超高压处理对南瓜复合汁杀菌效果与品质的影响

2019-05-23康欢马涛户昕娜廖小军胡小松宋弋

食品工业 2019年5期

康欢，马涛，户昕娜，廖小军，胡小松，宋弋*

北京食品营养与人类健康高精尖创新中心，国家果蔬加工工程技术研究中心，农业部果蔬加工重点开放实验室，中国农业大学食品科学与营养工程学院（北京 100083）

近年来，与饮食有关的健康问题持续凸显，越来越多的消费者在追求食品感官刺激的同时，更关注食品的功能特性。大量研究已证实，水果和蔬菜在预防心血管疾病、Ⅱ型糖尿病和一些癌症方面发挥着重要作用[1]。但果蔬原料具有很强的季节性，不易贮存，而将果蔬原料加工为果蔬汁，以转换为产品的方法解决果蔬贮藏问题，同时提高产品的附加值，则是一种重要的加工方式[2]。

长期以来，热处理一直是杀灭微生物和延长食品保质期的首选技术[3]。然而，水果和蔬菜类产品经过热处理之后，会发生营养物质降解、色泽劣变、风味损失等问题，极大地影响了产品的感官品质与营养价值[4]。研究显示，经热处理的芦笋，其特征性的绿色发生明显的不良变化且抗坏血酸和类黄酮等生物活性化合物含量显著降低[5]；热处理对番茄汁的天然风味也会产生不利影响。由此可见，传统的热处理方法在果蔬产品的品质保持方面具有较大的局限性。

超高压技术（Ultra high pressure，UHP）作为一种非热加工技术，是近年的研究热点。它是指将食品密封在容器内，以水或油作为传压介质，在常温或稍高于常温（25～60 ℃）的条件下进行100～1 000 MPa的加压处理，压力维持一定时间后有效杀灭微生物、钝化内源酶，从而延长食品货架期的一种物理加工方法[6]。UHP技术只作用于维持生物大分子结构的氢键、范德华力等非共价键，对共价键无明显影响，因此可以在杀菌的基础上最大程度的保持食品原有的色泽、风味、质构等品质[7]。研究显示，番木瓜汁经过超高压处理后，其色泽、总酚、抗氧化能力和感官特性能更好地被保留[8]；生姜汁经过超高压处理后，其总酚、姜酚和抗氧化能力与对照组相比显著增加[9]；超高压处理的桑葚汁[10]与对照组相比，能更好地保留总花青素和总酚的含量，并且具有更好的抗氧化能力、色泽和流变特性。

因此，试验以我国大面积种植的作物南瓜为原料，研究超高压技术对南瓜复合汁中微生物的杀灭效果以及产品品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验用南瓜（品种为海南长腿瓜，Cucurbitapepo）、红富士苹果、百香果，市售。要求新鲜、无损失、无腐烂。

氢氧化钠，北京易秀博古生物科技有限公司；3, 5-二硝基水杨酸、乙酸锌、亚铁氰化钾、盐酸，北京金锐林科技发展有限公司。所有化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

HHP-650超高压处理设备（7 L），包头科发高压科技有限责任公司；BT 124 S电子分析天平，赛多利斯科学仪器有限公司；JYDZ-31 B九阳打浆机，九阳股份有限公司；868型pH计，美国奥立龙公司；WAY-2 S型阿贝折射仪，上海精密科学仪器有限公司；842型自动电位滴定仪，瑞士万通公司；UV-762型紫外分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；Color Quest色差仪，美国Hunterlab公司；HH.S1-Ni电热恒温水浴锅，北京长安科学仪器厂；2000 D型超纯水器，北京长风仪器仪表公司；CR 21 GⅢ型低温高速离心机，日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 超高压南瓜复合汁的制备

