不同杀菌方式对低糖红枣泥制品的影响

杨园园，贺奕森，谢添羽，单春会，郝光飞，赵山山*

(1.河北工程大学 生命科学与食品工程学院，河北 邯郸 056038；2.石河子大学，新疆 石河子 832003)

枣是鼠李科枣属植物，是我国特有的药食两用的果品。红枣具有治疗肠道疾病、止咳化痰平喘、益气养肾、抗氧化、保护肝脏、抑制癌细胞等保健功效[1-5]。长期食用红枣能够使生物体中白细胞内的环磷酸腺苷的比例增高，增强机体免疫力，改善人体肝功能[6-7]。

红枣表皮褶皱内夹藏着大量的微生物和灰尘，简单的清洗仅能去除灰尘和部分微生物，导致红枣泥制品中含有大量腐败微生物，使得红枣泥制品不宜贮藏。因此选择合理的杀菌方式是延长红枣泥制品货架期的关键。传统的热杀菌技术能有效地杀死微生物，但对热敏性的营养物质以及产品的颜色、风味有一定的影响[8]。非热杀菌技术虽然能较大程度保持果蔬的风味和营养成分，但是难以将细菌芽孢全面杀除，使得非热杀菌的应用范围受到一定限制[9]。针对这些问题，有研究者将非热杀菌和热杀菌方式结合起来对食品进行全面杀菌。Piyasena等[10]发现热辅助超声波处理比单独采用相同功率超声波处理的杀菌效果更好。王文宗[11]探讨非热杀菌超声技术结合低温的热处理对胡萝卜汁处理的杀菌效果和机理研究。因此，要探究非热杀菌与热杀菌方式相结合对红枣泥产品的影响，选择合适的杀菌方式处理红枣泥。

本研究以新疆红枣为原料，通过比较常见的杀菌方式，选择杀菌效果较好的热杀菌和非热杀菌相结合，探究新型的协同杀菌方式与常见的杀菌方式对红枣泥的影响，开发新型杀菌方式。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 实验材料

红枣：产自新疆和田。

1.1.2 实验试剂

无水葡萄糖、蒽酮、无水乙醇、甲醇、乙酸乙酯、硫酸、碳酸钠、2,4二硝基苯胼、氢氧化钠、草酸、盐酸等：均为分析纯；福林-酚试剂：国药集团化学试剂有限公司；没食子酸标准品、Vc标准液：天津市科密欧化学试剂有限公司；平板计数琼脂培养基：北京奥博星生物技术有限责任公司；LB培养基：上海博微生物科技有限公司。

1.1.3 实验仪器

SW-CJ-2D型超净工作台 苏州净化设备有限公司；DHG-9070A电热鼓风干燥箱、DHP-9162电热恒温培养箱 上海一恒科学仪器有限公司；SGJ-300B破碎机 廊坊市光合机械有限公司；JYC-21GS03电磁炉 九阳股份有限公司；FA2104S电子分析天平 上海精密仪器仪表有限公司；JMLB-120立式胶体磨 上海科劳机械设备有限公司；DZKW-D-Z电热恒温水浴锅 北京市永光明医疗仪器有限公司；UV1901紫外可见分光光度计 杭州艾普仪器设备有限公司；BILON-250Y超声波细胞粉碎仪 北京比朗实验设备有限公司；XO-SM50超声波微波协同反应工作站 南京先欧仪器制造有限公司；CH1006超级恒温槽(液晶板) 上海平轩科学仪器有限公司；HPP 600 MPa-20 L超高压处理装置 包头科发高压科技有限责任公司；HR-8752GM 型微波炉 海尔有限公司；UltraScan Pro测色仪 美国Hunter Lab公司。

2 实验方法

2.1 红枣泥的制备

2.1.1 工艺流程

红枣精选→清洗→热软化(去皮、去核)→破碎→胶体磨均质→调配→浓缩→灌装→杀菌→冷藏备用。

2.1.2 操作要点

热软化：用100 ℃的热蒸汽将洗干净的红枣软化后，去除枣皮和枣核。

破碎：按比例将水和红枣加入到破碎机中进行破碎。

均质：将枣浆倒入胶体磨进行胶磨处理，胶体磨磨齿间隙为5 μm，获得组织较细腻的红枣浆。

调配：按设计比例加入适量的添加剂，以获得最佳的口感和感官状态。

浓缩：将处理好的红枣浆进行熬制浓缩，在不锈钢锅中加热，用小火熬制40 min，熬制过程中要不停搅拌，分多次添加玉米油。

灌装杀菌：将红枣泥装入玻璃瓶中，比较常见的几种杀菌方式的杀菌效果，于4 ℃下冷藏待测。

2.2 常见杀菌方式的比较

将制作好的同一批未发酵的红枣泥分成5组，每组3份，每份为150 g红枣泥，装入灭过菌的200 mL玻璃瓶中。对照组3份，不做任何处理，其他杀菌组将处理后的红枣泥于4 ℃冷藏待测。以红枣泥的微生物检测为评价标准。

