精品論文高壓二氧化碳技術(shù)對鮮榨胡蘿卜汁品質(zhì)影響1周林燕，張燕，吳繼紅，廖小軍，胡小松 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點開放實驗室， 果蔬加工教育部工程研究中心，北京（100083）E-mail: liaoxjun摘要：本文研究了高壓二氧化碳技術(shù)（high pressure carbon dioxide, HPCD）對鮮榨胡蘿卜汁的品質(zhì)影響，HPCD 處理條件為溫度 25，壓力 30 MPa，時間 15 min、30 min 、45 min 和 60 min。結(jié)果表明，HPCD 處理后胡蘿卜汁 pH 值降低、可滴定酸增加，但對其可溶性固性物、類胡蘿卜素沒有影響，同時有效抑制胡蘿卜汁褐變和顯著增加胡蘿卜汁濁度；HPCD 處理后胡蘿卜汁顏色*顯著增加、b*值沒有變化，15 min 和 30 min 后 a*值沒有變化，但 45 min 和 60 min后 a*值顯著提高；15 min、30 min 和 45min 后胡蘿卜汁顆粒粒徑中值和平均值顯著增大，60 min后顯著減小。 關(guān)鍵詞：高壓二氧化碳技術(shù)；胡蘿卜汁；品質(zhì)1. 引 言食品加工的目的不僅要保證食品的安全，還要保持食品原有的品質(zhì)。熱力殺菌作為一種 比較劇烈的殺菌方式，對食品特別是熱敏性食品的色、香、味、功能性及營養(yǎng)成分等有破壞 作用，經(jīng)過熱殺菌后食品失去了其原有的新鮮度，甚至還產(chǎn)生異味，影響產(chǎn)品的質(zhì)量1。高 壓二氧化碳技術(shù)是一項最新的非熱力殺菌技術(shù)。Fraser 在 Nature 上發(fā)表文章，首次發(fā)現(xiàn)高壓 二氧化碳（HPCD）能夠鈍化細菌細胞2，此后更多的學(xué)者就致力于 HPCD 殺菌技術(shù)的研究。 研究表明，HPCD 在一定的壓力下（3-70MPa），較低的處理溫度就能對食品中微生物具有 殺滅效果，同時使酶部分失活3-4，能夠最大限度保持其原有的品質(zhì)。胡蘿卜汁是一種較受消費者歡迎的果蔬汁，富含利于人體健康的天然 -胡蘿卜素和 - 胡蘿卜素5。它也是作為提供維 A 前體和 -胡蘿卜素類飲料 (ATBC-飲料) 的天然來源，需 要較高的理化穩(wěn)定性6。胡蘿卜汁屬于低酸性食品，需要的殺菌溫度高，而熱力殺菌常可以 導(dǎo)致胡蘿卜汁品質(zhì)的嚴重破壞7。利用 HPCD 對胡蘿卜汁進行非熱殺菌可能是提高胡蘿卜品 質(zhì)的重要技術(shù)之一，本文研究了 HPCD 對胡蘿卜汁品質(zhì)的影響，為 HPCD 技術(shù)應(yīng)用于果蔬 汁加工提供理論依據(jù)和前期研究。2. 材料與方法2.1 實驗材料2.1.1 原料桔紅 I 號，中國農(nóng)科院蔬菜所昌平種植基地選育。2006 年 10 月收獲。新鮮的胡蘿卜收 獲后裝入聚丙烯編制袋，由卡車運送至實驗室，然后在溫度為 41和相對濕度為 85-95 的冷庫中貯藏。2.1.2 二氧化碳純度為 99.9，北京分析儀器公司。通過長為 1m、直徑為 2 cm 的活性碳過濾柱過濾待 用。1本課題得到高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金（項目編號：20060019016）的資助。- 11 -2.1.3 其他實驗試劑氯仿、甲醇、硫酸鈉、氫氧化鈉均為分析純，北京化學(xué)試劑公司。2.1.4 胡蘿卜汁制備胡蘿卜清洗去皮，用刮絲板刮成厚度為 12 mm 的細絲，用榨汁機進行榨汁（胡蘿卜 絲蒸餾水（w/w）11）。果漿用四層紗布手動過濾，然后常溫下以 3000 r/min 離心 5 min（TDL-5-A，上海安亭科學(xué)醫(yī)學(xué)儀器廠），取上清液于 04冷庫中冷藏備用。