護色與濃縮工藝對梨膏品質的影響

趙鵬廣，劉偉，尚俊杰，金濤，王運香，顏玲，劉長虹，*

（1.合肥工業大學食品與生物工程學院，安徽合肥230009；2.安徽建筑大學電子與信息工程學院，安徽合肥230601；3.安徽省碭山興達罐業食品有限公司，安徽宿州235300）

梨作為我國第三大水果，具有黃亮美觀、皮薄多汁、酥脆甘甜、耐貯，并兼有止渴生津、祛熱消暑、化痰潤肺、止咳平喘、通便利尿等優點，深受廣大消費者喜愛。其果實近圓柱形，頂部平截稍寬；果皮為綠黃色，貯后為黃色；果點小而密；果心小，果肉白色，中粗，有石細胞。梨主要的加工制品有梨汁、梨干、梨膏、梨罐頭、梨果醬和梨脯。其中梨膏在我國歷史久遠，傳統的梨膏香甜而微帶藥味，在國內外享有盛名，深受喜愛。

目前傳統梨膏制作工藝比較粗糙，梨膏產品顏色偏黑，其褐變問題不僅會嚴重影響梨膏產品的風味和外觀，而且還會降低梨的營養成分和價值，進而影響產品感官品質和市場效益。為解決梨膏成品的顏色問題，本研究以碭山梨為原料，采用護色液完全浸泡的方式對梨塊進行全面護色[1-4]，從而降低梨膏成品的褐變程度。添加護色劑是為了在一定程度上保護梨中的色素不被氧化[5-7]。同時，本試驗克服了傳統梨膏濃縮方法的缺陷，通過單因素和正交試驗，以褐變指數、抗壞血酸含量、總酚含量和DPPH 自由基清除率為評價指標，分析確定了復合護色劑的最佳配比和真空濃縮的最佳溫度，為梨膏制品的護色和濃縮工藝提供了理論依據，具有重要的參考意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

碭山梨：合肥優客生鮮超市；苯酚、Folin-Ciocalteu試劑：北京索萊寶科技有限公司；2，2-二苯基-1-苦基肼（2，2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl，DPPH）：美國 Sigma 公司；L-抗壞血酸：生工生物工程（上海）股份有限公司；磷酸二氫鉀、鉬酸銨、沒食子酸、濃硫酸、葡萄糖、氫氧化鉀、碳酸鈉、無水乙醇：國藥集團化學試劑有限公司；食品級氯化鈉：中鹽東興鹽化股份有限公司；食品級檸檬酸：河南恩苗食品有限公司；食品級抗壞血酸：東北制藥集團股份有限公司。

1.2 儀器與設備

HH-S2 數顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠；AI-F21C701 電磁灶：浙江愛仕達生活電器有限公司；7230G 型紫外-可見光分光光度計：上海析譜儀器有限公司；MJ-JS20A1 榨汁機：廣東美的生活電器制造有限公司；EYELA-N-1300 旋轉蒸發儀：上海愛朗儀器有限公司；WSC-S 測色色差計：上海精密儀器儀表有限公司；WAY 型阿貝爾折射儀：上海儀電物理光學儀器有限公司；JA2003N 型電子天平：上海精科天美科學儀器有限公司；DHR-3 流變儀：美國TA 公司。

1.3 工藝流程及操作要點

1.3.1 工藝流程

碭山梨→預處理（挑選、洗凈、去皮、切塊）→護色液浸泡→榨汁→過濾→真空濃縮→灌裝→殺菌→冷卻→成品

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 預處理

選取無機械損傷、無病斑的碭山梨為原料，將潔凈果實去皮去核后，切成均勻的小塊。

1.3.2.2 護色液浸泡與榨汁

將梨塊放置于護色液中完全浸泡1 min，短時瀝干果肉表面的護色液后立即在榨汁機中榨汁，得到粗梨汁。

1.3.2.3 過濾與真空濃縮

將粗梨汁過400 目篩進行過濾，去除梨渣，得到不含梨渣的清梨汁（簡稱為梨汁）。再利用旋轉蒸發儀在真空度為-0.1 MPa，轉速為60 r/min 的條件下進行濃縮至終點。

