几种单元操作对蓝莓果汁饮料酚类物质含量及抗氧化活性的影响

夏晓雨，王凤娟，符 群，张 娜，郭庆启，3

（1.东北林业大学 林学院，黑龙江 哈尔滨 150040；2.哈尔滨商业大学 食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150076；3.黑龙江省森林食品资源利用重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150040）

蓝莓是杜鹃花科Ericaceae 越橘属Vaccinium植物，为新兴木本小浆果类保健果树，物种名称为越橘[1]。蓝莓果实富含维生素（VA、VB、VC、VE等）、抗氧化酶（SOD）、花青素、类黄酮等天然活性物质[2]，现代研究表明蓝莓具有良好的保健功能。“十二五”期间，我国着重调整饮料产品的结构，降低碳酸饮料的比例，重点发展果蔬汁饮料、植物蛋白饮料和茶饮料等产品，追求营养与健康是未来中国饮料市场发展的必然方向。蓝莓果汁饮料是目前市场上最重要的蓝莓深加工产品之一，未来市场发展潜力巨大。

蓝莓果汁饮料中含有丰富的酚类物质，由于蓝莓果汁饮料是以食品而非保健品或药品的形式进入市场，因此很少有企业或消费者关注果汁饮料加工过程中酚类物质含量及抗氧化能力的变化，相关的研究报道也较少。刘小莉等[3]采用两种热处理方式研究蓝莓汁生产过程中色泽和功能性成分改变，认为在实际生产中应采用低功率的微波加热和短时的沸水热烫处理；迟恩忠[4]探讨了不同巴氏杀菌和高压蒸汽杀菌对蓝莓原汁营养成分及抗氧化性能的影响，发现杀菌后酚类物质含量和自由基清除能力显著下降，因此在保证杀菌充分的条件下，应选择低温长时和高温短时两种杀菌条件。本试验以蓝莓果汁饮料为研究对象，探讨果汁饮料加工过程中4 种典型的单元操作对酚类物质含量和抗氧化能力的影响，以期寻求最大限度保存蓝莓果汁饮料中酚类功能性化合物的加工条件，为蓝莓果汁饮料生产工艺参数的精准制定提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

野生蓝莓Vacciniumspp.冻果购自大兴安岭超越野生浆果开发有限公司，全程冷链运输和保存，榨汁前解冻；

没食子酸标准品，纯度99.2%，中国食品药品检定研究所；芦丁标准品，纯度98%，中国食品药品检定研究所；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基，纯度＞90%，美国Sigma 公司；2,2’-联氨-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二铵盐（ABTS）自由基，纯度98%，美国Sigma 公司；儿茶素标准品，纯度90.8%，中国食品药品检定研究所；所用溶剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TU1900 紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；JQ-300DE 数控超声波清洗器 君山超声仪器有限公司；JYZ-C500 九阳榨汁机 九阳股份有限公司；EL20 梅特勒-托利多pH 计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；RE-2000A 旋转蒸发器 巩义市予华仪器有限责任公司；SHZ-D（III）循环水多用真空泵 巩义市予华仪器有限责任公司；高压蒸汽灭菌锅 上海博迅医疗生物仪器股份有限公司；HR/T20MM 立式高速冷冻离心机 湖南赫西仪器装备有限公司；APV高压均质机 上海顺仪实验设备有限公司。

1.3 几种单元操作对蓝莓果汁饮料酚类物质含量影响的处理

将蓝莓冻果与蒸馏水按1∶20 料液比浸泡解冻20 min 后，用榨汁机打浆，浆液在4 000 r/min条件下离心10 min，过滤得蓝莓果汁饮料，以其为空白进行不同单元操作处理的酚类物质含量及抗氧化功能变化的对比。

经过预实验和工艺条件检索设计单元操作条件如下，分别进行超声波辅助提取（在离心过滤前进行此操作，180 W 超声波功率下处理30 min）、真空浓缩（真空度0.08 MPa、60 ℃条件下浓缩30 min）[5]、均质（压力30 MPa，均质2 次，5 min）[6]、高温杀菌（120℃，15 min）[5]、巴氏杀菌（63℃，30 min）[5]和紫外杀菌（紫外光照射30 min、杀菌强度2 kJ/m2）。平行试验3 次，以平均值±标准差表示测定结果。