2.2 HPCD 處理裝置本實驗所用的間歇式高密度二氧化碳殺菌機為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)專利產(chǎn)品（專利號 ZL200520132590.X），見圖1，整個HPCD處理系統(tǒng)是由高壓二氧化碳發(fā)生裝置、升降壓系統(tǒng)、 處理釜、水浴加熱、物料輸出和輸入部分五個部分組成。圖 1 HPCD處理裝置1 CO2氣瓶；2 CO2過濾器； 3 壓力表； 4 低溫冷卻槽； 5 高壓調(diào)頻泵； 6 壓力傳感器；7 無菌操作臺；8 處理釜； 9 電熱偶溫度計； 10 處理釜恒溫水浴槽； 11 真空泵； 12 顯示板Fig 1 Diagram of dense phase carbon dioxide processing equipment1 CO2 cylinder; 2 CO2 filter; 3 Pressure gauge; 4 Cooling unit; 5 Plunger pump; 6 Pressure transducer; 7Biohazard containment unit for aseptic operation; 8 High pressure vessel; 9 Thermocouples; 10 Thermostatic bath;11 Vacuum pump; 12 Displaying panel2.3 熱處理與 HPCD 處理胡蘿卜汁參數(shù)HPCD 處理溫度 25 ，處理壓強 30 MPa，處理時間梯度為 15、30、45、60 min。常壓 下(0.1 MPa)，溫度為 90 ，保溫 1 min。2.4 測定指標及方法2.4.1 HPCD 處理胡蘿卜汁操作流程將 HPCD 高壓處理釜加熱保溫至設(shè)定溫度 25 ，通過真空泵進行抽真空，之后打開高 壓處理釜上的進樣閥，200 mL 胡蘿卜汁通過真空方式自動吸入到高壓處理釜。待胡蘿卜汁 溫度平衡至 25 ，打開高壓處理釜上的 CO2 進口閥，然后通過高壓調(diào)頻泵進行增壓，經(jīng) 510 min 的升壓過程達到設(shè)定壓強，后進行保壓處理，保壓后打開高壓處理釜上的卸壓閥，卸壓結(jié)束后開啟高壓處理釜上的出樣閥，在常溫下進行各項指標測定。2.4.2 熱處理胡蘿卜汁操作過程將裝有 200 mL 胡蘿卜汁的鋼制燒杯置于沸水浴中，使中心溫度迅速升到 90，保溫 1 min 后取出，冰浴冷卻至常溫，進行各項指標測定。2.4.3 色澤全自動色差儀（SC-80C，北京康光儀器廠）用白板和黑板調(diào)零后，將樣品搖勻取 5 mL置于比色杯中，在反射模式下測定 L*、a*、b*值。本實驗中總色差計算公式為 E(L*afterL*before)2(a*aftera*before)2(b*afterb*before)2。 其中 L*before、a*before、b*before 是鮮榨汁最初測定值；L*after、a*after、b*after 是 HPCD 處理后的 測定值；E 是總色差。L*、a*、b*是測定食品顏色變化的常用參數(shù)。L*稱為明度指數(shù)，L*=0 表示黑色，L*=100 表示白色。在 L*、a*、b*的坐標系中，a*方向顏色接近紅色，a*方向顏色接近綠色；b* 方向顏色接近黃色，b*方向顏色接近藍色；E 為兩點之間的變化值8。2.4.4 褐變度（BD）紫外分光光度計（Cary-50，美國瓦里安公司）測定樣品處理后 420 nm 下的吸光值作為 褐變指數(shù)。胡蘿卜汁在 4下 8,000g 離心 20 min，上清夜用 0.45 m 的微孔濾膜過濾，過 濾液用分光光度計在 420 nm 波長下測吸光度值9。