UV-C联合热处理对橙汁品质特性的影响

高瑞萍，刘松林，吴 振

（1.重庆工商大学环境与资源学院，重庆 400067；2.中科院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011；3.重庆市中药研究院中药健康学重庆市重点实验室，重庆 400065）

橙汁是最受消费者欢迎的果汁之一，含有丰富的维生素C、类胡萝卜素、多酚、矿物质等营养物质[1]。研究表明，摄入橙汁能够改善心脏功能，减少氧化应激，调节人体的免疫系统，有效预防肾病、高血压、糖尿病、癌症、痛风等慢性疾病的发生[2−4]。橙汁在加工和贮藏过程中会受到内源酶、微生物等的影响，使其感官、营养发生劣变以及安全性受到威胁。橙汁中的多酚类物质会被多酚氧化酶氧化为醌类物质，而使得橙汁颜色发生改变；橙汁中的果胶甲酯酶通过降解果胶会导致其稳定性变差；同时，由于各种微生物的繁殖会对橙汁的安全性造成威胁[5]。

热加工作为果蔬汁的传统加工方式，能有效杀灭果蔬汁中的内源酶和致病菌，以保证其贮藏稳定性及安全性。然而，热加工不可避免地造成橙汁的色泽、热敏营养素（如抗坏血酸）和香气等感官和营养品质发生劣变[6−9]。近年来，研究发现超高压、超声波、紫外、脉冲电场等非热加工技术不仅能够使果蔬汁具有较好的色泽、稳定性、安全性，还能较好地保持甚至改善其风味及营养价值，因此成为研究热点。其中，通过200～280 nm的短波紫外辐照（ultraviolet radiation，UV-C）是一种被FDA推荐用来替代果蔬汁热加工的安全、有效的非热技术[10]。UV-C的辐射能被微生物中的DNA吸收，使得相邻嘧啶碱基相互结合在同一条DNA链上，阻止DNA转录和翻译，从而实现使微生物失活的目的[11]。UV-C作为一种非热加工技术，具有无毒副产物产生，能降解毒素，不产生异味和能耗低等优势[8]。许多研究报道通过UV-C处理西瓜汁、草莓汁、苹果汁、芒果汁等果蔬汁，能使其中的微生物灭活，同时能保留其营养和感官品质[12−13]。但是，由于UV-C作为一种食品加工技术，其有效性受到原料的组分、色泽、不溶性悬浮物、流动特性、样品体积以及紫外强度等复杂因素的影响[11]，使其对果蔬汁的灭菌能力具有复杂性。例如UV-C在透光率较低的果蔬汁（如橙汁）中穿透力显著降低，从而影响其灭菌能力[14]。此外，由于UV辐照不会在食物中残留，因此UV辐照后微生物中的DNA会修复，影响其灭菌效果[11]。由此可见，当仅应用UV-C处理果蔬汁时，达不到理想的灭菌效果，通常需要与其他技术联合应用。

基于UV-C技术在果蔬汁中应用的前景及局限性，本研究拟采用UV-C联合低温热处理对鲜榨橙汁进行处理，筛选出UV-C和热处理的最佳联合方式，并探究UV-C联合热处理对橙汁的安全性、理化特性和营养特性的影响规律，为加工高品质的橙汁探索新技术，同时为UV-C技术在橙汁加工中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

奉节脐橙 产地为重庆市奉节县；氯化钠、氢氧化钠、无水乙醇 分析纯，重庆川东化工有限公司；正己烷、丙酮、酚酞、碳酸钠、碳酸氢钠、过硫酸钾分析纯，成都市科龙化工有限公司；PCA培养基 生化试剂，杭州百思生物技术有限公司；福林酚（分析纯）、抗坏血酸（标准品） 索莱宝生物技术有限公司；2,6-二氯酚靛酚（纯度≥97%） 铂锶钛化工产品有限公司；DPPH、ABTS 分析纯，上海源叶生物技术有限公司。

