巴氏杀菌对NFC苹果汁杀菌效果及品质的影响

李根，初乐，赵岩，和法涛，朱风涛，马寅斐

中华全国供销合作总社济南果品研究院（济南 250014）

苹果是蔷薇科（Rosaceae）苹果属（Malus）植物的果实。NFC（not from concentrate）苹果汁一般称为“非浓缩还原汁苹果汁”，即未经浓缩还原的100%纯果汁，其工艺是将新鲜的原料清洗后，经过破碎，压榨出果汁，果汁直接进行巴氏杀菌，在较低的温度环境中加工成产品[1]。因为未经过滤、高温浓缩等复杂工艺，该工艺最大程度地保留了苹果汁原有的口感、风味和营养成分[2]。

巴氏灭菌法（Pasteurization），亦称低温消毒法、冷杀菌法，一般是在热力学温度低于100 ℃的情况下，对产品进行热力杀灭微生物，以延长食品货架期[3-4]。现在巴氏杀菌的程序种类繁多，一般包括“低温长时间”杀菌（Long-temperature-long-time，LTLT）和“高温短时”杀菌（High-temperature-shorttime，HTST）[5]。果汁是热敏性食物，长时间加热会破坏其风味口感和营养成分，HTST是加热食品至约72 ℃或更高温度，维持15 s或更长时间的杀菌方法[6]，因此更符合NFC苹果汁的实际生产。目前，针对NFC果汁杀菌的研究大多集中超高压[7]、超声波[8]、脉冲电场[9]等非热杀菌，但就从加工及设备成本来看，热杀菌仍是果汁企业最常用的方式。

此次试验通过不同巴氏杀菌条件处理NFC苹果汁，并结合杀菌动力学模型探究杀菌效果，综合品质评价，得到既能够保持果汁品质又能够保证杀菌效果的工艺条件，以期为NFC苹果汁的工业化生产提供可靠的参数。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

红富士苹果，于4 ℃贮藏，购于威海。

琼脂、酵母膏、蛋白胨，北京奥博星生物技术有限责任公司；2, 6-二氯淀粉钠盐、L-抗坏血酸标准品，上海麦克林生化科技有限公司；其他试剂，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

立式压力蒸汽灭菌锅，上海博讯实业有限公司；无菌操作台，苏净集团苏州安泰空气技术有限公司；电热恒温培养箱，湖北省黄石市医疗器械厂；UV-1800型紫外可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 NFC苹果汁工艺流程

将无病害、新鲜的苹果洗净，用Stephen破碎机破碎打浆，同时加入0.1%的VC护色，用纱布压榨过滤后均质处理，冷藏备用。为保证试验样品的一致性，所有试验样品需一次性准备充足。

1.3.2 杀菌处理

将制备好的苹果汁按照设定的温度和时间进行杀菌，样品处理完后，迅速放入冰水中冷却。采用70，75，80，85和90 ℃五个温度梯度，分别加热0，1，2，5，10，20和30 min，测定菌落总数。分析温度及时间对均质处理后NFC苹果汁的杀菌效果。

1.4 测定方法

1.4.1 菌落总数的测定

参照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数的测定》进行测定。

1.4.2 可溶性固形物的测定

参照GB/T 12143—2018《饮料通用分析方法》，用手持式糖度计进行测定。

1.4.3 pH的测定

用pH计对样品进行测定。用pH 4.01和pH 6.86的校准液校正后测定。

1.4.4 总酸的测定

参照GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》中的pH电位法。折算系数以苹果酸计。

1.4.5 VC的测定

参照GB/T 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》中的2, 6-二氯靛酚滴定法进行测定。

1.4.6 色差的测定

根据GB/T 18963—2012《浓缩苹果汁》，用全自动测色色差计在反射模式下对果汁的亮度（L*）、红色值（a*）、黄色值（b*）进行测定，并计算总色差ΔE。感官评价是通过人的视觉器官评价产品的整体色泽，而L*、a*、b*是3个分解值，也无法体现果汁的实际色泽变化。所以采用ΔE表示色差，反映颜色的变化程度，ΔE越大表示苹果汁颜色变化越大：

式中：L0*、a0*、b0*分别为果汁最初的亮度、红绿值、黄蓝值；L*、a*、b*分别为处理后果汁的亮度、红绿值、黄蓝值。

1.5 巴氏杀菌动力学分析

杀菌效果采用残活率对数值表示：

式中：lgA为杀菌前后菌落总数降低的对数；N0为样品中初始活菌数，CFU/mL；N为在特定温度下处理时间t后的活菌数，CFU/mL。

假定在目标温度下，菌落总数与处理时间存在指数递减关系，即类似于化学反应中的一级反应[10]：

式中：D为杀灭90%微生物所需要的时间，min；t为处理时间，min。

Z值定义为D值下降一个数量级所需提高的温度，它体现不同致死条件下微生物的相对耐热性[11]：

2 结果与分析

2.1 不同杀菌条件对NFC果汁杀菌效果的影响

NFC苹果汁中的菌落总数随保温时间的变化规律通常用残存活菌曲线来表示，又称致死速率曲线[12]。如图1所示，在杀菌过程中，随加热时间的增加，残存的活菌数迅速减少。不同热处理温度下杀灭果汁微生物的动力学曲线基本符合一级动力学模型。一级动力学模型被经常用来描述微生物的残活率和处理时间之间的关系，是经典的杀菌模型[13]。当加热温度为70～75 ℃时，果汁中微生物存在一定的耐热性，随加热时间的增加，微生物致死率变化不明显。但当温度上升到85 ℃后，lgA开始出现明显下降趋势；当温度到达90 ℃后，微生物能达到近100%的致死率。对图1中的曲线进行线性模型拟合，各温度下的线性方程和相关系数、D值如表1所示。