2.4.5 濁度散射式濁度儀（WGZ-200，上海珊科儀器廠）測定，將樣品用蒸餾水稀釋 25 倍后用濁 度儀測定。以 10 檔調(diào)零后調(diào)節(jié)濁度儀的測量檔換到 200 檔，以蒸餾水作為空白溶液，用 10 cm 的比色皿測定。2.4.6 顆粒大小 激光粒度分析儀（Ls230，美國貝克曼庫特公司）測定胡蘿卜汁的粒徑大小。Ls v3.29軟件操作的 Ls230 激光粒度儀選小粒徑模式測定。系統(tǒng)通過波長為 750 nm 的激光衍射后，通過對顆粒散射光強度及散射角大小的測量來計算粒徑為 0.4 m 到 2000 m 的顆粒大小及 分布。此實驗測量背景是蒸餾水，測量之前先用蒸餾水清洗內(nèi)部光學(xué)儀器，等洗凈后漿蒸餾水 注滿樣品池后儀器開始進行自動調(diào)參過程，包括：measuring offset、Auto Align、Measuring Background、 Measuring Loading，調(diào)參結(jié)束后將樣品加入樣品池直到顯示濃度為 8左右， 系統(tǒng)提示可以開始進行測量。測量時樣品會通入到一個充滿液體的閉合環(huán)路，由轉(zhuǎn)速約為8L/min 的環(huán)流泵控制。胡蘿卜汁的粒徑用體積平均粒徑（mean diameter）和體積中位徑（median diameter）表 示。其中：平均粒徑 nc dlc/ nc dlc= 4 3其中 dlc 是顆粒粒徑，nc 是此粒徑下的顆粒所占比例；體積中位徑是粒徑分布中間值直 徑。2.4.7 pH 值和可滴定酸采用 pH 計（868 型，美國奧立龍）測定 pH 值。用標準緩沖液將 pH 計的測量范圍調(diào) 為 4.0 到 7.0，取 10 mL 樣品放入 50 mL 的小燒杯中。測定 pH 值后將燒杯置于磁力攪拌器上，放入 pH 計的探頭，調(diào)節(jié)適當?shù)臄嚢杷俣?，?0.02 mol/L 的 NaOH 溶液滴定至 pH8.110。 可滴定酸按公式計算 1000 mL 胡蘿卜汁中所含可滴定酸含量：C N 折算系數(shù)M = V V 1-可滴定酸含量（mL），V-樣品總體積（1000mL）； C-消耗的 NaOH 標準液（mL）；N-NaOH 標準液的摩爾濃度；V1-滴定所用的樣品體積（mL）。折算系數(shù)-以檸檬酸計（0.064）。2.4.8 可溶性固性物數(shù)字阿貝折光儀（WAY-2S，上海精密科學(xué)儀器公司）測定。測量用一次性塑料滴管取樣品， 滴 2 滴樣品于棱鏡上進行測量。每次測量后都用蒸餾水清洗。2.4.9 類胡蘿卜素按國標 GB12291-90 方法，采用 UV762 型分光光度計，檢測波長 450 nm，萃取液氯 仿/甲醇2/1(v/v)。取 2 mL 樣品，移入分液漏斗，加入 10 mL 的萃取液震蕩后靜止分層， 下層經(jīng)過加有 5 g 無水硫酸鈉的砂芯漏斗過濾，反復(fù)提取至上層液無色，收集過濾液并定容 至 50 mL, 測定在 450 nm 下的吸光值。總類胡蘿卜素的計算：類胡蘿卜素(mg/100mL) = A 20VA 為吸光值，V 為樣品體積（mL）。2.4.10 光譜掃描用紫外可見分光光度計（Cary-50，美國瓦里安公司）測定。胡蘿卜汁在 4下 10,000g 離心 20 min，上清液用 0.45 m 的微孔濾膜過濾，過濾液用掃描儀在 200800 nm 波長 下測吸光度值。3. 結(jié)果與分析3.1 HPCD 處理后胡蘿卜汁 pH 值、可滴定酸和可溶性固性物的變化圖 2 為 HPCD 處理前后胡蘿卜汁 pH 值變化。HPCD 處理后胡蘿卜汁 pH 值顯著下降（p0.05），不同 HPCD 處理時間對胡蘿卜汁 pH 值并沒有顯著性影響。