那廣寧，丁昊，唐霜，張祥云，張銳

（1.沈陽工學院生命工程學院，遼寧 撫順 113122；2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學院食品與加工研究所，遼寧 沈陽 110161）

南果梨為薔薇科梨屬秋子梨，主要產(chǎn)于遼寧省南部地區(qū)，鞍山市和遼陽市尤為聞名。南果梨以其色澤鮮艷、爽口多汁、果香濃郁的特點馳名中外，果實富含鈣、鎂、鋅等37種礦物質(zhì)元素，具有解酒護肝、美容養(yǎng)顏的功效。此外，南果梨中含有多種微量元素、維生素、氨基酸和黃酮類物質(zhì)，具有較高的營養(yǎng)價值[1-3]。在國內(nèi)，南果梨以鮮果銷售為主，目前關(guān)于南果梨的研究方向主要集中在保鮮技術(shù)、活性成分提取和栽培技術(shù)方面，對果汁、果干和蜜餞等深加工產(chǎn)品的研究較少。南果梨果汁加工及保藏技術(shù)的研究對南果梨產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有促進作用，為解決南果梨鮮果腐敗引起的資源浪費問題提供了思路，對提高農(nóng)產(chǎn)品附加值和地域特色農(nóng)產(chǎn)品的推廣具有重要意義。在不同溫度（5、25、35℃）的貯藏條件下，定時監(jiān)測褐變指數(shù)及抗壞血酸、氨基酸、還原糖和5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural，5-HMF）含量的變化趨勢[4]，并根據(jù)反應(yīng)動力學的指數(shù)結(jié)果探究南果梨果汁非酶促褐變反應(yīng)的影響因素。研究所得結(jié)果為提高南果梨果汁的色澤穩(wěn)定性提出解決思路。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

南果梨（完熟新鮮無霉爛）：市售；抗壞血酸、2，6-二氯靛酚、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、乙酸鋅、亞鐵氰化鉀、草酸、鹽酸、硫酸銅、亞甲基藍、酒石酸鉀鈉、氫氧化鉀、冰乙酸、茚三酮、鄰苯二酚（均為分析純）、磷酸鹽緩沖液（pH7.3）：國藥集團化學試劑有限公司；果膠酶（5×104U/g）、纖維素酶（1.1×104U/g）：河南萬邦實業(yè)有限公司；福林酚試劑盒：北京索萊寶生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

食物調(diào)理機（FP3010）：德國博朗公司；高速離心機（TDZ5-WS）：湖南湘儀儀器有限公司；高壓滅菌鍋（LHS-12C）：上海力辰邦西儀器科技有限公司；紫外分光光度計（752G）：上海儀電分析儀器有限公司；恒溫培養(yǎng)箱（DHP-9012）：上海一恒科學儀器有限公司；自動電位滴定儀（ZD-2）：上海雷磁儀器設(shè)備有限公司；磁力攪拌器（MSJ-E）：上海科興儀器有限公司。

1.3 南果梨果汁的制備

1.3.1 南果梨的預處理

參考劉蘇蘇[5]的方法，選擇完熟、無蟲眼且無霉爛的新鮮南果梨，洗凈并瀝干水分，去核后將果肉用小刀切成長寬均為3 cm的小塊。將南果梨轉(zhuǎn)移到燒杯中并加入相同質(zhì)量的蒸餾水，再將燒杯放入水浴鍋80℃滅酶處理，保溫30 min[6-7]。

1.3.2 打漿與酶解

將果肉小塊撈出瀝干，冷卻至常溫后，轉(zhuǎn)入榨汁機中，1 500 r/min攪打1 min，再轉(zhuǎn)移至燒杯中加入質(zhì)量分數(shù)0.05%果膠酶和0.05%纖維素酶處理30 min，處理后放入冰箱預冷至5℃。