挑选成熟新鲜的南瓜，洗净去皮并去除南瓜瓤，将南瓜切成5 mm左右厚度的薄片；将南瓜片在沸水中热烫2 min，冷却后沥干水分，南瓜和水以1∶2（g/mL）打浆制得南瓜汁；挑选新鲜的红富士苹果，洗净后分切榨汁，加入抗坏血酸（500 mg/L）护色；挑选新鲜成熟的百香果，洗净后取果肉榨汁，并用纱布过滤。按照南瓜汁、苹果汁和百香果汁体积比65.8∶32.9∶1.3的比例混合得到复合南瓜汁产品。将复合南瓜汁经胶体磨处理5 min，再在40 MPa的条件下高压均质处理5 min。南瓜复合汁均质后立即灌装到容量60 mL的无菌PET瓶中，封口后进行超高压处理。

①南瓜→挑选清洗→去皮去瓤→切片→热烫→打浆→南瓜汁

②百香果→挑选清洗→去皮→榨汁→过滤→百香果汁

③苹果→挑选清洗→打浆→苹果汁

①+②+③→胶体磨→高压均质→灌装→超高压→冷藏

1.3.2 超高压处理

将密封的瓶装南瓜复合汁放入超高压容器中，压力分别设置为400，450，500，550和600 MPa；保压时间分别设置为5，10和15 min，对超高压处理前后的产品进行测定。

1.3.3 理化指标的测定方法

1.3.3.1 pH的测定

在25 ℃条件下采用pH计测定pH，测定前采用pH为4.01，6.86和9.18的标准缓冲液进行校正。

1.3.3.2 可溶性固形物的测定

采用数字阿贝折光仪测定。测量用一次性塑料滴管取样品，滴2滴样品于棱镜上进行测量（25 ℃）。每次测量后都用蒸馏水清洗。

1.3.3.3 可滴定酸含量的测定

采用电位滴定法测定，取50 mL南瓜复合汁用0.1 mol/L的氢氧化钠标准溶液滴定至终点pH 8.1，按式（1）计算可滴定酸含量：

式中：C为氢氧化钠溶液浓度（0.1 mol/L）；W为样品质量（g）；V2为滴定消耗氢氧化钠溶液体积（mL）；V1为滴定样品体积（mL）；V0为南瓜复合汁总体积（mL）；K为苹果酸折算系数，0.067。

1.3.3.4 色泽的测定

采用全自动色差仪测定L*、a*、b*值，并计算总色差值。总色差按式（2）计算。

式中：L*表示亮度指数，L*=0表示黑色，L*=100表示白色；a*表示红绿色，+a方向颜色接近红色，-a方向接近绿色；b*表示黄蓝色，+b方向颜色接近黄色，-b方向颜色接近蓝色；L*0，a*0，b*0表示未处理样品的最初测定值。

1.3.3.5 抗氧化能力的测定

分别采用DPPH和FRAP两种方法测定南瓜复合汁的抗氧化能力。

1.3.3.6 悬浮稳定性的测定

南瓜复合汁离心后的悬浊度改变程度可用来反映南瓜复合汁的悬浮稳定性，采用比色法测定南瓜复合汁的悬浮稳定性。

1.3.3.7 粒径的测定

用Zetasizer测定南瓜复合汁的粒径，测定温度为25 ℃，记录粒径的大小。

1.3.4 营养成分的测定方法

1.3.4.1 还原糖含量的测定

采用GB/T 6194—1986《水果、蔬菜可溶性糖测定法测定》。

1.3.4.2 总酚含量的测定

采用福林-酚比色法进行测定。

1.4 微生物数量的测定方法

按照GB 4789.2—2016食品安全国家标准《食品微生物学检验菌落总数测定》对样品进行菌落总数的检测；按照GB 4789.3—2016食品安全国家标准《食品微生物学检验大肠菌群测定》对大肠菌群进行检测；按照GB 4789.15—2016食品安全国家标准《食品微生物学检验霉菌和酵母菌计数》对酵母菌和霉菌进行检测。

