引言
红莓因其诱人的色泽、独特的风味及高含量的生物活性化合物而在全球广受欢迎，这些成分共同贡献了其感官品质与营养价值。其中，黑莓（Rubus spp.）因其高营养密度、低热量以及富含多酚类化合物而日益受到科学界和工业界的关注。从植物化学角度看，黑莓成分复杂，包括酚酸、类黄酮、生育酚和类胡萝卜素。花色苷是主要的类黄酮，也是赋予果实特征深色的主要色素，其抗氧化能力与潜在功能特性已获广泛认可。然而，黑莓是高度易腐的水果，质地脆弱、生理劣变迅速、易受微生物污染，这限制了其鲜食货架期。因此，大部分黑莓被加工成果汁、浓缩汁、果泥等功能性配料，而花色苷的保存对产品质量至关重要。
在此背景下，膜分离技术作为传统热浓缩工艺的有效替代方案应运而生。这些技术在温和温度下运行，可基于分子大小和理化相互作用进行选择性分离，同时最大程度减少生物活性化合物的热降解并降低能耗。其中，纳滤因其选择性截留中等分子量物质（如多酚和花色苷）同时允许水和低分子量溶质透过的能力而脱颖而出。但纳滤在酸性水果基质中的应用面临挑战，特别是在低pH条件下的膜稳定性和长期耐久性。本研究旨在探讨纳滤作为浓缩黑莓汁中花色苷的策略，评估其效率及对理化特性的影响，并评估所得浓缩汁在苹果-橙汁复配中的应用潜力，以提升其抗氧化化合物含量。
材料与方法
黑莓汁制备
购自巴西圣保罗的冷冻黑莓全果浆，解冻、均质后使用篮式离心机离心以降低悬浮固体，便于后续纳滤。澄清汁转移至塑料容器并于-18℃储存备用。
纳滤工艺
纳滤采用配备螺旋卷式膜组件的（有效膜面积2.0 m2 ）中试系统，膜材质为聚酰胺（DOW® NF90-2540，NaCl截留率>97%）。系统包括进料罐、循环泵和压力控制装置。工艺在总渗余液全循环、渗透液连续收集的批次模式下进行，操作条件维持在跨膜压10 bar、温度约40℃、循环流量817.2 L h−1 。
果汁表征
• 理化分析 ：测定pH、可滴定酸度（以柠檬酸g/100g样品计）、可溶性固形物（°Brix）和总固形物。使用色度仪在CIELAB系统下测定颜色参数（L, a , b*）。
• 总酚化合物（TPC） ：采用Folin–Ciocalteu法测定，结果以没食子酸当量（mg GAE·100 mL−1 ）表示。
• 总单体花色苷 ：采用pH示差法测定，结果以矢车菊素-3-O-葡萄糖苷当量（mg C3G·100 mL−1 ）表示。
• 抗氧化能力 ：采用ABTS和DPPH自由基清除法评估，结果以Trolox当量（µmol TE g−1 ）表示。
稳定性研究
浓缩黑莓汁在冷冻条件下于琥珀色玻璃瓶中储存三个月，定期分析总酚含量、总单体花色苷、抗氧化能力和颜色参数。
果饮复配制备
设计五种果饮复配，苹果汁比例固定为50%（v/v），通过改变橙汁和黑莓浓缩汁的比例，获得递增的黑莓衍生物水平。配方F1（50%苹果汁和50%橙汁）作为对照。配方F2至F5分别含有12.5%、25%、37.5%和50%的黑莓浓缩汁，等量替代橙汁体积。
体外胃肠消化
根据INFOGEST协议进行模拟胃肠消化，依次模拟口腔、胃和肠阶段。消化结束后，离心收集上清液作为潜在可吸收部分。生物可及性计算为消化后上清液中各化合物浓度与其消化前初始浓度的比值，以百分比表示。
高效液相色谱（HPLC）测定花色苷
采用HPLC分析花色苷，使用BDS C18 色谱柱，流动相为乙腈和5%甲酸水溶液，梯度洗脱，检测波长520 nm。以矢车菊素-3-O-葡萄糖苷为标准品进行外标法定量。
统计分析
所有分析进行三次重复，结果以平均值±标准差表示。采用方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验评估均值间的统计学差异，显著性水平α = 0.05。
结果与讨论
纳滤工艺
黑莓汁纳滤过程中渗透通量下降，从6.33降至1.86 kg·h−1 ·m−2 ，降幅约70%，这与浓差极化和膜表面污染层形成导致的过滤阻力增加有关。平均操作温度（~40℃）可能在渗透通量和花色苷稳定性之间提供了有利平衡。与之前研究相比，该中试工艺实现了更高的生物活性化合物富集，单体花色苷和总酚的浓缩因子（CF）分别达到约2.2和1.9。