1.3.3 粗過濾與離心

將經(jīng)過酶解后的果漿以200目濾網(wǎng)過濾3次，在5℃、8 000 r/min的條件下離心10 min。離心后留上層清液。

1.3.4 包裝與殺菌

將南果梨果汁罐裝到玻璃密封容器中，灌裝時留出5%的上層罐頂空間防止脹罐。包裝后的南果梨果汁用高壓滅菌鍋在121℃的條件下滅菌15 min。

1.4 標準曲線的繪制

1.4.1 亮氨酸標準曲線的繪制

取10只潔凈具塞試管，分別加入10 mg/mL亮氨酸標準溶液（0.40、0.50、0.60、0.70、0.80、0.90、1.00、1.10、1.20、1.30mL）和蒸餾水（9.60、9.50、9.40、9.30、9.20、9.00、8.90、8.80、8.70 mL），按濃度梯度配制氨基酸標準溶液。再向各試管中加入0.5 mL的茚三酮顯色劑和0.5 mL pH7.3的磷酸鹽緩沖液，蓋上試管塞置于100℃水浴加熱15 min，冷卻后在565 nm處測定吸光值，根據(jù)數(shù)據(jù)繪制標準曲線[8-14]。該標準曲線擬合方程為y=0.8943x-0.211 2，R2=0.990 3。

1.4.2 總酚標準曲線的繪制

精確稱取沒食子酸標準品50.0 mg，用水溶解后定容于500 mL容量瓶中，得到0.1 mg/mL沒食子酸標準溶液。取8支25 mL具塞試管分別編號并移取沒食子酸標準溶液（5.00、7.50、10.00、12.50、15.00、17.50、20.00、22.50 mL）和福林酚試劑1.00 mL，搖勻后再分別加入10%Na2CO3溶液1.50 mL，加蒸餾水定容至25 mL。避光反應(yīng)2 h后在760 nm處測定吸光值，并繪制標準曲線。該標準曲線擬合方程為y=0.215 9x-0.378 0，R2=0.991 7。

1.4.3 總糖標準曲線繪制

取6支10 mL具塞比色管分別移取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL 0.998 4 g/L葡萄糖標準液，分別補蒸餾水至2.0 mL。以2.0 mL蒸餾水作空白對照，分別精密加入6%苯酚1.0 mL，搖勻后立即加入濃硫酸5.0 mL，搖勻，置于70℃水浴中加熱20 min后冷卻10 min，于490 nm處測吸光值，繪制標準曲線。該標準曲線擬合方程為 y=17.114 0x-0.024 3，R2=0.995 2。

1.5 南果梨果汁貯藏試驗

將南果梨果汁分別置于低溫（5℃）、室溫（25℃）和高溫（35℃）環(huán)境下貯藏40 d，每隔5 d測量1次5-HMF、褐變指數(shù)、抗壞血酸含量、游離氨基酸和總酚含量等相關(guān)指標。

1.5.1 5-HMF的測定

取貯藏試驗的南果梨果汁樣品5 mL，用30 mL蒸餾水稀釋后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶，加入0.5 mL澄清劑Ⅰ（5%亞鐵氰化鉀溶液），搖勻后再加入澄清劑Ⅱ（2.5%乙酸鋅溶液），再次搖勻后用蒸餾水定容至刻度。以5 000 r/min離心15 min，吸取上層清液各5 mL于兩個比色管中分別編號為1號和2號，其中1號比色管為參比液，2號比色管為待測液。在1號比色管中加入5 mL 0.02 g/100 mL NaHSO3溶液，混勻，向2號比色管中加入5mL蒸餾水。分別用石英比色皿于284 nm和336 nm處測定1號比色管和2號比色管的吸光值，記錄為A284nm和A336nm[15-17]。5-HMF含量的計算公式如下。

