高压脉冲电场对番茄汁杀菌效果的研究

金声琅，殷涌光，王 莹，赫桂丹

（1.黄山学院旅游学院，安徽黄山245021；2.吉林大学生物与农业工程学院，吉林长春130022；3.青岛农业大学食品科学与工程学院，山东青岛266109）

高压脉冲电场对番茄汁杀菌效果的研究

金声琅1，2，殷涌光2，王 莹3，赫桂丹2

（1.黄山学院旅游学院，安徽黄山245021；2.吉林大学生物与农业工程学院，吉林长春130022；3.青岛农业大学食品科学与工程学院，山东青岛266109）

运用高压脉冲电场对番茄汁进行非热杀菌，通过单因素实验和正交实验对染有大肠杆菌的番茄汁进行了研究。结果表明，番茄汁的菌落总数随电场强度、脉冲数、初始温度的增加而降低。当电场强度E为50kV/cm，脉冲个数为36个，样品出口温度为40℃时，番茄汁中接种的大肠杆菌数量可降低6个对数以上。同时从抗坏血酸、番茄红素、还原糖、果胶和可溶性固形物等方面对番茄汁品质进行分析，结果表明运用高压脉冲电场非热杀菌不影响番茄汁的品质。

高压脉冲电场，非热杀菌，番茄汁

番茄富含维生素、矿质元素、氨基酸及番茄红素，特别是番茄红素赋予番茄抗氧化、防（抗）肿瘤、抗衰老等作用［1-2］。由于番茄采后不便贮藏和运输，加工转化成番茄汁是解决此问题的重要途径之一［3-4］。目前，番茄汁消毒仍然以加热杀菌为主［5］，虽然能很好地杀灭微生物并钝化其中的酶，但会造成番茄汁色泽、风味的改变以及营养成分的流失。高压脉冲电场技术（High Intensity Pulsed Electric Fields，以下简称PEF）是利用高强度脉冲电场瞬时破坏微生物的细胞膜，其利用高电位而非电流杀菌，因此杀菌过程的温度低，从而克服了加热杀菌的缺陷［6］。PEF已经成为近十几年来最有望实现工业化应用的冷杀菌技术之一［7-8］，在果汁、饮料加工中的应用研究较多［9-14］，但关于番茄汁PEF杀菌的研究在国内外尚未见报道。本文目的是研究PEF处理番茄汁时各类参数与杀菌效果的关系，寻求最佳参数组合，并从抗坏血酸、番茄红素、还原糖、果胶和可溶性固形物等方面分析PEF处理对番茄汁营养结构和风味的影响，以期为实践应用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

普通番茄 市售，新鲜成熟，深红，大小约为5个500g左右；E.coli菌种，牛肉膏，蛋白胨，胰蛋白大豆琼脂，胰蛋白大豆肉汤。

手提式压力蒸汽灭菌锅，阿贝折光仪，微生物接种箱，生化培养箱，电热鼓风干燥箱，电炉，高压脉冲电场设备。

高压脉冲电场系统处理室中高强度的电压脉冲传递给物料，电学参数通过示波器显示。脉冲电源的波形为指数衰减波，频率可调为1000～3000Hz。整个处理容量为200mL［15］。用泵来抽取番茄汁，使其在装置中循环流动。PEF装置热处理部分可以保持样品在恒温下进行处理。实验前，仪器管路清洗采用质量分数4%NaOH、10%市售次氯酸消毒液和无菌水清洗至无菌［16］。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 选择红色达90%以上的番茄，去除果蒂，以自来水清洗，再用蒸馏水洗净。经热烫（95～100℃、20s）后去皮去芯，用多功能粉碎机粉碎，均质机均质（压力30MPa），过滤法初步除菌，冷藏备用［17］。

1.2.2 微生物接种与计数 实验用E.coli由胰蛋白大豆琼脂（tryptic soya agar，TSA）斜面移至胰蛋白大豆肉汤（tryptic soya agar，TSB），37℃摇床培养18h，使菌体浓度达到108～109cfu/mL［18］。

取已培养的饱和菌悬液10mL，用纯度为100%的番茄汁1000mL进行稀释，这样番茄汁中的菌数可达到约106～107cfu/mL。根据 GB/T4789.2-2003方法，测定接种和不接种的样品在PEF处理前后样品菌落总数。

1.2.3 高压脉冲电场处理

1.2.3.1 单因素实验1 设置电场系统频率 f= 1000Hz，脉冲数12个。番茄汁的温度为4℃。测得番茄汁初始菌落总数为1.0×107cfu/mL。调整场强的大小，找出处理后番茄汁残留菌数与电场场强的关系。

1.2.3.2 单因素实验 2 设置电场系统场强40kV/cm，番茄汁的温度为4℃。通过调整脉冲频率的方式调整不同的脉冲数，检测不同脉冲数对番茄汁中菌落总数的影响。

