番茄汁的微波杀菌工艺研究

李卓思，刘世雄，程裕东

（上海海洋大学食品学院，上海 201306）

番茄汁富含多种营养素，受到广大消费者的欢迎。但番茄汁是一种热敏性的食品，其营养成分和色泽品质很容易在杀菌、钝化酶等关键加工工艺中被破坏[1]，果汁类制品一般采用巴氏杀菌和高温瞬时杀菌[2]。传统巴氏杀菌的杀菌时间长，传热也较不均匀，产品品质明显下降；高温瞬时杀菌对控制系统和容器要求很高，需要庞大设备、厂房，投资较大，其他杀菌方式在不同液态食品中也有一定的应用，但并不广泛。因此选择合适的加工技术对达到杀菌效果，并保持番茄汁的品质具有重要的意义。

微波作为一种新的加工技术已经广泛应用于食品杀菌中[3-4]。该技术在苹果汁[5]、牛奶[6等液态食品中的应用显示出了很多优势，如加热时间短、升温速度快、便于控制、可以直接对包装食品进行杀菌[7]、并较好的保持了食品的营养成分和口感等品质，有利于提高这类产品的安全性和货架期。

周先汉等[8]用正交试验方法对乳化蜂蜜的微波杀菌工艺进行了优化，但是只考虑了微波杀菌温度和时间的影响，并未考虑离子和糖的作用。在对杀菌工艺的研究中，不仅考察杀菌条件对杀菌效果的影响，同时考察其对品质的影响[9]，本研究在前期单因素试验的基础上[10]，以微生物残菌数、还原型抗坏血酸、番茄红素、pH值、总色差为指标综合考察微波功率、杀菌温度、糖含量和盐含量对番茄汁杀菌效果和品质变化的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

番茄：购于欧尚超市，浙粉202。

微波炉（上海松下微波炉有限公司，NNGD567M）；热电偶测温仪（ETO DENKI，THERMIC MODEL 2100A）；榨汁机（飞利浦家庭电器有限公司，HR1861）；紫外分光光度计（UV2100，尤尼柯上海仪器有限公司）；ZE-2000型测色色差计（ZE-2000，Nippon Denshoku）；pH 计（PHB-9901，上海艾旺工贸有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备 购于上海某超市的番茄，选择成熟度及色泽均一，形态良好，无病虫害的果实，用自来水冲洗2～3遍后，再用去离子水冲洗并漏干表面，放入榨汁机中榨汁。在番茄汁中加入0.3 g/100mL的果胶均质，再加入柠檬酸调配，使样品pH值为4.2±0.1，并根据正交试验方法加入定量的蔗糖、NaCl，搅拌均匀后冷藏备用。为保证试验样品的一致性，试验用样品为一次性制备，样品初始条件设定为体积5 mL，温度10℃。

1.2.2 杀菌处理试验 研究微波杀菌处理对番茄汁的影响。将5 mL样品装于10 mm×100 mm规格的试管置于聚苯乙烯泡沫支架中，用硅胶塞封口置于微波炉转盘中心进行加热处理，硅胶塞具有良好的通气性，温度升高时，可以控制物质的膨胀和蒸汽压力，在不同的微波功率下，将样品进行加热处理，加热后迅速用热电偶测得其中心温度，以此确定不同杀菌条件下所需的加热时间，样品加热后置于冰水中冷却移入4℃冰箱冷藏待测。加热前用微波炉预热，每次加热处理间隔20 min，以恢复微波炉的工况，减少误差。

1.2.3 正交试验方法采用L9（34）正交表对微波功率、杀菌温度、糖含量、盐含量4因素进行优化试验（表1），以微生物残菌数、还原型抗坏血酸、番茄红素、pH、总色差作为评价指标。

