热辅助超声波处理对鲜榨火龙果汁品质的影响

夏必帮，朱文娴，廖红梅，刘元法

(江南大学食品学院，江苏无锡214122)

火龙果(Hylocereus polyrhizus)又被称为龙珠果、红龙果、仙人果等，为仙人掌科量天尺属(Hylocereusundatus)和蛇鞭柱属(Seleniereus Mejalantous)多年生攀缘性多肉植物［1］。根据火龙果果肉的色泽可将其分为红皮红肉、红皮白肉、黄皮白肉三类。火龙果果肉口感清甜，含有丰富的维生素(VC、VB2、VB5、VB6、VB9、VE)、膳食纤维、蛋白质、氨基酸、甜菜红色素、多酚类及矿物质(如 Ca、Si、Fe、K 等)［2－3］。

鲜榨火龙果汁能很好地保留火龙果自身的营养成分和风味物质，但自然菌群(细菌、霉菌和酵母菌等)的存在会影响其食用安全性和贮藏期［4－5］。一般来说，传统热杀菌处理能有效控制微生物，但会严重破坏果汁的营养成分和天然风味，特别是对热敏性成分( 如 VC、甜菜红素等)［6－7］。非热杀菌技术能提供一种全新的选择。其中，孙慧等［8］采用臭氧杀菌技术处理火龙果汁饮料可很好地控制其自然菌群，但是对感官特性破坏较严重;李威等［1］采用超高压处理鲜榨火龙果汁，结果表明该技术能有效保持火龙果汁品质，但处理中高压环境对设备要求较高、且设备损耗较严重;Halim等［9］采用UV－防腐剂处理红肉火龙果汁，发现1.5%柠檬酸和15μL/100 mL二甲基二碳酸盐可使菌落总数、霉菌和酵母菌数分别降低4.12、4.14个对数，同时品质保持较好。另外，热辅助超声波(Thermosonication，TS)技术是一种声热结合技术，已有研究表明，该技术可有效降低果汁中微生物，同时可有效保持鲜榨果汁口感，符合消费者对果汁营养和风味上的需求［10］。目前，已有文献报道将该技术应用于苹果汁［11－12］、番茄汁［13］、西瓜汁［14］和橙汁［15］等果蔬汁加工，但在火龙果汁中的应用却少有报道。

本研究主要考察TS处理条件，包括功率、温度和时间对鲜榨火龙果汁的杀菌效果(菌落总数、霉菌和酵母菌)和品质(色泽、VC、总糖、可溶性固形物、pH和总酸等)的影响，拟探讨TS在鲜榨火龙果汁加工中的应用可行性，以期为鲜榨火龙果汁的工业化生产提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红肉火龙果 无锡欧尚超市;2，6－二氯靛酚钠

华中海威基因科技有限公司;平板计数琼脂培养基、孟加拉红琼脂培养基、苯酚、浓硫酸、乙醇等 国药化学试剂公司;其它试剂 均为分析纯。

SCIENTZ－ⅡD型超声波设备 宁波新芝生物技术股份有限公司;JX097976WAJ型手持式折光仪 成都宏达新元科技有限公司;Ultra Scan Pro1166型高精度分光测色仪 美国Hunterlab公司;UV－1800型紫外分光光度计 岛津国际贸易(上海)有限公司;TGL－16M型高速冷冻离心机 上海卢湘仪离心机仪器有限公司;SW－CJ－2D型双人单面无菌操作台 苏州净化设备有限公司;SPX－250B－Z型生化培养箱 上海博远实业有限公司;LDZX－30KBS型立式压力蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂。

1.2 实验方法

1.2.1 鲜榨火龙果汁制备工艺流程 原料选择→去皮→切分→匀浆→粗滤→离心→杀菌。

操作要点:原料选择:果皮红色均匀、果实硬度和单果重(500～700 g)大致相同;切分:切块大小为2×2 cm;匀浆:纯果肉匀浆;粗滤:四层纱布过滤籽;离心:3000×g、4 ℃、10 min。

1.2.2 TS处理 取60 mL鲜榨火龙果汁于无菌夹套烧杯(75%酒精浸泡30 min，无菌水冲洗3遍以上)中并连接循环水浴预热，达到预设温度后进行TS处理(在380 W、30～55℃条件下TS处理10 min;在190～570 W、50℃下TS处理10 min;在570W、50℃和55℃条件下TS处理5～30 min)。以95℃热处理10 min为对照。处理结束后立即将火龙果汁于4℃下冷藏保存，以待后续测定。

