超高压协同中温处理对番茄汁中番茄红素和总VC含量的影响

邱伟芬，汪海峰，陶婷婷

(南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省粮油品质控制及深加工技术重点实验室，江苏 南京 210003)

超高压协同中温处理对番茄汁中番茄红素和总VC含量的影响

邱伟芬，汪海峰，陶婷婷

(南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省粮油品质控制及深加工技术重点实验室，江苏 南京 210003)

探讨超高压协同中温加工对番茄汁中番茄红素和总VC含量的影响。番茄汁在温度为33.5℃，压力为469.2MPa，时间为14.0min的条件下处理，番茄红素含量显著增加，但番茄红素顺反异构体变化不明显；VC 含量变化不显著。

超高压；中温；番茄汁；番茄红素；顺反异构物；V C

番茄是一种世界性蔬菜，含有丰富的番茄红素(lycopene)，番茄红素是一类重要的类胡萝卜素，它的防癌抗癌能力使番茄已成为很多食品加工中宝贵的原料[1]。番茄红素是一种由11个共轭及2个非共轭碳碳双链组成的直链型碳氢化合物，从理论上来说，它应该有2048种异构体，然而，由于立体位阻作用，只有72种异构体，研究表明，在番茄和人体血清中，存在全反式和许多顺式番茄红素，如：5-顺、9-顺、13-顺、15-顺。全反式和顺式番茄红素的化学性质和在人体内的生物利用率是不一样的，关于顺反异构体的生物利用率状况，不同学者的研究结果分歧很大。Stahl等[2]认为顺式番茄红素由于更容易被生物体吸收而具有更大的生物活性，而Shi等[3]认为反式异构体具有最大的生物活性，而顺式最低。由于天然存在的番茄红素主要是全反式的，占79%～91%[4]，而在人体血清中顺式占所有番茄红素的50%以上[2,4]。顺式番茄红素很可能是在加工和储藏中异构形成的。

番茄很受欢迎的另一原因是它含丰富的VC。VC的强还原性使得它在生物体中表现出多种生理活性，但人体由于缺少合成VC的古洛内酯氧化酶，故不能合成VC。新鲜水果和果汁是人体补充维生素的重要来源。

番茄属多汁浆果，可加工成番茄系列产品，番茄汁已被认为是功能性果蔬饮料。常规的番茄汁加工是热杀菌，采用冷藏、冻藏、化学保藏的方法，番茄红素和VC容易降解而失去应有的生理功能。食品超高压加工，即将食品物料以某种方式包装完好后，放入液体介质(通常是食用油、甘油、油与水的乳液)中，在100～1000MPa压力下作用一段时间后，使之达到灭菌要求。超高压技术 ( UHP、HPP、HHP ) 属现代食品高新技术，在国外一些食品加工领域中得到了应用[5]。

超高压技术的最大优点在于不破坏食品的天然风味和营养，改善食品品质，有效地杀灭微生物。超高压食品具有更长的货架期和新鲜口味。

果汁的超高压杀菌效果与诸多因素有关，包括压力大小和加压时间、施压方式、处理温度、微生物种类、食物本身的组成和添加物、p H值、水分活度等，适当提高温度对高压杀菌有促进作用。高压下进行热处理,其效果会由于压力作用而放大，控制好温度，则可以减少加工时间和降低加工压力[6-7]。基于这一研究思路，本实验主要研究超高压处理时，在取得较好的杀菌效果前提下，即温度为33.5℃(＜70℃的中温条件)，压力469.2MPa，时间14.0min条件下[8]，番茄汁中番茄红素和VC的变化，特别是番茄红素的顺反异构体的变化，本研究可为超高压技术在番茄汁(果蔬汁)加工中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

普通番茄：新鲜成熟，颜色深红(总固形物为(7.0 ± 0.5)%，大小为5个500g左右，购于南京龙江小区农贸市场； 番茄红素对照品(纯度为 85.0%) 自制。

