朱俊喆，蔡文超，張振東，單春會(huì)，郭 壯,

（1.湖北文理學(xué)院湖北省食品配料工程技術(shù)研究中心，湖北襄陽(yáng) 441053；2.石河子大學(xué)食品學(xué)院，新疆石河子 832000）

紅棗是種原產(chǎn)于中國(guó)的傳統(tǒng)名優(yōu)特產(chǎn)[1]，含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、糖類(lèi)和纖維素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[2?3]，在遠(yuǎn)古時(shí)期就被人們發(fā)現(xiàn)并利用。史書(shū)記載，西周時(shí)期紅棗汁就被用來(lái)釀酒，作為上乘貢品備受人們喜愛(ài)。新疆和田地區(qū)所生長(zhǎng)的和田紅棗，營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值極高，維生素C和維生素P的含量在水果中名列前茅，被譽(yù)為“天然的維生素丸”[4]。近年來(lái)，隨著與紅棗相關(guān)研究逐漸增多，人們發(fā)現(xiàn)紅棗不僅口感松軟、純正香甜，還具有極強(qiáng)的藥用價(jià)值[5]，在增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗腫瘤、保護(hù)肝臟和降血糖等方面均具有一定的作用[6?7]。新鮮紅棗的儲(chǔ)藏期較短，且容易出現(xiàn)氧化變質(zhì)等現(xiàn)象，不利于紅棗的對(duì)外銷(xiāo)售[8]。因此，對(duì)新鮮紅棗進(jìn)行一定程度的深加工，并最大程度地保留其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和延長(zhǎng)儲(chǔ)藏期就顯得十分必要。

紅棗汁作為紅棗深加工利用的一種常見(jiàn)形式，通常由酶解法獲得[9]，其不僅可以直接飲用，還可用于生產(chǎn)果酒、果醋和果凍等產(chǎn)品[10]。在紅棗汁的生產(chǎn)中，工藝條件優(yōu)化對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)提升尤為重要。近年來(lái)，大多數(shù)關(guān)于紅棗汁的研究主要集中在抗氧化活性[11]、發(fā)酵工藝[12]、復(fù)合飲料和澄清工藝等方面[13]，而針對(duì)提升紅棗汁酶解效率和品質(zhì)的研究相對(duì)較少。隨著科學(xué)技術(shù)的逐漸發(fā)展，越來(lái)越多的設(shè)備被應(yīng)用到食品領(lǐng)域中。崔艷敏等[14]發(fā)現(xiàn)超高壓處理復(fù)合蘋(píng)果汁能顯著改善其品質(zhì)，鄧紅等[15]發(fā)現(xiàn)超高壓處理非濃縮蘋(píng)果汁能明顯提升其貯藏期?？梢?jiàn)，超高壓設(shè)備能輔助改善果汁品質(zhì)。同時(shí)仿生設(shè)備的迅速發(fā)展也為其輔助效果的評(píng)價(jià)提供了必要手段。相關(guān)報(bào)道顯示，電子舌[16]、電子鼻[17]和色度儀[18]作為感官品質(zhì)評(píng)價(jià)的主要設(shè)備已廣泛應(yīng)用于食品生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，其不僅能準(zhǔn)確對(duì)食品品質(zhì)進(jìn)行數(shù)字化的評(píng)價(jià)，還能排除人為因素的干擾，可重復(fù)性高。

本研究使用超高壓技術(shù)輔助酶解，并結(jié)合電子舌、電子鼻和色度儀對(duì)紅棗汁的感官品質(zhì)進(jìn)行數(shù)字化的評(píng)價(jià)，最后基于多元統(tǒng)計(jì)學(xué)分析對(duì)紅棗汁的整體品質(zhì)進(jìn)行了研究，以期為我國(guó)新疆地區(qū)紅棗汁加工產(chǎn)業(yè)的工藝改良和品質(zhì)改良提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新疆駿棗 市售；果膠酶（酶活力5 萬(wàn) U/g）湖北糖柜股份有限公司；氯化鈉（分析純）國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；蔗糖（食品級(jí)）云南綾悅軒食品有限公司；陰離子溶液、陽(yáng)離子溶液、內(nèi)部溶液、參比溶液和預(yù)處理溶液（分析純）日本Insent公司；無(wú)水乙醇（分析純）天津市鼎盛鑫化工有限公司；硅藻土（食品級(jí)）河南安然食品生物科技有限公司。