LLJ-B12N2榨汁机 广东小熊股份有限公司；LDZX-30KBS立式压力蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂；S.SW-CJ-1FD超净工作台 重庆强文贸易有限公司；BHS-4数显恒温水浴锅 上海垒固仪器有限公司；GHP-9080隔水式恒温培养箱 上海齐欣科学仪器有限公司；TD-5离心机 蜀科仪器有限公司；PHS-3C+ pH计 成都世纪方舟科技有限公司；CR-400色差仪 日本柯尼卡美能达公司；WYA-2S数字阿贝折射仪 上海仪电物理光学仪器有限公司；UV1102Ⅱ紫外分光光度计 上海天美科学仪器有限公司；ZW20S19Y（W）紫外灯（功率为20 W，长度为589 mm，紫外线强度75 μW/cm2） 上海丹启实业股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料预处理及橙汁的制备 将购买的新鲜且大小均匀（果径为65～75 mm）的奉节脐橙，用流水清洗表面，滤干水后人工去皮。将去皮后的脐橙切成约4 cm×4 cm×4 cm的块，榨汁2 min，用灭菌的单层纱布过滤2次以去除果渣，制备得到鲜榨橙汁备用。

准确量取50 mL橙汁于100 mL的烧杯中，于70 ℃水浴处理15 min即为巴氏杀菌（P）。将紫外灯（紫外线强度75 μW/cm2）固定于磁力水浴锅上方，调整至离烧杯中橙汁的液面约15 cm高度的位置对样品进行处理，橙汁的磁力搅拌转速设置为300 r/min，具体处理方式及参数见表1。将制备得到的橙汁转移至灭菌的玻璃瓶中密封，于4 ℃冷藏，进行微生物、理化特性和营养特性测定。

表1 样品的不同处理方式和相应的参数Table 1 The different processing methods and corresponding parameters of samples

1.2.2 菌落总数、大肠菌群、霉菌和酵母的测定 根据GB4789.2-2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》对菌落总数进行测定。根据GB4789.3-2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 大肠菌群计数》对大肠菌群数进行测定。根据GB4789.15-2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》对霉菌和酵母数进行测定。

1.2.3 橙汁的理化特性测定

1.2.3.1 pH测定 参考Feng等[15]的方法，将橙汁于室温放置30 min后，将pH计电极插入橙汁中测定其pH。

1.2.3.2 总可溶性固形物含量（total soluble solids,TSS）测定 参考曾小峰等[16]的方法并加以修改。将橙汁于5000 r/min离心15 min，取一滴上清液于数字阿贝折射仪上，直接进行读数得到橙汁中的总可溶性固形物含量，以°Brix表示。

1.2.3.3 可滴定酸度（titratable acidity, TA）测定 参考GB12456-2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》，采用酸碱指示剂滴定法测定可滴定酸含量。

1.2.3.4 色泽测定 参照王孝荣等[17]的方法对橙汁的L*、a*、b*进行测定。其中，L*代表亮度，其值越大说明橙汁样品的亮度（光泽度）越大；a*表示红绿色度，其正值的绝对值越大，说明橙汁样品红色的程度大于绿色的程度，其负值的绝对值越大，说明橙汁绿色的程度大于红色的程度；b*表示黄蓝色度，其正值绝对值越大，说明橙汁样品黄色的程度优于蓝色程度，其负值的绝对值越大，说明橙汁样品蓝色的程度优于黄色程度。色差值ΔE由如下公式计算：

式中，ΔL*为处理后与未处理橙汁的L*差值；Δa*为处理后与未处理橙汁的a*差值；Δb*为处理后与未处理橙汁的b*差值；ΔE为处理后与未处理橙汁的颜色差值，当0<ΔE<2时，说明其色泽无明显肉眼可见的变化[18]。