甲醇、乙腈、四氢呋喃、甲基叔丁基醚、乙酸乙酯、乙醇胺为HPLC级；包装材料为PE。

1.2 仪器与设备

超高压机(压力范围0～800MPa) 内蒙古包头市五十二所研制；FR-900型多功能薄膜封口机 上海麦尔多食品机械有限公司；均质机 上海科学技术大学机电厂；CDEL-23D 多功能食品粉碎机 京达电器制造公司；高效液相色谱仪(Waters 2487 双波长检测器、Nova-pak C18色谱柱(150mm×3.9 mm) Waters公司。

1.3 方法

1.3.1 番茄汁的制取

对番茄进行挑选，剔除伤烂果，用自来水将番茄洗净除去果蒂，用多功能食品粉碎机将其粉碎，用均质机进行均质，压力为 15MPa，过滤。分装于PE袋中，每袋质量为30g左右。

1.3.2 超高压处理

高压容器的温度通过其夹套内恒温水浴来控制。将循环水泵打开，将试样提前几分钟放入超高压容器内的介质中，将高压容器完全密封，待样品温度与高压介质达到平衡后，瞬间升压到所设定的压力，保压一定的时间，然后卸压。打开密封盖，得到超高压番茄汁。本实验采用Design Expert实验设计软件，通过响应面法(RSM)建立的超高压杀灭枯草芽孢杆菌的(B.subtilis) AS1.1380关键因子的二次多项数学模型所得到的实验条件来对番茄汁进行杀菌处理。

从表3可以看出，医护工作者职业认同程度分层中，高认同组在职业情感、认识、价值观、期望、技能、意志6个维度的得分均高于一般认同组和低认同组。

1.3.3 HPLC法对番茄红素总量和顺反异构体的测定

流动相为甲醇-乙睛-四氢呋喃体积比70: 25: 5，流速：1.2mL/min，柱温：32℃； 检测波长：472nm，柱压：800psi，进样量：10μL。每个样品测3次，求番茄红素总量的平均值，测量数据的变异系数均小于6.0%。

流动相为甲醇-甲基叔丁基醚-乙酸乙酯体积比50: 40:10，流速为1.5mL/min，温度为25℃，可有效地分离番茄红素顺反异构体。

1.3.4 HPLC法对VC含量进行测定

流动相：甲醇-20mmol/L乙醇胺体积比5:95；流速：0.7mL/min；柱温：32℃；波长：254nm；每个样品测3次，求平均值，测量数据的变异系数均小于6.0%。

2 结果与分析

2.1 超高压杀菌条件的确定

利用响应曲面法优化番茄汁的超高压保鲜条件，对影响超高压保鲜番茄汁的3个关键因子压力、温度、保压时间进行最佳水平的优化，建立超高压杀灭耐压性枯草芽孢杆菌AS1.1380的二次多项数学模型，利用模型的响应面及其等高线对影响超高压杀菌的关键因子及其相互作用进行了深入的研究与探讨。通过上述软件，对此模型解逆矩阵即可求得：杀灭番茄汁中6个数量级枯草芽孢杆菌AS1.1380的工艺参数温度为33.5℃、压力469.2MPa、时间14.0min[8]。在此条件下对塑料瓶装中番茄汁进行杀菌处理，处理后的番茄汁在(4±1)℃下保存 6个月后，其外观较好。高压后番茄汁其微生物指标能达到国家食品卫生标准要求。高压后的番茄汁在4℃冰箱中保存6个月后，仍保持新鲜番茄汁外观，而对照组10d后，就出现了分层，番茄汁应有的风味也明显减少，并出现了可嗅到的发酵酒味，进一步储藏，色泽逐渐变淡，风味进一步恶化，显然此灭菌条件切实可行。