HPCD 處理過程中 CO2 溶于胡蘿卜汁形成碳酸，碳酸可進一步解離出 H+，使胡蘿卜汁 pH 值降低。橙汁在 31 MPa HPCD 處理后，pH 值會降低 0.7 個單位，但是樣品釋放壓強和脫氣后 pH 值會上升并達到鮮 榨汁的 pH 值11，表明了胡蘿卜汁中 pH 值的降低是由 CO2 溶解中造成的。同樣，胡蘿卜汁 的可滴定酸顯著性升高（p0.05）。熱處理對胡蘿卜汁 pH 值和總酸沒有明顯影響。如圖 3 所示，HPCD 處理后胡蘿卜汁可溶性固性物的沒有顯著變化。b7abbab654pH值3210鮮榨汁DPCD15 minDPCD30 minDPCD45 minDPCD60 min熱處理圖 2 HPCD（25、30 MPa）處理對胡蘿卜汁 pH 值的影響Fig 2 Effect of HPCD (25、30 MPa) on the pH of carrot juice6a a a a a a5可溶性固性物( 癇rix)43210鮮榨汁DPCD15minDPCD30minDPCD45minDPCD60min熱處理圖 3 HPCD（25、30 MPa）處理對胡蘿卜汁可溶性固性物的影響Fig 3 Effect of HPCD (25, 30 MPa) on the total soluble solids of carrot juice3.2 HPCD 處理后胡蘿卜汁的色澤變化圖 4 為 HPCD 處理前后胡蘿卜汁顏色*、a*、b*值的變化。HPCD 處理后胡蘿卜汁的*顯著增加（p0.05），但不同處理時間 15 min、30 min 和 45 min 之間胡蘿卜汁 L*沒有顯著差異（p0.05），處理 60 min 后胡蘿卜汁 L*顯著高于其他處理時間（p0.05）。HPCD 處理 15 min 和 30 min 后胡蘿卜汁的 a*值沒有顯著性變化（p0.05），但處理 45 min 和 60 min 后胡蘿卜汁 的 a*值顯著提高（p0.05）。HPCD 處理后胡蘿卜汁 b*值沒有顯著變化，說明 HPCD 處理對胡蘿卜汁的 b*值沒有影響。熱處理后胡蘿卜汁的 L*值、b*值顯著降低（p0.05），而 a*值并沒有顯著性變化。Kincal 等人利用 HPCD 在 38 MPa、室溫、10 min 處理橙汁，發(fā)現(xiàn)樣品亮度和紅 度（L*值和 a*值）有較小的升高，b*值有所降低12。Park 等人利用 HPCD 和超高壓聯(lián)合處理 胡蘿卜汁，處理后樣品*值有不顯著的增加 13。3230a*b*L*b28a cb b26a a24222018L*.a*.b*1614aaadbab a ab12b b ab1086420鮮榨汁DPCD15minDPCD30minDPCD45minDPCD60min熱處理圖 4 HPCD（25、30 MPa）處理對胡蘿卜汁 L*、a*、b*的影響Fig 4 Effect of HPCD (25, 30 MPa) on the color of carrot juice圖 5 為 HPCD 處理后胡蘿卜汁總色差變化。HPCD 處理后胡蘿卜汁的總色差顯著提高（p0.05），表明 HPCD 處理使胡蘿卜汁的顏色發(fā)生顯著性變化，主要是由于 HPCD 導(dǎo)致胡蘿卜 汁*、a*增加引起的。隨著處理時間的增加，顏色變化越大。熱處理后胡蘿卜汁的 E 值最大， 為 2.610.04， 是熱處理后胡蘿卜汁*、a*減小引起的。3.02.5ab a2.0 bcE1.5cd1.0 d0.50.0DPCD15minDPCD30minDPCD45minDPCD60min熱處理圖 5 HPCD（25、30 MPa）處理對胡蘿卜汁總色差的影響Fig 5 Effect of HPCD (25, 30 MPa) on the E of carrot juice3.3 HPCD 處理對胡蘿卜汁褐變度的影響鮮榨汁； 15min； 30min；45min； 60min； 熱處理圖 6 為胡蘿卜汁經(jīng)過 HPCD 處理后的光譜掃描圖，對照胡蘿卜汁光譜掃描曲線明顯高于 HPCD 處理和熱處理的鮮榨胡蘿卜汁的光譜掃描曲線。