2.2.1 巴氏杀菌

将红枣泥加热到杀菌温度80 ℃，处理15 min后，迅速冷却至室温，于4 ℃冷藏待测。

2.2.2 热辅助超声波杀菌

将超声波探头插入红枣泥中，深度为1 cm，在250 W、60 ℃处理15 min后，迅速冷却至室温，于4 ℃冷藏待测。

2.2.3 超高压杀菌

将灌装好的红枣泥置于超高压设备中，于室温进行超高压处理。在压力为400 MPa下处理15 min，迅速冷却至室温，于4 ℃冷藏待测。

2.2.4 微波杀菌

将红枣泥在550 W微波功率，微波处理60 s，迅速冷却至室温，于4 ℃冷藏待测。

2.2.5 杀菌方式的结合及条件优化

以杀菌效果为评价指标，选择效果较好的热杀菌方式和非热杀菌方式。使得两种杀菌方式结合，探究这种新型杀菌方式对红枣泥的杀菌效果，并优化杀菌条件。

2.2.5.1 单因素实验

在其他条件相同的情况下，对微波时间、微波功率、超声时间、超声功率、温度、装填量进行单因素实验。以红枣泥综合评价为指标，探究不同的杀菌条件对红枣泥品质的影响。

2.2.5.2 正交实验

在单因素实验结果的基础上选取影响较大的4个因素，进行四因素三水平的正交实验，见表1。以红枣泥的综合评价为指标，使微波热辅助超声波杀菌条件得到优化。

表1 微波热辅助超声波杀菌正交实验因素水平表Table 1 The factors and levels of orthogonal test for microwave thermal-assisted ultrasonic sterilization

2.3 红枣泥评价指标的测定

2.3.1 微生物检测

菌落总数：参照GB 4789.2-2016《食品微生物学检验 菌落总数测定》[12]。

大肠杆菌数：参照GB 4789.3-2016《食品微生物学检验 大肠菌群计数》。

2.3.2 红枣泥营养成分的检测

总糖：采用蒽酮比色法[13]。

总酸：采用参照GB/T 12456-2008《食品中总酸的测定》[14]。

总酚：采用Folin-Ciocalteu比色法[15]。

Vc：采用2,4-二硝基苯肼法[16]。

可溶性固形物(TSS)含量的测定：采用阿贝折射仪。

2.3.3 红枣泥色泽的测定

采用UltraScan Pro测色仪测定红枣泥的L*、a*和b*值，重复3次。其中L*表示亮度，a*表示红绿偏向，b*表示黄蓝偏向。

2.3.4 红枣泥感官评价

选取15名专业人员对处理后的红枣泥依据感官评定表进行感官评价[17]，满分100分，见表2。

表2 红枣泥感官评分标准Table 2 The sensory evaluation standard of red jujube paste

2.3.5 微波热辅助超声波杀菌综合评价[18]

为使红枣泥在达到国家标准的同时，最大程度保留红枣泥的营养，减少对红枣泥感官品质的影响。选择菌落总数、总酚含量、总糖含量、Vc含量和感官评价为指标并对这些指标进行加权(菌落总数所占权重为70%，总酚含量所占权重为5%，总糖含量所占权重为5%，Vc含量所占权重为5%，感官评价所占权重为15%)，作为评价微波热辅助超声波杀菌红枣泥的综合指标计算得分，具体评分情况见表3。

表3 红枣泥综合评分标准Table 3 The comprehensive sensory evaluation standard of red jujube paste

3 结果分析

3.1 常见杀菌方式处理红枣泥的杀菌效果

由于红枣表面含有大量腐败微生物，在发酵过程中易造成产品的污染，所以，要选择杀菌效果较好的方式对红枣泥进行杀菌。本研究参考了果酱中常用的杀菌方式，以菌落总数和大肠杆菌数为指标，结果见表4。

表4 不同杀菌方式对红枣泥的杀菌效果Table 4 The sterilization effects of different sterilization methods on red jujube paste