1.4 酚类物质含量的测定方法

以没食子酸为标准品，采用Folin-Ciocalteus法[7]测定总酚含量；以芦丁为标准品，采用硝酸铝比色法[8]测定总黄酮含量；采用pH 示差法[9]测定花青素含量；以儿茶素为标准品，采用香草醛-盐酸法[10]进行原花青素含量的测定。

1.5 抗氧化能力的测定方法

采用铁离子还原法[11]进行总还原能力的测定；以无水乙醇为参比，进行DPPH 自由基清除能力的测定[12]，以蒸馏水为参比进行ABTS 自由基清除能力的测定[13]。

2 结果与分析

2.1 几种单元操作对蓝莓果汁饮料酚类物质含量的影响

2.1.1 几种单元操作对蓝莓果汁饮料总酚含量的影响

酚类物质是一类存在于水果、蔬菜等植物体内的多羟基化合物的总称，也是决定果汁饮料抗氧化能力的主要物质之一，蓝莓果汁饮料经过4种单元操作后总酚含量的变化情况如图1所示。

图1 几种单元操作对蓝莓果汁饮料总酚含量的影响Fig.1 Effect of several unit operations on total phenolic compounds content in blueberry juice beverage

由图1可知，与空白果汁饮料相比，超声波（P＜0.01）和紫外杀菌操作促进了总酚含量的增加，均质、巴氏杀菌和紫外杀菌操作对总酚含量变化的影响不显著，剩余的两种单元操作处理均使总酚含量下降（P＜0.01），其中高温杀菌处理后总酚含量下降最为显著。果汁饮料经过超声波处理后，由于超声波具有空化、振动、热等效应，造成植物细胞壁的破坏，增加溶剂穿透力，促进酚类物质的溶出[14]。紫外杀菌处理后，总酚含量升高了1.23%，说明紫外杀菌会对总酚含量的提高具有一定的促进作用。

均质处理后的蓝莓果汁饮料中总酚含量未有显著性变化，推测可能是30 MPa 的均质强度对果汁饮料中酚类物质的传质没有明显的作用效果。巴氏杀菌处理后的果汁饮料总酚含量也无显著性变化，马婷婷等[15]采用巴氏杀菌处理胡萝卜汁时发现这种单元操作虽然降低了多酚的稳定性，但多酚含量并没有明显变化。真空浓缩处理后总酚含量损失程度达11.27%，有研究发现，蓝莓果汁饮料经过不同程度、不同温度的浓缩处理且经复原计算表明，其总酚含量都会有不同程度的下降，且与浓缩程度的增大成反比，这可能与浓缩时长时间的加热以及真空时溶液沸点的改变所引起的结构变化有关。高温杀菌虽然能杀死果汁饮料中的微生物以保证其安全性，但由于高强度的热处理会较严重地破坏多酚类活性成分的结构，使得总酚含量降低23.14%。赵光远等[16]在研究浑浊苹果汁热杀菌前后酚类物质变化时，发现总酚和单体酚类物质均减少。高温杀菌和巴氏杀菌以及真空浓缩处理过程虽然均有热处理的操作过程，但它们对总酚含量变化的影响却不同，这是由于热处理的效果是取决于加热过程的温度和时间、样品本身属性以及多酚类物质对温度的敏感性等[17]，所以热处理对总酚含量的影响是不同的[18]。

2.1.2 几种单元操作对蓝莓果汁饮料总黄酮含量的影响

绝大多数植物体内都含有黄酮类化合物，它们在植物的生长、发育、开花、结果以及抗菌防病等方面起着重要的作用。黄酮类化合物因酚羟基上的氢原子可与过氧自由基结合生成黄酮自由基，进而与其他自由基反应，从而终止自由基链式反应。蓝莓果汁饮料经过4 种单元操作后的总黄酮含量的变化如图2所示。