式中：H為貯藏試驗中南果梨果汁樣品中5-HMF的含量，mg/mL；V1為果汁樣品的體積，mL；V2為待測液的體積，mL；14.97為換算系數(shù)。

1.5.2 褐變指數(shù)（browning index，BI）的測定

取兩只比色管分別編號為1號和2號，其中1號比色管為待測液，2號比色管為參比液。取適量貯藏試驗中的樣品以5 000 r/min離心15 min，吸取離心管中的上層清液于1號比色管中，并向2號比色管加入適量蒸餾水，分別測定其在420 nm處的吸光值。褐變指數(shù)的計算公式如下[18-20]。

式中：A1為待測液在420 nm處的吸光值；A0為參比液在420 nm處的吸光值。

1.5.3 抗壞血酸含量的測定

采用電位滴定法測量抗壞血酸的含量[21-22]。吸取樣液（南果梨果汁）5.0 mL，稱重后加入到50 mL容量瓶中，加入5 g/mL草酸溶液并定容至刻度，過濾后得到待測液。再吸取20 mL待測液至小燒杯，接入磁力攪拌器。將電位滴定儀的電極插入體系中，打開電位記錄儀和電磁攪拌器，將2，6-二氯靛酚滴入反應(yīng)體系中，觀察電位記錄儀數(shù)值達到最高點時的2，6-二氯靛酚消耗的毫升數(shù)?？箟难岷康挠嬎愎饺缦?。

式中：V1為滴定樣液所消耗的2，6-二氯靛酚的體積，mL；V2為滴定時吸取樣液的體積，mL；T 為 1 mL 2，6-二氯靛酚相當于抗壞血酸的毫克數(shù)，mg；V為樣液的體積，mL；m為樣液質(zhì)量，g。

1.5.4 游離氨基酸含量的測定

吸取南果梨貯藏試驗樣液1 mL，加入pH5.4乙酸-乙酸鈉緩沖溶液和茚三酮顯色液各1 mL，混勻后于100℃水浴15 min，冷卻至室溫（25℃）后加入3 mL 60%乙醇溶液稀釋，搖勻后在570 nm處測定吸光值。根據(jù)亮氨酸標準曲線擬合方程計算得出游離氨基酸含量。

1.5.5 總酚含量的測定

總酚含量采用福林酚法測定[23]。吸取南果梨貯藏試驗樣品1 mL至比色管，再加入9 mL去離子水，搖勻后精確量取1 mL稀釋樣品，采用與標準曲線相同的測定方法進行比色?？偡雍康挠嬎愎饺缦?。

式中：W為南果梨果汁的總酚含量，mg/L；C為總酚標準曲線A760nm處對應(yīng)的質(zhì)量濃度，mg/L；V為稀釋后樣液體積，mL；N為稀釋倍數(shù)；m為南果梨果汁樣液體積，mL。

1.5.6 還原糖含量的測定

南果梨果汁的還原糖采用直接滴定法測定[13]。吸取適量南果梨果汁樣液，經(jīng)澄清劑Ⅰ和澄清劑Ⅱ除去蛋白質(zhì)后，以亞甲基藍為指示劑，在微沸的條件下滴定標定過的堿性酒石酸銅溶液，根據(jù)南果梨果汁樣品消耗的體積計算還原糖含量，計算公式如下。

式中：X為試樣中還原糖含量，g/100 g；m1為堿性酒石酸銅溶液質(zhì)量，mg；m為試樣質(zhì)量，g；V為測定時平均消耗試樣溶液體積，mL；250為定容體積，mL。

1.5.7 總糖含量的測定

吸取南果梨果汁樣品2 mL加入到比色管中，再向比色管中加入6%苯酚1.0 mL和濃硫酸5 mL溶液搖勻，沸水水浴顯色15 min于490 nm處測量吸光值。重復3次，取平均值代入總糖標準曲線擬合方程中計算出總糖含量。

1.6 酶促反應(yīng)動力學研究

對不同貯藏溫度下南果梨果汁褐變指數(shù)和5-HMF含量變化運用零級和一級動力學模型進行擬合分析[24]，方程如下。

式中：C為任意時間的指標測定值；C0為該指標的初始值；t為時間，d；K0為零級反應(yīng)動力學常數(shù)；K1為一級反應(yīng)動力學常數(shù)。