红枣泥经过巴氏杀菌、微波杀菌、超高压杀菌热辅助超声波杀菌后，第1天的菌落总数分别为(0.94±0.10)，(0.72±0.54)，(0.35±0.10)，(0.15±0.08)lg CFU/g；大肠杆菌未检出。菌落总数和大肠杆菌数均符合GB/T 22474-2008《果酱》的国家标准。5种杀菌方式均能抑制微生物生长。当杀菌后的红枣泥保藏15 d后菌落总数分别为(5.14±0.07)，(4.48±0.10)，(3.55±0.20)，(3.10±0.12)lg CFU/g ；大肠菌群分别为(0.82±0.05)，(0.77±0.04)，(0.42±0.06)，(0.28±0.07)lg CFU/g。菌落总数和大肠杆菌数均低于国家规定标准。非热杀菌方式中热辅助超声波杀菌的杀菌效果显著高于超高压杀菌方式(p<0.05)。热杀菌方式中微波杀菌的杀菌效果显著高于巴氏杀菌方式(p<0.05)。选取微波杀菌与热辅助超声波杀菌结合进行后续杀菌条件优化实验。

3.2 微波热辅助超声波杀菌单因素实验结果

本研究将热杀菌和非热杀菌相结合，在杀菌效果最佳的基础上尽可能保留红枣泥中的营养成分。在其他条件相同的情况下，通过综合评分探究微波时间、微波功率、超声时间、超声功率、温度及装填量对红枣泥品质的影响，见图1。

图1 微波热辅助超声波杀菌单因素实验结果Fig.1 The single factor experimental results of microwave thermal-assisted ultrasonic sterilization

3.2.1 微波时间对红枣泥品质的影响

在红枣泥装填量为150 g，微波功率为700 W，温度为90 ℃，超声波功率为1000 W，超声时间为60 s的条件下，分别微波30，45，60，75，90 s。不同的微波时间对红枣泥综合评价的影响见图1中a。红枣泥的综合评分随着微波时间的延长呈现先上升后缓慢下降的趋势。随着微波时间的延长，红枣泥的菌落总数与时间成反比，时间越长，杀菌效果越好。但当微波时间超过60 s后，Vc含量下降显著，且色泽随着微波时间的延长变深，略带糊味，影响口感。因此，当微波时间为60 s时，杀菌效果、营养物质的保留程度和感官评价最佳。

3.2.2 微波功率对红枣泥品质的影响

在红枣泥装填量为150 g，温度为90 ℃，超声波功率为1000 W，超声时间为60 s的条件下，分别于微波功率为600，700，800，900，1000 W的条件下微波处理60 s。不同的微波功率对红枣泥综合评价的影响见图1中b。当微波功率在600～700 W之间时，红枣泥的综合评分随着微波功率的增大呈现上升趋势。当微波功率超过700 W后，红枣泥的综合评分呈下降趋势。微波功率越大，杀菌效果越好，但当微波功率超过700 W后，红枣泥的营养成分严重受损，出现焦糊现象，使得红枣泥的口感微苦。因此，当微波功率为700 W时，杀菌效果、营养物质的保留程度和感官评价最佳。

3.2.3 超声时间对红枣泥品质的影响

在红枣泥装填量为150 g，微波功率为700 W，微波时间为60 s，温度为90 ℃，超声波功率为1000 W的条件下，分别超声30，40，50，60，70 s。不同的超声时间对红枣泥综合评价的影响见图1中c。红枣泥的综合评分在30～60 s之间呈现上升趋势，60～70 s之间趋势较平稳。随着超声时间的延长，杀菌率也有所增加，达到60 s后杀菌率增加趋势变缓。超声同时也具有热效应，超声时间增加使得温度升高，会造成一些热敏性营养物质的损失，所以超声时间不宜过长。因此，当超声时间为60 s时，杀菌效果、营养物质的保留程度和感官评价最佳。

3.2.4 超声波功率对红枣泥品质的影响

在红枣泥装填量为150 g，微波功率为700 W，微波时间为60 s，温度为90 ℃，超声波功率分别为400，600，800，1000，1200 W的条件下，超声60 s。不同的超声波功率对红枣泥综合评价的影响见图1中d。随着超声功率的增加，红枣泥的杀菌率也随之增加。当超声功率为1000 W时，杀菌率最佳，但当超声功率超过1000 W时，杀菌率开始下降，因为超声功率越强，空化泡在超声波的膨胀相内可能增长过大，使得它在声波的压缩相内来不及发生崩溃，杀菌效果反而下降[19]。因此，当超声功率为1000 W时，杀菌效果、营养物质的保留程度和感官评分最佳。