HPP.L2-700/1 型超高壓設(shè)備 天津華泰森淼生物工程技術(shù)股份有限公司；SA 402B電子舌 日本Insent公司；PEN3 電子鼻 德國(guó)Airsense公司；Ultra Scan PRO色度儀 美國(guó)Hunter Lab公司；PHS-25 型數(shù)顯pH計(jì) 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；101-3B恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海力辰邦西儀器科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 紅棗汁制備工藝 首先將干紅棗洗凈去核，按紅棗與水的比例為1:4（125 g駿棗，500 mL純水）進(jìn)行混合，打漿機(jī)打漿30 s后取出備用（分別制作33 份）[19]。分別對(duì)打漿后的紅棗漿進(jìn)行處理，其處理步驟如下：（a）對(duì)照組（僅酶解），取3 份紅棗漿（編號(hào)為CK1～CK3），加入0.15 g果膠酶在45 ℃酶解2 h；（b）先超高壓再酶解組，取15 份紅棗漿（編號(hào)為CM1～CM5）分別在100、200、300、400 和500 MPa下進(jìn)行5 min高壓（每個(gè)壓力3 個(gè)平行），加入0.15 g果膠酶在45 ℃酶解2 h；（c）先酶解再超高壓組，取15 份紅棗漿（編號(hào)為MC1～MC5），加入0.15 g果膠酶在45 ℃酶解2 h，分別在100、200、300、400 和500 MPa下進(jìn)行5 min高壓（每個(gè)壓力3 個(gè)平行）。所有樣品10000 r/min離心6 min后抽濾得到澄清紅棗汁。

1.2.2 穩(wěn)定性試驗(yàn)

1.2.2.1 熱處理試驗(yàn) 取澄清劑處理前后的樣品各10 mL，90 ℃水浴6 h，冷卻至室溫，分別測(cè)定熱處理前后的濁度（可見(jiàn)光分光光度計(jì)在波長(zhǎng)660 nm處測(cè)定），計(jì)算濁度增加量（（熱處理后濁度-熱處理前濁度）/熱處理前濁度×100%）。

1.2.2.2 乙醇-濁度試驗(yàn) 取澄清劑處理前后的樣品各10 mL，加入5 mL無(wú)水乙醇，振蕩混勻，2 h后測(cè)定濁度，計(jì)算酒精添加前后濁度增加量。強(qiáng)制老化試驗(yàn)：取澄清劑處理前后的樣品各10 mL，0 ℃放置12 h后80 ℃放置12 h為一個(gè)循環(huán)，3 個(gè)循環(huán)后冷卻至室溫測(cè)定濁度并計(jì)算濁度變化量[20]。

1.2.3 紅棗汁滋味品質(zhì)評(píng)價(jià) 準(zhǔn)確量取50 mL澄清紅棗汁與100 mL蒸餾水混合均勻后10000 r/min離心10 min，取上清液進(jìn)行抽濾后，將濾液倒入電子舌專用測(cè)試杯中待測(cè)。參照楊成聰[21]關(guān)于蘇打水滋味品質(zhì)測(cè)定的方法進(jìn)行分析，選取CK1 為對(duì)照值，每份樣品平行測(cè)定4 次，取后3 次結(jié)果的平均值為本樣品的最終測(cè)試至用于后續(xù)試驗(yàn)分析。

1.2.4 紅棗汁風(fēng)味品質(zhì)評(píng)價(jià) 準(zhǔn)確吸取20 mL澄清紅棗汁于10000 r/min離心8 min，取上清液裝入電子鼻樣品瓶中。樣品瓶首先置于50 ℃保溫30 min，并放置于室溫平衡15 min后上機(jī)測(cè)試。具體參數(shù)設(shè)置參照代程洋等[22]對(duì)泡菜水風(fēng)味品質(zhì)研究中所約束的條件。每份紅棗汁的風(fēng)味測(cè)定時(shí)間為120 s，所用樣品的風(fēng)味曲線均在40 s后達(dá)到平臺(tái)期，選取69、70 和71 s時(shí)響應(yīng)值的平均值為該樣品的測(cè)試值進(jìn)行后續(xù)分析。不同電極的性能描述如下：W1C（對(duì)芳香類(lèi)物質(zhì)靈敏）、W5S（對(duì)氮氧化物靈敏）、W3C（對(duì)氨氣、芳香類(lèi)物質(zhì)靈敏）、W6S（對(duì)氫氣有選擇性）、W5C（對(duì)烷烴、芳香類(lèi)物質(zhì)靈敏）、W1S（對(duì)甲烷靈敏）、W1W（對(duì)有機(jī)硫化物、萜類(lèi)物質(zhì)靈敏）、W2S（對(duì)乙醇靈敏）、W2W（對(duì)有機(jī)硫化物靈敏）和W3S（對(duì)烷烴靈敏）。