1.2.4 橙汁的营养成分测定

1.2.4.1 抗坏血酸测定 参考GB5009.86-2016《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测定橙汁中抗坏血酸的含量。准确称取10 mL橙汁于100 mL容量瓶中，加入20 g/L的草酸溶液稀释并定容至刻度，准确移取10 mL稀释液于锥形瓶中，通过已标定的2,6-二氯靛酚钠溶液进行滴定，直至溶液呈现粉红色且15 s不褪色。

式中：m为橙汁中抗坏血酸的含量（mg/100 mL）；V1为滴定样品所消耗2,6-二氯靛酚溶液的体积（mL）；V0为滴定空白所消耗2,6-二氯靛酚溶液的体积（mL）；T为2,6-二氯靛酚溶液的滴定度，即每毫升2,6-二氯靛酚溶液相当于抗坏血酸的毫克数（mg/mL）；A为稀释倍数；V为试样的体积（mL）。

1.2.4.2 总酚测定 总酚含量的测定参考Chu等[19]的方法并做修改。10 mL橙汁中加入20 mL 70%的甲醇溶液（v/v），于30 ℃避光搅拌60 min，随后将混合液于4 ℃下7000 r/min离心20 min，收集上清液。准确移取40 μL上述提取液与200 μL福林酚试剂，混合摇匀后于室温下避光反应1 h，加入180 μL 7.5%的Na2CO3溶液并混匀，于室温下避光反应15 min后在765 nm处测定吸光值。采用不同浓度（0～100 μg/mL）的没食子酸溶液通过上述步骤反应后测定吸光值，以吸光值为纵坐标、没食子酸浓度为横坐标绘制标准曲线（y=0.0132x+0.043，R2=0.996）。总酚含量以每mL橙汁中含有的没食子酸含量表示，单位μg GAE/ mL。

1.2.4.3 类胡萝卜素测定 参考倪玉洁等[20]的方法并做修改。准确移取2 mL橙汁于50 mL离心管中，加入10 mL无水乙醇-丙酮-正己烷混合液（1:1:1，v/v/v），于室温下7000 r/min离心20 min进行提取。取1 mL上清液，用乙醇-丙酮-正己烷混合液进行稀释后于450 nm处测定吸光值。类胡萝卜素的含量表示为μg/mL。

1.2.5 橙汁的生物活性测定

1.2.5.1 DPPH自由基清除率 参照Wahia等[21]的方法并加以改进。将橙汁用去离子水稀释10倍，准确移取2 mL稀释的橙汁与2 mL 0.2 mmol/L的DPPH溶液混合均匀，于室温下避光反应30 min，随后于517 nm波长处测定其吸光值A1；同时测定2 mL无水乙醇与2 mL DPPH溶液混合液反应后测得的吸光值为A0；DPPH自由基清除率（%）=（A0−A1）/A0×100。

1.2.5.2 ABTS自由基清除率 参照曾小峰等[16]的方法并加以改进。准确移取440 μL 140 mmol/L的过硫酸钾溶液与25 mL 7 mmol/L的ABTS溶液混合均匀，于室温避光反应16 h，制得ABTS自由基储备液溶液。测定时，用无水乙醇将ABTS自由基储备液溶液稀释至734 nm处吸光值为0.70。准确移取4 mL ABTS自由基储备液稀释液与1 mL稀释10倍的橙汁液混合均匀，于室温下避光静置反应10 min，于734 nm处测定吸光值Am；用蒸馏水作为对照进行反应后，测其吸光值为An。ABTS自由基清除率（%）=（An−Am）/An×100。

1.3 数据处理

所有数据重复3次，结果以平均值±SD表示。数据使用SPSS 19.0进行分析，方差分析采用Tukey’s HSD进行分析。图表中以不同小写英文字母代表显著性差异（P<0.05为显著性差异）。