表1 因素水平表

1.3 测定方法

1.3.1 菌落总数的检验 根据国家标准GB4789.2 8－2003：食品卫生微生物学检验菌落总数测定。

1.3.2 番茄红素的检验 用分光光度计法检验样品中的番茄红素含量[11]。称取试样0.4～0.5 g，准确至0.000 2 g，于10 mL小烧杯中。在盛有试样的小烧杯中加入少量甲醇，立即用玻璃棒充分搅拌抽提样品中的黄色素。将抽提液移入带滤纸的玻璃漏斗中过滤。烧杯里剩余的残渣再加入少量甲醇，重复上述操作，直至滤液无色，弃去滤液。经预处理后，再用石油醚反复萃取至样品无色为止，收集滤液于25 mL容量瓶，石油醚定容。于502 nm处测OD值。番茄红素浓度的计算公式如下：

番茄红素浓度（mg/g）=（OD×25×10）／（2.0×E1cm）

式中：E1 cm=3.078。

1.3.3 色差值和pH值的检验 色差计测色差值[12]，pH计测pH值。

1.3.4 还原型抗坏血酸的检验 根据国家标准GB/T 5009.159-2003：食品中还原型抗坏血酸的测定。

1.3.5 微生物残活率计算 杀菌效果用微生物死亡数量级 Y 表示，计算公式为：Y=-lg（N/N0）[13]

式中：N0—处理前样品中菌落总数，cfu/mL；N—处理后样品中菌落总数，cfu/mL；Y—处理前后菌落总数降低的对数。

1.4 统计分析

采用 SPSS软件（SPSS11.0）对所得数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同条件对番茄汁杀菌效果的影响

正交试验的结果见表2、表3。以菌落总数死亡数量级Y为考察指标，通过正交直观分析，因素的极差越大则其对考察指标的影响越大，试验所考察的 4 个因素 的 极 差 分 别 为 0.97、0.732、1.012、0.627，以糖含量对番茄汁中微生物的杀菌效果影响最大，影响番茄汁中微生物杀菌效果的因素主次顺序为C＞A＞B＞D，即糖含量、微波功率、杀菌温度、盐含量。从表3可知，4个因素对番茄汁的杀菌效果均有极显著的影响。在不引起微生物失水死亡的前提下，添加较低蔗糖可以维持微生物内外的渗透压，对微生物有保护作用。同时，在微波加热中，蔗糖分子和水分子的化学键相结合形成氢键，使水分子趋于稳定，降低样品的介电常数，使样品的升温速率变慢，两个因素同时影响微波的杀菌效果。NaCl在水中形成离子，提高了样品的介电损失率，进而提高了样品的升温速率，另外离子也会和水分子形成水合离子，限制水分子的活动，降低了样品的介电常数，降低样品的升温速率，两者同时作用影响微波对样品的杀菌效果。微波功率越高，样品的升温速率越快，达到相同杀菌温度所需要的时间越短，结果显示，微波功率为1 000 W时，快速升温加速微生物的死亡，杀菌效果最好，微波功率为500 W时的杀菌效果优于800 W时，这可能是由于500 W热效应作用于微生物的时间长，杀菌效果较好。90℃和95℃的杀菌效果没有显著差异。通过正交直观分析根据各因素的均值可知，选择A3B2C1D3，即微波功率1 000 W、杀菌温度90℃、糖含量2.5 g/100mL、盐含量3.5 g/100mL，可以得到最好的杀菌效果。

表2 正交试验结果

表3 正交试验方差分析

2.2 不同条件对番茄汁中还原型抗坏血酸含量的影响

番茄汁富含丰富的维生素C，还原型抗坏血酸是维生素C的主要成分，从表3可知，4个因素对番茄汁微波处理后的还原型抗坏血酸含量均没有显著的影响。抗坏血酸是水溶性维生素，容易受到光照、氧气、温度等因素的影响而损失，在本研究中由于微波处理升温速度快，只需要16～22 s即可达到杀菌温度，因此，各处理条件对还原型抗坏血酸含量影响不显著，通过正交直观分析对各因素的极差和均值进行比较，各因素对还原型抗坏血酸含量影响的主次顺序为 A＞C＞B＞D，选择 A2B2C2D3，即微波功率800 W、杀菌温度90℃、糖含量3.0 g/100mL、盐含量3.5 g/100mL的微波杀菌条件，番茄汁中的还原型抗坏血酸的损失最少。