1.2.5 紅棗汁色澤品質(zhì)評(píng)價(jià) 準(zhǔn)確量取250 mL澄清紅棗汁于10000 r/min離心8 min后進(jìn)行抽濾，取150 mL濾液于10 mm×50 mm色度儀專用比色皿中待測(cè)。首先使用白板和黑板對(duì)色度儀進(jìn)行校準(zhǔn)后進(jìn)行紅棗汁色澤品質(zhì)的數(shù)字化測(cè)定。參考周書(shū)楠等[23]對(duì)酸漿水色澤品質(zhì)的測(cè)定條件進(jìn)行設(shè)置，本研究選擇反射模式對(duì)每個(gè)樣品不間斷測(cè)定3 次，讀數(shù)以CIE1976 色度空間值L*（暗→亮:0→100），a*（綠→紅+），b*（藍(lán)→黃+）表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Wilcoxon tests對(duì)不同方式制備的紅棗汁品質(zhì)指標(biāo)之間的差異進(jìn)行分析；采用主成分分析（Principal componentanalysis，PCA）、Meta-Storm距離分析、典范對(duì)應(yīng)分析（Canonical correspondence analysis，CCA）、聚類(lèi)分析（Clusteranalysis，CA）、冗余分析（Redundancy analysis，CA）和多元方差分析（Multivariate analysis of variance，MANOVA）對(duì)不同方式制備的紅棗汁品質(zhì)差異進(jìn)行分析；除雙序圖使用canoco4.5 軟件繪制外，其他圖均由Origin 2017 軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅棗汁感官品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異性分析

本研究在使用電子舌、電子鼻和色度儀等仿生設(shè)備對(duì)紅棗汁的多個(gè)感官指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，首先采用了PCA對(duì)紅棗汁品質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。基于PCA紅棗汁整體感官品質(zhì)的因子得分圖如圖1 所示。

圖1 基于主成分分析的紅棗汁整體感官品質(zhì)評(píng)價(jià)Fig.1 Evaluation of overall sensory quality of jujube juice based on principal component analysis

由圖1 可知，空白對(duì)照組（CK）、先超高壓再酶解組（CM）和先酶解再超高壓組（MC）的紅棗汁樣品在空間分布上呈現(xiàn)出明顯的分離聚類(lèi)趨勢(shì)。隸屬于CK組的紅棗樣本之間差異較小，全部位于第一象限；隸屬于MC組的紅棗汁樣本全部位于X軸左側(cè)，主要分布在第二象限和第三象限；而隸屬于CM組的紅棗汁樣本之間的差異較大，其在所有象限中均有分布。值得注意的是，盡管CM組和MC組的樣本在空間排布上出現(xiàn)一定的重疊現(xiàn)象，但兩組與CK組之間仍然存在明顯的差異，這說(shuō)明超高壓輔助紅棗汁的提取能明顯改變紅棗汁的感官品質(zhì)。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，CM組和MC組中在同一壓強(qiáng)下的紅棗汁樣本似乎具有更小的組內(nèi)距離，這表明不同的壓強(qiáng)亦能影響紅棗汁的品質(zhì)，但影響相較于不同處理方式較小。

PCA作為一種無(wú)監(jiān)督的空間排布方法，其在將所有樣本在空間上進(jìn)行排布時(shí)僅僅考慮了樣本之間的相似性，而忽略了樣本的分組信息[24]。因此，本研究進(jìn)一步使用CCA這一有監(jiān)督的分析手段，在考慮樣品分組信息的基礎(chǔ)上，重新對(duì)33 個(gè)紅棗汁樣本在空間上進(jìn)行了排布，其結(jié)果如圖2 所示。

圖2 基于典范對(duì)應(yīng)和聚類(lèi)分析的紅棗汁整體感官品質(zhì)評(píng)價(jià)Fig.2 Evaluation of overall sensory quality of jujube juice based on canonical correspondence and cluster analysis