2 结果与分析

2.1 不同处理方式对橙汁安全性的影响

不同处理方式对橙汁中微生物的影响结果如图1所示，未经处理的橙汁中菌落总数、大肠菌群数、霉菌和酵母总数分别为5.19、2.20和3.33 log CFU/mL，不同的处理方式对微生物的影响不同，其中巴氏杀菌后橙汁中菌落总数和大肠菌群未检出，这表明传统热处理能较好的杀灭橙汁中的有害微生物[22]。与未处理的橙汁相比，通过50 ℃-10 min（H）、UV-10 min（U）、50 ℃-10 min→UV-10 min（H+U）、UV-10 min→50 ℃-10 min（U+H）、UV-50 ℃-10 min（UH10）、UV-50 ℃-20 min（UH20）、UV-50 ℃-30 min（UH30）和巴氏杀菌（70 ℃-15 min，P）处理后橙汁中菌落总数分别减少14.07%、7.13%、31.22%、29.87%、38.73%、51.25、84.97%和100%；大肠菌群数分别减少17.10%、10.59%、44.33%、43.12%、62.18%、81.85%、100%和100%；霉菌和酵母总数分别减少9.32%、1.54%、17.73%、17.36%、31.18%、45.74%、74.92%和100%。

通过比较C、H和U对微生物影响的结果，可得出单独的低温处理（H）和UV-C处理（U）不能达到有效杀灭橙汁中微生物的作用，这与Bhat等[23]的报道的研究结果一致。许多研究表明，仅UV-C处理草莓汁、芒果汁等深色果蔬汁对微生物的抑制作用较小，需要与其他技术联合使用以达到较好的灭菌效果[13,23]。H和U对微生物失活作用显著低于H+U、U+H、UH10（P<0.05），这表明UV-C和热的不同联合方式处理对橙汁中微生物的灭活作用显著高于单独的低温和UV-C处理，并且显著高于H和U的简单加和作用，这表明UV-C和热处理对橙汁中微生物的灭活具有协同作用。这与Gouma等[24]以及Riganakos等[8]的研究结果一致。对于UV-C与热同时作用（UH10、UH20、UH30）对微生物失活的效果而言，随着处理时间从10 min延长至30 min，橙汁中微生物的减少均呈现增加趋势。其中UH20导致菌落总数、大肠菌群数、霉菌和酵母总数的减少量比UH10导致的减少量分别高12.52%、15.28%和14.56%；而UH30导致的减少量比UH20导致的减少量分别高33.72%、22.54%和29.18%，这是由于在10～20 min的处理过程中，UV-C和热对橙汁中的未灭活的微生物也可能产生了不同程度的破坏作用，促使其在随后的处理过程中更容易被破坏。

基于上述结果，UV-C与热同时作用（UH10、UH20和UH30）对微生物的灭活作用显著高于仅UV-C处理（U）、仅热处理（H）、先UV-C处理再热处理（U+H）和先热处理再UV-C处理（H+U），因此本研究选择UV-C与热同时作用作为最佳的联合方式，将重点探究该联合作用方式对橙汁的理化特性、主要营养物质及抗氧化活性的影响。

2.2 UV-C联合热处理对橙汁理化特性的影响

由表2的结果可得，未处理以及不同处理得到的橙汁的pH、总可溶性固形物含量（TSS）、可滴定酸度（TA）没有显著性差异（P>0.05）。这是由于果蔬汁的这些特性由原料的类型、生长条件和成熟度等因素决定，而不受加工条件影响[25]。

色泽是影响消费者对果蔬制品品质评价的首要指标，对其进行探究具有重要意义。由表2的结果可得，UV-C联合热处理对橙汁的L*和a*没有显著性影响（P>0.05）。Feng等[15]研究发现UV-C处理后西瓜汁的a*值增加，并将原因归结为不稳定的悬浮颗粒发生沉降导致。本研究中橙汁灭菌过程中采用磁力搅拌，该处理有效地防止颗粒发生沉淀。UH10、UH20、UH30和P处理后橙汁的b*降低，这可能是由于UV-C和热导致对橙汁颜色起主要贡献作用的类胡萝卜素发生了降解[11]。不同处理后橙汁的色泽变化△E在0.04～0.11，均小于2。由此可见，不同处理导致的橙汁的颜色变化肉眼不可见。该结果与研究报道的UV-C处理对胡萝卜汁[9]、菠萝汁[18]、葡萄汁[26]的色泽没有显著性影响的结果一致。

