超高压处理对南果梨汁杀菌效果及品质的影响

吕长鑫, 刘苏苏, 李萌萌, 焦天慧, 芦宇, 魏新宇, 励建荣

(渤海大学 食品科学与工程学院，辽宁省食品安全重点实验室，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 锦州,121013)



超高压处理对南果梨汁杀菌效果及品质的影响

吕长鑫*, 刘苏苏, 李萌萌, 焦天慧, 芦宇, 魏新宇, 励建荣*

(渤海大学 食品科学与工程学院，辽宁省食品安全重点实验室，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 锦州,121013)

摘要研究40℃下超高压200～500 MPa压力、5～25 min保压时间对南果梨汁杀菌效果和品质的影响。结果表明：350 MPa下处理15 min和90 ℃下处理10 min，南果梨汁中的菌落总数和霉菌酵母菌数均达商业无菌；随着处理压力的增大和保压时间延长，南果梨汁中可溶性固形物基本不变，总酚含量和pH值略有下降，总酸含量略有升高；而热处理后总酸和可溶性固形物含量基本不变，总酚含量显著降低；与对照样相比，超高压处理对南果梨汁颜色变化不显著(△E<1.5)，热处理显著(△E>1.5)。另外，利用电子鼻能较好地区分不同处理后南果梨汁风味，其中200 MPa和350 MPa处理组的风味与其他压力组相比更接近鲜汁。超高压处理南果梨汁与热处理法相比，不但具有良好的杀菌效果，且能较好地保持其营养成分和色泽，但对其特征香气却具有一定影响。

关键词超高压；南果梨汁；杀菌；品质；电子鼻

南果梨是蔷薇科(Rosaceae)梨亚科(Pomoideae)梨属(Pyrus)中的秋子梨(PyrusussriensisMaxim)，为辽宁特色水果，盛产于辽宁鞍山、锦州、辽阳等地。其不仅肉质细腻、酸甜多汁、香气浓郁，且含有氨基酸、超氧化物歧化酶、黄酮类等多种具有营养价值的物质，素有“梨中之王”美称[1]。南果梨在贮藏过程中常出现果肉或果心褐变，严重影响商品外观和食用品质，也造成了大量果实的浪费[2]，深加工是解决果实腐烂问题的重要途径。南果梨是热敏性水果，传统巴氏杀菌虽可杀菌钝酶，但会使梨汁产生后熟味，造成产品质量下降[3]。超高压技术(high pressure processing, HPP)属非热力杀菌技术，能有效杀死食品中的腐败微生物和抑制酶的活性，且不破坏其中的热敏性成分而利于保持食品固有营养、风味、色泽、品质和新鲜度，符合消费者对鲜榨果汁营养和原汁原味的要求[4-6]。近年来超高压广泛用于蓝莓汁[7]、橙汁[8]、草莓汁[9]等多种果汁的加工研究中，而国内外有关南果梨汁超高压加工的相关研究尚未见报道。本文以南果梨为原料，分析了不同压力和保压时间对南果梨汁微生物指标、理化指标及色泽的影响，并应用电子鼻技术检测了超高压处理前后南果梨汁挥发性物质的变化。

1材料与方法

1.1材料与试剂

南果梨，九月中旬购于辽宁省锦州市北镇，可溶性固形物含量14.3%，贮藏于4℃冷库后熟备用；食品级D-异抗坏血酸钠，江西省德兴市百勤异VC钠有限公司；平板计数培养基、孟加拉红培养基，北京奥博星生物技术有限公司；焦性没食子酸、福林-酚试剂，天津市光复精细化工研究所。

1.2仪器与设备

HPP.L2-600/0.6超高压设备，天津华泰森淼有限公司；PEN3电子鼻，德国AIRSENSE公司；5804R冷冻离心机，上海研域仪器设备有限公司；UV-2700紫外可见分光光度计，日本岛津仪器有限公司；CR-400色彩色差计，日本Konica Minolta公司；FTL-YXQ-LS-100SII高压蒸汽灭菌锅，深圳菲特立科技有限公司；LRH-25OF生化培养箱，上海精宏有限公司。