1.2.3 自然菌群的测定 菌落总数(Aerobic bacteria，AB)、霉菌和酵母菌 (Yeasts and molds，Y＆M)分别采用国标GB 4789.2－2016和GB 4789.15－2016进行测定。操作流程:在无菌操作台中将火龙果汁进行梯度稀释到合适稀释度，移取1 mL稀释液于培养皿中，再分别倒入15 mL平板计数琼脂培养基和孟加拉红培养基，冷却后进行倒置培养。其中菌落总数在(36±1)℃下培养48 h后计数，霉菌和酵母菌在(28±1)℃下培养5 d后计数。微生物含量采用对数值(lgN)表示，N为样品中的微生物数量(CFU/mL)。

1.2.4 色差的测定 采用高精度分光测色仪测定L*、a*、b*，其中 L*值表示亮度，L*值越大表示亮度越大;a*值表示有色物质的红绿偏向，正值越大，表示偏向红色的程度越大，负值绝对值越大，表示偏向绿色的程度越大;b*值表示有色物质的黄蓝偏向，正值越大，表示偏向黄色的程度越大，负值绝对值越大，表示偏向蓝色的程度越大，并运用显著性分析方法分析 L*、a*、b*、总色差 ΔE 数值上的变化［16］。ΔE的计算公式如下:

ΔE=［(L－L0)2+(a－a0)2+(b－b0)2］1/2

式中，L0、a0、b0和 L、a、b 分别是火龙果汁处理前后的色差值。

1.2.5 全波段扫描 将纯火龙果果汁按1∶30 mL(果汁∶蒸馏水)比例进行稀释，然后取3～4 mL的稀释液于UV－1800紫外分光光度计中，在300～800 nm波段对处理之后的火龙果汁样品进行吸光度扫描［17］。

1.2.6 VC含量的测定 参照赵晓梅等［18］的方法，采用二甲苯萃取，然后用2，6－二氯靛酚滴定测定还原型VC含量。吸取5 mL 2%偏磷酸样品浸出液于50 mL试管中，加5 mL p H4.0的乙酸钠缓冲液和2 mL 2，6－二氯靛酚溶液，剧烈振荡5 s后加入10 mL二甲苯萃取，剧烈振荡20 s待静置分层后，取样于500 nm波长下进行比色测定。在一定范围内，吸光度值与2，6－二氯靛酚染料浓度呈线性相关。VC含量计算公式如下:

滴定度T(mg/mL)=C×V/(V1－V2)

式中，T:每毫升2，6－二氯靛酚溶液相当于VC的毫克数;C:VC的浓度，mg/mL;V:吸取VC的体积，mL;V1:滴定所消耗2，6－二氯靛酚溶液的体积，mL;V2:空白所消耗2，6－二氯靛酚溶液的体积，mL。

VC(mg/100 g)=(2－V3)×T×(A/W)×100

式中，2:2，6－二氯靛酚染料的体积，mL;V3:2，6－二氯靛酚溶液的体积，mL;T:2，6－二氯靛酚染料滴定度，mg/mL;A:稀释倍数;W:样品重量，g。

VC保留率(%)=(Vc1/Vc0)×100

式中，Vc0、Vc1分别表示处理前和处理后火龙果汁样品中VC的含量，mg/100 g。

1.2.7 总糖含量的测定 参照姜琼等［19］的方法，采用苯酚－硫酸法测定总糖。用蒸馏水对火龙果汁进行稀释(6000倍)。配制8种不同浓度(0～1.8 mg/mL)的葡萄糖标准液，根据标准液在490 nm波长下的吸光度值绘制标准曲线，根据标准曲线计算火龙果汁中总糖含量。计算公式如下:

式中，C:葡萄糖浓度当量，mg/mL;V:纯火龙果果汁总体积，mL;D:稀释倍数;m:火龙果重量，100 g。

总糖保留率(%)=(鲜样总糖/处理样总糖)×100

式中:鲜样总糖、处理样总糖－分别表示处理前和处理后火龙果汁中总糖含量，g/100 g。

1.2.8 可溶性固形物含量、pH、总酸的测定 参照Tiwari等［16］对葡萄汁中的测定方法。可溶性固形物含量采用手持式折光仪直接测定。p H采用p H计直接对火龙果汁进行测定。总酸采用直接滴定法测定，设定pH8.2为滴定终点，测定的样品与去离子水按照1∶3的比例进行稀释，取20 mL稀释后的样品进行滴定。

