不同苹果品种及加工关键参数对非浓缩还原苹果汁品质的影响

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作为最畅销的水果之一,苹果(Maluspumila Mill.)因富含多种对人体有益的植物营养素而受到全世界的欢迎。中国作为全球苹果的主产区,拥有全世界最大的苹果种植面积和苹果出口量。在所有的果汁中,苹果汁因其非凡的口感、良好的加工适性和营养价值而成为全世界最受欢迎的果汁之一。尽管非热加工在过去十年有了长足的发展,但热加工仍旧是当今食品工业中最重要、应用最广泛的杀菌手段。就热加工而言,人们已经探索出种类繁多的苹果汁生产工艺。然而,基于不同工艺所生产的果汁在整体品质上也许并无实质性差异。因此,在保证食品整体品质基础上的生产工艺的整合与简化势必成为未来食品工业的发展趋势。此外,因饮用方便快捷且具有天然果肉的外观、质地和口味,非浓缩还原(Not from concentrate,NFC)果汁的市场价值在近年来持续走高。不同于传统的浓缩还原苹果汁,NFC苹果汁对原料和产品的品质要求很高。因此,为保证不同批次产品具有相对一致的品质,不同地区的生产者往往选用特定的苹果品种进行果汁生产。然而,细菌疾病、真菌疾病、病虫害和气候变化都有可能直接导致苹果的减产。而对果汁加工可替代品种的探究有望解决这一问题。本文分别在中试规模和实验室规模下制备了 NFC苹果汁。9种NFC苹果汁工业化生产工艺被整合简化为3大类工艺体系;特定单元操作对NFC苹果汁品质的影响被阐明;基于NFC苹果汁理化性质和/或多酚组分的制汁可替代品种被确定。具体结果如下:1.中试生产规模下,经9种不同果汁工业生产工艺获得9种苹果汁,通过果汁综合品质对比,对果汁工业生产工艺进行简化与整合。以总酚(Total phenolic content,TPC)、总黄酮(Total flavonoids content,TFC)、总可溶性固形物(Total soluble solid,TSS)、稳定性、浊度、可滴定酸(Titratable acidity,TA)和 pH 值表征苹果汁的整体品质。结果表明,基于传统破碎结合带式压榨(Traditional pulping combined with belt-stype pressing,TP+BSP)工艺果汁的总酚含量显著高于冷破碎结合卧式螺旋离心(Cold pulping combined with horizontal separator centrifuge separation,CP+HSCS)工艺的果汁,CP+HSCS工艺果汁则表现出比TP+BSP工艺果汁更高的浊度。应用主成分分析(Principle component analysis,PCA)、线性判别分析(Liner discriminant analysis,LDA)以及层序聚类分析(Hierarchical cluster analysis,HCA)对苹果汁综合品质进行统计分析,分析表明,9种苹果汁工业生产工艺被清晰地分为3大类,破碎、制汁和杀菌方式是影响苹果汁整体品质的主要因素。本研究为现行果汁工业生产工艺的简化与整合提供了方法。2.中试规模下生产NFC苹果汁,探究生产中单元操作对苹果汁品质的影响。在各主要单元操作(制汁、灭酶、均质、热杀菌)后收集苹果汁,测定TSS、TA、pH值、浊度、非酶褐变指数(Non-enzymaticbrowningindex,NEBI)、颜色品质以及香气,用以表征苹果汁的综合品质。应用包括PCA和HCA在内的多元统计分析方法对苹果汁香气的相关数据矩阵进行分析。结果表明,均质仅对果汁浊度有提升作用,灭酶处理可使果汁香气、浊度、非酶褐变指数和色值得到显著增强,在所有测定指标中,只有TSS不受各单元操作的影响。对于果汁成品,其TA、pH值、香气成分均显著下降,相比于热杀菌,灭酶阶段的热处理对果汁品质的影响更大,在NFC苹果汁生产过程中,引起果汁品质变化的主要因素是热处理。3.选取来自中国同一产地的16个苹果品种,制备NFC苹果汁,测定果汁的理化性质,包括TSS、pH值、TA、固酸比(TSS/TA)和色值。结果表明,苹果汁的理化性质很大程度上受到制汁时所选用品种的影响。同时,利用超高效液相色谱(Ultra performance liquid chromatography,UPLC)测定 16 个苹果品种 NFC 果汁的多酚组成与单体酚含量,并确定了 13-15种单体酚物质,其中原花青素B2、绿原酸和表儿茶素是苹果果汁中主要的单体酚物质。分别对果汁的感官(以理化性质表征)和营养(以多酚组成表征)进行PCA和HCA,以期找到果汁加工中的制汁替代品种。结果表明,关注感官的前提下,16个品种的NFC果汁被分为3组,每组内的各品种可作为制汁替代品种,用以生产具有相近理化性质的苹果汁;关注营养的前提下,16个品种的果汁被分为两大组,每组内的各品种可生产出具有相近多酚组成的苹果汁。综上,本文在现有果汁加工研究的基础上,进一步扩充完善了有关NFC苹果汁方向的理论研究,为未来我国NFC果汁生产的工业化应用、上下游产业链延伸以及果汁智能复配建立了理论基础。
摘要第3-5页
Abstract第5-7页
缩略词第11-12页
第1章 绪论第12-22页
    1.1 苹果原料的概况第12-14页
        1.1.1 苹果的产量第12页
        1.1.2 苹果的分布第12页
        1.1.3 苹果的品种第12-13页