3.2.5 温度对红枣泥品质的影响

在红枣泥装填量为150 g，微波功率为700 W，微波时间为60 s，超声波功率1000 W，超声时间为60 s的条件下，温度分别为80，85，90，95，100 ℃。不同的温度对红枣泥综合评价的影响见图1中e。随着温度的提升，杀菌率也随之增加，增加趋势缓慢。温度过高导致红枣泥产生色泽、风味和营养物质的改变和损失。当温度超过90 ℃时，红枣泥的综合评价略有下降，基于保护红枣泥品质和节省能量考虑，选取90 ℃作为微波热辅助超声波杀菌时的温度。

3.2.6 装填量对红枣泥品质的影响

在微波功率为700 W，微波时间为60 s，超声波功率为1000 W，超声时间为60 s，温度为90 ℃的条件下，装填量分别为50，100，150，200，250 g。不同的装填量对红枣泥综合评价的影响见图1中f。红枣泥装填量的多少影响杀菌效果的优劣和红枣泥口味的变化。装填量为50 g时，杀菌效果较好，但是红枣泥的风味会出现焦糊现象；当装填量为150 g时，红枣泥的感官品质较佳，杀菌率为80%，因此选择150 g为最佳装填量。

3.3 微波热辅助超声波杀菌正交实验结果

在单因素实验结果基础上，选择影响较大的微波时间、微波功率、超声时间、超声功率4个因素进行正交实验，并对红枣泥进行综合评价，分析得出微波热辅助超声波杀菌的最优方案。

由表5正交实验结果可知，影响微波热辅助超声波杀菌工艺的4个因素大小依次为超声波功率>微波功率>微波时间>超声波时间。A因素：K1>K3>K2；B因素：K3>K2>K1；C因素：K1>K3>K2；D因素：K2>K3>K1。所以最优方案为A1B3C1D2，即微波热辅助超声波杀菌工艺的最佳参数是超声时间为50 s，超声波功率为1000 W，微波时间为45 s，微波功率为700 W，温度为90 ℃。

表5 微波热辅助超声波杀菌正交实验结果Table 5 The orthogonal experimental results of microwave thermal-assisted ultrasonic sterilization

3.4 不同杀菌方式处理红枣泥的杀菌效果

红枣泥经过5种杀菌方式处理后，结果见表6。

表6 不同杀菌方式对红枣泥的杀菌效果Table 6 The sterilization effects of different sterilization methods on red jujube paste

第1天的菌落总数分别为(0.94±0.10)，(0.72±0.54)，(0.35±0.10)，(0.15±0.08)，(0.09±0.02)lg CFU/g；大肠杆菌未检出。菌落总数和大肠杆菌数均符合GB/T 22474-2008《果酱》国家规定标准。当杀菌后的红枣泥保藏15 d后菌落总数分别为(5.14±0.07)，(4.48±0.10)，(3.55±0.20)，(3.10±0.12)，(2.31±0.17)lg CFU/g；大肠菌群分别为(0.82±0.05)，(0.77±0.04)，(0.42±0.06)，(0.28±0.07)，(0.13±0.04)lg CFU/g。菌落总数和大肠杆菌数均低于国家规定标准，微波热辅助超声波杀菌的杀菌效果显著高于其他杀菌方式(p<0.05)。

3.5 不同杀菌方式对红枣泥营养成分的影响

总糖、总酚、Vc是红枣泥中重要的营养成分，总酸和可溶性固形物是评价红枣泥品质的关键指标。红枣泥经过不同杀菌方式处理后的营养成分结果见表7。

与未杀菌红枣泥的对照组相比，经过5种不同杀菌方式处理后，总糖含量、总酚含量、Vc含量均有显著的变化(p<0.05)，总酸含量和可溶性固形物含量的变化差异不显著(p>0.05)。经过巴氏杀菌、微波杀菌和超高压杀菌处理后红枣泥的总糖含量分别下降18.44%、5.21%、5.07%，热辅助超声波杀菌和微波热辅助超声波杀菌处理后的红枣泥总糖含量变化较小；经过巴氏杀菌、微波杀菌和超高压杀菌处理后的红枣泥总酚含量分别下降31.89%、32.42%、11.38%，热辅助超声波杀菌和微波热辅助超声波杀菌处理后红枣泥的总酚含量分别增加21.04%和27.21%。经过5种杀菌方式处理后红枣泥中的Vc含量均减少，损失率为分别为78.97%、79.06%、52.65%、30.62%、29.78%，微波热辅助超声波杀菌处理后的Vc含量损失率较小。与对照组和其他4组杀菌方式相比，微波热辅助超声波杀菌能够较大程度地保留红枣泥中营养成分，并且能够增加红枣泥中总酚的含量。

