肉纤维发生凝聚现象, 纤维 间空隙、 粘性模量、 松弛时间及破断强度呈增加趋 势, 而弹性模量则呈明显下降趋势。流变学特性参 数 ( E0、 S1、 G1、 破断强度 )与加热时间、 筋肉组织构造 变化显示出较好的相关性。综合看来, 5m in加热盐 渍刺参样品重量、 体积相对较大, 能够较好地保持其 有效营养成分, 且具有弹力大、 硬度小、 柔嫩性好的 特点, 是较理想的一种加热条件。 参考文献: 1沈鸣 1 海参的化学成分和药理研究进展 J1 中成药, 2001, 23( 10): 758 7611 2廖玉麟 1中国动物志 1棘皮动物门海参纲 M1北京: 科 学出版社, 199711 611 3佘志刚, 胡谷平, 郭智勇, 等 1鲍鱼多糖 Hal - A的热分析 研究 J1有机化学, 2003 , 23(10): 1149 11511 4李家增, 包承鑫, 陈关珍 1刺参酸性粘多糖抗凝血酶活性 及诱导血小板凝集的作用 J 1中国药理学报, 1985 , 6( 2): 107 1101 5苏秀榕, 娄永江, 常亚青, 等 1 海参的营养成分及海参多 糖的抗肿瘤活性的研究 J1营养学报, 2003(2): 181 1821 6缪辉南, 戴建凉 1 海洋生物抗肿瘤活性物质的研究进展 J1生物工程进展, 1995 , 15(1): 8 141 7王学锋, 李志广, 储海燕, 等 1 海参糖胺聚糖抗血栓形成 机制 的研究 J 1 中国新 药与 临床杂 志, 2002, 21( 12): 718 7211 8KaramanosN K, Hjerpe A1Determination of diora m ic acid and glucuronicacidinglycosaminoglycansafterstoichiometric reduction and depoly merization using high-perfor mance liquid chromatography and ultraviolet detection J 1Anal Bioche m, 1988 , 172: 410 4191 9吴萍茹, 方金瑞, 黄维真, 等 1二色桌片参化学成分 V1 二 色桌片参糖蛋白抗肿瘤活性的研究 J1 汕头大学医学院学 报, 2001, 14( 4): 251 2521 10林维宣, 纪淑娟, 马岩松, 等 1食品分析 M1北京:中国 轻工业出版社, 19891 11 Trotter J A, Lyons- Levy G, Thur mond F A, et al 1Covalent co mposition of collagenfibrils fromthe der m is of thesea cucumber , Cucumaria frondosa, a tissue with mutable mechanical properties J 1Comp Bioche m Physio, l 1995, 112A ( 3- 4): 463 4781 12 W oessner J F1 The deter mination ofHydroxyproline in tissue and protein sa mples containing s mall proportions of i m ino acid J1 ArchiBiochem Biophys , 1961, 93 : 440 4471 13 Kageya ma k , W atanabe Y1 Manual ofH istologic Techniques M1Tokyo : Igaku syoin Ltd, 1988192 951 14 IsoN, M iz unoH, SaitoT, OhzekiF, YangLC1 An analysis of the stress- relaxation curve obtained fro m a sa mple of ra w meat sa mple J1Nippon Suisan Gakkaish,i 1981 , 49 : 949 9521 15 Gao X, Ogawa H, Tashiro Y, et al 1Rheological properties and structural changes in raw a