锌微量元素强化对番茄酱贮藏稳定性的改善作用及机制研究

《Food Science & Nutrition》：Improving the Storage Stability of Tomato Paste Enriched by Different Concentrations of Zinc Micronutrient

本综述系统评价了锌（Zn）微量元素强化对番茄酱贮藏期间品质调控的影响。研究发现，添加40 ppm锌能显著减缓番茄红素（lycopene）、总酚含量（TPC）和抗氧化能力（AC）的降解（降幅分别为70.85%、3.39%和22.86%），并有效抑制酸耐受中温菌（ARMB）和霉菌酵母（MY）的生长。电子鼻结合主成分分析（PCA）和二次判别分析（QDA）可实现贮藏期100%准确分类，表明锌强化在保持番茄酱营养品质和延长货架期方面具有重要应用价值。

　　

1 引言

番茄作为全球广泛消费的农产品，不仅可直接食用，还可加工成酱、泥、汁等制品。据联合国粮农组织报告，伊朗年产量约340万吨，其中超过60万吨被加工成番茄酱。番茄酱因其独特风味和丰富营养备受青睐，尤其富含β-胡萝卜素、维生素C、叶酸、钾等微量营养素，以及番茄红素和多酚类生物活性物质。番茄红素作为番茄中最主要的类胡萝卜素，其共轭分子结构赋予其强大抗氧化能力，淬灭单线态氧的效率是β-胡萝卜素的2倍。流行病学研究表明，富含番茄制品的饮食对心血管健康具有显著益处。

随着消费者对健康食品需求增长，功能食品开发成为食品工业重点方向。食品强化作为改善人群微量营养素缺乏的有效手段，通过向食品中添加必需营养素（如维生素、矿物质等）以提升其生理功能价值。然而，针对番茄加工产品的强化研究仍较有限。现有报道包括在番茄汁中添加番茄籽油、在番茄酱中添加番茄皮或迷迭香精油微乳液等。

锌作为人体必需矿物质，参与多种生物过程。成年女性和男性每日推荐摄入量分别为8 mg和11 mg。番茄酱作为现代饮食中重要调味品，其锌强化具有开发功能性食品的潜力。此外，电子鼻系统作为无损检测技术，可通过传感器模拟人类嗅觉，广泛应用于农产品品质评估。但锌强化对番茄酱贮藏品质的影响尚未系统研究。本研究通过添加不同浓度锌（0、20、40、60 ppm），系统评估其对番茄酱贮藏期间理化特性、微生物指标及风味特征的调控作用。

2 材料与方法

2.1 样品制备

从伊朗哈马丹省Sahar食品工业公司获取初始特性为可溶性固形物（TSS）27.9°Brix、pH 4.15的工业番茄酱。样品分为对照组和20、40、60 ppm锌强化组。强化过程通过将锌金属粉末与番茄酱均匀混合实现。所有样品在4°C、75%相对湿度下贮藏60天，并于第15、30、45、60天进行指标检测。

2.2 理化特性分析

2.2.1 总酚含量、番茄红素和抗氧化能力

采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量（TPC），结果以每克样品中没食子酸当量（mg GA/kg）表示。番茄红素通过有机溶剂提取后，在503 nm波长下测定吸光度。抗氧化能力（AC）通过DPPH自由基清除率评估，计算公式为：RSC% = (A₁ - A₂)/A₁ × 100，其中A₁和A₂分别为对照和样品吸光度。

2.2.2 pH和可溶性固形物

使用Atago折射仪测定TSS，pH计测定酸度。所有测量均重复三次。

2.2.3 颜色指标

采用色彩色差计测定L（明度）、a（红度）、b（黄度）值，并计算色差（ΔE）和a/b比值。a/b*比值是评价番茄酱色泽品质的关键指标，值大于2表示优等品质，1.8-2.0为可接受范围。

2.3 微生物检测

通过Howard霉菌计数法测定霉菌和酵母（MY），采用平板计数法测定酸耐受中温菌（ARMB）。样品在PCA培养基中30°C培养72-120小时，YGC培养基中25°C培养48-72小时。