因此，進一步研究了不同處理時間對褐 變度的影響（見圖 7）。與對照相比，HPCD 處理和熱處理后胡蘿卜汁的褐變度顯著降低，但 HPCD 處理和熱處理之間沒有區(qū)別，褐變度變化結(jié)果與光譜掃描得到的結(jié)果一致，表明 HPCD 處理和熱處理能有效抑制褐變。多酚氧化酶（PPO）是引起果蔬汁酶促褐變的主要原因，HPCD 處理和熱處理可能鈍化或部分鈍化了胡蘿卜汁中的多酚氧化酶，從而有效抑制了褐變。Gui 等 報道 HPCD 對蘋果濁汁中的 PPO 有較好的鈍化作用，處理后 PPO 酶活最大下降了約 6014， Park 等人也發(fā)現(xiàn)HPCD 處理后胡蘿卜汁中PPO 的殘存酶活為3915。因此，為了更好解釋HPCD 對褐變抑制機理，需要深入研究 HPCD 對胡蘿卜汁中 PPO 酶的鈍化效果。2.52.01.5Abs1.00.50.0250 300 350 400 450 500 550 600 650700波長（nm）圖 6 HPCD（25、30 MPa）處理后胡蘿卜汁的光譜掃描圖Fig 6 the UV-visible spectroscopy of carrot juice after HPCD (25, 30 MPa)a0.50.4Abs0.30.2b b b b b0.10.0鮮榨汁DPCD15minDPCD30minDPCD45minDPCD60min熱處理圖 7 HPCD（25、30 MPa）處理對胡蘿卜汁褐變度的影響Fig 7 Effect of HPCD (25, 30 MPa) on the browning degree of carrot juice3.4 HPCD 處理后胡蘿卜汁中粒度大小變化50中位徑平均粒徑4540353025粒徑 m20151050鮮榨汁DPCD15minDPCD30minDPCD45minDPCD60min熱處理圖 8 HPCD（25、30 MPa）處理對胡蘿卜汁顆粒分布的影響Fig 8 Effect of HPCD (25, 30 MPa) on the particle size distribution of carrot juice從圖 8 看出，HPCD 處理 15 min、30 min 和 45min 后，胡蘿卜濁汁顆粒的粒徑平均值和中位徑顯著增大，表明胡蘿卜汁中的顆粒粒徑增大。但是處理時間 60min 后，粒徑平均值和中位 徑又顯著減小，表明此時胡蘿卜汁顆粒粒徑減小。因此，HPCD 處理時間對胡蘿卜汁顆粒粒徑 有不同的影響，這可能是兩個方面的原因造成的：一方面，在 HPCD 處理的過程中，由于 CO2 溶于胡蘿卜汁，胡蘿卜汁 pH 值降低，導(dǎo)致胡蘿卜汁中的蛋白質(zhì)變性、凝聚，蛋白質(zhì)的凝聚作 用會使顆粒粒徑增大；另一方面，長時間的 HPCD 高壓作用以及卸壓過程具有均質(zhì)效果，使顆 粒粒徑又會隨時間延長而減小。3.5 HPCD 處理后胡蘿卜汁的濁度變化濁度與粒徑大小和粒度分布有關(guān)，小粒徑顆粒是形成混濁穩(wěn)定性的主要因素。由圖 9 可以 看出，HPCD 顯著提高了胡蘿卜汁的濁度（p0.05），而且隨著處理時間延長，濁度顯著提高（p0.05），處理 60 min 后濁度提高了 25.9。Kincal16等人和 Arreolla17等人的研究表明， HPCD 處理仍然能夠提高橙汁的濁度，這可能是 HPCD 處理降壓時對橙汁的均質(zhì)作用造成的。 但熱處理后濁度降低了 23.8，從外觀上看有大顆粒的沉降，嚴重破壞了胡蘿卜汁的穩(wěn)定性，這是熱處理導(dǎo)致胡蘿卜汁中的蛋白質(zhì)變性引起的。