黑莓清汁的制备

论文摘要

黑莓是新兴的浆果类水果,色泽艳丽,风味醇美,具有丰富的营养价值,被誉为“紫色生命果”。目前我国已经成为亚洲最大的黑莓种植产地,2006年总产量超过了10,000吨。由于黑莓收获期短,容易腐烂,除少部分直接鲜食外,极大部分黑莓都用于加工。黑莓清汁气味浓郁,可用于各种食品与饮料中,具有广阔的发展前景。但是现有的黑莓清汁产品很容易变色和产生沉淀,产品质量差,严重影响了黑莓清汁在市场上的推广。因此,深入系统地进行黑莓清汁的加工技术和黑莓清汁品质的理论研究是十分必要的,具有重要的现实和理论意义。本文研究了酶法制备黑莓汁、羧甲基壳聚糖澄清黑莓汁以及黑莓清汁的贮存稳定性,主要研究内容如下:研究了蒸汽热烫工艺对引起黑莓酶促褐变的多酚氧化酶（PPO）的钝化作用。结果发现黑莓中的多酚氧化酶是一种不耐热的酶,采用蒸汽热烫2 min,黑莓中心温度达到52℃时,就可以使多酚氧化酶完全失活,从而减轻黑莓汁的褐变。热烫灭酶还促进了花色苷和多酚类物质的溶出,提高了黑莓汁的营养价值。通过建立模拟体系探讨了黑莓PPO降解花色苷的机制。在花色苷和PPO的模拟体系中,黑莓中的PPO可以直接催化降解黑莓花色苷,但是黑莓花色苷并不是PPO的良好作用底物,只有当其它多酚类物质在PPO的作用下生成醌类物质时,醌类化合物与花色苷进一步发生反应,使黑莓花色苷的降解速度明显加快。通过研究不同果胶酶制剂对黑莓汁品质的影响,发现不同的商业果胶酶制剂中含有的果胶酶、纤维素酶及花色苷酶的酶活各不相同,因而制得的黑莓汁的澄清度、花色苷含量和总酚含量也各不相同。在黑莓果浆中添加具有复合酶活性（果胶酶活和纤维素酶活）的果胶酶制剂Klerzyme150制备的黑莓汁具有较高的澄清度和较高的花色苷含量。通过均匀设计实验优化得到酶法制备黑莓汁的最佳工艺条件为:Klerzyme 150添加量0.063%（v/w）,44℃酶解反应110 min。将壳聚糖进行羧甲基改性,得到具有不同取代度的羧甲基壳聚糖,通过红外光谱、热重分析、X射线衍射、核磁共振等多种仪器手段,证实了改性壳聚糖为N,O-羧甲基壳聚糖。比较了不同取代度的羧甲基壳聚糖对黑莓汁澄清度的影响,实验发现,取代度为0.86的羧甲基壳聚糖澄清黑莓汁的效果最好,其添加量为0.02%（w/w）时,室温下静置30min,澄清后的黑莓清汁浊度达到0NTU,4℃贮存6个月后无二次沉淀,而壳聚糖澄清的黑莓清汁的浊度不能达到0NTU,贮存160天产生二次沉淀。分别用壳聚糖和取代度为0.86的羧甲基壳聚糖澄清黑莓汁,对澄清前后黑莓汁中的化学成分变化和色泽的研究结果表明,壳聚糖和羧甲基壳聚糖澄清后黑莓清汁的可溶性固形物含量都没有显著变化,但澄清后的黑莓清汁的褐变减少了,黑莓清汁中的蛋白质含量比澄清前分别降低了20.5%和8.2%,总酚含量分别降低了11.64%和9.32%。因此羧甲基壳聚糖澄清黑莓汁的效果优于壳聚糖。通过红外光谱、热重、X射线衍射和Zeta电位仪等多种仪器手段,探讨了羧甲基壳聚糖澄清黑莓汁的机理。结果表明,由于羧甲基壳聚糖分子链含有-COOH、-NH2、-OH等基团,它们能够通过氢键吸附黑莓汁中的蛋白质、多酚类物质形成小的絮凝体,然后羧甲基壳聚糖的分子链在这些小的絮凝体之间通过架桥形成大絮凝体而起到澄清作用。由于羧甲基壳聚糖分子中具有较高的正电荷密度,依靠分子内正电荷的相互排斥作用,羧甲基壳聚糖分子内的主链得到最大限度的伸展,从而大大增强了吸附架桥能力。研究了黑莓清汁在不同温度贮存时花色苷的变化。黑莓清汁中花色苷在贮存中很容易发生降解,降解规律符合一级动力学。贮存期间,花色苷的降解及其与多酚的聚合反应,使得黑莓清汁色度下降,聚合色上升,褐变增加。低温有助于黑莓清汁中花色苷的保留和色泽稳定性。通过对贮存6个月的黑莓清汁二次沉淀的主要成分分析,初步探讨了引起黑莓清汁产生二次沉淀的主要因素。黑莓清汁二次沉淀物中含有15.67%的蛋白质、13.19%的总糖、50.39%的多酚和1.73%的灰分。黑莓清汁混浊物的主要成分是单宁或单宁-蛋白质。对黑莓清汁二次沉淀进行固体核磁共振分析,结果表明其中含有缩合单宁,它是由花色苷与儿茶素或者表儿茶素发生缩合反应形成的,缩合单宁进一步聚合以及与蛋白质相互作用生成了二次沉淀。