由图2可知，蓝莓果汁饮料中的总黄酮类化合物在受到超声波处理、紫外杀菌处理后含量会有所提升，但增加效果不显著，而在剩余其他操作单元处理后含量均呈现不同程度的下降，但除了高温杀菌会带来总黄酮含量的极显著下降外 （P＜0.01），其余的单元操作处理后含量变化均不显著。蓝莓果汁饮料经过超声处理后总黄酮的含量升高了3.53%，Abid[19]用超声波处理苹果汁，发现总酚和总黄酮的保留率明显高于未经超声波处理的样本；经紫外杀菌处理后的蓝莓果汁饮料总黄酮含量升高了4.33%，说明紫外杀菌照射对黄酮类化合物的合成有一定的激发作用，也有学者研究认为紫外光的照射可能激活了一种催化类黄酮合成的关键酶-查耳酮合成酶[20]。

图2 几种单元操作对蓝莓果汁饮料总黄酮含量的影响Fig.2 Effect of several unit operations on total flavonoids compounds content in blueberry juice beverage

真空浓缩处理后果汁饮料中的总黄酮有所降低，可能与浓缩时的温度和时间有关，陈学红[21]对绿芦笋汁进行不同程度的浓缩时发现总黄酮含量下降；均质处理后果汁饮料中总黄酮的含量没有显著性的降低。巴氏杀菌和高温杀菌处理后，总黄酮分别损失了5.28%、17.90%，高温条件导致部分黄酮类物质发生热降解，但因巴氏杀菌的杀菌温度较低，故经其处理后的总黄酮损失程度低于高温杀菌，但这两种不同程度的热杀菌工艺处理对总酚和总黄酮的含量均造成了不同程度的损失影响。

2.1.3 几种单元操作对蓝莓果汁饮料花青素含量的影响

花青素属于生物类黄酮物质，花青素是蓝莓中功能性抗氧化成分的标志性化合物之一。果汁饮料加工过程中4 种单元操作对其含量变化的影响如图3所示。从图3中可见，超声处理后花青素含量显著升高（P＜0.05），剩余单元操作处理后均使其含量降低，其中高温杀菌对花青素含量的破坏影响最为显著。

图3 几种单元操作对蓝莓果汁饮料花青素含量的影响Fig.3 Effect of several unit operations on anthocyanin compounds content in blueberry juice beverage

经过超声波处理后花青素含量升高6.54%；经过紫外杀菌处理后的花青素保留率可达99.60%，相较于其它热杀菌形式，紫外杀菌操作更能保持蓝莓果汁饮料的主要功能性活性成分。花青素对温度的敏感性远高于其它成分[22]，蓝莓果汁饮料中的花青素经巴氏杀菌、真空浓缩和高温杀菌处理后分别损失了12.32%、22.68%和67.22%，巴氏杀菌属于低温长时杀菌，花青素结构没有被大量破坏；真空浓缩的温度条件也是引起花青素含量降低的主要因素；高温杀菌工艺的温度远高于巴氏杀菌，且花青素本身的稳定性受温度影响非常大，致其结构被破坏，含量降低极显著（P＜0.01），Iversen[23]等在观察黑加仑蜜汁经巴氏杀菌处理后贮藏期间花色素的损失情况时发现，花色素的损失呈现一级反应模式；Mikkelsen 和Poll[24]研究也表明，热处理是引起花青素损失的最主要的工艺操作。

2.1.4 几种单元操作对蓝莓果汁饮料原花青素含量的影响

原花青素属于具有特殊分子结构的一种生物类黄酮，也是目前国际上公认能够有效清除人体内自由基的天然抗氧化剂之一，蓝莓中富含原花青素，蓝莓果汁饮料在加工过程中原花青素含量的变化如图4所示，超声处理可以显著提升原花青素的含量（P＜0.05），其余单元操作都会对原花青素含量造成一定的损失。

图4 几种单元操作对蓝莓果汁饮料花原青素含量的影响Fig.4 Effect of several unit operations on proanthocyanidins compounds content in blueberry juice beverage