1.3实验方法

1.3.1南果梨汁制备

南果梨→清洗→切块→护色→榨汁→粗滤→离心→灌装→封口→杀菌→冷却→贮藏

挑选成熟度相近、大小均匀一致的南果梨，去果柄、清洗、切块，于0.3%D-异抗坏血酸钠溶液中护色20 min沥干后置于高速组织捣碎机中打浆1 min，浆液经200目滤布过滤、4 ℃、6 000 r/min条件下离心15 min后取上清液，待上清液恢复至常温备用。

1.3.2超高压处理

将南果梨汁置于聚乙烯袋真空封口，每袋100 mL。通过预实验发现，中温协同超高压处理果汁不仅可增强杀菌效果，而且对果汁品质的影响较小。因此确定介质温度为40 ℃，选取压力200、250、300、350、400、450、500 MPa，时间5、10、15、20、25 min进行超高压处理，与对照样鲜汁和90 ℃、10 min下热处理组进行对比，处理后置于4 ℃条件下贮藏备用。

1.3.3微生物指标检测方法

按照GB4789.2—2010对样品菌落总数进行检测，按照GB4789.15—2010对样品进行霉菌、酵母菌的检测。

1.3.4理化指标的测定方法

(1)pH值测定：使用pH计进行测定。

(2)可溶性固形物含量测定：在20 ℃下，用手持折光仪进行测定。

(3)总酸含量测定：采用GB/T 12456—2008对南果梨汁中的总酸进行测定。

(4)总酚含量测定：采用福林-酚比色法测定[10]。将处理样品稀释2倍，取1 mL分别加入2.5 mL质量分数20%Na2CO3溶液和0.5 mL福林试剂，混匀后用蒸馏水定容至10 mL，于75 ℃反应10 min冷却后，在波长760 nm处测定吸光度。用焦性没食子酸标准曲线y=0.011 4x-0.016 1(R2=0.999 3)校准，总酚含量为每毫升南果梨汁相当的焦性没食子酸的量(μg/mL)。

1.3.5色泽的测定

采用CR-400色彩色差计，室温下以标准白板为标准，测定L*、a*和b*值。其中：L*表亮度，其值越大果汁亮度越大，越小越暗；a*>0表示颜色偏红，a*<0表示颜色偏绿；b*>0表示颜色偏黄，b*<0颜色偏蓝。△E值越大表示颜色变化越大，其计算公式：△E=[(Lt*-L0*)2+(at*-a0*)2+(bt*-b0*)2]1/2。其中，Lt*、at*和bt*超高压处理后样品测定值，L0*、a0*和b0*代表为处理的空白对照样测定值[11]。

1.3.6电子鼻分析

气味指纹分析条件：内部流量300 mL/min，进样流量300 mL/min，样品体积10 mL，清洗时间100 s，测量时间300 s，顶空温度25 ℃。电子鼻传感器阵列的主要性能见表1。打开电子鼻装置，预热仪器，连接设备，清洗传感器后进样，每个样品重复测定3次。

数据分析方法：取稳定后第240～242 s间的数据信息进行主成分分析法(principle component analysis, PCA)，线性判别法(linear discrimination analysis, LDA)和Loadings传感器贡献率分析法分析。