3.6 不同杀菌方式对红枣泥色泽的影响

色泽是消费者在挑选果酱时的关注点之一，也是衡量果酱质量的关键品质。本研究利用UltraScan Pro测色仪测定红枣泥经过不同方式杀菌后色泽的变化，结果见表8。

表8 不同杀菌方式对红枣泥色泽的影响Table 8 Effects of different sterilization methods on the color of red jujube paste

由表8可知，巴氏杀菌处理后ΔE<0.5，说明巴士杀菌处理后对红枣泥的色泽变化不明显。微波杀菌和超高压杀菌处理后0.5<ΔE<1.5，说明微波杀菌和超高压杀菌处理后对红枣泥的色泽变化略明显。微波热辅助超声波杀菌和热辅助超声波杀菌处理后ΔE分别为2.25±0.05和1.58±0.09，均大于1.5，说明微波热辅助超声波杀菌和热辅助超声波杀菌能有效地改变红枣泥的色泽。红枣泥经微波热辅助超声波杀菌处理后红枣泥的色泽较其他杀菌方式变化显著，可能是由于超声波的空穴效应能够增加聚合色素的比例，并能抑制酶促褐变的作用，使杀菌后的红枣泥色泽鲜亮发红，提高了红枣泥的质量[20]。

3.7 不同杀菌方式对红枣泥感官评分的影响

产品风味和色泽的好坏直接影响消费者的购买欲[21]。红枣泥在经过不同杀菌方式处理后从色泽、香味、状态、口感和总分方面进行统计，结果见表9。

表9 不同杀菌方式对红枣泥感官评分的影响Table 9 Effects of different sterilization methods on sensory score of red jujube paste

从红枣泥的色泽分析，巴氏杀菌、微波杀菌与未杀菌的红枣泥差异不显著(p>0.05)；微波热辅助超声波杀菌的色泽评分显著高于其他5组，经过处理后的红枣泥色泽自然明亮、均匀，结果与色泽测定的结果一致。微波热辅助超声波杀菌处理后的红枣泥具有浓郁的红枣香味。由红枣泥的状态可知，超高压杀菌评分显著高于其他4种杀菌方式，形态均匀光滑，流速缓慢，无糖和水析出，易涂抹。热辅助超声波杀菌和微波热辅助超声波杀菌与未杀菌红枣泥的口感差异不显著，但是巴氏杀菌和微波杀菌后的红枣泥评分较低，微波杀菌后的红枣泥枣香味变淡，有略微的苦味，口感较差。从红枣泥的感官评价总分可以得出，微波热辅助超声波杀菌相比于其他4种杀菌方式更能保护红枣泥的风味。

4 结论与讨论

传统的红枣泥含糖量高、热量高，可溶性固形物含量一般在60%以上，不符合现在消费者的需求。但是低糖的红枣泥可溶性固形物含量一般在40%左右，使得渗透压较低、水分活度高，易造成腐败变质等问题。因此，要选择出杀菌效果好且能够最大程度保留红枣泥中营养成分的杀菌方式。近年来，超高压、超声波等非热杀菌技术被食品工业广泛使用。纵伟等[22]利用超高压设备对红枣果酱进行杀菌处理，压力500 MPa处理11 min即可使低糖红枣果酱达到卫生指标要求。虽然非热杀菌技术能够较大程度保留食品的色泽、风味和营养成分，但是也存在难以杀死细菌芽孢、杀菌强度大时温度易升高等缺点，限制了其应用范围[23]。因此，将传统热杀菌技术和非热杀菌技术协同杀菌成为了研究热点。Bregje 等[24]利用高静压和加热结合处理番茄酱，发现处理后产品品质的保持要优于传统灭菌处理的效果。林春铭[25]将超声波、CO2惰性气体、超高压静态杀菌等非热力联合措施，来提高西瓜汁的预杀菌效果。

本研究以新疆红枣为原料，以杀菌效果为指标，比较常见的几种杀菌方式，选择杀菌效果较好的微波杀菌和热辅助超声波杀菌结合并优化。得到杀菌的最佳参数为超声波功率1000 W超声时间50 s、微波功率700 W微波时间45 s、温度90 ℃。在此杀菌条件下处理的枣泥的感官评分最佳，颜色明亮，枣味浓郁，形态均匀光滑，流速缓慢，易涂抹。本研究得到的微波热辅助超声波杀菌改进了现有的杀菌技术，为工业化生产高品质的红枣泥提供了理论依据。