枸杞原浆低氧打浆联合不同杀菌技术的比较分析

张丽娟，邹波*，肖更生,2，徐玉娟，余元善，吴继军，温靖，李璐

（1.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，农业农村部功能食品重点实验室，广东省农产品加工重点实验室，广东广州 510610）（2.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州 510631）

枸杞（Lycium barbarumL.）又名枸杞子、杞子、枸牙子，属于茄科茄亚科枸杞族枸杞属植物，主要分布于我国宁夏、新疆、甘肃、青海、内蒙古等地，是我国重要的经济作物之一[1]。枸杞作为一种传统的中草药和具功能性的食品，是一种重要的药食同源果实，具有重要的保健价值[2]。枸杞富含多酚，类胡萝卜素，多糖等活性成分[3,4]，具有抗氧化、抗肿瘤、调节免疫力的作用[5-7]。枸杞鲜果为浆果，含有较多的水分和糖分，极易发生霉变[8]，目前枸杞的加工方式主要以干制为主，附加值较低，且加工过程中易发生二次污染，损害产品质量[9]。近年来随着喜茶等新式茶饮的快速崛起，市场对营养丰富、品质优良的水果原汁原浆需求日益增强。将枸杞加工成枸杞原浆，不仅可以大批量处理鲜果，还能很好的保留枸杞的营养成分，枸杞原浆既可以作为终端商品，也可以作为中间原料加工成果汁、或添加到新式茶饮中，是枸杞深加工的一条新型途径，有着巨大的市场潜力。

水果原浆在加工和贮藏过程中，氧气的存在会引起产品营养成分损失、颜色褐变、风味劣变等[10]。常规打浆会使原浆与空气中的氧气直接接触，使其发生酶促褐变，打浆过程中大量氧气溶解在原浆中成为溶解氧[11]。唐静静等[12]发现在贮藏期间溶解氧会使果汁中的抗坏血酸氧化降解。Paepe 等[13]研究发现，在低氧条件下压榨的梨汁多酚氧化酶（Polyphenol Oxidase，PPO）活性降低、果汁品质大幅度提高，高虹等[14]在液氮中压榨荔枝发现，荔枝汁中PPO 活性也显著降低。为了降低氧气对果浆品质的不利影响，本研究对枸杞在低氧环境（氮气环境）中进行打浆，同时对比热杀菌和超高压杀菌对原浆品质的影响，旨在开发出一条安全营养的果汁非热加工技术，为果汁的生产提供一个新思路。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

枸杞鲜果：采摘于宁夏固原市。

平板计数培养基、孟加拉红培养基，广东环凯微生物科技有限公司生产；乙醇、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、铁氰化钾、三氯乙酸、三氯化铁、无水碳酸钠、没食子酸、2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐（ABTS）、过硫酸钾、维生素E 衍生物（Trolox）、福林酚（Folin-Ciocalteu）试剂等均属于分析纯药品，其中乙醇、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、没食子酸、2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐（ABTS）、维生素E 衍生物（Trolox）、福林酚（Folin-Ciocalteu），天津市科密欧化试剂有限公司；三氯乙酸，福晨化学试剂有限公司；三氯化铁、无水碳酸钠，广东广试试剂科技有限公司。

1.2 仪器与设备

SHPP-57DZM-600 超高压设备，山西三水河科技股份有限公司；H-200-BIA03 榨汁机，惠人；立式压力蒸汽灭菌器，上海博讯实业有限医疗设备厂；SPX-250B-Z 生化培养箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；SW-CJ-2FD 无菌操作台，苏净集团苏州安康空气技术有限公司；UV-1800 紫外可见分光光度计，日本岛津公司；JW-1042 型离心机，安徽嘉文仪器装备有限公司；HWS-24 电热恒温水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司；UltraScan VIS 全自动色差仪，美国HunterLab 公司。