由圖2 可知，不同方式處理的紅棗汁樣本在空間排布上呈現(xiàn)出明顯的分離聚類(lèi)趨勢(shì)，隸屬于CK組的紅棗汁樣本聚集在一起，全部位于第一象限；而隸屬于CM組和MC組的紅棗汁樣本全部位于空間左側(cè)，且兩組亦分別位于空間的上側(cè)和下側(cè)，呈現(xiàn)出明顯的分離趨勢(shì)，這與PCA的結(jié)果相一致，證明了超高壓輔助酶解能明顯改變紅棗汁的品質(zhì)，且不同處理方式對(duì)紅棗汁的品質(zhì)亦有較大影響。同時(shí)，本研究進(jìn)一步采用CA對(duì)紅棗汁的整體感官品質(zhì)驗(yàn)證，超高壓輔助酶解后的紅棗汁與空白組紅棗汁存在極顯著差異，而不同處理方式獲得紅棗汁品質(zhì)差異相對(duì)較小。由此可見(jiàn)，超高壓技術(shù)能明顯改變紅棗汁的品質(zhì)，這亦進(jìn)一步驗(yàn)證了PCA和CCA結(jié)果的正確。為了對(duì)上述定性分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，本研究進(jìn)一步基于Meta-Storm距離對(duì)不同順序和壓強(qiáng)對(duì)紅棗汁品質(zhì)的影響進(jìn)行了定量分析，其結(jié)果如圖3 所示。

圖3 Meta-Storms距離分析Fig.3 Meta-Storms distance analysis

由圖3 可知，不同壓強(qiáng)制備的紅棗汁樣品感官品質(zhì)之間存在極顯著差異（P=0.001），不同處理順序制備的紅棗汁感官品質(zhì)亦差異極顯著（P=1.60e-12）。值得一提的是，處理順序?qū)t棗汁感官品質(zhì)影響的F值要大于壓強(qiáng)。由此可見(jiàn)，處理順序和壓強(qiáng)對(duì)紅棗汁感官品質(zhì)的均具有顯著性影響，且不同處理方式對(duì)紅棗汁感官品質(zhì)的影響大于不同壓強(qiáng)，這亦與PCA、CCA和CA等定性分析結(jié)果相一致。

2.2 不同處理方式制備紅棗汁中關(guān)鍵感官指標(biāo)的甄別

由上述分析可知，處理順序和壓強(qiáng)對(duì)于紅棗汁的感官品質(zhì)均存在較大的影響，且不同處理順序的影響遠(yuǎn)大于壓強(qiáng)。若進(jìn)一步評(píng)價(jià)納入本研究的5 個(gè)壓強(qiáng)對(duì)紅棗汁感官品質(zhì)的影響，其對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)的意義有限，因此本研究后續(xù)分析中僅對(duì)不同處理方式對(duì)紅棗汁品質(zhì)的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)?；赑CA紅棗汁整體感官品質(zhì)的因子載荷圖如圖4 所示。

圖4 基于主成分分析的紅棗汁整體感官品質(zhì)的因子載荷圖Fig.4 Loadingdiagram of overall sensory quality of jujube juice based on principal component analysis

由圖4 可知，PC1 主要由風(fēng)味指標(biāo)構(gòu)成，而PC2 主要有滋味指標(biāo)和色澤指標(biāo)構(gòu)成。在紅棗汁中高度表達(dá)的變量將以高權(quán)重（遠(yuǎn)離原點(diǎn)）投射到該組樣品的方向[25]，本研究亦發(fā)現(xiàn)了一些與原點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的感官品質(zhì)指標(biāo)，且這些指標(biāo)與不同處理方式對(duì)紅棗汁的感官品質(zhì)影響密切相關(guān)。將所有變量投影到同一空間，并結(jié)合因子得分圖關(guān)聯(lián)在相同方向上的變量和樣本來(lái)觀察每個(gè)數(shù)據(jù)集中與特定觀測(cè)值最密切相關(guān)的變量。研究發(fā)現(xiàn)，造成不同提取方式之間紅棗汁品質(zhì)差異的主要感官指標(biāo)分別為a*、b*、L*、芳香型物質(zhì)、烷烴類(lèi)物質(zhì)、酸味和澀味，其在X軸或Y軸的正負(fù)端具有較高的權(quán)重。而對(duì)照?qǐng)D1 可知，相同象限內(nèi)的樣品和指標(biāo)之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性。由此可見(jiàn)，超高壓輔助酶解能增加紅棗汁中芳香型物質(zhì)的相對(duì)強(qiáng)度，并減少烷烴等不良物質(zhì)的含量；且不同順序的超高壓輔助亦會(huì)造成不同的影響，先超高壓后酶解可能會(huì)造成紅棗汁的L*、酸味和澀味等強(qiáng)度的增加，而先酶解后超高壓則會(huì)導(dǎo)致紅棗汁的a*和b*強(qiáng)度上升。同時(shí)，本研究仍以不同處理順序?yàn)榉纸M依據(jù)對(duì)造成差異的關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)甄別，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 RDA雙序圖Fig.5 RDA biplot