表1　PEN3电子鼻传感器性能描述

1.4数据处理

试验结果以3次重复试验所得数据的平均值±标准偏差表示；采用SPSS19.0统计软件中的ANOVA法进行显著性差异分析，显著水平为0.05。

2结果与分析

2.1超高压处理对南果梨汁杀菌效果的影响

2.1.1超高压处理压力对南果梨汁中微生物的影响

设定介质温度为40℃，在200～500 MPa压力范围对梨汁保压15 min的杀菌效果见表2。

与常压下空白对照样相比，经过超高压处理的南果梨汁，菌落总数随压力的升高呈明显下趋势，在300 MPa时菌落总数降至257 CFU/mL，压力达到350 MPa时则达到商业无菌(≤100 CFU/mL)效果。南果梨汁初始霉菌和酵母菌数为5.9×103CFU/mL，随着压力的增加霉菌和酵母菌数急剧减小。当压力为250 MPa时，霉菌和酵母菌数量为300 CFU/mL，压力为300 MPa时，其存活量仅为10 CFU/mL，此时已达到国家食品卫生标准(≤20 CFU/mL)，超过300 MPa时已检测不到霉菌和酵母菌。结果表明，超高压和热处理均可达到商业无菌要求。

表2　超高压杀菌压力对南果梨汁微生物的影响

2.1.2保压时间对南果梨汁中微生物的影响

在2.1.1所得结果基础上，进一步考察5～25 min不同保压时间对南果梨汁中微生物的影响，结果见表3。发现在40 ℃、350 MPa条件下各处理样品均未检测出霉菌和酵母菌。随着保压时间的延长，菌落总数呈先快后慢的降低趋势，可能由于在中度压力处理下，一部分耐压力弱的微生物迅速死亡，而随着处理时间的延长，部分耐压菌仍然可以存活，杀菌效果提高不明显[12-13]。处理15 min时南果梨汁中菌落总数为65 CFU/mL，符合商业无菌要求。

表3　超高压时间对南果梨汁菌落总数的影响

2.2超高压处理对南果梨汁理化指标的影响

2.2.1超高压处理压力对南果梨汁理化指标的影响

由表4可知，超高压处理后南果梨汁的可溶性固形物无明显变化(P>0.05)。总酚含量随着压力增大略有降低，但变化差异不显著(P>0.05)。在200～500 MPa压力范围内，总酸含量随压力增加而升高，且压力大于300 MPa时，总酸含量显著高于对照样(P<0.05)，这可能是由于高压使细胞膜破裂，一部分有机酸释放出来，导致南果梨总酸含量升高[7]。随着超高压压力增加，果汁的pH值显著降低(P<0.05)，可能由于超高压影响水溶液的电离平衡，压力升高使弱酸向生成更多H+的方向电离，致使受压介质pH改变[14]。果汁的总酸含量升高、pH值下降，其抑制微生物的能力增强，有助于延长果汁贮藏期。热处理后南果梨汁中总酸、可溶性固形物含量与对照样无显著差异(P>0.05)，总酚显著降低(P<0.05)。由结果可知，与热处理相比，超高压处理可较好保持南果梨汁中的固有营养。

表4　超高压压力大小对南果梨汁理化指标的影响

注：(1)数据结果为均值(n=3)；(2)同一列中不同上标者差异显著(P<0.05)，表5～表7同。

2.2.2保压时间对南果梨汁理化指标的影响

由表5可知，南果梨汁可溶性固形物含量基本保持稳定，说明保压时间对可溶性固形物影响不大。随着保压时间的延长，总酸含量显著升高，pH值呈逐渐减小趋势，这与不同压力处理后南果梨汁中的总酸变化趋势一致。在5～15 min内，总酚含量随保压时间变化不明显，在15～25 min与对照组相比显著下降(P>0.05)。这可能是在350 MPa下，延长保压时间后梨汁中耐压耐热多酚氧化酶活性有所提高[15]，加剧酶促褐变使酚类物质含量降低。

