趙玉紅，劉瑞穎,張立鋼

(1.東北林業(yè)大學林學院,黑龍江哈爾濱 150040;2.林下經濟資源研發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心,黑龍江哈爾濱 150040;3.東北農業(yè)大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

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巴氏殺菌對黑加侖果汁特性和DPPH自由基清除能力的影響

趙玉紅1,2，劉瑞穎1,張立鋼3,*

(1.東北林業(yè)大學林學院,黑龍江哈爾濱 150040;2.林下經濟資源研發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心,黑龍江哈爾濱 150040;3.東北農業(yè)大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030)

研究不同巴氏殺菌處理(70、80、90 ℃分別殺菌6、8、10 min)對黑加侖果汁物理化學特性(色度、渾濁度、pH)、生物活性成分(多酚、單寧、花色苷)含量及DPPH自由基清除能力的影響。采用Folin-Ciocalteu法、pH示差法、Folin-Denis 法分別測定果汁中多酚、花色苷、單寧含量,用清除DPPH自由基活性方法分析抗氧化性,色差儀測定顏色變化。結果表明:殺菌溫度70 ℃、殺菌時間6 min為適宜殺菌條件,殺菌溫度升高和處理時間延長,果汁紅色加深,對顏色變化影響明顯(p<0.05),果汁的濁度增大,果汁的pH隨殺菌溫度升高略有下降,但與殺菌前相比不顯著(p>0.05)。黑加侖果汁中的多酚、單寧、花色苷含量和DPPH自由基清除率在殺菌溫度70 ℃、殺菌時間6 min較高,隨著殺菌溫度的升高和殺菌時間的延長而降低,并且溫度越高降低得越快。采用低溫、短時的巴氏殺菌工藝更有利于保證果汁的性質和生物活性成分含量。

黑加侖果汁,巴氏殺菌,特性,DPPH自由基清除能力

黑加侖,學名黑穗醋栗,俗名黑豆果,為茶藨子科小型灌木,成熟果實為黑色小漿果。黑加侖果實中VC和酚類物質含量較高,其所含酚類物質主要是黃酮、酚酸和丹寧[1],黑加侖果汁中含有豐富花色苷,(250 mg/100 g鮮果)[2],其花色苷組成包括矢車菊素-3-蕓香糖苷、飛燕草素-3-蕓香糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷、飛燕草素-3-葡萄糖苷等四類[1]。由于這些物質具有很強的體外抗氧化性,可以減少心腦血管[3]、癌癥[4]等疾病的風險,黑加侖被認為是提供具有保健功能植物化學成分的良好來源。

果汁飲料在加工過程中易發(fā)生濁度、pH、顏色、活性成分含量及抗氧化性等理化和功能性質變化。殺菌處理是果汁飲料生產過程中的關鍵工序,對果汁品質和貯藏期的延長具有重要作用。Vegara等[5]研究了65 ℃和90 ℃條件下巴氏殺菌及貯藏對石榴汁顏色和貨架期的影響。王秀春等[6]研究發(fā)現:黑加侖飲料采用85 ℃、15 min以上條件殺菌,會對產品產生不愉快的煮熟味。Iversen等[7]對黑加侖混濁汁飲料進行殺菌研究,發(fā)現采用88 ℃、27 s的殺菌條件對產品的揮發(fā)性組分影響不大。賈娜等[8]研究黑加侖花色苷提取物在60、80、100 ℃分別加熱1～5 h條件下,測定花色苷含量變化和抗氧化能力的熱穩(wěn)定性變化,提出在加工過程中應避免長時間、高溫處理,以防止花色苷降解,從而保護花色苷的抗氧化活性?？梢?準確控制黑加侖果汁加工過程中的加熱工藝,對保證果汁的品質至關重要。

在黑加侖果汁加工過程中,巴氏殺菌工藝對果汁的pH、顏色、渾濁度等物理特性產生怎樣的影響,果汁中的多酚和花色苷等生物活性成分的含量發(fā)生怎樣的變化,其抗氧化性是否受到影響等問題尚未見報道。因此,本文對黑加侖果汁加工過程中巴氏殺菌處理對果汁物理特性、生物活性成分含量變化及DPPH自由基清除活性的影響進行研究,旨在揭示黑加侖果汁加工過程中品質與生物活性成分變化規(guī)律。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