1.3.2.4 灌裝與滅菌

先將玻璃容器高壓蒸汽滅菌，再將濃縮好的梨膏裝入玻璃容器中；在98 ℃水浴中滅菌1 min，待其冷卻后即為成品。

1.4 方法

1.4.1 真空濃縮終點的判定

利用流變儀在25 ℃下測定在濃縮過程中得到的梨膏在不同濃度條件下（濃度為35°Brix～75°Brix，每隔5°Brix 測定一次）所對應的黏度，繪制濃縮過程中梨膏黏度隨濃度變化的關系圖，找出梨膏黏度突增的躍變點，此時所對應的濃度即為梨膏的濃縮終點[8]。

1.4.2 碭山梨膏流變類型的判定

利用流變儀測定已濃縮至終點的梨膏在不同剪切速率條件下所對應的黏度，并繪制兩者的關系圖，進而確定梨膏的流變類型。

1.4.3 碭山梨膏護色工藝試驗方案設計

護色試驗以褐變指數為評價指標，分別對護色液中檸檬酸濃度、抗壞血酸濃度以及氯化鈉濃度進行單因素試驗，并對三者組成的復合護色劑進行正交試驗，以確定梨膏最佳的護色配方。

1.4.3.1 護色工藝的單因素試驗

不同濃度護色劑的單因素試驗設計見表1。

表1 不同濃度護色劑的單因素試驗設計Table 1 Single factor experiment design of different concentration of color protection agent

按照表1 所示的比例配制不同濃度的護色液，將切好的梨塊在護色液中完全浸泡1 min 進行護色，然后根據1.3.1 中的操作流程制備梨膏成品（其中濃縮溫度設定為70 ℃），要求梨膏的可溶性固形物含量達到（69±1）°Brix，測定梨膏成品的 L*、a*和 b*值，計算比較褐變指數（browning index，BI）。

1.4.3.2 復合護色劑的正交試驗

根據單因素試驗結果，采用L9（34）正交表進行正交試驗，因素水平設計見表2。最后根據梨膏成品的褐變指數BI，確定復合護色劑的最佳配方。

表2 正交試驗因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal test

1.4.4 真空濃縮溫度的判定

采用真空旋轉蒸發儀對梨汁進行濃縮，真空度為-0.1 MPa，轉速為60 r/min。設定濃縮溫度為60、70 ℃和80 ℃，并以傳統熬煮制得的梨膏作為對照。按照1.3.1 中的操作流程制備梨膏成品，要求梨膏的糖度達到（69±1）°Brix。通過測定不同濃縮溫度下制得的梨膏的品質指標，從而確定真空濃縮的最佳溫度。

1.4.5 梨膏與傳統熬煮制得梨膏的品質特性對比研究

按照最優工藝條件制得的碭山梨膏與傳統熬煮制得的梨膏進行品質特性的對比試驗，分別研究了它們的外觀、褐變指數、可溶性固形物含量、總糖含量、總酸含量、抗壞血酸含量、總酚含量等指標的差異，比較兩者的優劣。