渗余液在总酚、单体花色苷、可滴定酸度、可溶性固形物和总固形物方面均显著高于进料，而渗透液则显著低于进料，表明膜对生物活性成分的有效截留和分离。ABTS和DPPH法测定的抗氧化能力与酚类化合物变化趋势一致，在渗余液中增强，在渗透液中降低。这突显了黑莓汁中抗氧化活性与酚类组成之间的强相关性。pH值在果浆、进料和渗透液中相对稳定，但在渗余液中略有下降，这与有机酸的浓缩一致。颜色是食品工业的主要质量参数之一。渗余液L值降低、a 和b值升高，表明有色成分（如花色苷）被浓缩。渗透液L 、a和b 值增加，表明低强度发色化合物（如低分子量酚类和花色苷降解产物）透过，产生颜色更浅的溶液。
储存稳定性
冷冻储存能有效保持浓缩黑莓汁的质量。在90天的储存期内，单体花色苷含量基本保持不变，总酚含量逐渐下降但仍保持较高水平。抗氧化能力（ABTS和DPPH）在储存期间也保持稳定。颜色参数L、a 、b仅发生轻微变化，a 值（红色度）相对稳定，与观察到的花色苷保存情况一致。b*值的波动可能反映了辅色素的变化或次要花色苷降解产物的形成。总体而言，冷冻储存有效保持了纳滤黑莓浓缩汁的花色苷含量和视觉品质。
果汁复配的特性分析
随着黑莓浓缩汁比例从F1增加到F5，TEAC、DPPH、总酚含量和总单体花色苷均呈渐进式上升，证实黑莓是配方功能特性的主要贡献者。颜色参数也发生显著变化：随着黑莓含量增加，亮度（L）显著降低，而红度（a ）增加，表明花色苷衍生的着色作用增强。相反，b*值的降低反映了富含类胡萝卜素的橙汁被富含花色苷的黑莓浓缩汁逐步替代。尽管生物活性化合物进一步增加，但F4和F5颜色值相似，表明存在饱和效应，即额外的花色苷不会导致成比例的视觉颜色变化。这些结果突出了花色苷含量、抗氧化能力和颜色调节之间的密切关系。
花色苷分析显示，从配方F2到F5，矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、矢车菊素-3-O-芸香糖苷和未鉴定花色苷的浓度逐渐增加。未鉴定花色苷的存在在复杂的悬钩子属基质中常有报道，这些水果含有多种次要花色苷。
果汁复配的体外胃肠消化
矢车菊素-3-O-葡萄糖苷的生物可及性在评估的配方中有所不同，突出了初始浓度和食物基质组成对模拟体外胃肠消化后释放部分的综合影响。配方F2的值低于定量限，而配方F3、F4和F5在消化部分中显示出可测量的浓度。对于矢车菊素-3-O-葡萄糖苷，消化部分的浓度在0.57至3.52 mg·100 mL−1 之间，对应的生物可及性值在14.67%至22.98%之间。消化后观察到的减少与先前研究一致，表明在中性pH附近，花色素鎓阳离子的水合作用导致形成不太稳定的半缩酮和查尔酮形式，损害了花色苷的稳定性和溶解度。此外，与基质成分（如碳水化合物、蛋白质、脂质和多糖）的相互作用可能促进复合物形成或与大分子结合，限制花色苷释放并增加消化过程中的降解敏感性。
配方F3、F4和F5显示，增加黑莓比例并未线性提高矢车菊素-3-O-葡萄糖苷的生物可及性，突出了基质相关因素的影响超过了花色苷浓度本身。尽管F4的黑莓含量较高，但其生物可及性最低，可能是由于花色苷与基质成分（如果胶和膳食纤维）之间更强的相互作用限制了其在消化过程中的释放。花色苷含量与生物可及性之间的非比例关系反映了明显的基质效应。黑莓多酚可能与苹果-橙基料中的糖、有机酸和膳食纤维相互作用，形成可逆复合物或被物理包裹在基质内，从而限制花色苷在胃肠道消化过程中的释放、溶解和稳定性。因此，较高的花色苷浓度并未产生成比例的更大生物可及部分，表明生物可及性不仅取决于初始含量，还取决于周围基质的理化性质。
结论
应用螺旋卷式聚酰胺膜进行纳滤被证明是一种高效的非热策略，可用于浓缩黑莓汁。该工艺显著富集了生物活性化合物，总酚和总单体花色苷的浓缩因子分别达到1.9和2.2，同时保持了基质的理化稳定性。稳定性研究表明，冷冻储存是保持浓缩汁质量的理想方法。在90天内，总单体花色苷含量和抗氧化能力基本保持不变，颜色参数（L， a ， b*）仅显示微小变化，确保了产品视觉吸引力的保持。此外，将黑莓浓缩汁加入果饮复配中有效增强了其功能特性。黑莓浓度的逐渐增加导致抗氧化潜力线性上升，并加强了饮料的特征红色着色。尽管花色苷的生物可及性可能受到胃肠道环境的挑战，但纳滤技术的使用为开发高附加值的功能性饮料提供了一种强效原料。
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