1.3 数据处理

本次实验所得数据均为2次重复，3次平行，结果均以平均值±标准偏差的形式表示，图表由Origin 8.5软件制作，采用SPSS 19.0软件Duncan法进行显著性分析(p＜0.05)。

2 结果与分析

2.1 TS处理对微生物数量的影响

由图1可知，随着TS处理时间延长、功率和温度的提高，鲜榨火龙果汁中菌落总数、霉菌和酵母菌均逐渐降低。在380 W、55℃下TS处理10 min后，果汁中AB和Y＆M分别降低到3.67、1.62个对数(图1A)。在570 W、50℃下经TS处理10 min后，果汁中AB和Y＆M分别降低到3.37和平板计数法检测限(未检出)(图1B)。由图1C～图1D可知，在570 W、50和55℃下TS处理30 min后，AB分别降低到1.77、1.48个对数，Y＆M未检出，符合果汁微生物质量安全标准。Abid等［11］研究结果与本实验结果一致，结果表明随TS(500 W、30 min)温度升高(40～60℃)苹果汁中AB降低到2.26个对数，Y＆M未检出。另外Bhattacherjee等［17］研究发现随着超声(20 ℃、25 kHz)时间由30 min延长到60 min，柑橘汁中AB由3.7降低到1.9个对数，Y＆M由2.5降低到2.4个对数;说明超声波处理对细菌的杀菌效果较霉菌和酵母更好。结合本研究和Abid等［11］研究结果，可推测TS处理处理中霉菌和酵母菌对温度较为敏感，很大程度上提高了TS对于霉菌和酵母的控制效果。95℃热处理10 min后，火龙果汁中AB和Y＆M均未检出，说明该条件能够有效控制微生物。

图1 TS处理中温度、功率和时间对火龙果汁中菌落总数、霉菌和酵母菌的影响Fig.1 Effects of temperature，in－put power and treatment time on theaerobic bacteria，yeasts and molds in red dragon fruit juice during TSprocessing注:1.(A)380 W、10 min;(B)50℃、10 min;(C)570 W、50℃;(D)570 W、55℃。CK为未处理果汁，95℃为热处理10 min对照。2.a～f，A～D不同小写字母表示具有显著性差异(p＜0.05)。

2.2 TS处理对鲜榨火龙果汁品质的影响

2.2.1 TS处理对鲜榨火龙果汁色泽的影响 由图2可知，火龙果汁的最大吸光度值在538 nm，主要是由于其中甜菜红素在538 nm下有最大吸收峰［17］，因而峰高值可初步表征果汁中甜菜红素含量;在480～490 nm之间有个亚峰，这主要是由于甜菜黄素在480 nm处有最大吸收峰。随着TS(570 W、50℃)处理时间的延长(5～30 min)，最大吸收峰A538nm缓慢且逐步降低，480～490 nm处亚峰无变化;而95℃条件下热处理样品A538nm最低，但480～490 nm处亚峰明显增高。55℃条件下经TS处理后火龙果汁全波长扫描图谱也可得到类似结果(结果未展示)。结果表明，经过TS处理后火龙果汁中甜菜红素可能受到破坏，但其破坏程度较热处理弱;由于甜菜红素为红色，也是火龙果汁主要呈色物质，因而推测TS处理和热处理均会不同程度影响火龙果汁的色泽。

图2 TS(570 W、50 ℃、5～30 min)和热处理后火龙果汁全波段(300～800 nm)扫描图谱Fig.2 Full wavelength scanning pattern(300～800 nm)of red dragon fruit juice treated by TS(570 W，50 ℃，5～30 min)and heat(95 ℃，10 min)