1.3 实验方法

1.3.1 枸杞原浆的制备

采摘的枸杞鲜果清洗后保存于-20 ℃，解冻后用两种方式进行打浆处理：

常规打浆：枸杞解冻后直接放入榨汁机中打浆，罐装后进行超高压和热处理；

低氧打浆：自行设计的低氧打浆机工作原理如图1所示。枸杞解冻后通过进料口放入打浆机中，封闭进料口，关闭氮气管阀门，出料口连接真空抽气机，打开出料口阀门后开真空抽气机抽真空，然后关闭出料口阀门，打开氮气管阀门充入氮气，关闭该阀门，继续抽真空，抽真空与充氮气重复三次，排出打浆机腔内空气，然后打浆，放料时打开氮气管，持续充氮气。装瓶前事先将瓶中充入氮气。果浆装瓶后密封，进行超高压和热处理。

图1 低氧打浆机结构示意图Fig.1 Schematic diagram of the structure of low oxygen beater

本实验共有四种杀菌处理：常规打浆联合热处理（Conventional Beating Combined With Heat Treatment，CB+HT）；常规打浆联合超高压处理（ Conventional Beating Combined with High Hydrostatic Pressure，CB+HHP）；低氧打浆联合热处理（Low-oxygen Beating Combined with Heat Treatment，LB+HT）；低氧打浆联合超高压处理（ Low-oxygen Beating Combined with High Hydrostatic Pressure，LB+HHP）。枸杞原浆最优杀菌工艺参数为：HHP 处理条件为500 MPa 处理5 min；HT 条件为90 ℃处理15 min。四种杀菌处理后的样品储存于4 ℃冷库，每7 d 测一次指标，以菌落总数、色泽、类胡萝卜素、总酚、抗氧化等为标准判断贮藏期间的品质变化。

1.3.2 微生物的测定

菌落总数、酵母菌和霉菌均采用食品安全国家标准进行测定[15,16]。

1.3.3 pH 值、总酸（TA）、和可溶性固形物（TSS）的测定

pH 值采用pH 计直接测定，TA 采用GB/T 12456-2008 的方法测定[17]，TSS 采用数字阿贝折射仪测定。

1.3.4 色泽测定

用UltraScan VIS 型全自动色差仪（反射模式）测定枸杞原浆的L值（亮度）、a值（红色）和b值（黄色），并计算总色差ΔE，公式如下：

式中：

L0、a0和b0是低氧打浆未杀菌处理枸杞原浆的对照值。

1.3.5 总类胡萝卜素测定

参考赵凤等[18]的方法，并略作修改。取枸杞原浆5 g，加入10 mL 丙酮，超声处理15 min，5 000 r/min离心5 min，合并上清后加入等体积的石油醚萃取，分层后放出水相，有机相脱水后，用真空旋转蒸发仪旋蒸至几乎无有机相残留，旋蒸后用正己烷溶解定容至50 mL，450 nm 处测定吸光值处测定吸光值（全程避光）。计算公式如下：

M=AV×20

式中：

M——类胡萝卜素含量，mg/100 mL；

A——样品吸光值；

V——样品体积（100 mL）；

20——换算系数。

1.3.6 总酚含量测定

总酚测定采用分光光度法，具体参照文献[19]。

1.3.7 ABTS+·清除能力

枸杞原浆ABTS+·的清除率测定方法见文献[20]。

1.3.8 铁离子还原能力（FRAP）

参考Benzie 等[21]的测定方法，略作修改。取1 mL 适当稀释后的总酚提取液，加入0.2 mL 0.2 mol/L 磷酸盐缓冲液（pH 值6.6）和1.5 mL 0.3wt%铁氰化钾，混合后50 ℃孵育20 min 后迅速冷却至室温，混合物中加入l mL 体积分数10%的三氯乙酸，混匀后3 000 r/min 离心10 min，取上清液2 mL 加入0.5 mL 0.3wt%三氯化铁溶液混匀，再加3 mL 纯水，摇匀，测定波长700 nm 处的吸光度。以Trolox 为标准品，样品的铁还原能力用Trolox 的当量来表示（mmol Trolox/kg）。

1.3.9 黏度测定

枸杞原浆表观黏度用DHR-2 型流变仪测定，具体方法见文献[22]。

1.3.10 数据分析

每个处理3 个平行，结果由平均数±方差表示。用Origin 9.0 软件绘图，采用SPSS 软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 低氧打浆对枸杞原浆品质的影响