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

所有試驗均重復3次，試驗數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示，圖像采用Origin 8.0軟件繪制，數(shù)據(jù)結(jié)果采用DPS軟件進行方差分析（P＜0.05），試驗數(shù)據(jù)與圖表采用Excel 2016處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同貯藏溫度對南果梨果汁褐變指數(shù)的影響

不同貯藏溫度對南果梨果汁褐變指數(shù)的影響如圖1所示。

圖1 不同貯藏溫度對南果梨果汁褐變指數(shù)的影響Fig.1 Browning index of Nanguo pear juice stored at different temperatures

由圖1可知，隨著貯藏時間的延長，3個溫度的南果梨果汁的褐變指數(shù)均呈上升趨勢，且溫度越高褐變反應(yīng)越快。果汁低溫（5℃）貯藏40 d后的褐變指數(shù)最小，而果汁高溫（35℃）貯藏40 d后的褐變指數(shù)較大。這說明貯藏溫度是影響南果梨果汁非酶促褐變反應(yīng)進行的重要因素，可以通過控制溫度來抑制非酶促褐變的進行。

2.2 不同貯藏溫度對南果梨果汁抗壞血酸含量的影響

果汁中的主要營養(yǎng)物質(zhì)是抗壞血酸，其具有酸性和較強的抗氧化性?？箟难岬姆纸馔緩桨ㄓ醒醴纸夂蜔o氧分解。不同貯藏溫度對南果梨果汁抗壞血酸含量的影響見圖2。

圖2 不同貯藏溫度對南果梨果汁抗壞血酸含量的影響Fig.2 Ascorbic acid content in Nanguo pear juice stored at different temperatures

由圖2可知，在貯藏試驗的前20 d樣液中的抗壞血酸含量下降較快，而后20 d下降較為緩慢。這是由于貯藏容器的頂部有一部分罐頂空容引起的有氧性降解，而隨著容器內(nèi)的含氧量降低，抗壞血酸無氧分解逐漸占據(jù)優(yōu)勢。對高溫（35℃）前后20 d數(shù)據(jù)進行分析，前20 d的抗壞血酸分解速率為2.21 mg/（mL·d），而后20 d的抗壞血酸分解速率為1.23 mg/（mL·d），兩者相差1.79倍，可見在南果梨果汁反應(yīng)體系中，有氧型抗壞血酸分解速率較無氧型快。

2.3 不同貯藏溫度對南果梨果汁總酚含量的影響

南果梨果汁中含有較多的酚類物質(zhì)，而酚類物質(zhì)的化學活性較為活潑，極其容易氧化生成醌類物質(zhì)，醌類物質(zhì)易和親核基團發(fā)生反應(yīng)，并與其它酚類物質(zhì)在高溫下發(fā)生聚合形成呈色高分子聚合物。不同貯藏溫度對南果梨果汁總酚含量的影響見圖3。

圖3 不同貯藏溫度對南果梨果汁總酚含量的影響Fig.3 Total phenol content of Nanguo pear juice stored at different temperatures

由圖3可知，與25℃和35℃相比，在低溫（5℃）貯藏條件下總酚含量的變化不明顯，而在高溫條件下，如在35℃貯藏40 d后，總酚含量下降了7.38%。推斷可能是由于包裝前的排氣工藝使體系含氧量降低，導致酚類不容易氧化，而由于較高溫度的影響，酚類物質(zhì)發(fā)生了分子間的聚合，導致了褐變的發(fā)生。結(jié)果表明，酚類物質(zhì)并不是引起南果梨果汁非酶促褐變的主要原因，且酚類物質(zhì)氧化縮合對南果梨果汁褐變的影響較小。