通过HPLC-DAD-ESI-MS检测了黑莓中的多酚类物质。黑莓中的花色苷都是矢车菊类花色苷,以矢车菊3-O-葡萄糖苷为主,占到总花色苷的76.92%,其它花色苷包括矢车菊3-O-阿拉伯糖苷（3.29%）、矢车菊3-O-丙二酸酰葡萄糖花色苷（2.86%）和矢车菊3-O-草酸酐酰葡萄糖花色苷（14.46%）。黑莓果肉中的黄酮醇类多酚含量比种子高,黑莓种子中的苯甲酸类、黄烷醇类（儿茶素、表儿茶素）多酚占有较高的比例。由于在贮存期间,黑莓清汁中的儿茶素、表儿茶素等黄烷醇类多酚同花色苷发生缩合反应生成二次沉淀,因此在酶法制备黑莓清汁时除去黑莓种子再进行酶解、澄清,以减少黑莓清汁中的儿茶素和表儿茶素含量,可以防止和减轻黑莓清汁中二次沉淀的产生。对黑莓浓缩汁的加工工艺及其流变性质进行了研究。静态流变性质测定结果表明,黑莓浓缩汁是牛顿型流体。温度和可溶性固形物对黑莓浓缩汁粘度的影响可以用一定的数学方程来描述。分析了加工对黑莓清汁和黑莓浓缩汁挥发性成分的影响。经SPME富集,GC-MS分离与检测,在黑莓清汁中检测出65种挥发性化合物,其中醇类和醛类物质是主要的挥发性组分。从黑莓浓缩汁中鉴定出47种化合物,大部分来源于黑莓清汁,主要的风味物质是醛类化合物和醇类化合物。热加工引起的脂肪水解、脂肪酸氧化、Maillard反应,使黑莓清汁中醇类化合物、酸类化合物及羰基化合物含量增加。真空浓缩使黑莓浓缩汁中的挥发性风味物质的种类减少。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 黑莓的栽培和分布
• 1.1.1 黑莓的生物学特性
• 1.1.2 黑莓的品种和分布
• 1.2 黑莓的营养成分及生物活性功能
• 1.2.1 维生素和矿物质
• 1.2.2 糖和酸
• 1.2.3 非花色苷多酚
• 1.2.4 花色苷
• 1.2.5 风味成分
• 1.2.6 其它营养成分
• 1.2.7 生物活性功能
• 1.3 黑莓的开发利用
• 1.4 黑莓清汁加工中存在的问题
• 1.4.1 果汁的褐变
• 1.4.2 澄清果汁的二次沉淀
• 1.4.2.1 果胶类物质
• 1.4.2.2 酚类化合物
• 1.4.2.3 蛋白质
• 1.4.2.4 淀粉
• 1.5 果汁澄清方法的研究进展
• 1.5.1 澄清剂澄清
• 1.5.2 酶法澄清
• 1.5.3 膜法澄清
• 1.6 壳聚糖在果汁澄清中的应用
• 1.7 壳聚糖的羧甲基改性
• 1.7.1 羧甲基壳聚糖的制备
• 1.7.2 羧甲基壳聚糖的结构和性质
• 1.8 羧甲基壳聚糖在果汁澄清中的应用
• 1.9 立题的目的和意义
• 1.10 本课题的研究内容
• 参考文献
• 第二章 酶法制备黑莓汁
• 2.1 前言
• 2.2 材料与设备
• 2.2.1 实验材料与主要试剂
• 2.2.2 实验仪器与设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 黑莓主要化学成分分析
• 2.3.2 花色苷含量的测定
• 2.3.3 总酚含量的测定
• 2.3.4 多酚氧化酶（PPO）的提取和酶活力测定
• 2.3.4.1 PPO 的提取
• 2.3.4.2 PPO 活力的测定
• 2.3.5 黑莓的热烫处理
• 2.3.6 花色苷的纯化和水解
• 2.3.7 花色苷和花色素的降解测定
• 2.3.8 果胶酶活力测定
• 2.3.9 纤维素酶活力测定
• 2.3.10 花色苷酶活力的测定
• 2.3.11 制备黑莓汁的酶解工艺
• 2.3.12 黑莓汁理化性质的测定
• 2.3.13 黑莓汁色泽的测定
• 2.3.13.1 色密度（CD）
• 2.3.13.2 聚合色（PC）
• 2.3.13.3 褐变指数（BI）
• 2.3.14 花色苷热稳定性测定
• 2.3.15 均匀试验
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 黑莓果实的主要成分
• 2.4.2 pH 值对黑莓PPO 活力的影响
• 2.4.3 蒸汽热烫对黑莓PPO 活力的影响