由表1可知，常规打浆制备的枸杞原浆pH、TSS、可滴定酸分别为5.09、15.83 °Brix、1.13%。低氧打浆后这三项指标均无显著变化（p＞0.05）；与常规打浆相比，低氧打浆处理后枸杞原浆的L值降低，a值提高了38.94%，b值提高了16.76%，说明低氧打浆后枸杞原浆颜色亮度降低，红色、黄色加深，其色度更接近于新鲜枸杞，表明低氧打浆能够更好的保护枸杞原浆的颜色，低氧打浆与常规打浆ΔE值大于2，说明两者已具有视觉上的颜色差别；低氧打浆后，枸杞原浆的总类胡萝卜素含量无显著性变化（p＞0.05），总酚含量增加了31.31 mg GAE/kg、ABTS+·清除能力提高了2.06 mmol Trolox/kg、铁还原能力提高了0.03 mmol Trolox/kg，说明低氧打浆处理能更好的保护枸杞原浆的总酚含量和抗氧化活性。由图2可知，低氧打浆处理后枸杞原浆黏度明显增加，可能是低氧环境抑制了枸杞原浆中果胶酶活性，使得低氧打浆的枸杞原浆果胶含量较高，黏度增加。

表1 低氧打浆对枸杞原浆品质的影响Table 1 Effect of low-oxygen beating on the quality of Lycium barbarum pulp

图2 低氧打浆对枸杞原浆黏度的影响Fig.2 Effect of low-oxygen beating on viscosity of Lyciumbarbarum pulp

2.2 超高压和热处理枸杞原浆贮藏期间菌落总数变化

未杀菌枸杞原浆菌落总数为3.27×104CFU/g，说明新鲜枸杞原浆中具有较高的微生物安全风险。为保证枸杞原浆的安全性，对不同打浆处理后枸杞原浆进行了HPP 和HT 杀菌处理。经HHP 和HT 后，菌落总数、酵母菌、霉菌均未检出，与Liang 等[23]的研究结果相一致，表明超高压和热杀菌均能有效杀灭枸杞原浆中的微生物，保证其安全。枸杞原浆贮藏期间菌落总数变化如图3所示，随着贮藏时间的增长，四种不同杀菌处理的枸杞原浆菌落总数均呈现上升趋势，且超高压组更明显，贮藏期结束时，四种不同杀菌处理的枸杞原浆菌落总数均低于100 CFU/g，符合国家标准，说明枸杞原浆在500 MPa处理5 min 的杀菌能力与90 ℃处理15 min 的杀菌能力相当。贮藏期菌落总数的增加可能来自处理后残留微生物的生长繁殖，也可能是HHP 或HT 灭菌引起的亚致死微生物的恢复繁殖[24]。

图3 不同处理枸杞原浆贮藏期间菌落总数变化Fig.3 Changes of total number of Lycium barbarum pulp during storage under different treatments

2.3 超高压和热处理枸杞原浆贮藏期间色泽变化

色泽是评价产品质量的重要指标。杀菌处理后，LB+HT 和LB+HHP 组a值、b值均高于CB+HT、CB+HHP，说明低氧打浆处理后再杀菌，能够使枸杞原浆颜色红度，黄度更深，更接近于枸杞鲜果的颜色。与常规打浆对照组相比，LB+HHP 处理对枸杞原浆L、a、b值无显著影响，而LB+HT 处理组L值降低了35.24%、a值降低了49.05%，说明HT对枸杞原浆颜色的影响要大于HHP 处理，这一结果赵凤等[18]的研究结果相一致。

枸杞原浆贮藏期间L、a、b值变化如图4所示，四种不同杀菌处理的L值呈上升趋势，且CB+HT、CB+HHP 始终高于LB+HT、LB+HHP，说明在贮藏期间枸杞原浆亮度整体下降，CB+HT、CB+HHP 能更好的保持果浆的亮度；a值、b值呈下降趋势，但LB+HHP 和LB+HT 均高于CB+HHP 和CB+HT，说明在贮藏期间，果浆的红度，黄度均有所降低，而LB+HHP、LB+HT 组能更好的保持枸杞原浆的红度与黄度，且LB+HHP 对枸杞原浆色泽的保护效果最佳。枸杞原浆贮藏期间的颜色变化可能与枸杞汁中总类胡萝卜素含量的下降有关，迟淼等发现橙汁中类胡萝卜素的含量与a和b值呈正相关[25]。