表2 UV-C联合热处理对橙汁理化特性的影响Table 2 Effects of UV-C combined with heat treatments on the physico chemical properties of orange juice

2.3 UV-C联合热处理对橙汁的营养特性的影响

2.3.1 UV-C联合热处理对橙汁中抗坏血酸的影响

抗坏血酸含量通常被认为是衡量果蔬制品营养品质的重要指标，探究加工过程对抗坏血酸含量的影响具有重要的意义。UV-C联合热处理及巴氏杀菌对橙汁中抗坏血酸含量的影响结果如图2所示，所有的处理均导致橙汁中抗坏血酸含量降低，UH10、UH20、UH30和P导致抗坏血酸含量分别减少8.87%、13.43%、17.03%和37.41%。UV-C联合热处理过程对果蔬汁中抗坏血酸具有一定的负面影响，其中原因可归结为：a.氧气和光的存在对抗坏血酸会产生不利影响[27]，光化学反应形成自由基的过程消耗了抗坏血酸[13]；b.处理过程中酶未完全失活，残留的抗坏血酸氧化酶和过氧化物酶导致抗坏血酸发生氧化降解[28]；c.热导致抗坏血酸降解。随着处理时间的延长，抗坏血酸含量呈现降低趋势，但UV-C联合低温热处理对抗坏血酸的影响显著低于传统巴氏杀菌（P<0.05）。这是由于70 ℃高温（巴氏杀菌）导致抗坏血酸的降解程度大于低温（50 ℃）和UV-C的联合降解作用。这与Santhirasegaram等[13]报道的结果一致。这表明，UV-C联合低温热处理能有效保留橙汁中的抗坏血酸。

2.3.2 UV-C联合热处理对橙汁中多酚的影响 酚类化合物是果蔬中重要的抗氧化活性物质，这些物质被认为是非必须此生代谢物，可能是在植物组织正常代谢过程中产生，也可能是在防御外界刺激过程中形成[23]。UV-C联合热处理对橙汁中总酚含量的影响结果见图3，与对照相比，UH10、UH20、UH30和P使得橙汁中总酚含量分别增加12.02%、22.86%、30.03%和7.81%。Bhat等[23]研究发现通过UV-C（2.16 J/m2，25 ℃）对番茄汁处理15、30和60 min后，总酚含量分别增加了14.78%、21.54%和24.66%。UV-C联合热处理导致橙汁中总酚含量增加可归结于如下原因：a.紫外线在植物的个体发育中起主要作用，并且还可能诱导次生代谢物的产生[29−30]。UVC会刺激自由基的产生，从而触发应激响应，累积植物防御素，导致与防御机制相关的多酚类物质增加[13,29,31−32]。b.UV-C导致多酚氧化酶失活，可以阻止多酚物质受到酶的降解[13]，与热联合对酶失活具有协同作用[33]。c.UV-C辐照导致细胞壁中复杂的酚类聚合物发生降解，并释放简单的酚类化合物，使其更容易与福林酚试剂发生反应[23,34]。d.UV-C联合热处理的过程中热会导致一定程度的细胞壁破坏，使得细胞壁中的多酚类物质释放。传统巴氏杀菌（P）处理后总酚含量虽然显著低于UV-C联合处理（P<0.05），但比对照高7.81%。这与热处理导致多酚氧化酶失活以及导致细胞壁受到破坏有关[35]。由结果可得出，UV-C联合热处理能显著提高橙汁中的多酚物质的含量，这对于提高橙汁的营养价值具有重要的意义。