表5　超高压处理时间对南果梨汁理化指标的影响

2.3超高压处理对南果梨汁色泽的影响

2.3.1超高压处理压力对南果梨汁色泽的影响

由表6可知，与对照样相比，超高压处理样品L*值均略下降但无明显变化规律，方差分析得出超高压处理对L*值影响显著(P<0.05)；代表红绿色的a*值，250 MPa处理样品与对照样接近，其余处理样品有不同程度的下降；代表黄蓝色的b*值，400 MPa以上处理与对照样有显著变化(P<0.05)，但无明显变化规律。HARTYNI等[16]报道，△E在0～0.5、0.5～1.5、1.5～3.0内，分别代表颜色变化不明显、略明显、显著。超高压处理组△E<1.5，说明高压处理对南果梨汁的颜色变化很小。其中400 MPa处理样品的L*值最小、△E最大，可能是在此压力条件下，果汁中残存的多酚氧化酶活性最高所致。热处理组△E>1.5，说明热处理对南果梨汁的颜色变化显著。总体而言，热处理对南果梨汁的影响大于超高压处理，即超高压的颜色会更接近原汁。

表6　超高压处理压力对南果梨汁色泽的影响

2.3.2保压时间对南果梨汁色泽的影响

表7　超高压处理时间对南果梨汁色泽的影响

由表7可知，与对照样相比，超高压处理样品L*值显著下降(P<0.05)，且随着保压时间的延长呈现先降低后平缓趋势；a*值和b*值在不同保压时间内基本与对照样保持一致； 保压时间在5～15 min内，△E随着保压时间的延长逐渐上升，在15～25 min内，△E趋于稳定，这与表3中总酚含量的变化相反，说明多酚类物质的氧化需要一定时间，在保压15 min后，能被氧化的酚类已完全氧化，褐变程度稳定，色差值不再增大[7]。而△E小于1.5，说明不同保压时间不会明显改变南果梨汁的颜色。

2.4超高压及热处理对南果梨汁风味的影响

2.4.1PCA分析结果

PCA分析是对所测定的指标信息进行数据转换和降维，再对降维后的特征向量进行线性分类，最后在其散点图上显示主要的两维散点图[17]。横、纵坐标分别表示在PCA转换中所得的第1主成分和第2主成分贡献率。贡献率越大，越能反映样品信息，因此样品间横坐标上的距离越大，差异越大，纵坐标上的距离即使很大，样品间的差异也会因第2主成分贡献率小而不明显[18]。由图1可知，第1主成分和第2主成分贡献率分别为84.09%和14.79%，两成分总贡献率为98.88%，表明提取的信息能够反映原始数据大部分信息。图1显示，PCA分析方法能显著区分不同超高压处理的南果梨汁，说明超高压处理对南果梨汁中的挥发性成分有一定程度的影响，且依据压力的大小而有所不同。可能由于超高压处理可降低或激活某些酶的活性，同时通过体积的减小导致香气反应前体物浓度加大，进而改变香气物质种类和浓度[19]。因各样品在PCA图中分布无明显变化趋势，无法反映南果梨风味的变化规律，因此尝试使用LDA方法进一步分析。

图1　不同压力处理的果汁挥发性成分的PCA分析Fig.1　PCA analysis of volatile compounds in juice treated treated with different pressures

图2　不同压力处理的果汁挥发性成分的LDA分析Fig.2　LDA analysis of volatile compounds in juicewith different pressures

2.4.2LDA分析结果

LDA是研究样品所属类型的一种统计方法，其注重所采集的南果梨汁挥发性物质成分响应值在空间的分布状态及彼此之间的距离分析[20]。由图2可知，第1主成分区分贡献率为76.32%，第2主成分区分贡献率为17.91%，两成分总区分贡献率达94.23%。不同超高压压力处理的南果梨汁气味差异显著，且随超高压压力的增大，图2中样品分布呈现明显变化趋势。在200～300 MPa范围内，随着压力的增加LD2呈上升趋势，在300～500 MPa内，随着压力的增加LD1和LD2均逐渐下降，说明南果梨汁中某些主要挥发性成分的含量正逐渐变化。其中200 MPa处理组与鲜汁最为接近，350MPa次之。由于350MPa处理的南果梨汁不但达到商业无菌，且其营养成分变化不明显，色泽变化最小，气味相对其它处理组较为接近鲜汁，因此350MPa是超高压技术应用于南果梨汁的最佳选择。