图4 不同处理下枸杞原浆贮藏过程中颜色参数的变化Fig.4 Changes of color parameters of Lycium barbarum pulp during storage under different treatments

2.4 超高压和热处理枸杞原浆贮藏期间总类胡萝卜素变化

枸杞原浆不同打浆处理后再杀菌发现，CB+HT组类胡萝卜素含量降低了9.28%，其它处理总类胡萝卜素含量无显著性差异（p＞0.05），蒋兵等[26]也发现热处理胡萝卜汁中的类胡萝卜素含量有所下降，这是因为枸杞原浆中含有多个不饱和双键结构的类萝卜素，具有热不稳定性，高温会导致类胡萝卜素降解，使其含量降低，而LB+HT 无明显变化可能是低氧环境保护了该类胡萝卜素。由图5可知，在整个贮藏期间，四种不同杀菌处理中的总类胡萝卜素含量均呈现下降的趋势，在贮藏期结束时四组杀菌处理总类胡萝卜素含量相当，而赵凤等[18]发现枸杞汁在贮藏结束时超高压处理类胡萝卜素含量高于热处理组，Zuluet 等[27]也发现贮藏期间超高压处理能更好地保留对橙汁-牛奶饮料类胡萝卜素含量，与本研究结果不一致，可能是果浆体系更复杂，导致HHP处理组总类胡萝卜素在贮藏后期降解较快。

图5 不同处理枸杞原浆贮藏期间总类胡萝卜素含量变化Fig.5 Changes of total carotenoid content in Lycium barbarum pulp with different treatments during storage

2.5 超高压和热处理枸杞原浆贮藏期间总酚变化

不同杀菌处理贮藏期间总酚含量变化如图6所示，无论是常规打浆还是低氧打浆，HHP 对枸杞原浆总酚含量的保留效果优于HT，这与果蔬泥、石榴汁中的发现相一致[28,29]，朱金艳等[30]也发现热处理对蓝莓汁中多酚含量影响远大于超高压处理，这是由于酚类物质具有热不稳定性，受热会使部分酚类物质降解，而HHP 不会破坏共价键，因此HHP 处理组对总酚含量更高[31]。四种杀菌处理后，枸杞果浆总酚含量大小依次为 LB+HHP ＞CB+HHP ＞LB+HT＞CB+HT，说明低氧打浆联合杀菌处理能更好的保留枸杞原浆中的总酚含量。

图6 不同处理枸杞原浆贮藏期间总酚含量变化Fig.6 Changes of total phenolicsicsics content in Lycium barbarum pulp during storage

四种不同杀菌处理下的果浆总酚含量在贮藏过程中均呈下降趋势，贮藏末期，无论是常规打浆还是低氧打浆，HHP 组总酚含量均高于HT 组，蒲莹等发现在贮藏期间，超高压处理的黑果枸杞汁总酚含量高于热处理组[32]，与本研究结果一致，DEREK等[33]也发现超高压处理的水果冰沙在储存过程中的总酚含量高于热处理组。贮藏期结束时，LB+HHP组总酚含量最高，其次为 LB+HT，CB+HT 和CB+HHP，CB+HT 和CB+HHP 组总酚含量较低，可能是由于酚类物质属于抗氧化成分，在酶的作用下形成邻二酚化合物，而果浆中的溶解氧在贮藏期间会形成氧自由基，邻二酚化合物进一步被氧自由基氧化成醌类物质，使其降解，低氧条件可以降低枸杞原浆中的溶解氧，从而抑制酚类物质的氧化降解。