2.2 超高压前后番茄红素的变化

超高压杀菌前后番茄汁中番茄红素的含量变化如表1所示，番茄红素含量有显著增加，增加6%，高压会破坏番茄细胞组织的细胞壁，使番茄红素与其他组织的结合力减弱，从而番茄红素更易得到。番茄中含有的一些大分子物质也可能保护番茄红素，超高压也可能使番茄中含有的其他一些抗氧化物质(如：其他类胡萝卜素、抗坏血酸、酚类物质)释放出来，这些活性物质也能保护番茄红素使之不易降解。目前，大多数番茄汁加工是热杀菌，Takeoka等[9]研究得出，生产番茄酱时热处理可能使番茄红素含量降低9%～28%。Hayashi等[10]研究得出，常规加工会使番茄红素损失达30%。在常规的热杀菌中，如加热时间长，番茄红素就不稳定。

表1 超高压对番茄汁主要营养组分的影响±s，n=5)Table 1 Effect of ultra-high hydrostatic pressure on compositions of tomato juice (±s，n=5)

表1 超高压对番茄汁主要营养组分的影响±s，n=5)Table 1 Effect of ultra-high hydrostatic pressure on compositions of tomato juice (±s，n=5)

番茄汁组分对照组超高压处理组番茄红素含量/ (mg/100g)5.16 ± 0.125.68 ± 0.26 VC含量/ (mg/100g)36.43 ± 0.2936.59 ± 0.18总固形物/%7.11 ± 0.157.23 ± 0.15

2.2.2 超高压前后番茄红素顺反异构体的变化

番茄红素对照品在高压后，形成了几种异构物，其中出峰时间在9.0min 的13-顺式番茄红素变化最明显，其他顺式异构物含量低或变化很小，据Zechmeister[11]报道，β-胡萝卜素在中间位的双键比其他位置的双键异构化要小。 Lee 等[12]也证实番茄红素也有此现象，番茄红素变化时13-顺式结构物变化最快，然后才是其他顺式异构物。所以本实验中将13-顺式结构物作为主要顺式异构物来考察。图1、2分别表示了未高压处理和469.2 MPa高压处理的番茄红素对照品HPLC图谱，可以明显看出，对照品469.2 MPa处理后总量的减少和13-顺式结构物的显著增加。而研究469.2MPa 高压处理番茄汁后，番茄汁中13-顺式结构物的比例为(2.88±0.04)%，对照组(2.80±0.04)%，没有显著差异。原因可能是番茄中的其他基质物质对它的保护作用。

图1 未高压处理的番茄红素对照品的HPLC图谱Fig.1 HPLC chromatogram of lycopene standard solution

图2 469.2MPa处理后番茄红素对照品的HPLC图谱Fig.2 HPLC chromatogram of lycopene standard solution after treatment at the pressure of 469.2 MPa

2.3 超高压前后VC含量的变化

超高压杀菌前后番茄汁中VC的含量变化如表 1所示， VC含量没有显著变化。Knorr等[13]研究了用完全能杀菌的400MPa，15min、30℃条件来处理草莓汁，经分析其中VC保存率为88.68%，VC损失不显著。VC又称抗坏血酸，在果蔬中存在形式有结合态和游离态。其分子中的第2 和第3碳位上2个相邻的烯二醇结构，容易以各种方式降解，主要有需氧氧化和无氧降解，受多种因素影响，如温度、p H值、氧、酶、金属离子、糖类等等。高压处理对番茄汁VC影响不显著的主要原因是高压不会破坏共价键，也可能是番茄基质对VC的保护作用[14]。其中中温对VC影响也不显著，主要是因为温度不够高，温度效应不强；可能是高压有助于VC的提取，可将部分结合态的VC 变为游离态VC，从而抵消了由于温度升高而使VC损失，也可能是高压钝化了其中促使VC氧化降解的酶。

3 结 论

3.1 超高压具有很好的杀菌效果，高压与中温协同加工是番茄汁高温灭菌的一种很好的替代法，它可有效避免加热导致的食品品质的降低。超高压番茄汁的突出优点是保持了果汁原有的外观、营养和风味。

3.2 作为番茄汁，最重要的营养品质评价指标之一就是其番茄红素与VC的含量。实验表明，在优化的高压处理条件下，即温度为33.5℃、压力469.2MPa、时间14.0min能有效地保持番茄汁中的番茄红素总量，其顺反异构体变化也不明显，而且VC含量保持稳定，然而VC在通常的热加工中损失很大，因而超高压技术是一种十分优异的番茄汁灭菌保藏方法。

[1]NGUYEN M L, SCHWARTZ S L. Lycopene: chemical and biological properties[J]. Food Technology, 1999, 53(2): 38-45.