• 2.4.4 蒸汽热烫对黑莓汁品质的影响
• 2.4.5 PPO 降解花色苷的机制
• 2.4.6 不同果胶酶制剂的酶活比较
• 2.4.7 黑莓汁中花色苷的热稳定性
• 2.4.8 不同果胶酶制剂对黑莓出汁率的影响
• 2.4.9 不同果胶酶制剂对黑莓汁澄清度的影响
• 2.4.10 不同果胶酶制剂对黑莓汁花色苷和多酚含量的影响
• 2.4.11 酶解制备黑莓汁的工艺优化
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第三章 羧甲基壳聚糖澄清黑莓汁及其澄清机理的研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与设备
• 3.2.1 实验材料与主要试剂
• 3.2.2 实验仪器与设备
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 羧甲基壳聚糖的制备
• 13C NMR 测定'>3.3.2 羧甲基壳聚糖的CP/MAS ¹³C NMR 测定
• 3.3.3 羧甲基壳聚糖取代度（DS）的测定
• 3.3.4 黑莓清汁加工工艺流程
• 3.3.5 黑莓清汁品质的测定
• 3.3.6 羧甲基壳聚糖澄清黑莓汁絮凝体的收集
• 3.3.7 黑莓清汁粒径分布的测定
• 3.3.8 黑莓清汁和羧甲基壳聚糖Zeta 电位的测定
• 3.3.9 黑莓蛋白质的提取
• 3.3.10 黑莓多酚的提取
• 3.3.11 羧甲基壳聚糖与蛋白质、多酚相互作用模拟体系的制备
• 3.3.12 傅立叶变换红外光谱（FTIR）测定
• 3.3.13 X 射线衍射（XRD）测定
• 3.3.14 热重（TG）测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 羧甲基壳聚糖结构表征
• 3.4.1.1 羧甲基壳聚糖的取代度
• 3.4.1.2 羧甲基壳聚糖的红外光谱
• 3.4.1.3 羧甲基壳聚糖的XRD 图谱
• 3.4.1.4 羧甲基壳聚糖的TG 曲线
• 13C NMR 图'>3.4.1.5 羧甲基壳聚糖CP/MAS ¹³C NMR 图
• 3.4.2 羧甲基壳聚糖澄清对黑莓汁澄清度的影响
• 3.4.2.1 不同取代度的羧甲基壳聚糖对黑莓汁浊度和透光率的影响
• 3.4.2.2 温度对黑莓汁浊度和透光率的影响
• 3.4.2.3 澄清时间对黑莓汁浊度和透光率的影响
• 3.4.2.4 壳聚糖和羧甲基壳聚糖澄清黑莓汁的澄清度比较
• 3.4.2.5 壳聚糖和羧甲基壳聚糖澄清黑莓汁主要理化性质的比较
• 3.4.3 羧甲基壳聚糖澄清黑莓汁机理探讨
• 3.4.3.1 壳聚糖与羧甲基壳聚糖澄清对黑莓汁粒径的影响
• 3.4.3.2 黑莓汁与羧甲基壳聚糖的Zeta 电位
• 3.4.3.3 黑莓蛋白质对壳聚糖和羧甲基壳聚糖红外光谱的影响
• 3.4.3.4 黑莓多酚对壳聚糖和羧甲基壳聚糖红外光谱的影响
• 3.4.3.5 黑莓蛋白质和黑莓多酚对壳聚糖、羧甲基壳聚糖XRD 图谱的影响
• 3.4.3.6 黑莓蛋白质和黑莓多酚对壳聚糖、羧甲基壳聚糖TG 曲线的影响
• 3.4.3.7 羧甲基壳聚糖澄清的黑莓汁絮凝体的红外光谱
• 3.4.3.8 羧甲基壳聚糖澄清的黑莓汁絮凝体的TG 曲线
• 3.4.3.9 羧甲基壳聚糖的澄清机理
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 黑莓清汁贮存稳定性研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与设备
• 4.2.1 实验材料与主要试剂
• 4.2.2 实验仪器与设备
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 黑莓清汁的贮存实验
• 4.3.2 黑莓清汁色泽的测定
• 4.3.3 黑莓清汁浊度的测定
• 4.3.4 二次沉淀的收集
• 4.3.5 二次沉淀的成分分析
• 4.3.6 单宁和单宁-蛋白质的定性试验
• 4.3.7 二次沉淀超微结构的观察