2.6 超高压和热处理枸杞原浆贮藏期间抗氧化活性变化

本研究选用ABTS+·和铁还原能力（FRAP）两种方法来评价不同处理对枸杞原浆的抗氧化活性的影响。四种杀菌处理后，枸杞原浆ABTS+·清除能力显著提高，可能是高压高温引起样品的组织结构发生变化，促使抗氧化成分更多地释放到胞外环境中[34]，且LB+HT 组ABTS+·清除能力优于CB+HT组；枸杞原浆中铁还原能力 LB+HHP 组优于CB+HHP，LB+HHP 优于CB+HHP，说明低氧打浆联合杀菌处理能更好的保持枸杞原浆的抗氧化活性。无论是常规打浆还是低氧打浆，对枸杞原浆中抗氧化活性的保护HHP 组均优于HT 组，浦莹等[32]也发现在黑果枸杞汁中，热处理对铁还原能力影响更大，与本文研究结果一致。图7为不同杀菌处理在贮藏期间的ABTS+·清除能力和铁还原能力的变化。如图7所示，四种杀菌处理的ABTS+·清除能力和铁还原能力均随着贮藏时间的延长而下降，与贮藏期间总酚及总类胡萝卜素的含量变化一致。在整个贮藏期间，LB+HT 组ABTS+·清除能力和铁还原能力均高于CB+HT，LB+HHP 均高于CB+HHP，说明贮藏期间，低氧打浆处理后再杀菌能更好的保留枸杞原浆的抗氧化活性，且LB+HHP 保留效果最佳。

图7 不同处理枸杞原浆贮藏期间抗氧化活性变化Fig.7 Changes of antioxidant activity of Lycium barbarum pulp with different treatments during storage

2.7 超高压和热处理枸杞原浆贮藏期间黏度变化

不同处理后，枸杞原浆黏度与剪切速率的关系如图8a 所示，初始时，随着剪切速率的增大，六组果浆的黏度均骤然下降，之后随着剪切速率的不断增加，黏度下降不再明显，逐渐趋于平缓，在50～80 s-1剪切速率范围内，黏度变化趋于平缓，当剪切速率在80～100 s-1范围内时，黏度几乎没有变化。在相同的流动条件下，与CB 组的枸杞原浆体系相比，LB 组果浆黏度均有所增加，可能是低氧环境抑制了枸杞原浆中果胶酶的活性，使得LB 组果胶含量较高，黏度较大。贮藏期结束时，枸杞原浆黏度与剪切速率的关系如图8b 所示，四种不同杀菌处理的果浆黏度均有所下降，其中CB+HHP 组黏度几乎为0，可能是贮藏期间CB+HHP 组果胶酶活性较强，使得CB+HHP 处理组枸杞原浆中的果胶降解，黏度变为0。

图8 不同处理贮藏初期（a）和贮藏末期（b）枸杞原浆黏度变化Fig.8 Viscosity changes of Lycium barbarum pulp at the beginning (a) and ending (b) of storage under different treatments

3 结论

与常规打浆相比，低氧打浆后，枸杞原浆pH 值、TSS、可滴定酸无显著变化；a值提高了38.94%，b值提高了16.76%，总酚含量提高了4.62%，ABTS+·清除能力提高了38.2%，铁还原能力（FRAP）提高了8.35%，说明低氧打浆能更好的保护枸杞原浆的颜色、总酚和抗氧化活性。

不同杀菌处理后，枸杞原浆中微生物数量均符合国家标准，贮藏期结束时，CB+HT、LB+HT、CB+HHP、LB+HHP 组菌落总数分别为37、45、66、53 CFU/g，酵母菌与霉菌均未检出；贮藏期间低氧打浆联合杀菌方式能更好的保护果浆的颜色，且贮藏期结束时低氧打浆联合超高压处理a、b值分别为12.58 和7.18，均高于其它三组，说明低氧打浆联合超高压处理对果浆色泽的保护效果最佳；贮藏期间低氧打浆联合超高压处理组总酚含量，抗氧化活性均高于其它三组；四种不同杀菌处理在贮藏结束时总类胡萝卜素含量无显著性差异；低氧打浆后再杀菌，能够有效提高枸杞原浆黏度，贮藏期结束时，不同杀菌处理果浆黏度均有所下降，LB+HHP 组黏度显著高于CB+HHP 组。

综上所述，与常规打浆相比，低氧打浆处理组枸杞原浆的颜色、总酚、抗氧化活性等品质更佳，且在低温短期贮藏时，低氧打浆联合超高压杀菌技术能更好的保护枸杞原浆的品质。