[2]STAHL W, SIES H. Uptake of lycopene and its geometrical isomers is greater from heat-processed than from unprocessed tomato juice in humans [J]. Journal of Nutrition, 1992, 122: 2161-2166.

[3]SHI J, le MAGUER M, KAKUDA Y, et al. Lycopene degradation and isomerization in tomato dehydration[J]. Food Research International, 1999, 32: 15-21.

[4]CLITON S K, EMENHISER C, SCHWARTZ S J. Cis-trans-Lycopene isomers, carotenoids, and retinol in human prostate[J]. Cancer Epidemiol Biomarkers Prevention, 1996, 5: 823-833.

[5]KNORR D. Effects of high-hydrostatic-pressure processes on food safety and quality[J]. Food Technology, 1993, 47: 156-161.

[6]HAYAKAWA I. Oscillatory compared with continuous high pressure sterilization on Bacillus stearothermophilus[J]. Journal of Food Science, 1994, 59(1): 164-167.

[7]邱伟芬, 江汉湖. 食品超高压杀菌技术及其研究进展[J]. 食品科学, 2001, 22(5): 81-85.

[8]邱伟芬, 高瑀珑. 超高压番茄汁杀菌条件的优化研究[J]. 食品科学, 2007, 28(2): 59-63.

[9]TAKEOKA G, DAO L, FLESSA S, et al. Processing effects on lycopene content and antioxidant activity of tomatoes[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2001, 49: 3713-3717.

[10]HAYASHI R. Use of high pressure in bioscience and in biotechnology. High pressure bioscience and biotechnology[M]. Amsterdam: Elsevier, 1995: 131-137.

[11]ZECHMEISTER L. Cis-trans isomerization and stereochemistry of carotenoids and diphenylopolyenes[J]. Chemistry Review, 1944, 34(2): 267-344.

[12]LEE M T, CHEN B H. Stability of lycopene during heating and illumination in a model system[J]. Food Chemistry, 2002, 78: 425-432.

[13]KNORR D. Effects of high high hydrostatic pressure process on food safety and quality[J]. Trends in Food Science and Technology, 1994 , 5: 328-332.

[14]RICHARD M S. High-pressure sterilization of foods[J]. Food Technology, 2000, 54 (11) : 67-72.

Effect of Combinatorial Treatment between Ultra-high Hydrostatic Pressure and Moderate Temperature on Lycopene and Vitamin C in Tomato Juice

QIU Wei-fen，WANG Hai-feng，TAO Ting-ting
(Key Laboratory of Grain and Oils Quality Control and Deep-Utilizing Technology of Jiangsu Province, College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finance and Economics, Nanjing 210003, China)

Effect of combinatorial treatment between ultra-high hydrostatic pressure and moderate temperature on the contents of lycopene and vitamin C in tomato juice was investigated. Results indicated that the treatment with temperature of 33.5 ℃, pressure of 469.2 MPa and pressure-holding time of 14.0 min could result in the increase of lycopene content when compared with the control, while the isomers of lycopene remained unchanged; in contrast, vitamin C content did not exhibit an obvious change.

ultra-high hydrostatic pressure；moderate temperature；tomato juice；lycopene；isomers；vitamin C

TS 205

A

1002-6630(2010)23-0093-03

2010-11-14

江苏省自然科学基金项目(BK2008364)；江苏省高校自然科学研究资助项目(07KJB550033)

邱伟芬(1965—)，女，教授，博士， 研究方向为食品分析及天然产物提取。E-mail：weifenqiu@yahoo.com.cn