        1.1.4 苹果的营养成分第13页
        1.1.5 国内外苹果的开发利用现状第13-14页
    1.2 苹果汁产品的概况第14-16页
        1.2.1 苹果汁的种类第14-15页
        1.2.2 NFC苹果汁的概念第15页
        1.2.3 国内外NFC果汁生产销售现状第15-16页
    1.3 果汁相关研究的概况第16-18页
        1.3.1 果汁杀菌技术的研究第16页
        1.3.2 果汁体系稳定性的研究第16-17页
        1.3.3 果汁营养及功能的研究第17-18页
    1.4 研究意义及研究内容第18-22页
        1.4.1 本课题的研究意义第18-19页
        1.4.2 本课题的研究内容第19-20页
        1.4.3 技术路线第20-22页
第2章 NFC苹果汁工业化生产工艺优化第22-40页
    2.1 引言第22-23页
    2.2 材料与方法第23-26页
        2.2.1 实验原料第23页
        2.2.2 主要试剂与设备仪器第23页
        2.2.3 实验方法第23-26页
            2.2.3.1 NFC苹果汁中试生产第23-24页
            2.2.3.2 果汁品质测定第24-26页
            2.2.3.3 果汁工艺的优化第26页
        2.2.4 数据分析第26页
    2.3 结果与分析第26-38页
        2.3.1 不同生产工艺所制备果汁的综合品质对比第26-33页
            2.3.1.1 不同工艺对总酚含量的影响第27-29页
            2.3.1.2 不同工艺对总黄酮含量的影响第29页
            2.3.1.3 不同工艺对TSS的影响第29-30页
            2.3.1.4 不同工艺对稳定性的影响第30-31页
            2.3.1.5 不同工艺对浊度的影响第31-32页
            2.3.1.6 不同工艺对可滴定酸的影响第32页
            2.3.1.7 不同工艺对pH值的影响第32-33页
        2.3.2 果汁生产工艺的优化第33-38页
            2.3.2.1 主成分分析第33-35页
            2.3.2.2 线性判别分析第35-36页
            2.3.2.3 层序聚类分析第36-38页
    2.4 本章小结第38-40页
第3章 NFC苹果汁生产中单元操作对果汁品质的影响第40-52页
    3.1 引言第40页
    3.2 材料与方法第40-43页
        3.2.1 试验材料第40-41页
        3.2.2 主要试剂与仪器第41页
        3.2.3 试验方法第41-43页
            3.2.3.1 果汁生产第41-42页
            3.2.3.2 果汁理化性质的测定第42页
            3.2.3.3 果汁香气的测定第42-43页
        3.2.4 统计分析第43页
    3.3 结果与分析第43-50页
        3.3.1 理化性质的变化第43-45页
        3.3.2 香气的变化第45-50页
            3.3.2.1 电子鼻分析第46-47页
            3.3.2.2 基于香气的PCA和HCA第47-50页
    3.4 本章小结第50-52页
第4章 基于理化与多酚性质的制汁品种分析第52-70页
    4.1 引言第52-53页
    4.2 材料与方法第53-55页
        4.2.1 试验材料第53页
        4.2.2 主要试剂与仪器第53-54页
        4.2.3 试验方法第54-55页
            4.2.3.1 NFC苹果汁的制备第54页
            4.2.3.2 果汁理化性质的测定第54页
            4.2.3.3 果汁多酚组分的测定第54-55页
            4.2.3.4 制汁品种分析第55页
        4.2.4 统计分析第55页
    4.3 结果与分析第55-69页
        4.3.1 苹果汁的理化性质第55-61页
            4.3.1.1 理化性质的对比第56-59页
            4.3.1.2 基于理化性质的品种分析第59-61页
        4.3.2 苹果汁的多酚组分第61-69页
            4.3.2.1 多酚组分的对比第61-65页
            4.3.2.2 基于多酚组分的品种分析第65-69页
    4.4 本章小结第69-70页
第5章 结论与展望第70-72页
    5.1 结论第70-71页
    5.2 展望第71-72页
参考文献第72-82页
致谢第82-84页
攻读硕士学位期间科研成果第84页
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