图1 加热致死率曲线

表1 巴氏杀菌动力学模型拟合参数

2.2 巴氏杀菌动力学分析

由表1可知，在各温度下，细菌总数的对数值降低与加热时间均呈现良好的线性关系（R2均大于0.918 9）。这进一步说明巴氏杀菌对NFC苹果汁的杀菌作用符合一级动力学。根据图1和表1可知，微生物对数值随着加热温度的升高而减少，且温度越高，拟合直线斜率越大，即杀菌效果越好。同时根据式（2）和（3）可知，图1中拟合曲线斜率的负倒数即为各杀菌温度下的DT。DT本身不代表全部的杀菌时间，根据理论，DT只代表微生物的数量减少原来的1/10。所以在所设定的温度下，要把微生物总数从10n降到100，所需要的加热时间是nDT。在工厂生产过程中，只需要测定微生物数量就可以确定n的值。

除此之外，在70～75 ℃下NFC苹果汁菌落总数下降一个数量级分别需要58.14和44.64 min，而在75～90 ℃下虽然所用时间较短，但高温也会造成果汁营养成分破坏及升高温度保温所需要成本提升。因此，需综合考虑各方面因素来确定最适杀菌参数。

Z值反映微生物的耐热特性，是通过加热致死时间曲线一个对数周期变化求得的温度（℃）。Z值越小，温度越高，产生的杀菌效果就越明显。拟致死温度-时间曲线是以加热温度（T）为横坐标，以lgD为纵坐标的半对数曲线，结果见图2。根据Z定义，模型斜率的倒数即为Z值。由此计算得出Z值为17.61 ℃，即在NFC苹果汁热杀菌的过程中，使灭菌时间减少到原来的1/10时，所需升高的温度为17.61 ℃。

2.3 巴氏杀菌对NFC苹果汁品质的影响

通过图1残存活菌曲线的线性方程获得微生物达标（菌落总数＜100 CFU/mL）的5组热杀菌工艺参数，分别为70 ℃，26.9 min；75 ℃，18 min；80 ℃，9.12 min；85 ℃，0.52 min；90 ℃，0 min。

2.3.1 巴氏杀菌对NFC苹果汁中可滴定酸、可溶性固形物含量和pH的影响

由表2可知，与对照组相比，以5种处理条件对NFC苹果汁的可溶性固形物、pH没有显著性影响。而果汁可滴定酸略有下降，但影响不显著。这与赵玉红等[14]报道的变化趋势相似。

图2 拟致死温度-时间曲线

表2 巴氏杀菌对NFC苹果汁理化性质的影响

2.3.2 巴氏杀菌对NFC苹果汁中VC含量的影响

Athmaselvi等[15]的研究表明果汁中的VC容易受加热温度、湿度、压力、摩擦、微量元素及光和酸等影响，主要是由于VC的分子结构中含连烯二醇的结构，性质非常不稳定。所以，保持VC的稳定性是关键性问题。如图3所示，在70 ℃，25.9 min时，VC损失量最大，为28.7%。在90 ℃，0 min时，VC损失量最小，为19.9%。由此可知，高温短时比低温长时间加热能更好地保留果汁中的VC，这与王翠琴等[16]的研究一致。

图3 不同热处理条件对NFC苹果汁维生素C的影响

2.3.3 巴氏杀菌对NFC苹果汁色泽的影响

采用不同热杀菌条件，测定各条件处理的NFC苹果汁的L*、a*、b*和色差，结果见表3和图4。由表3可知，NFC苹果汁的L*值随杀菌温度升高而增大，可能是高温使果汁中多酚氧化酶失活，抑制了酶促褐变。这与杨珊珊等[17]研究结论一致。而表示红绿的a*值和代表黄绿的b*值无明显规律性的变化。由图4可知，果汁色差值呈现先减小后增大的趋势，70 ℃时，色差值最大；加热85 ℃时，色差值最小；90 ℃时，色差增加，可能是温度过高造成果汁非酶褐变。

表3 不同热处理条件对NFC苹果汁L*、a*、b*值的影响

图4 不同热处理条件对NFC苹果汁色差的影响

3 结论

此次试验对NFC苹果汁进行不同强度热杀菌处理，结果发现在不同温度下杀菌动力学均符合一级动力学模型。对残存微生物曲线分析可以发现，在一定的温度条件下，NFC苹果汁中的微生物总数随加热时间的延长而减少，热处理的时间越长杀菌的效果越好；温度越高，菌落总数的对数下降速率越快，即在达到相同杀菌效果的情况下，升高温度可以减少热处理时间。结果显示，Z值为17.61 ℃，即灭菌时间减少到原来的1/10所需升高的温度为17.61 ℃。

与未处理的NFC苹果汁相比，巴氏杀菌处理后果汁基本理化指标（总酸、pH、可溶性固形物）均无显著变化；而VC均显著下降，其中加热时间越长损失越大；果汁杀菌后通过抑制酶活性使果汁颜色变亮，而高温短时杀菌能更好保持果汁原有的色泽。此次试验为NFC苹果汁的工业化生产提供可靠参数。