1.5 理化指標

可溶性固形物含量：采用阿貝折光儀測定。

褐變指數：采用色差計測定梨膏的L*、a*和b*值，并通過以下公式計算褐變指數BI[9]。

BI=[100（X-0.31）]/0.172，其中 X=（a*+1.75L）/5.645L*+a*-3.012b*）。

抗壞血酸含量：采用鉬藍比色法測定[10]。

總酚含量：采用Folin-Ciocalteu 法測定[11]。

DPPH 自由基清除率：參考陳小紅等[12]的方法測定。

總糖含量：采用苯酚-硫酸法測定[13]。

總酸含量：參考GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》[14]的方法測定。

注：檢測指標除可溶性固形物含量和褐變指數外，其余指標都是在梨膏成品稀釋8 倍的條件下測定[15]。

1.6 數據處理與分析

每個試驗重復3 次，數據采用 Origin8、Excel、SPSS軟件進行數據分析處理并作圖。

2 結果與分析

2.1 真空濃縮終點的判定

25 ℃時梨膏的黏度-濃度關系見圖1。

圖1 25 ℃時梨膏的黏度-濃度關系圖Fig.1 The viscosity-concentration chart of pear paste at 25 ℃

由圖1 可知，在25 ℃時，梨膏的黏度隨著濃度的升高而增加。當濃度過低時，制品不能形成理想的膏狀；而當濃度過高，梨膏會由于黏度過大而導致流動性降低，不利于生產過程中的輸送，使得生產效率降低，生產成本提高[16]，所以確定合適的濃縮終點尤為重要。

當梨膏的濃度在 35 °Brix～69 °Brix 之間時，黏度由0.004 49 Pa·s 變為 0.361 53 Pa·s，黏度緩慢上升；當濃度超過69°Brix 后，黏度急劇上升；濃度為75°Brix時，黏度就達到了1.372 64 Pa·s，因此69°Brix 即為梨膏黏度突增的躍變點，選擇該點作為梨膏的濃縮終點。

2.2 碭山梨膏流變類型的判定

25 ℃時梨膏的黏度-剪切速率關系見圖2。

圖2 25 ℃時梨膏的黏度-剪切速率關系圖Fig.2 The viscosity-shearing rate chart of pear paste at 25 ℃

由圖2 可直觀的看出，隨著剪切速率的提高，梨膏的黏度逐漸降低，呈現出高度的假塑性，這在流變學上稱為剪切稀化現象。梨膏的剪切稀化現象對實際生產具有重要的意義，在加工過程中可以通過加快剪切速率降低梨膏的黏度，從而加快泵送和灌注，降低能耗，易于梨膏加工[17]。

2.3 碭山梨膏護色工藝試驗結果

2.3.1 護色工藝的單因素試驗結果與分析

采用1.4.3.1 的護色方法，分別以不同濃度的檸檬酸、抗壞血酸、氯化鈉護色液進行單因素護色試驗，結果如圖3～圖5 所示。

圖3 不同濃度的檸檬酸對梨膏褐變指數的影響Fig.3 Effect of different concentration of citric acid on browning index of pear paste

由圖3 可知，梨膏的褐變指數隨檸檬酸濃度的升高呈現出先降低后緩慢增加的趨勢，當濃度為0.8%時，褐變指數達到最低。這可能是因為檸檬酸作為一種有機酸，能夠有效降低體系的pH 值[18-19]，同時檸檬酸自身的羧基可與多酚氧化酶活性中心的Cu2+螯合[20-21]，從而抑制多酚氧化酶的活性。但當檸檬酸過量時，pH 值顯著降低，由于體系的pH 值過高或過低均會提高非酶褐變的程度[22]，導致梨膏的褐變指數回升。因此，檸檬酸的最適濃度為0.8%。

圖4 不同濃度的抗壞血酸對梨膏褐變指數的影響Fig.4 Effect of different concentration of ascorbic acid on browning index of pear paste

由圖4 可知，隨著抗壞血酸濃度的提高，梨膏褐變指數呈先降低后增加的趨勢，當抗壞血酸濃度為0.02%時，梨膏褐變指數最小，護色效果最好。這是由于抗壞血酸不僅具有弱酸性，適當降低了體系的pH 值，而且具有很強的還原性，可將體系中的醌類物質還原成酚[23-24]，起到防止梨膏褐變的作用。但當抗壞血酸濃度過高時，又會因自身的氧化褐變影響梨膏的色澤。因此，抗壞血酸的最適濃度為0.02%。

圖5 不同濃度的氯化鈉對梨膏褐變指數的影響Fig.5 Effect of different concentration of sodium chloride on browning index of pear paste