由圖5 可知，在全部21 個(gè)感官指標(biāo)中W1C、W3C、W5C、W1W、W2W、W1S、W3S和W5W等8 個(gè)風(fēng)味指標(biāo)與RDA排序軸上的樣本具有良好的賦值相關(guān)性，因而本研究認(rèn)為正是這8 個(gè)指標(biāo)導(dǎo)致了CK組、CM組和MC組中紅棗汁整體感官品質(zhì)存在較大的差異。由圖5 亦可知，芳香型物質(zhì)指標(biāo)在MC組正方向上具有較大的投影值，而在其他兩組負(fù)方向上具有較大的投影值，而其他風(fēng)味指標(biāo)則呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)，這說(shuō)明MC組中的紅棗汁的芳香型要強(qiáng)于其他兩組，而其它如烷烴類(lèi)和硫化物等物質(zhì)的強(qiáng)度則相對(duì)較低。本研究亦進(jìn)一步對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)在三組中的顯著性進(jìn)行了計(jì)算，其結(jié)果如表1 所示。

表1 不同處理方式紅棗汁中關(guān)鍵指標(biāo)的差異分析Table 1 Difference analysis of key indicators in jujube juice with different treatment methods

由表1 可知，除W3S外的所有RDA甄別出的關(guān)鍵指標(biāo)在MC組和其他兩組之間均存在顯著性差異（P<0.05），且在CM組和CK組之間均不存在顯著性差異（P>0.05）。這不僅證明了RDA結(jié)論的正確性，還說(shuō)明了超高壓技術(shù)能明顯改變紅棗汁的風(fēng)味品質(zhì)，且先酶解后超高壓處理能顯著提升紅棗汁中芳香型物質(zhì)的強(qiáng)度。

2.3 超高壓處理對(duì)紅棗汁穩(wěn)定性的影響

在植物蛋白飲料中，穩(wěn)定性一直是制約其發(fā)展的瓶頸。因此本研究在探討了超高壓技術(shù)對(duì)紅棗汁品質(zhì)影響的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究超高壓處理是否能改變紅棗汁的穩(wěn)定性，使其品質(zhì)得到進(jìn)一步的提升。結(jié)果如圖6 所示。

圖6 不同處理方式紅棗汁的穩(wěn)定性Fig.6 Stability of jujube juice with different treatments

由圖6 可知，本研究采用了3 種方式對(duì)紅棗汁的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在高溫和乙醇環(huán)境下，紅棗汁的穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生較大的變化。在高溫狀態(tài)下，所有紅棗汁的穩(wěn)定性均會(huì)下降，且MC組紅棗汁的穩(wěn)定性相較于其他兩組下降的更為顯著（P<0.001）；而在乙醇處理后，經(jīng)超高壓制備的紅棗汁的穩(wěn)定性顯著上升（P<0.05），且先酶解后超高壓處理得到的紅棗汁的穩(wěn)定性更好。由此可見(jiàn)，經(jīng)超高壓制備得到的紅棗汁可能在果酒的釀制方面具有較好的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

不同處理方式和壓強(qiáng)對(duì)紅棗汁的感官品質(zhì)均具有明顯影響，且不同處理方式對(duì)紅棗汁感官品質(zhì)的影響大于壓強(qiáng)。芳香類(lèi)物質(zhì)、烷烴類(lèi)物質(zhì)和硫化物等風(fēng)味指標(biāo)是導(dǎo)致空白組、先超高壓后酶解組和先酶解后超高壓組紅棗汁樣品間感官品質(zhì)存在顯著差異的關(guān)鍵指標(biāo)，經(jīng)超高壓處理后的紅棗汁整體感官品質(zhì)較為接近，并以先酶解后超高壓制備的紅棗汁品質(zhì)為更佳，其次為先超高壓后酶解，而未經(jīng)超高壓處理的紅棗汁感官品質(zhì)較差。同時(shí)，超高壓處理可以顯著提升紅棗汁的非生物穩(wěn)定性。