• 4.3.8 二次沉淀的单糖组成分析
• 4.3.9 二次沉淀的氨基酸组成分析
• 4.3.10 黑莓清汁中多酚类物质的提取
• 4.3.11 二次沉淀中多酚类物质的提取
• 4.3.12 黑莓清汁和二次沉淀中多酚类物质的HPLC-DAD-ESI-MS 测定
• 13C NMR 分析'>4.3.13 二次沉淀的CP/MAS ¹³C NMR 分析
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 黑莓清汁贮存期间花色苷含量的变化
• 4.4.2 黑莓清汁贮存期间色泽的变化
• 4.4.3 黑莓清汁贮存期间多酚和蛋白质含量的变化
• 4.4.4 黑莓清汁贮存期间浊度的变化
• 4.4.5 黑莓清汁的二次沉淀
• 4.4.5.1 二次沉淀的主要化学成分
• 4.4.5.2 二次沉淀的氨基酸组成
• 4.4.5.3 二次沉淀的单糖的组成
• 4.4.5.4 二次沉淀的多酚
• 4.4.5.5 二次沉淀的结构解释
• 4.4.5.6 二次沉淀的超微结构
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 黑莓中的多酚类物质
• 5.1 前言
• 5.2 材料与设备
• 5.2.1 实验材料与主要试剂
• 5.2.2 实验仪器与设备
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 黑莓种子和黑莓果肉样品的制备
• 5.3.2 黑莓花色苷和多酚的提取
• 5.3.3 花色苷含量的测定
• 5.3.4 总酚含量的测定
• 5.3.5 花色苷和多酚的纯化
• 5.3.6 花色苷糖基部分的鉴定
• 5.3.7 液质联用分析
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 黑莓中花色苷和总酚的含量
• 5.4.2 黑莓花色苷的液相色谱和紫外光谱
• 5.4.3 花色苷酸水解后的糖苷配基
• 5.4.4 花色苷酸水解后的糖基
• 5.4.5 花色苷的质谱分析
• 5.4.6 黑莓中的非花色苷多酚
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 黑莓浓缩汁的研究
• 6.1 前言
• 6.2 材料与设备
• 6.2.1 实验材料与主要试剂
• 6.2.2 实验仪器与设备
• 6.3 实验方法
• 6.3.1 黑莓浓缩汁工艺流程
• 6.3.2 黑莓浓缩汁品质指标测定
• 6.3.3 黑莓浓缩汁的静态流变性质测定
• 6.3.4 黑莓浓缩汁玻璃化转变温度的测定
• 6.3.5 GC-MS 分析黑莓和黑莓清汁、黑莓浓缩汁中的挥发性风味物质
• 6.3.5.1 SPME
• 6.3.5.2 色谱条件
• 6.3.5.3 质谱条件
• 6.3.5.4 数据处理
• 6.4 结果和讨论
• 6.4.1 浓缩温度对浓缩时间的影响
• 6.4.2 浓缩温度对果汁多酚和色泽的影响
• 6.4.3 黑莓浓缩汁的流变性质
• 6.4.3.1 黑莓浓缩汁的静态流变性质
• 6.4.3.2 温度对黑莓浓缩汁粘度的影响
• 6.4.3.3 浓度对黑莓浓缩汁粘度的影响
• 6.4.3.4 温度和浓度对黑莓浓缩汁粘度的影响
• 6.4.4 黑莓浓缩汁的玻璃化转变温度（Tg′）
• 6.4.5 黑莓及其果汁中的风味物质
• 6.4.5.1 黑莓与黑莓清汁、浓缩汁中的挥发性酸类物质
• 6.4.5.2 黑莓与黑莓清汁、浓缩汁中的挥发性醇类物质
• 6.4.5.3 黑莓与黑莓清汁、浓缩汁中的挥发性酮物质
• 6.4.5.4 黑莓与黑莓清汁、浓缩汁中的挥发性烃类物质
• 6.4.5.5 黑莓与黑莓清汁、浓缩汁中的挥发性醛类物质
• 6.4.5.6 黑莓与黑莓清汁、浓缩汁中的挥发性酯类物质
• 6.4.5.7 黑莓与黑莓清汁、浓缩汁中的挥发性芳香类及其它类物质..
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 主要结论
• 论文创新点
• 攻读博士期间发表的论文成果
• 致谢