由圖5 可直觀地看出，隨著氯化鈉濃度的提高，梨膏褐變指數先降低后增加，當氯化鈉濃度為1.2%時，梨膏褐變指數最小。有研究表明，氯化鈉溶液中的Na+會與Cu2+競爭多酚氧化酶，抑制和破壞多酚氧化酶活性；同時，氧氣在氯化鈉溶液中的溶解度小，使酚類底物難以與氧氣接觸[25-26]。另外，氯化鈉的濃度過高會影響口感，因此，氯化鈉最適濃度為1.2%。

2.3.2 復合護色劑的正交試驗結果與分析

上述不同護色劑的單因素試驗結果表明，3 種護色劑均能不同程度的降低梨膏的褐變指數?？紤]到三者組合之間的協同作用，采用檸檬酸濃度、抗壞血酸濃度和氯化鈉濃度為因素進行L9（34）正交試驗，以褐變指數為指標，考察3 種護色劑以不同比例組成的復合護色劑的護色效果，結果見表3。

表3 復合護色劑的正交試驗結果Table 3 Orthogonal experiment results of the composite color protection

續表3 復合護色劑的正交試驗結果Continue table 3 Orthogonal experiment results of the composite color protection

對照傳統熬煮制得的梨膏表明，未經護色制得梨膏的褐變指數為292.586 1，而上述9 種復合護色劑均不同程度的降低了梨膏的褐變指數，且護色效果基本優于單一護色劑。由表3 極差分析結果可知，檸檬酸濃度對梨膏褐變指數的影響最為顯著，其次為氯化鈉和抗壞血酸，因此最佳配比為A1C1B3。對正交試驗得到的數據結果進行方差分析，利用F 值檢驗各因素對試驗指標的影響程度，結果見表4。

表4 方差分析表Table 4 The analysis of variance table

由表4 可知，檸檬酸濃度對降低梨膏褐變指數的影響達到極顯著水平，氯化鈉濃度的影響達到顯著水平，而抗壞血酸濃度的影響不顯著，這與極差分析結果一致。因此，碭山梨膏的最佳復合護色劑組合為：檸檬酸濃度0.7%，抗壞血酸濃度0.04%，氯化鈉濃度1.1%。利用該條件進行驗證試驗，所得梨膏的褐變指數為200.671 9，其護色效果均優于上述9 種復合護色劑，與正交試驗結果相符。

2.4 真空濃縮溫度的判定

以傳統熬煮制得梨膏作為對照，對在不同濃縮溫度下制得的梨膏的品質進行評價，通過測定梨膏的褐變指數、抗壞血酸含量、總酚含量及DPPH 自由基清除率等指標，確定梨膏真空濃縮的最佳溫度。

2.4.1 不同濃縮溫度對梨膏褐變指數影響

不同濃縮溫度對梨膏褐變指數的影響見圖6。

圖6 不同濃縮溫度對梨膏褐變指數的影響Fig.6 Effect of different concentration temperatures on browning index of pear paste

由圖6 可知，當濃縮溫度為70 ℃時，梨膏的褐變指數最低，這是因為在60 ℃條件下濃縮所耗費的時間較長，導致梨膏的褐變更為嚴重，褐變指數因長時間濃縮而升高。當濃縮溫度為80 ℃時，雖然濃縮時間縮短，但由于濃縮溫度過高，導致一些色素類熱敏性物質含量降低，褐變指數有所提高[16]。傳統熬煮制得梨膏在制備過程中由于接觸大量氧氣，氧化褐變極為嚴重，因此其褐變指數比真空濃縮梨膏顯著提高。

2.4.2 不同濃縮溫度對梨膏抗壞血酸含量的影響

不同濃縮溫度對梨膏維生素C 含量的影響見圖7。

圖7 不同濃縮溫度對梨膏維生素C 含量的影響Fig.7 Effect of different concentration temperatures on vitamin C content of pear paste