黑加侖冷凍果黑龍江省哈爾濱市本色集團,-18 ℃保存。

沒食子酸為標品級Sigma公司;福林酚試劑、單寧、無水碳酸鈉、氯化鉀、無水醋酸鈉、DPPH、鎢酸鈉、磷鉬酸均為分析純。

JA-2003分析天平上海良品儀器儀表有限公司;HR2004榨汁機Philips有限公司;DK-S12電熱恒溫水浴鍋上海森信實驗儀器有限公司;TDL-5W臺式低速離心機湖南星科科學儀器有限公司;PB-10 pH計Sartorius儀器(北京)有限公司;TV-1810紫外可見分光光度計北京普析通用儀器有限責任公司;YP2001N臺秤上海精密科學儀器有限公司;NH300色差儀深圳三恩馳儀器有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1原料預處理黑加侖果汁加工工藝流程根據文獻[9]并進行調整如下:

黑加侖果→挑選→清洗→去雜→破碎→榨汁→澄清→離心→殺菌→冷卻→黑加侖果汁。

工藝操作要點:

以黑加侖為原料,去除腐爛、病害的果實,清洗除去泥土、枝葉等雜物。

破碎:用打漿機將洗凈的黑加侖果實打漿破碎,破碎有利于可溶性成分的抽提。

澄清處理:粗濾后的果汁進行過濾澄清處理,可有效去除果汁中的沉淀及高分子含量物質。

果汁用離心機離心,轉速為4000 r/min,離心5 min,得到原汁。

殺菌:黑加侖果汁的殺菌采用分別在70、80、90 ℃下進行6、8、10 min殺菌。

1.2.2渾濁度的測定采用分光光度計法,測定果汁在700 nm的吸光值(OD700 nm)[10]。

1.2.3pH的測定采用pHS-25型酸度計測定。

1.2.4顏色的測定利用CIEL*a*b*體系[11]測定顏色變化。L*為明度,L*越大,表示亮度越高,反之越低;+a*為紅色,-a*為綠色;+b*為黃色,-b*為青色。實驗過程中用色差儀測量果汁顏色變化。

1.2.5多酚含量的測定采用Folin-Ciocalteu法測定總酚含量[12]。

1.2.5.1標準液的配制精確稱取0.005 g沒食子酸標準樣品,蒸餾水溶解并定容至50 mL。該標準液濃度為0.1 mg/mL。

1.2.5.2標準曲線的建立準確量取上述標準液 0、0.5、1、1.5、2、2.5、3 mL于50 mL容量瓶中,各加30 mL水,搖勻,再加2.5 mL福林酚試劑,充分搖勻。1 min之后,加入20%碳酸鈉溶液7.5 mL,混勻定容。水浴 75 ℃下反應10 min,于760 nm波長下比色,測定吸光度,建立標準曲線。

1.2.5.3樣品的測定用移液管精確量取制備好的樣品溶液0.5 mL于50 mL 容量瓶中,加入30 mL蒸餾水,搖勻,再加入2.5 mL福林酚試劑,7.5 mL 20% Na2CO3溶液,用水定容至刻度,混勻,水浴75 ℃下反應10 min,冷卻后在760 nm處測定其吸光度。所得標準曲線方程為:y=0.1356x,R2=0.9935。

1.2.6單寧含量的測定

1.2.6.1試劑制備Folin-Denis(F-D)試劑配制:700 mL水中加入鎢酸鈉100 g,磷鉬酸20 g及磷酸50 mL,回流2 h,冷卻后加水稀釋至1000 mL[13]。單寧標準溶液配制:準確稱取單寧50 mg于50 mL容量瓶中,加蒸餾水溶解并定容至刻度,混勻。再用水稀釋10倍即為 0.1 mg/mL標準溶液。

1.2.6.2標準曲線繪制分別吸取單寧標準溶液 0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL注入裝有30 mL蒸餾水的50 mL容量瓶中,各加入2 mL F-D試劑,10 mL Na2CO3溶液,搖勻定容,放置 30 min后比色。以吸光值與標樣濃度作標準曲線,并建立標準曲線方程。取提取液0.5 mL,分別置于盛有25 mL蒸餾水的50 mL容量瓶中,加入2 mL F-D試劑和 10 mL Na2CO3溶液,搖勻定容,靜置30 min后,在波長為720 nm處比色測定。所得標準曲線方程為:y=0.0699x+0.0189,R2=0.9973。