2.3 不同条件对番茄汁中番茄红素含量的影响

番茄红素是番茄中的主要色素，对光照敏感，在低温和常温下较稳定，温度较高时稳定性较差[14]。从表3可知，正交试验中4个因素对番茄汁中的番茄红素均没有显著的影响。这可能是由于本研究试验均是在室内进行，且所选的杀菌温度因素之间差异性较小，因此各处理条件对番茄红素影响不显著，通过正交直观分析对各因素的极差和均值进行比较，各因素对番茄红素含量影响的主次顺序为B＞C＞A＞D，选择 A2B2C3D1，即微波功率 800 W、杀菌温度90℃、糖含量3.5 g/100mL、盐含量2.5 g/100mL的微波杀菌条件，番茄汁中番茄红素的含量最高。

2.4 不同条件对番茄汁pH值和总色差的影响

从表2、3可知，处理条件中盐含量对pH值影响显著，其他因素对pH值影响不显著。pH值在4.05～4.25之间，不影响产品的品质和口感，因此可以不考虑各处理条件对pH值的影响。

处理条件影响杀菌后番茄汁的颜色变化，本研究以总色差作为评价番茄汁颜色变化的指标，△E为1.5～3.0，能感觉到颜色有差异，△E为3.0～6.0，有较显著差异，通过正交直观分析，影响番茄汁颜色变化各因素的极差分别为 0.747、1.34、0.506、0.19，由此各因素的的主次顺序为 B＞A＞C＞D，即杀菌温度、微波功率、糖含量、盐含量，其中杀菌温度对颜色变化影响显著，90℃时颜色差异最大，在杀菌过程中杀菌温度和加热时间同时影响杀菌后番茄汁的颜色。杀菌温度95℃时虽然加热温度高但时间很短，85℃时虽然加热时间比90℃长但温度低，因此95℃和85℃时都减缓了番茄汁感官品质的下降。通过正交直观分析对均值进行比较选择A2B1C1D2，即微波功率800 W、杀菌温度85℃、糖含量2.5 g/100mL、盐含量3.0 g/100mL的微波杀菌条件，最大程度减少了番茄汁色泽品质的下降。

2.5 处理条件的综合确定和验证

对番茄汁各项评价指标所优化的处理条件并不一致，需从操作便利、节省能源和开支等方面综合选择因素条件。杀菌功率选择1 000 W杀菌效率最高，但功率越高，消耗的能源越大，因此选择功率为550 W。杀菌温度选择使杀菌效果较好，番茄汁处理后色差变化较小，且番茄红素和抗坏血酸的含量较高的温度条件95℃。盐含量为3.5 g/100mL杀菌效果最好，但是较高的盐含量使番茄汁口感变差，因此选择对杀菌效果较好的，盐含量为2.5 g/100mL的处理条件。糖含量对品质评价指标均没有显著影响，因此选择对杀菌效果最好的糖含量为2.5 g/100mL的处理条件。综合分析，确定番茄汁微波杀菌的最佳条件为：微波功率550 W、杀菌温度95℃、糖含量和盐含量均为2.5 g/100mL。

通过该处理条件进行验证试验，番茄汁中菌落总数死亡数量级为3.76，抗坏血酸含量为9.745 mg/100g，番茄红素的含量为43.532 μg/g，pH值为4.14，总色差是2.72。和传统杀菌工艺相比[11]，可以更好的保持番茄汁的品质。

3 结论

在试验条件范围内，微波功率、杀菌温度、盐含量、糖含量均显著影响微波杀菌的效果，其中杀菌温度对微波处理后的番茄汁的色泽影响显著、四因素对番茄汁中营养成分均影响不显著。微波杀菌处理条件的较优处理条件为：微波功率550 W、杀菌温度85℃、盐含量和糖含量均为2.5 g/100mL。

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