由圖7 可看出，在60 ℃和70 ℃濃縮時，抗壞血酸含量變化不顯著，這是因為在真空狀態下進行濃縮，環境中氧氣含量極低，不易發生氧化反應。而在80 ℃時含量顯著下降，這是因為抗壞血酸作為一種熱敏性物質，溫度越高損失越嚴重[27]，在80 ℃溫度下進行濃縮時發生了熱分解。傳統熬煮制得梨膏和真空濃縮制得梨膏相比，抗壞血酸含量大幅降低，可能是溫度和氧氣共同作用的結果。

2.4.3 不同濃縮溫度對梨膏總酚含量的影響

不同濃縮溫度對梨膏總酚含量的影響見圖8。

圖8 不同濃縮溫度對梨膏總酚含量的影響Fig.8 Effect of different concentration temperatures on total phenol content of pear paste

由圖8 可看出，不同濃縮溫度下梨膏的總酚含量沒有顯著性變化，可能是由于在真空狀態下進行濃縮，環境中氧氣含量極低，幾乎隔絕了多酚類物質與氧氣的接觸，僅發生輕微氧化褐變。傳統熬煮制得梨膏與真空濃縮制得梨膏的總酚含量也沒有顯著差異，可能是因為熬煮時，多酚氧化酶在高溫狀態下基本失活[28]，從而使得總酚含量沒有顯著變化。

2.4.4 不同濃縮溫度對梨膏DPPH 自由基清除率的影響

不同濃縮溫度對梨膏DPPH 自由基清除率的影響見圖9。

圖9 不同濃縮溫度對梨膏DPPH 自由基清除率的影響Fig.9 Effect of different concentration temperatures on DPPH·scavenging rate of pear paste

從圖9 可直觀的看出，不同濃縮溫度下梨膏的DPPH 自由基清除率變化不大。有研究表明，酚類物質能有效清除DPPH 自由基，且酚類物質的濃度與DPPH 自由基清除能力呈正相關[29]。由圖9 可知，梨膏總酚的含量保持穩定，因此梨膏DPPH 自由基清除率變化幅度不明顯，均保持在90%以上。

通過對上述4 個指標的綜合分析，并從節能省時的角度考慮，將真空濃縮的溫度確定為70 ℃。

2.5 梨膏與熬煮制得梨膏的品質特性對比研究結果

本研究所制得梨膏（A）與傳統熬煮制得梨膏（B）品質特性的對比見表5。

表5 本研究制得的梨膏（A）與傳統熬煮制得梨膏（B）品質特性的對比Table 5 Comparison of the quality characteristics of pear paste（A）prepared by the study and traditional cooked pear paste（B）

由表5 可知，按最優工藝條件制得的碭山梨膏與傳統熬煮制得梨膏相比，總酸含量、抗壞血酸含量、總酚含量均有所增加，褐變指數顯著降低。從外觀看，本研究所制得的梨膏其色澤更容易令人產生愉悅的心情，并且具有濃郁的香氣。結果表明，本研究所制得的碭山梨膏品質更加優良。

3 結論

本試驗以碭山梨為原料，主要研究碭山梨膏加工過程中的護色和濃縮工藝，確定梨膏護色和濃縮的最佳工藝參數。主要研究結果為：

1）通過研究碭山梨膏濃縮過程中黏度與濃度之間的關系，確定了梨膏的濃縮終點為69°Brix。

2）碭山梨膏表現為假塑性非牛頓流體，隨著剪切速率的提高，黏度逐漸降低，具有剪切稀化現象。

3）通過不同護色劑的單因素試驗和復合護色劑的正交試驗，以褐變指數為評價指標，確定了碭山梨膏的最佳護色工藝參數：檸檬酸濃度0.7%，抗壞血酸濃度0.04%，氯化鈉濃度1.1%。

4）通過真空濃縮溫度的單因素試驗，以褐變指數、抗壞血酸含量、總酚含量及DPPH 自由基清除率為綜合評價指標，確定了碭山梨膏的最佳濃縮工藝參數：濃縮溫度70 ℃，真空度-0.1 MPa，轉速60 r/min。

5）該研究制得的梨膏與傳統熬煮制得梨膏相比，品質更加優良，具有廣泛的發展前景。