1.2.7花色苷含量的測定

1.2.7.1吸光值的測定分別移取1 mL樣液2份,分別用0.025 mol/L氯化鉀緩沖液(pH1.0)和0.4 mol/L醋酸鈉緩沖液(pH4.5)定容至10 mL。置于暗處平衡2 h,以空白樣(取1 mL蒸餾水,分別用pH1.0、pH4.5的緩沖液定容至10 mL)作對照,用分光光度計分別在510 nm和700 nm下測定吸光值[8,14]。

1.2.7.2計算花色苷含量花色苷含量C(mg/100 g)=(A/εL)×MW×DF×V/Wt×100

式中:A-吸光度;ε-矢車菊花素-3-葡萄糖苷的消光系數,26900;DF-稀釋因子;MW-矢車菊花素-3-葡萄糖苷的分子量,449.2;V-最終體積,mL;Wt-產品重量,mg;L-光程,1 cm;

A=(A510 nmpH1.0-A700 nmpH1.0)-(A510 nmpH4.5-A700 nmpH4.5)

注:用A700nm來消除樣液混濁的影響。

1.2.8DPPH自由基清除能力的測定準確稱取6.4 mg DPPH固體,用甲醇定容到100 mL,配制成DPPH-甲醇溶液。將多酚提取液用甲醇適當稀釋,取0.2 mL到小離心管內,再加入2.8 mL現配的DPPH-甲醇溶液。搖勻后于室溫下避光靜置60 min,以甲醇溶液做空白對照,測定其在517 nm處的吸光值樣品A[15]。另測0.2 mL甲醇溶液和2.8 mL現配的DPPH-甲醇溶液混合溶液在517 nm處的吸光值A對照A0。0.2 mL樣品液和2.8 mL 甲醇混合后的吸光值Ab按照下列公式計算抗氧化物質果汁的清除率:

清除率(%)=[1-(A-Ab)/A0]×100

2　結果與討論

2.1不同殺菌溫度和時間對黑加侖果汁色度的影響

不同溫度和時間條件下黑加侖果汁的色差值L*,a*,b*變化如圖1所示。

圖1　不同殺菌處理對黑加侖果汁L*、a*、b*值的影響Fig.1　Effect of different pasteurization treatment on L*,a*,b* values of blackcurrant juice注:(A)殺菌處理對L*值的影響,(B)殺菌處理 對a*值的影響,(C)殺菌處理對b*值的影響。

由圖1可知,果汁在殺菌過程中,溫度對色值變化影響明顯,溫度越高,色值變化越快。相同殺菌時間6 min時,不同殺菌溫度70、80、90 ℃條件下,L*和a*隨殺菌時間的增長逐漸減小,b*值隨時間的增長逐漸增大且它們的變化都是顯著的(p<0.05)。趙光遠等[16]研究得出的熱處理能改善蘋果汁色澤,這與本實驗結果一致。這可能是由于隨著殺菌溫度的升高和時間的延長,多酚氧化酶(PPO)的活性越受到抑制,果汁褐變得到減輕,從而果汁的顏色也就越鮮亮。

2.2不同殺菌溫度和時間對果汁濁度的影響

通過測定果汁在600 nm處的OD值,研究不同殺菌處理對黑加侖果汁濁度的影響,結果如圖2。

圖2　不同殺菌處理對黑加侖果汁濁度的影響Fig.2　Effect of different pasteurization treatment on turbidity of blackcurrant juice

由圖2可知,殺菌溫度為90 ℃,殺菌時間為6、8、10 min時果汁的OD值由殺菌前的0.552分別增大到0.625、0.664、0.693,這種變化較為顯著(p<0.05)。這表明殺菌溫度越高,時間越長,果汁在600 nm處的吸光值越大,果汁的濁度也越高。趙光遠等[16]研究認為98 ℃處理得到的果汁濁度最高,處理溫度越低其濁度也越低,這與本實驗結果一致。果汁中的混濁物被認為是由帶正電的蛋白質核及其外包裹的帶負電的果膠以及可以與蛋白質交聯(lián)的酚類物質所組成[17]。而高溫處理會使這些帶負電的果膠以及可以與蛋白質交聯(lián)的酚類物質變性,顆粒度變大懸浮于果汁中,果汁的濁度也就越高。