2 结果与分析

2.1 超高压处理对南瓜复合汁品质的影响

表1显示的是不同条件的超高压处理对南瓜复合汁的pH、可溶性固形物含量、可滴定酸含量和还原糖含量的影响。

表1 超高压处理对南瓜复合汁品质的影响

2.1.1 超高压处理对南瓜复合汁pH的影响

超高压处理后南瓜复合汁的pH在3.75～3.80之间，未处理南瓜复合汁的pH是3.81，超高压处理和未处理南瓜复合汁的pH不存在显著性差异（p＞0.05）。高压可以增强食物中水和弱酸的离子解离常数，这会导致食物基质中游离氢离子的数量增加，因此超高压处理的南瓜复合汁的pH值略微降低。谢慧明等[11]对猕猴桃汁进行200～500 MPa的超高压处理后得出一致的结论。

2.1.2 超高压处理对南瓜复合汁可溶性固形物含量的影响

未处理南瓜复合汁的可溶性固形物含量是8.40°Brix，超高压处理南瓜复合汁的可溶性固形物含量显著高于未处理组的可溶性固形物含量（p＜0.05）。尹琳琳等[12]认为由于过高的压力破坏植物组织，使内溶物溢出，所以超高压处理后的南瓜复合汁的可溶性固形物含量升高。不同超高压压力和时间处理的南瓜复合汁的可溶性固形物含量不存在显著性差异（p＞0.05），这与王寅等[13]对蓝莓汁进行200～500 MPa的超高压处理后的结果一致。

2.1.3 超高压处理对南瓜复合汁可滴定酸含量的影响

未处理南瓜复合汁的可滴定酸含量为0.287%，与超高压处理的可滴定酸含量存在显著性差异（p＜0.05），超高压处理南瓜复合汁的可滴定酸含量明显高于未处理样品。有研究认为超高压处理影响溶液中的电离状态，导致氢离子的电离状态增强[14]。不同超高压压力和时间处理对南瓜复合汁的可滴定酸含量没有明显的影响（p＞0.05），其含量在0.399%～0.406%之间。

2.1.4 超高压处理对南瓜复合汁还原糖含量的影响

还原糖是南瓜复合汁的主要成分之一，对其甜味有作用，因此还原糖含量是衡量南瓜复合汁品质的一个重要指标。未处理南瓜复合汁的还原糖含量为48.2～54.0 mg/g AW，超高压处理南瓜复合汁的还原糖含量与未处理组相比不存在显著性差异（p＞0.05）。郭晓晖等[15]对草莓果浆进行200～500 MPa的超高压处理后也得出类似的结论；黄丽等[16]证明在100～500 MPa的压力范围内，荔枝汁还原糖含量变化趋势不明显（p＞0.05），Zhang等[17]对胡萝卜汁进行550 MPa、6 min的超高压处理发现，胡萝卜汁的果糖、葡萄糖和蔗糖与未处理相比也不存在显著性差异（p＞0.05）。

2.1.5 超高压处理对南瓜复合汁色泽的影响

与未处理南瓜复合汁的L*、a*、b*值作比较，超高压处理的L*、a*、b*值没有明显变化（p＞0.05），未处理南瓜复合汁和超高压处理的亮度值、红度值和黄度值相近；但Wang等[18]发现超高压处理紫甘薯花蜜与未处理作比较，b*值明显升高（p＜0.05），这是因为超高压处理会促进细胞破裂进而提高色素的可提取性[19]。

ΔE表示总色差，0.5＜ΔE＜2表示颜色差异较小且肉眼不可见，2＜ΔE＜3表示颜色稍有可察觉差异[20]。与未处理样品作比较，处理压力大的南瓜复合汁的色差比处理压力小的色差稍明显，较高压力对南瓜复合汁的颜色可能有破坏作用。

表2 超高压处理对南瓜复合汁色泽的影响

2.1.6 超高压处理对南瓜复合汁抗氧化能力的影响

采用DPPH测定未处理南瓜复合汁的抗氧化能力，为0.336 mg Trolox/g，超高压处理的抗氧化能力在0.384～0.447 mg Trolox/g之间，未处理南瓜复合汁与超高压处理的抗氧化能力存在显著性差异（p＜0.05），超高压处理南瓜复合汁的抗氧化能力与未处理相比增加了12.5%～33.0%，不同超高压压力处理的南瓜复合汁的抗氧化能力差异不显著（p＞0.05）。Vega-Gálvez等[21]对醋栗果肉进行300～500 MPa的超高压处理后用DPPH测定抗氧化能力发现，超高压处理的醋栗果肉的抗氧化能力与未处理样品相比明显升高（p＜0.05）。Patras等[22]测定超高压处理蓝莓黑莓果泥的抗氧化能力得到了一致的结论。