2.4 不同貯藏溫度對南果梨果汁5-HMF、還原糖和游離氨基酸含量的影響

美拉德反應(yīng)是一類非常復雜的羰胺反應(yīng)，在各試驗條件下，可通過反應(yīng)體系中的5-HMF含量（生成速率）與還原糖及游離氨基酸的含量（降解速率）對貯存體系中所發(fā)生的美拉德反應(yīng)進行定量分析。5-HMF是經(jīng)過Amadori分子重排形成的一種中間產(chǎn)物，5-HMF的存在不僅是貯藏體系發(fā)生褐變的重要條件，同時也是形成色素沉積的潛在條件，不同貯藏溫度對南果梨果汁5-HMF、還原糖和游離氨基酸含量的影響見圖4～圖6。

圖4 不同貯藏溫度對南果梨果汁5-HMF的影響Fig.4 Content of 5-HMF in Nanguo pear juice stored at different temperatures

圖5 不同貯藏溫度對南果梨果汁還原糖含量的影響Fig.5 Content of reducing sugar in Nanguo pear juice stored at different temperatures

圖6 不同貯藏溫度對南果梨果汁游離氨基酸含量的影響Fig.6 Content of free amino acids in Nanguo pear juice stored at different temperatures

由圖4可知，在不同的溫度條件下，南果梨果汁中的5-HMF含量在貯藏期間不斷增加，這表明果汁中發(fā)生了美拉德反應(yīng)。

結(jié)合圖5、圖6可知，南果梨果汁中的還原糖含量和游離氨基酸含量在貯藏期不斷減少。盡管多糖在酸性條件下會發(fā)生熱水解，使果糖、葡萄糖等還原糖含量在一定程度上有所增加，且經(jīng)過纖維素酶和果膠酶處理后會使南果梨果汁中的低聚糖含量升高，但結(jié)合圖4～圖6可知，在5-HMF含量升高的同時，游離氨基酸和還原糖含量同步下降，這表明大部分還原糖和游離氨基酸發(fā)生了美拉德反應(yīng)，美拉德反應(yīng)是南果梨果汁發(fā)生非酶促褐變的主要因素。

2.5 不同貯藏溫度對南果梨果汁總糖含量的影響

不同貯藏溫度對南果梨果汁總糖含量的影響見圖7。

圖7 不同貯藏溫度對南果梨果汁總糖含量的影響Fig.7 Total sugar content of Nanguo pear juice stored at different temperatures

由圖7可知，在不同的溫度條件下，南果梨果汁中的總糖含量在貯藏期均呈下降趨勢，在35℃下貯藏時總糖含量下降的速度最快。這是由于南果梨果汁處于酸性的環(huán)境中，酸性條件下貯藏會導致蔗糖的水解以及水解后低聚糖的美拉德反應(yīng)，使得總糖含量隨著貯藏時間的延長而減少。此外，焦糖化反應(yīng)也可能是導致南果梨果汁中總糖含量變化的原因，但由于焦糖化反應(yīng)發(fā)生要求的溫度較高，而本試驗的貯藏溫度（5、25℃和35℃）偏低，不適合焦糖化反應(yīng)的進行，可判斷焦糖化反應(yīng)在本試驗體系參與度不高，對南果梨果汁非酶促褐變反應(yīng)的影響較小。

2.6 不同貯藏溫度對南果梨果汁pH值的影響

不同貯藏溫度對南果梨果汁pH值的影響如圖8所示。

圖8 不同貯藏溫度對南果梨果汁pH值的影響Fig.8 pH value of Nanguo pear juice stored at different temperatures

由圖8可知，在各溫度條件下pH值并無明顯變化，分析這是由于美拉德反應(yīng)發(fā)生時還原糖和胺類物質(zhì)聚合形成的糖胺會使體系的pH值降低而抑制反應(yīng)，且在不同的反應(yīng)溫度下南果梨果汁發(fā)生的美拉德反應(yīng)程度不同，由于果汁是一個較為復雜的反應(yīng)體系，使得南果梨果汁具有一定的緩沖能力，也可能是由于貯藏試驗時間較短，未能反映長期貯藏對南果梨果汁反應(yīng)體系pH值的影響。