2.3不同殺菌溫度和時間對果汁pH的影響

由圖3可知,經過殺菌工藝后果汁的pH略有下降,但這種下降趨勢不顯著(p>0.05)。楊姍姍等[18]研究發(fā)現荔枝汁pH在72 ℃熱處理3 min后與處理前沒有顯著變化。李汴生等[19]研究發(fā)現鮮榨菠蘿汁的pH在熱處理(85 ℃,5 min)前后差異不顯著(p>0.05),這些結果與本實驗研究結果一致。

圖3　不同殺菌處理對黑加侖果汁pH的影響Fig.3　Effect of different pasteurization treatment on pH of blackcurrant juice

2.4不同殺菌溫度和時間對果汁總酚含量的影響

從圖4可以看出,黑加侖果汁中的總酚含量隨著殺菌溫度的升高而減少;在同一殺菌溫度下隨著殺菌時間的延長而減少。劉野等[20]研究發(fā)現熱處理后西瓜汁中總酚質量無顯著差異,這可能與其較低的熱處理溫度(50 ℃)有關。萬鵬[21]對荔枝汁熱處理的研究表明90 ℃和100 ℃下荔枝汁中總酚含量在60 min內隨著熱理時間的延長出現先下降后上升的現象。本實驗研究黑加侖果汁于70、80、90 ℃熱水中分別加熱6、8、10 min,總酚含量出現明顯下降,與萬鵬等人的研究結果相似,趙光遠等[16]對渾濁蘋果汁熱殺菌前后酚類物質研究表明總酚和單體酚類物質均減少,這與本實驗熱殺菌結果一致。

圖4　不同殺菌處理對黑加侖果汁的總酚含量的影響Fig.4　Effect of different pasteurization treatment on polyphenol content of blackcurrant juice

2.5不同殺菌溫度和時間對果汁單寧含量的影響

由圖5可知,在相同殺菌溫度下,隨著殺菌時間的延長,果汁中單寧含量顯著下降(p<0.05),殺菌溫度越高這種趨勢越顯著。周文倩等[22]研究發(fā)現當溫度一定時,隨著pH增大,復水薇菜尖的單寧含量呈上升的趨勢;當pH一定時,隨著溫度升高,復水薇菜尖的單寧含量呈逐步下降的趨勢,這與本實驗研究結果相同。這可能是由于酸、堿性環(huán)境均可促進單寧的水解,從而降低單寧的含量,而且溫度升高可加速溶劑分子的運動,促進單寧的溶出。

圖5　不同殺菌處理對果汁的單寧含量的影響Fig.5　Effect of different pasteurization treatment on tannin content of blackcurrant juice

2.6不同殺菌溫度和時間對果汁花色苷含量的影響

從圖6可以看出,相同殺菌時間6 min時,70、80、90 ℃殺菌條件下花色苷含量存在顯著差異(p<0.05),花色苷含量大幅降低,這表明黑加侖果汁中的花色苷含量隨著殺菌溫度的升高而減少,并且溫度越高減少的越快。還可以看出,黑加侖果汁中的花色苷含量在相同殺菌溫度下隨著殺菌時間的延長而減少,在殺菌溫度70 ℃,殺菌時間為6、8、10 min時果汁中花色苷含量也明顯降低。Rubinskiene等[23]在研究加熱對水提取的黑加侖花色苷吸光度的影響時發(fā)現,75 ℃加熱150 min對花色苷影響不大,85 ℃加熱150 min使吸光度降低了20%,95 ℃加熱150 min降低了53%,這與本實驗的研究結果相似,即加熱溫度越高對花色苷的破壞越大。分析其機理,可推測為由于黑加侖原果汁內各成分(包括花色苷)濃度較大,隨著溫度升高,體系的反應分子密度增加,因此反應速率隨之增大。此外,糖的熱分解產物發(fā)生降解生成的糠醛類化合物對花色苷的降解也起著促進作用[24]。因此,在加工過程中應避免高溫和長時間加熱,以防止花色苷降解。

圖6　不同殺菌處理對果汁的花色苷含量的影響Fig.6　Effect of different pasteurization treatment on anthocyanin of blackcurrant juice