1.2.3.3 单因素实验3 将初始温度分别调至4、10、20、25、40℃，其中4、20、40℃分别为冷藏温度、常温和榨汁时的温度。在电场强度E=40kV/cm，脉冲频率f=1000Hz条件下处理番茄汁。

1.2.3.4 正交实验 结合前面所做单因素杀菌实验，选择电场强度、脉冲数和初始温度作为影响因素，指标为菌落总数下降的对数，做正交实验。

1.2.4 番茄汁的理化指标检测 抗坏血酸：GB/T6195-1986；还原糖：GB/T5009.7-2008；番茄红素的测定：GB/T22249-2008；果胶的测定：参考张小玲［19］的方法；可溶性固形物含量：用阿贝折光仪在室温下进行测定。

1.2.5 实验统计分析 所有实验采用3次重复，用SPSS15.0统计软件对全部数据进行处理和统计分析，显著性分析采用One-Way ANOVA Turkey HSD软件，在显著性水平α=0.05下进行。

2 结果与分析

2.1 场强大小对杀菌效果的影响

如图1所示，PEF对番茄汁的杀菌效果随电场强度的增加而增加。

2.2 脉冲数对杀菌效果的影响

由图2所示，随着脉冲数的增加，杀菌效果开始较为显著后趋于平缓。脉冲数与脉冲频率呈对应关系，当脉冲频率从1000Hz上升到3000Hz，脉冲数也从12升至36。

图1 不同场强对番茄汁样品处理后的杀菌效果

图2 不同脉冲数对样品处理后的杀菌效果

2.3 初始温度对杀菌效果的影响

由图3所示，番茄汁的菌落总数随着初始温度的增加而降低，说明在PEF处理时，适当提高样品的初始温度，可以提高杀菌效果。

图3 残留菌数与样品温度关系曲线

2.4 正交实验设计

由表1、表2所示，影响PEF对番茄汁杀菌的因素主次顺序为电场强度＞初始温度＞脉冲个数。最佳参数组合为电场强度50kV/cm，番茄汁温度40℃，脉冲数36个。最佳参数组合下，处理后的番茄汁中菌落总数能减少6.3个对数。

表1 因素水平表

2.5 PEF对番茄汁测定指标的影响

为了弄清PEF对番茄汁理化指标的影响，设定上述实验在所得到的最佳参数条件下对番茄汁进行杀菌实验并重复3次。杀菌后，分别测定其抗坏血酸、番茄红素、还原糖、果胶和可溶性固形物等理化指标，并与原样进行对比实验。如表3所示，用PEF杀菌，对番茄汁的各项理化指标影响不显著，可以保持其原有品质。

表3 PEF对番茄汁测定指标的影响

表2 正交实验分析

3 结论

3.1 用PEF技术对番茄汁进行杀菌是可行的，且不影响番茄汁的风味和成分。

3.2 利用PEF对番茄汁进行非热杀菌时，影响杀菌结果的因素顺序为：电场强度＞初始温度＞脉冲个数。番茄汁的菌落总数随PEF的电场强度、初始温度、脉冲数的增加而降低。

3.3 通过单因素实验和正交实验确定了PEF处理番茄汁的最佳参数是：电场强度E=50kV/cm，初始温度40℃，脉冲个数为36个。

3.4 在最佳参数下，PEF技术对染有大肠杆菌的番茄汁进行杀菌，菌落总数能降低6.3个对数。

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Study on sterilization of tomatoes juice by high intensity pulsed electric fields

JIN Sheng-lang1，2，YIN Yong-guang2，WANG Ying3，HE Gui-dan2
（1.Tourism College，Huangshan University，Huangshan 245021，China；（2.College of Biological and Agricultural Engineering，Jilin University，Changchun 130022，China；（3.School of Food Science and Engineering，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，China）

Tomatoes juice was sterilized by using high intensity Pulse Electric Field（PEF）.The non-thermal inactivation of Escherichia coli in the treated juice was studied by single-factors experiment and orthogonal test. The maximum inactivation of 6-log reduction was achieved with the PEF of 50kV/cm，36 pulse numbers，at the temperature wtih 40℃.The results showed that the bacteria clones decreased with the increasing of electric field strength，pulse frequency and the initial temperature，and the juice quality was not affected by high intensity PEF from the aspect of ascorbic acid，lycopene，reducing sugar，pectin and the soluble solids.

high intensity pulsed electric field；non-thermal sterilization；tomatoes juice

TS255.3

A

1002-0306（2010）11-0091-03

2009-11-09

金声琅（1980-），男，讲师，博士研究生，从事食品保鲜方面的研究。

2008年度安徽省高校青年教师资助计划立项项目（2008jq1137）。