2.7 抗壞血酸氧化分解反應(yīng)對南果梨果汁非酶促褐變的影響

不同貯藏溫度下南果梨果汁抗壞血酸含量的反應(yīng)動力學參數(shù)見表1。

表1 不同貯藏溫度下南果梨果汁抗壞血酸含量的反應(yīng)動力學參數(shù)Table 1 Reaction kinetic parameters of ascorbic acid content in Nanguo pear juice stored at different temperatures

由表1可知，不同溫度條件下抗壞血酸含量的動力學參數(shù)表明抗壞血酸含量變化同樣遵循零級反應(yīng)動力學的擬合公式，此結(jié)果與2.2結(jié)果吻合。

2.8 美拉德反應(yīng)對南果梨果汁非酶促褐變的影響

美拉德反應(yīng)的進行程度可用5-HMF的變化趨勢和BI表示，不同貯藏溫度下南果梨果汁中5-HMF含量及BI的反應(yīng)動力學參數(shù)見表2、表3。

表2 不同貯藏溫度下褐變指數(shù)（BI）的反應(yīng)動力學參數(shù)Table 2 Reaction kinetic parameters of browning index of Nanguo pear juice stored at different temperatures

表3 不同貯藏溫度下南果梨果汁5-HMF含量的反應(yīng)動力學參數(shù)Table 3 Reaction kinetic parameters of 5-HMF content in Nanguo pear juice stored at different temperatures

由表2可知，在5℃和25℃的條件下南果梨果汁貯藏體系的褐變指數(shù)符合零級反應(yīng)動力學的擬合公式（R2分別為0.975 4和0.957 3），這一結(jié)果與王素雅等[25]關(guān)于香蕉汁非酶促褐變反應(yīng)的研究相吻合。

由表3可知，由于5-HMF的增加量呈線性趨勢，采用零級反應(yīng)動力學和一級反應(yīng)動力學對其含量的變化規(guī)律進行擬合，結(jié)果顯示在任何溫度條件下進行的貯藏試驗都可用零級反應(yīng)動力學公式進行擬合，且使用零級反應(yīng)動力學方程進行擬合時，其相關(guān)系數(shù)（R2）均大于一級反應(yīng)動力學方程。

由表1～表3可知，抗壞血酸的氧化分解與5-HMF的生成有關(guān)，在35℃的情況下，抗壞血酸含量衰減和5-HMF含量增加均遵循零級反應(yīng)動力學擬合公式（R2分別為0.994 4和0.984 0），在5℃的條件下褐變指數(shù)的變化規(guī)律可用零級反應(yīng)動力學和一級反應(yīng)動力學公式擬合（R2分別為0.975 4和0.948 1），表明抗壞血酸氧化降解產(chǎn)生的糠醛類物質(zhì)是導致體系5-HMF含量增加的主要原因。

3 結(jié)論

本試驗對南果梨果汁在不同溫度條件（5、25、35℃）下進行貯藏，通過檢測貯藏期的褐變指數(shù)、5-HMF含量、抗壞血酸含量、總酚含量、還原糖含量及游離氨基酸含量，并對上述指標采用零級和一級反應(yīng)動力學模型進行擬合，研究了影響南果梨果汁非酶促褐變反應(yīng)的因素。試驗結(jié)果表明，褐變指數(shù)、抗壞血酸及5-HMF含量的變化規(guī)律遵循零級反應(yīng)動力學擬合公式，還原糖與氨基化合物間發(fā)生的美拉德反應(yīng)和抗壞血酸氧化分解反應(yīng)是導致南果梨果汁貯藏期間非酶褐變的主要原因，多元酚氧化縮合反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)對南果梨果汁非酶促褐變影響較小。