2.4.3Loadings分析结果

Loadings常用来检测PCA空间中传感器对模型数据分布的影响，可以识别传感器响应在识别模式中。在坐标(0,0)附近的传感器对检测样品的风味反应不敏感，相反距离坐标(0,0)越远的传感器对检测样品的风味反应越敏感[21]。由图3可知，第1主成分贡献率为82.83%，第2主成分贡献率为16.07%，总贡献率为98.90%，说明可反映南果梨汁的几乎全部信息。利用此分析方法可区分10种传感器对南果梨汁的敏感程度。其中7号传感器对第1主成分贡献率最大，8号传感器对第2主成分贡献率最大，2号传感器对第2主成分贡献率次之；1、3、4、5、6、9、10号传感器的负载因子均较低，说明它们对南果梨汁的敏感程度相对较差。可见，不同压力处理的南果梨汁中硫化物、氮氧化合物及乙醇的变化情况存在较大差别，可以用电子鼻进行检测。

图3　不同超高压压力处理的南果梨汁挥发性成分的Loadings分析Fig.3　Loadings analysis of volatile compounds in Nanguo pear juice treated with different pressures

3结论

超高压处理对南果梨汁具有很好的杀菌效果。南果梨汁中微生物随着压力的增加和时间的延长而逐渐减少。40℃、350 MPa处理15 min的南果梨汁，其菌落总数和霉菌酵母菌数均已达商业无菌。

随着超高压压力的增大和保压时间的延长，南果梨汁的可溶性固形物含量变化不大，总酚含量和pH值略有下降，总酸含量小幅升高，亮度L*值有所下降，但色泽变化不显著。与热处理相比，超高压处理能较好的保持南果梨汁固有营养和色泽。

电子鼻能够较好区分不同处理的南果梨汁风味，LDA方法能够很好的呈现南果梨汁风味变化趋势，在300～500 MPa内，随着压力的增加LD1和LD2均逐渐下降。200 MPa处理后的南果梨汁风味最接近鲜汁，350 MPa次之。南果梨汁中变化比较明显的挥发性成分有硫化物、氮氧化合物、乙醇或其他相关成分。

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Effect of ultra high pressure on sterilizing effect and quality of Nanguo pear juice

LYU Chang-xin*, LIU Su-su, LI Meng-meng, JIAO Tian-hui, LU Yu,WEI Xin-yu, LI Jian-rong*

(College of Food Science and Technology, Bohai University;Food Safety Key Lab of Liaoning Province; National &Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products, Jinzhou 121013, China)

ABSTRACTThe impact of high pressure processing (HPP) at 40°C, 200～500MPa for 5～15min on Nanguo pear juice sterilization and quality were studied. Results showed that under the condition of 350 MPa for 15 min and 90℃ for 10min, the total number of colonies and mold yeast were reached the requirement of commercial sterilization standard. Meanwhile, with the increasing of pressure and holding time, the total soluble solid had little change, the total phenol content and pH decreased slightly, and total acids content increased slightly. However, the total phenol content decreased dramatically, the total soluble solids and total acids content remained unchanged. Compared to the control group, juice color change after HPP treatment was not significant (△E<1.5). Furthermore, electronic nose can distinguish its flavor after different UHP pressure processing. The flavor of the juice under 200MPa and 350MPa treatment was closer to fresh juice than other treatment. Through comprehensive analysis, Compared to thermal treatment, UHP has good sterilization effect on Nanguo pear juice and it can keep its nutrition and color preferably. However, the treatment has some influences on characteristic aroma.

Key wordsultra high pressure; Nanguo pear juice; sterilization; quality; electronic nose

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201606021

基金项目：辽宁省科技厅农业攻关计划项目(2011205001)；辽宁省食品安全重点实验室暨辽宁省高校重大科技平台开放课题项目(LNSAKF2011028)

收稿日期：2015-09-17，改回日期：2015-11-11

第一作者：硕士，教授(吕长鑫教授，励建荣教授并列为通讯作者)。