2.7不同殺菌溫度和時間對果汁DPPH自由基清除率的影響

由圖7可知,70 ℃加熱6、8、10 min時,DPPH自由基清除率變化較平穩(wěn),降低幅度較小(p>0.05),90 ℃加熱6、8、10 min時,DPPH自由基清除率變化較顯著(p<0.05),說明加熱降低了黑加侖花色苷清除DPPH自由基的能力,并且加熱溫度越高、加熱時間越長,對DPPH自由基清除能力的破壞越大。Borges等[25]對黑加侖中VC、類黃酮、花色苷、酚類物質的含量和抗氧化能力進行了測定,發(fā)現花色苷對總抗氧化能力具有73%的貢獻。前面實驗已經得知,果汁中花色苷隨著殺菌溫度的升高、時間的延長而減少,這可能造成了果汁的DPPH自由基清除能力的降低。張鏡等[26]在研究溫度對陰香花色苷清除DPPH自由基能力的影響時發(fā)現,60、70、80 ℃處理1～8 h后,清除率均無顯著變化,并且110～130 ℃高溫處理30 min反而導致清除率增加。史海英等[27]研究了紫玉米花色苷100 ℃加熱20 min后的超氧自由基清除能力和過氧化氫清除能力的變化情況,發(fā)現加熱前后,清除兩種自由基的能力均無顯著變化,由此可見,不同來源花色苷的抗氧化能力穩(wěn)定性不盡相同,這可能是由于所含的花色苷種類和含量不同所致。

圖7　不同殺菌處理對黑加侖果汁的 DPPH自由基清除率的影響Fig.7　Effect of different pasteurization treatment on DPPH free radical clearance rate of blackcurrant juice

3　結論

通過對黑加侖果汁在巴氏殺菌過程中特性、生物活性成分含量和DPPH自由基清除能力變化的研究,可以得出:巴氏殺菌對黑加侖果汁的性質、活性成分含量及自由基清除能力有影響,相比80、90 ℃殺菌溫度,采用70 ℃、6 min的殺菌條件,可以減少對果汁顏色和渾濁度的影響,在此條件下也使果汁中多酚、單寧、花色苷含量和DPPH自由基清除率處于相對較高的水平。建議果汁采用巴氏殺菌處理時適宜在低溫、短時間條件下進行。

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Pasteurization treatment effects on properties and DPPH· scavenging capacity of blackcurrant juice

ZHAO Yu-hong1,2,LIU Rui-ying1,ZHANG Li-gang3,*

(1.College of Forestry,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China;2.Forest economy resource development and utilization of Collaborative Innovation Center,Harbin 150040,China;3.Food Science College,Northeast Agricultrual University,Harbin 150040,China)

This research was focused on the effect of pasteurization treatment(70,80 and 90 ℃,6,8 and 10 min)on physical and chemical properties(color,turbidity and pH),bioactive component content(polyphenols,tannins and anthocyanins)and DPPH free radical scavenging capacity of blackcurrant juice. Folin-Ciocalteu,pH differential,Folin-Denis were used to measure polyphenol,anthocyanins and tannin content. DPPH free radical clearance was used to value antioxidant activity. Color changes were measured by chroma meter. The results showed that pasteurization temperature 70 ℃ and pasteurization time 6min were the optimized pasteurization conditions. The red color of fruit juice increased significantly.(p<0.05),the turbidity were increased and pH value was declined slightly but no significant decline was observed(p>0.05)at the higher pasteurization temperature and longer pasteurization treatment time. Polyphenols,tannins,anthocyanins content and DPPH free radicals scavenging capacity of blackcurrant juice were higher at 70 ℃,6 min. They were decreased with the increasing pasteurization temperature and time. Pasteurization treatment at the conditions of low temperature and short time were advantageous to guarantee the properties and the biological active ingredient content of blackcurrant juice.

blackcurrant juice;pasteurization treatment;properties;DPPH scavenging capacity

2015-09-21

趙玉紅(1968-)，女，博士，副教授，主要從事天然產物化學研究， E-mail：zhaoyuhong08@163.com。

張立鋼(1973-)，男，博士，副教授，主要從事農產品精深加工研究，E-mail：zhang@neau.edu.cn。

哈爾濱市科學技術局科技創(chuàng)新人才計劃項目(2014RFQXJ071)。

TS201.2

A

1002-0306(2016)15-0140-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.15.019