2.4 机械特性

使用Bostwick粘度计测定样品在12°Brix稀释液中的流动性，记录30秒内流动距离（cm）作为粘度指标。

2.5 电子鼻系统

采用多传感器阵列系统采集样品顶空气体响应，通过主成分分析（PCA）和二次判别分析（QDA）进行模式识别。

2.6 数据分析

使用SPSS软件进行方差分析（ANOVA）和Duncan多重比较，Design Expert软件建立二次模型（QM）预测各指标变化。模型形式为：α = β₀ + β₁A + β₂B + β₃AB + β₄A² + β₅B²，其中A为贮藏时间，B为锌浓度。

3 结果与讨论

3.1 总酚含量、抗氧化能力和番茄红素

贮藏初期TPC、AC和番茄红素含量分别为1578.64 mg GA/kg、42.17%和141.13 mg/kg。随贮藏时间延长，三者均呈下降趋势，且15天后降解加速。至60天时，对照组番茄红素、TPC和AC降幅最大（84.72%、16.29%和38.69%），而Zn-40 ppm组降幅最小（70.85%、3.39%和22.86%）。方差分析表明贮藏时间、锌强化及其交互作用均对三者有极显著影响（p ≤ 0.01）。锌可能通过抑制酶活性和氧化反应稳定番茄酱品质。建立的预测模型相关系数分别为0.90（TPC）、0.96（AC）和0.97（番茄红素），显示贮藏时间具有负向效应，而锌强化呈正向作用。

3.2 pH和可溶性固形物

初始pH为4.15，低于市场常见值（4.4）。贮藏期间所有样品pH均下降，对照组降幅最大（至4.01，降低3.53%），Zn-20 ppm组降幅最小（至4.08，降低1.69%）。TSS从27.8°Brix开始下降，对照组降低9.11%，Zn-60 ppm组降低6.24%。锌强化可能通过调节代谢过程减缓化学指标变化。pH预测模型相关系数为0.74，TSS模型显示贮藏时间和锌浓度均具显著影响。

3.3 颜色指标

初始L、a、b值分别为13.85、9.72和4.75，a/b比值为1.96。贮藏期间所有颜色指标均下降，ΔE增加。60天后，Zn-60 ppm组a和b值最高（2.57和3.32），对照组最低（2.26和3.20）。锌强化对L值影响不显著，但能有效维持a/b比值。颜色变化与番茄红素降解直接相关，锌的添加可能通过稳定色素分子减缓色泽劣变。建立的色彩预测模型相关系数均高于0.85。

3.4 酸耐受中温菌和霉菌酵母

初始ARMB和MY均为0。30天后对照组微生物数量急剧上升，60天时达最高（ARMB 1213.33 CFU/mL，MY 222 CFU/mL）。Zn-60 ppm组微生物增长最慢（ARMB 33.33 CFU/mL，MY 16.67 CFU/mL）。锌可能通过破坏细胞壁膜结构发挥抗菌作用，且对革兰氏阳性菌需更高浓度才有效。模型分类显示贮藏30天后微生物变化显著。

3.5 机械特性—粘度

初始粘度为6 cm。贮藏60天后，对照组粘度降至4.57 cm（降低23.89%），Zn-40 ppm组降至5.03 cm（降低16.11%）。锌可能通过抑制酶活性和增稠作用维持粘度。方差分析显示贮藏时间影响极显著（p ≤ 0.01），锌强化影响显著（p ≤ 0.05）。粘度预测模型相关系数为0.93。

3.6 电子鼻分析

传感器TGS822、TGS2602和MQ9对芳香化合物响应最强。PCA结果显示不同贮藏期样品能明显区分（PC1和PC2累计贡献率98%），但不同锌浓度样品存在重叠。QDA对贮藏期分类准确率达100%，对锌浓度分类整体准确率为90%，其中60 ppm组识别精度最高（97%）。表明锌强化未显著改变番茄酱风味特征，有利于消费者接受。

4 结论

锌强化能有效维持番茄酱贮藏期间的理化品质和微生物安全性。40-60 ppm锌浓度对番茄红素、多酚和抗氧化活性的保护效果最佳，且不影响产品风味。电子鼻技术可实现贮藏期的精准监控，为食品品质无损检测提供新方法。该研究为开发营养强化型番茄制品提供了理论依据和技术支持。