超声处理后的蓝莓果汁饮料中原花青素的含量提升3.53%；蓝莓果汁饮料经过真空浓缩和均质处理后，原花青素的损失程度在1%～6%左右；63 ℃温度条件下的巴氏杀菌造成10.47%的含量损失，说明此温度条件下的操作可能会对原花青素的黄烷-3-醇的结构产生影响，这个热降解过程的速度会随着温度的升高和热处理时间的延长而加快，至高温杀菌操作后，使蓝莓果汁饮料中原花青素的含量下降31.97%（P＜0.01）；紫外照射导致其含量降低16.61%（P＜0.01），推测很可能是紫外线灭菌的照射对原花青素结构引起变化，进而形成花青素或者其他黄酮类化合物。

2.2 几种单元操作对蓝莓果汁饮料抗氧化能力的影响

2.2.1 几种单元操作对蓝莓果汁饮料总还原能力的影响

总还原能力是检验果汁饮料整体抗氧化能力的一项重要指标，由图5可知，超声波、均质处理和紫外杀菌处理均提升了果汁饮料的总还原能力，而真空浓缩、巴氏杀菌和高温杀菌对果汁饮料的总还原能力产生不同程度的抑制作用。

图5 几种单元操作处理后蓝莓果汁饮料的总还原能力Fig.5 Total reduction capacity of blueberry juice beverage after several unit operations treatment

超声波处理因为能够促进抗氧化活性成分的溶出从而带来抗氧化能力的增加，Golmohamad[25]在研究超声波频率对红树莓果泥抗氧化活性的影响时发现，高强度和较高频率的超声处理使抗氧化活性增加17.3%；紫外杀菌处理后的Trolox 当量是空白组的1.05 倍，紫外光的照射在一定程度上提高蓝莓果汁饮料的总还原能力，说明总还原力与蓝莓中的黄酮和酚类物质的含量呈现一定程度的相关性。

真空浓缩、巴氏杀菌和高温杀菌这3 种热处理操作与空白组相比，对抗氧化能力的下降影响显著（P＜0.05），说明果汁饮料加工过程中程度较强的热处理在使功能性酚类化合物含量下降的同时，也会带来抗氧化能力的下降[26]。均质处理后总还原能力与空白组相比没有显著性差异，Karacam[27]对奥斯曼草莓汁进行均质处理时，发现60 MPa 的均质压力处理没有显著地改变样品的抗氧化活性，而在100 MPa 压力下均质化2 次的草莓汁抗氧化活性提高约22.0%，表明在较高压力下的均质化可以提高抗氧化能力。

2.2.2 几种单元操作对蓝莓果汁饮料清除DPPH自由基能力的影响

酚类物质具有很强的清除自由基的能力，因此研究果汁饮料在加工操作过程中清除自由基能力的变化具有重要的现实意义和价值。如图6所示，蓝莓果汁饮料经不同的单元操作处理后，与空白组相比，只有超声波处理对蓝莓果汁饮料DPPH 自由基清除能力有着显著的提升效果（P＜0.05），其Trolox 当量值升高了10.25%。

图6 几种单元操作处理后蓝莓果汁饮料DPPH 自由基清除能力Fig.6 DPPH free radical scavenging capacity of blueberry juice beverage after several unit operations treatment

真空浓缩过程中由于温度的影响致其酚类化合物的含量降低，带来DPPH自由基清除力的下降；3 种杀菌处理后的果汁DPPH 自由基清除能力都有所下降，高温杀菌影响最显著（P＜0.01），巴氏杀菌次之，紫外杀菌处理影响不显著。高温杀菌处理后的Trolox 当量比空白组低286.77 μg/mL，这与曾庆帅[29]研究荔枝果汁高温杀菌加工处理前后的DPPH 自由基清除能力变化趋势的结果一致。高温处理时果汁饮料中可能存在酚类物质受热造成的氧化损失效应，导致经高温加热后的果汁饮料抗氧化能力下降。