100a bc80d f60h濁度40200鮮榨汁DPCD15minDPCD30minDPCD45minDPCD60min熱處理圖 9 HPCD（25、30 MPa）處理對胡蘿卜汁濁度的影響Fig 9 Effect of HPCD (25, 30 MPa) on the turbidity of carrot juice3.6 HPCD 處理后胡蘿卜汁中類胡蘿卜素含量的變化類胡蘿卜素的含量是胡蘿卜汁的一個重要品質(zhì)指標。圖 10 所示，熱處理后胡蘿卜汁中 類胡蘿卜素呈現(xiàn)下降趨勢，但不顯著，因為類胡蘿卜素對熱較為穩(wěn)定。HPCD 處理后胡蘿卜 汁中類胡蘿卜素含量沒有發(fā)生變化，主要 HPCD 處理過程中胡蘿卜汁處于一個相對厭氧環(huán) 境中，類胡蘿卜素沒有氧化破壞。因此，HPCD 處理過程中類胡蘿卜素比較穩(wěn)定。0.14aa0.12a a a a類胡蘿卜素(mg/100mL)0.100.080.060.040.020.00鮮榨汁DPCD15minDPCD30minDPCD45minDPCD60min熱處理圖 10 HPCD（25、30 MPa）處理對胡蘿卜汁類胡蘿卜素的影響Fig 10 Effect of HPCD (25, 30 MPa) on the carotenoids of carrot juice4. 結(jié)論HPCD 技術(shù)能提高胡蘿卜汁品質(zhì)。經(jīng)過 HPCD 處理后胡蘿卜汁顏色*值和濁度增加，對胡 蘿卜汁類胡蘿卜素*和顏色 b*值沒有變化影響，胡蘿卜汁的褐變被有效抑制。但胡蘿卜汁顏 色 a*值和顆粒粒徑變化與 HPCD 處理時間有關(guān)。參考文獻1 廖小軍. 果蔬汁非熱力加工技術(shù)進展J.飲料工業(yè),2002,5(5):4-7.2 Fraser D. 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The treatment temperature was 25, the pressure was 30 MPa, the treatment times were 15, 30, 45 and 60min. Following HPCD, juice pH showed a reduction and titratable acidity an increase, total soluble solid and carotenoids no alteration. The browning in carrot juice was effectively inhibited and the juiceturbidity increased. The color* of the juice increased and the b* didnt alter. The change of the colora* and juice particle size was related to the treatment time. The color a* significantly increased for 45 and 60 min. The median and the mean of the particle size exhibited a significant increase for 15, 30 and45 min, and reduced for 60 min.Key words: High Pressure Carbon Dioxide (HPCD); carrot juice; quality作者簡介：周林燕，女，1984 年生，碩士研究生，主要研究方向是食品非熱力加工技術(shù)與 理論研究。