由表1可知，经TS处理后火龙果汁的L*值明显增加，这与热处理后的L*变化一致;Herbach等［20］研究85℃热处理1 h后红肉火龙果汁和色素提取物的色泽变化也得到类似结果，并认为L*值可作为甜菜红色素保留情况的一个可靠指标。与鲜榨汁相比较，随着TS处理强度增强(包括温度和压强增加、处理时间延长)，火龙果汁a*值和b*值呈现先下降后增加趋势;其中a*值在570 W、50℃处理20～30 min，以及570 W、55℃处理5～30 min等较高强度下显著增加(p＜0.05);b*值在570 W、55℃处理10～30 min等较高强度下显著增加(p＜0.05)。该现象可解释为:TS处理中由于超声波空穴作用产生二级代谢物，包括各类自由基和过氧化氢，推测它们可能会导致甜菜红色发生降解;超声波的机械剪切作用可破碎大颗粒，即将火龙果果肉破碎，因而导致甜菜红素从胞中溶出。经过95℃热处理10 min后，火龙果汁的a*值显著增加(p＜0.05)，b*值有所增加但无显著变化(p＞0.05)。TS处理中中等强度和温度以及空穴气泡瞬间释放的热能与热处理中结果类似，一方面导致甜菜红素降解，另一方面加热过程能够将甜菜红素水解后产生的甜菜醛酸/异甜菜醛酸与脯氨酸作用，产生梨果仙人掌黄素和异梨果仙人掌黄素，它们在490 nm附近有较强吸收峰［20］。火龙果汁的总色差值ΔE*，则随着TS处理强度增强而增大，其中在570 W、55℃处理20～30 min时间内，产生了肉眼可见色差(ΔE*＞2.0);经95℃热处理10 min后，也发生了肉眼可见色差(ΔE*=2.55)。结果表明，TS处理较热处理能够更好地保留火龙果汁的色泽。

2.2.2 TS处理对VC含量的影响 由表1可知，鲜榨火龙果汁中的VC含量为10.118 mg/100 g。在TS处理过程中，50℃的TS处理(570 W、30 min)温度较55℃有更高的 VC保留率，分别为86.89%和79.07%。热处理后VC含量降低至7.309 mg/100 g，保留率为72.28%。与热处理相比，TS处理可较好保留VC，其主要原因是VC对温度敏感，在高温下可导致VC发生氧化降解，而TS过程中产生的空穴效应和机械作用可破坏火龙果果肉细胞，使果肉内抗氧化性物质释放和溶出，避免火龙果汁中VC的破坏。

表1 TS处理对鲜榨火龙果汁营养成分和理化性质的影响(n=3)Table 1 Effects of TStreatment on nutrients and physicochemical properties of freshred dragon fruit juice(n=3)

2.2.3 TS处理对总糖含量的影响 由表1可知，鲜榨火龙果汁中的总糖含量为13.194 g/100 g。在TS处理过程中，温度对总糖含量影响较大。表1中，50℃的TS处理(570 W、30 min)温度较55℃有更高的总糖保留率，分别为87.04%和79.78%，55℃下总糖保留水平较低。热处理后总糖下降至9.624 g/100 g，保留率为73.04%。表明在55℃下，TS处理和热处理后火龙果汁样品中总糖整体保留率较低。据万鹏等［21］研究，荔枝果汁在酸性条件下，随着温度的升高，其还原糖发生美拉德反应而加速降解。

2.2.4 TS处理对鲜榨火龙果汁TSS、p H、TA的影响由表1可知，TS处理和热处理对的火龙果汁中TSS、pH、TA均无显著性差异(p＞0.05)。据 Abid等［11］和Liao 等［12］等研究表明，经TS 处理后苹果汁中TSS、pH和TA均无显著性变化(p＞0.05)，与本实验的研究结果一致。

3 结论

由实验可知，TS(570 W、50℃、30 min)处理能有效控制鲜榨火龙果汁中自然菌群(AB≤1.77lgN，Y＆M未检出)，有利于其色泽、VC和总糖的保留(总色差ΔE*＜2，VC和总糖的保留率分别为86.89%、87.04%)，对果汁中可溶性固形物含量、pH、总酸无显著性影响(p＞0.05)。95℃热处理10 min后的果汁虽然可有效控制其自然菌群，但对果汁色泽、VC和总糖等品质影响较大(p＜0.05)。因此，TS(570 W、50℃、30 min)处理可用于控制火龙果汁中自然菌群并保持鲜榨汁的品质。TS处理为开发新型火龙果汁产品，保证成品的品质提供了良好的技术支持。