Azofeifa[29]在研究黑莓汁巴氏杀菌对细胞内自由基的抑制作用时发现，与未经巴氏杀菌的果汁饮料相比，杀菌后的果汁饮料对DPPH 自由基的清除活性明显降低，这是由于经热处理的果汁饮料中的酚类化合物的化学结构发生了变化。也有研究表明，杀菌温度对蓝莓果汁饮料清除DPPH自由基能力有很大影响[30]，与紫外杀菌这种非热处理性的单元操作相比，蓝莓果汁饮料经巴氏杀菌和高温杀菌后其DPPH 自由基的清除能力发生了显著性的降低，这也证明了杀菌温度确实是影响蓝莓果汁饮料抗氧化能力的主要因素之一。然而，也有研究表明，热处理对某些酚类化合物的影响有所不同，每种酚类化合物的浓度变化与对特定自由基的抗氧化活性有不同的作用[26]。

2.2.3 几种单元操作对蓝莓果汁饮料清除ABTS自由基能力的影响

如图7所示，对于蓝莓果汁饮料，只有经过超声波处理后的对ABTS 自由基的清除能力具有极显著的提升作用（P＜0.01），其余单元操作均降低了果汁饮料的ABTS 自由基的清除能力。

图7 几种单元操作处理后蓝莓果汁饮料ABTS 自由基清除能力Fig.7 ABTS free radical scavenging capacity of blueberry juice beverage after several unit operations treatment

均质后自由基清除的Trolox 当量值降低了30.76%（P＜0.01），原因可能是随均质过程中压力的增加使一些细胞破碎，溶出的多酚类物质与多酚氧化酶的接触面积大大增加，导致单位体积内果汁饮料的ABTS 自由基清除能力下降[31]；真空浓缩造成ABTS 自由基清除能力的降低与活性成分含量的显著降低具有一定的相关性。

3 种杀菌操作中，巴氏杀菌和紫外杀菌的Trolox 当量值与空白组相比没有显著性差异，说明这两种杀菌操作对果汁饮料中活性成分清除ABTS 自由基能力的影响效果相近，与空白组相比，Trolox 当量值降低程度不超过10.00%，但高温杀菌处理会使得果汁饮料的ABTS 自由基清除能力极显著的降低（P＜0.01），这是由于强烈的热处理破坏抗氧化活性成分所致。

3 结论与讨论

研究选取的4 种单元操作对蓝莓果汁饮料中酚类物质含量的变化均具有一定的影响效果，其具体体现在超声波处理有利于酚类物质的溶出，均质对含量变化的影响较小；3 种具有热效应的单元操作中，高温杀菌对酚类物质含量变化的影响最为显著，真空浓缩对其含量的影响要高于巴氏杀菌，紫外杀菌对酚类物质含量影响的程度要低于热杀菌。除超声波处理操作外，试验选取的单元操作普遍会降低蓝莓果汁饮料的抗氧化能力。高温杀菌由于对酚类物质含量变化的影响最为显著，因此经过其处理后，总还原能力以及对DPPH和ABTS 两种自由基清除能力的下降也最为显著，说明蓝莓果汁饮料的抗氧化能力与其酚类物质的含量具有一定的相关性。

对于果蔬汁的每一个加工环节，国内外学者致力于研究不同的加工工艺条件对果蔬汁营养成分的影响，以期寻求最大限度保存果蔬汁中天然营养成分和功能性成分的适宜条件。研究结果认为热杀菌处理在保证食品安全性、延长其货架期的同时也在一定程度上破坏了食品的营养价值，且这种破坏程度会随着加热温度的升高和加热时间的延长而加剧，因此在保证产品安全的前提下应多采用非热杀菌技术。

果汁饮料加工过程中涉及到很多的单元操作，如破碎、榨汁、酶解、澄清以及后续的包装与贮藏等，本文仅对4 种典型单元操作进行了研究和分析，然而不同的单元操作处理均会对蓝莓果汁的理化性质、酚类物质含量以及抗氧化活性产生不同程度的影响，这些影响还有待于进一步的深入研究；试验所用的果汁饮料的体积容量比工厂实际生产时要小很多，具有一定的局限性，在实际生产过程中，由于贮罐中果汁溶液有一定的高度会带来液层静压效应和传热阻力效应，因此对果汁饮料中酚类物质含量和抗氧化活性的改变可能会产生不同的影响效果，中试及工厂级别的影响还有待于进一步的研究，从而能真正地指导生产实践活动。