2.3.3 UV-C联合热处理对橙汁中类胡萝卜素的影响 柑橘中富含类胡萝卜素，被认为是膳食中类胡萝卜素的重要来源，同时也是橙汁色泽的主要决定因素[36]，探究加工对橙汁中类胡萝卜素的影响具有重要意义。UV-C联合热处理对橙汁中类胡萝卜素含量的影响结果见图4，与对照相比，UH10、UH20、UH30和P使得橙汁中类胡萝卜素含量分别降低22.00%、27.23%、30.50%和46.62%。由结果可得，UV-C联合热处理以及巴氏杀菌均导致橙汁中类胡萝卜素含量降低。这可能是由于类胡萝卜素的多烯链不稳定，导致其对热和光氧化较为敏感，容易发生降解或异构化[37]。通过比较UH10、UH20、UH30和P对橙汁中类胡萝卜素含量的影响结果可得，UV-C联合50 ℃热处理对类胡萝卜素的影响显著低于70 ℃热处理（P<0.05）。这是由于70 ℃高温（巴氏杀菌）导致类胡萝卜素的降解程度大于低温（50 ℃）和UV-C的联合降解作用。这与Santhirasegaram等[13]报道的结果一致。由结果可得，与传统巴氏杀菌相比，UV-C联合热处理能更高的保留橙汁中的类胡萝卜素，这对于保留橙汁的营养价值具有重要的意义。

2.3.4 UV-C联合热处理对橙汁抗氧化活性的影响

由图5可得，UV-C联合热处理对橙汁抗氧化活性影响通过清除DPPH和ABTS自由基来进行评价。UV-C联合热处理使得橙汁对DPPH和ABTS自由基清除率显著高于传统巴氏杀菌（P<0.05）。这与Bhat等[23,38]和高梵等[30]报道的结果一致。橙汁的抗氧化活性变化与其中的抗坏血酸、多酚、类胡萝卜素等活性组分的变化密切相关。尽管随着处理时间延长，橙汁中抗坏血酸和类胡萝卜素含量呈现降低趋势，但多酚含量呈现增加趋势，且全反式类胡萝卜素可能异构化为活性更高的顺式类胡萝卜素，从而使得橙汁的抗氧化活性提高。由上述结果可得出，与传统的巴氏杀菌相比，UV-C联合热处理能显著提高橙汁的抗氧化活性。

3 结论

本研究深入探究了UV-C联合热处理对橙汁安全性、理化特性及营养特性的影响。热对微生物的失活作用大于UV-C，但二者对微生物失活具有协同作用。UV-C联合50 ℃处理30 min（UH30）后菌落总数、大肠菌群、霉菌和酵母数分别减少84.97%、100%和74.92%，使橙汁的安全性得以提高。UV-C联合热处理对橙汁的pH、可溶性固形物含量、可滴定酸度及色泽没有显著性影响（P>0.05）。与传统的巴氏杀菌相比，UV-C联合50 ℃处理30 min能使得橙汁中的抗坏血酸、总酚和类胡萝卜素含量提高32.57%、32.35%和30.20%，DPPH和ABTS自由基清除率分别提高26.58%和22.23%。由此可得，UV-C联合热处理不仅能提高橙汁安全性，对感官特性没有显著性影响，同时能提高橙汁的营养价值。UV-C联合热处理既能克服传统高温热处理对橙汁品质特性的破坏，同时也弥补了单独UV-C对橙汁灭菌效果不理想的缺陷。由此可得，UV-C联合热处理是一种具有较好前景的替代传统巴氏杀菌的新兴技术。基于本研究的结果，可将进一步探究UV-C联合热处理对多酚及类胡萝卜素单体变化的影响，以及橙汁在贮藏过程中品质特性的变化规律，进一步为该技术在工业中的应用提供全面的理论支撑。