采用FRAP测定未处理南瓜复合汁的抗氧化能力，为0.220 mg Trolox/g，超高压处理南瓜复合汁的抗氧化能力在0.282～0.319 mg Trolox/g之间，与未处理组相比存在显著性差异（p＜0.05），超高压处理南瓜复合汁的抗氧化能力比未处理增加了21.2%～45.0%。Inada等[23]对嘉宝果果汁进行超高压处理后，用FRAP测定其抗氧化能力发现比未处理样品增加了46%。不同超高压压力处理的南瓜复合汁的抗氧化能力差异不显著（p＞0.05）。超高压处理使南瓜复合汁抗氧化能力增加的原因可能是高静水压力诱导使组织基质发生改变，具有抗氧化作用的化合物释放到细胞外环境中，这种变化提高了抗氧化组分的可提取性[24]。

图1 超高压处理对南瓜复合汁抗氧化能力的影响

2.1.7 超高压处理对南瓜复合汁总酚含量的影响

酚类化合物是主要存在于水果和蔬菜中的生物活性物质，具有预防高血压、抗动脉硬化、抗血栓等功能[25]。未处理南瓜复合汁的总酚含量为2.049 mg GAE/g AW，超高压处理南瓜复合汁的总酚含量在3.410～3.875 mg GAE/g AW之间，比未处理样品增加相比显著升高，增加了39.9%～47.2%。Subasi等[26]发现350～550 MPa超高压处理的石榴汁与未处理石榴汁相比，酚类含量显著升高（p＜0.05），增加了3.38%～11.99%。这是由于高压下酚类化合物的可萃取性和溶解性增强，瞬时加压引起植物细胞破坏，使这些化合物更容易被提取[27]。

图2 超高压处理对南瓜复合汁总酚含量的影响

2.1.8 超高压处理对南瓜复合汁悬浮稳定性的影响

悬浮稳定性是影响消费者对果汁类产品接受度的主要因素，消费者不希望果汁出现分层或乳化的状态，即希望果汁有稳定的浑浊度。由图3可以看出，未处理南瓜复合汁和超高压处理的南瓜复合汁的悬浮稳定性不存在显著性差异（p＞0.05），超高压处理后，南瓜复合汁的浊度维持在比较稳定的状态。

图3 超高压处理对南瓜复合汁悬浮稳定性的影响

2.1.9 超高压处理对南瓜复合汁粒径的影响

由图4可知，未处理南瓜复合汁的粒径为938 nm，超高压处理南瓜复合汁的粒径大小在1 063～1 168 nm之间，未处理南瓜复合汁的粒径与超高压处理存在显著性差异（p＜0.05）。这一结果是超高压力下果胶、蛋白质发生凝结，体系中的淀粉糊化度增加造成的[28]。

2.2 超高压处理对南瓜复合汁杀菌效果的影响

表3的微生物测定结果显示，未处理样品中菌落总数为5.898 log CFU/mL，大肠菌群数量为5.293 log CFU/mL，酵母菌数量为3.398 log CFU/mL，霉菌数量为4.924 log CFU/mL。所有超高压处理的南瓜复合汁均未检测到菌落总数、大肠菌群、酵母菌和霉菌。超高压引起微生物灭活的机制可能是空间压力、速度梯度、湍流和空化使细胞发生机械损伤，从而起到杀菌的作用[29]。有研究[30]对超高压草莓汁中的微生物检测发现，草莓汁中的大肠菌群在压力350 MPa、保压时间3 min即可全部杀灭；霉菌和酵母菌在压力为350 MPa、保压时间10 min可全部杀灭；压力500 MPa、保压时间15 min处理使菌落总数降至30 CFU/mL，达到国家食品卫生标准，研究结果一致，可见超高压处理具有良好的杀菌效果。